KR20160143751A - 접착 촉진 및/또는 분진 억제 코팅 - Google Patents

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Abstract

접착 촉진제 코팅 조성물은 올리고머성 알킬알콕시실록산, 및 친전자체 모이어티 및 알콕시실릴 모이어티를 포함하는 화합물을 포함한다. 친전자체 모이어티는 예를 들어 설파이드 작용기를 포함할 수 있다. 분진 억제 코팅 조성물은 4차 암모늄 모이어티를 포함하는 아크릴 중합체; 및 올리고머성 알킬알콕시실록산을 포함한다. 코팅 조성물은 특히 루핑 과립, 및/또는 아스팔트성 조성물에 도포될 수 있다.

Description

접착 촉진 및/또는 분진 억제 코팅 {ADHESION PROMOTING AND/OR DUST SUPPRESSION COATING}
일반적으로, 본 발명은 특히 접착 촉진 또는 분진 억제 코팅 조성물 및 그러한 조성물로 코팅된 물품, 예를 들어, 그러한 조성물로 코팅된 과립, 예컨대 루핑 과립(roofing granule)에 관한 것이다.
일반적으로 아스팔트 루핑 시스템 및 제품은 다양한 아스팔트 재료로 충전되거나 코팅된 유리섬유 또는 유기 매팅(organic matting)을 포함한다. 일반적으로, 이 매팅은 포화 아스팔트(saturant asphalt)로 충전되는데, 이는 오일-풍부하고 비교적 비점성이다. 포화 아스팔트는 방부제, 방수제 및 접착제의 역할을 한다. 포화된 기재(substrate)는, 더 단단하고 더 점성인 코팅 아스팔트를 기재의 한쪽 또는 양쪽 면에 도포함으로써 밀봉될 수 있다. 코팅 아스팔트는 전형적으로 미분된 광물을 안정제 또는 충전제로서 함유한다. 추운 기후에서 코팅 아스팔트를 더욱 분쇄방지성 및 충격방지성으로 만들기 위해 화성암 광물 미분, 실리카, 슬레이트 분진(slate dust), 활석, 운모질 재료, 석회석 및 백운석과 같은 그러한 화합물이 충전제로서 이용되어 왔다.
일반적으로 아스팔트 루핑 시스템 및 제품의 외장, 외부, 또는 노출된 표면에는 코팅 아스팔트 내에 매립된 과립 재료 또는 루핑 과립의 커버링이 제공된다. 일반적으로 과립 재료는 아래에 놓인 아스팔트 코팅을 광, 특히 자외(UV) 광에 대한 노출로 인한 손상으로부터 보호한다. 즉, 과립은 광을 반사하여 아스팔트를 광분해에 의한 열화로부터 보호한다. 또한, 그러한 과립 재료는 내화성 및 내후성 특성을 개선한다. 추가적으로, 미감을 위해 과립 재료의 색 또는 색들의 혼합이 선택될 수 있다.
일반적으로, 광물 재료, 입자 또는 과립은 가압 하에 코팅 아스팔트 내에 매립되고 아스팔트에 대한 접착에 의해 그 안에 유지된다. 각각의 과립에 대하여, 아스팔트는 과립이 밀어 넣어진 "고온의 끈적끈적한 진흙"(hot sticky mud)으로 간주될 수 있다. 아스팔트가 냉각된 때에, 과립이 그 안에 유지되는 포켓(pocket)이 형성된다.
루핑 제품에 대한 루핑 과립의 양호한 접착이 유리하다. 과립의 손실은 지붕의 수명을 감소시키는데, 이는 아스팔트의 열분해의 촉진과 연관되기 때문이다. 또한, 과립이 손실되는 경우 루핑 시스템의 미감이 손상될 수 있다. 추가적으로, 설치 동안의 과립 손실 감소는 지붕에서의 안전성 조건을 개선한다.
독특하고 바람직한 특성을 제공하기 위해서 과립은 다양한 재료로 코팅될 수 있다. 예로서, 과립은 분진 억제 또는 응집(agglomeration)을 위해 오일 또는 합성 중합체로 코팅될 수 있다. 추가의 예로서, 과립은 일반적으로 접착 촉진제로 처리된다. 전형적으로, 이 접착 촉진제는 폴리알킬실록산이었는데, 이는 아스팔트에 의한 더 우수한 습윤화를 위해, 코팅된 과립의 표면을 소수성으로 만든다. 이러한 처리는 과립-아스팔트 계면에서 물의 침입을 감소시켜, 접착을 개선한다. 폴리알킬실록산 표면 처리가 사용되는 경우, 과립-아스팔트 계면에서의 접착은 반 데르 발스 상호작용에 의해 지배된다.
본 명세서는, 특히, 제1 기재와 제2 기재를 함께 접합하는 접착 촉진제 코팅 조성물을 기재한다. 접착 촉진제 코팅은 일반적으로 2개의 기재들 사이에 있다. 코팅은 특히 루핑 재료, 예를 들어 루핑 슁글(roofing shingle)의 제조에 유용할 수 있다. 예를 들어, 접착 촉진제 코팅 조성물은 루핑 슁글의 루핑 과립과 아스팔트 사이의 접합을 촉진하는 데 사용될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 접착 촉진제 조성물은 제1 기재 (예를 들어, 루핑 과립)와 제2 기재 (예를 들어, 아스팔트) 사이에 공유적 또는 이온적 상호작용을 제공하며, 이는 반 데르 발스 상호작용보다 더 강한 상호작용을 제공할 수 있으며, 따라서 더 우수한 접착을 제공할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 접착 촉진제 코팅 조성물은 친전자체 모이어티(electrophile moiety)를 포함한다. 친전자체는, 아스팔트에 자연적으로 존재하거나 아스팔트에 첨가된 친핵체 모이어티와 공유 결합할 수 있다. 바람직하게는, 친전자체를 포함하는 코팅의 분자는 광물 과립, 예를 들어 루핑 과립에 공유 결합하기 위한 알콕시실릴 모이어티를 또한 포함한다. 따라서, 분자는 과립 및 아스팔트 둘 모두에 공유 결합할 수 있으며, 이는 루핑 슁글 내의 코팅된 과립과 아스팔트 사이의 반 데르 발스 상호작용에 의존하는 코팅에 비해 아스팔트에 대한 과립의 접착을 강화시킬 것이다.
본 명세서는 또한 특히 분진 억제 코팅 조성물을 기재한다. 분진 억제 코팅 조성물은 과립, 예를 들어 루핑 과립과 관련된 분진을 억제하는 데 특히 유용할 수 있다. 분진 억제 코팅 조성물은, 일부 실시 형태에서, 접착 촉진제 코팅 조성물로서 또한 역할을 할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 분진 억제 코팅 조성물은 4차 암모늄 모이어티를 포함한다. 이론에 의해 구애되고자 함이 없이, 4차 암모늄 화합물은 양으로 하전된 4차 암모늄 모이어티와 음으로 하전된 분진 입자의 이온적 상호작용을 통해 분진을 억제하는 것으로 여겨진다. 4차 암모늄 모이어티는 또한, 아스팔트 내의 또는 아스팔트에 첨가된 소정의 화학종, 예를 들어 산 화학종, 특히 당업자에게 공지된 목적을 위해 아스팔트에 첨가될 수 있는 폴리인산 (PPA)과 이온 결합을 형성할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 기재된 바와 같은 4차 암모늄 화합물을 포함하는 분진 억제 코팅 조성물은 접착 촉진제로서 또한 역할을 할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 분진 억제 중합체는 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄 등이다. 특정 실시 형태에서, 코팅 중합체는 하나 이상의 4차 암모늄 모이어티를 갖는 아크릴 에멀젼 중합체를 포함한다.
본 명세서에 기재된 일부 실시 형태에서, 코팅 조성물은 올리고머성 알킬알콕시실록산; 및 친전자체 모이어티 및 알콕시실릴 모이어티를 포함하는 화합물을 포함한다. 코팅 조성물은 접착 촉진제 코팅 조성물일 수 있다.
본 명세서에 기재된 일부 실시 형태에서, 루핑 과립은 베이스 루핑 과립; 및 베이스 과립 상의 코팅을 포함한다. 코팅은 베이스 과립에 결합된 실릴 모이어티, 및 친전자체 모이어티를 포함한다.
본 명세서에 기재된 일부 실시 형태에서, 코팅 조성물은 4차 암모늄 모이어티를 포함하는 아크릴 중합체를 포함한다. 4차 암모늄 모이어티를 포함하는 아크릴 중합체는 카르복실산 모이어티, 알콕시실릴 모이어티, 및 친전자체 모이어티 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다. 조성물은 올리고머성 알킬알콕시실록산, 및 친전자체 모이어티 및 알콕시실릴 모이어티를 포함하는 화합물 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다. 코팅 조성물은 분진 억제 코팅 조성물 또는 접착 촉진제 조성물일 수 있다.
본 명세서에 기재된 일부 실시 형태에서, 루핑 과립은 베이스 루핑 과립; 및 베이스 과립 상의 코팅을 포함하며, 코팅은 4차 암모늄 모이어티를 포함하는 아크릴레이트 중합체를 포함한다. 4차 암모늄 모이어티를 포함하는 아크릴 중합체는 카르복실산 모이어티, 실릴 모이어티, 및 친전자체 모이어티 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다. 실릴 모이어티는 베이스 과립에 결합될 수 있다. 코팅은 올리고머성 알킬알콕시실록산, 및 친전자체 모이어티 및 알콕시실릴 모이어티를 포함하는 화합물 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다. 존재하는 경우, 올리고머성 알킬알콕시실록산의 적어도 일부가 베이스 과립에 결합될 수 있으며, 따라서 베이스에 결합된 알킬실릴 모이어티로서 존재할 수 있다. 존재하는 경우, 알콕시실릴 모이어티를 포함하는 화합물의 적어도 일부가 베이스 과립에 결합될 수 있으며, 따라서 알콕시실릴 모이어티의 적어도 일부가 베이스에 결합된 실릴 모이어티로서 존재할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 올리고머성 알킬알콕시실록산, 및 친전자체 모이어티 및 알콕시실릴 모이어티를 포함하는 화합물을 포함하는 코팅 조성물이 제공되며, 친전자체 모이어티는 설파이드 및/또는 폴리설파이드 작용기를 포함한다.
본 명세서에 기재된 조성물, 물품, 시스템, 또는 방법의 하나 이상의 실시 형태는 종래의 조성물, 물품, 시스템, 또는 방법에 비해 하나 이상의 이점을 제공한다. 그러한 이점이 하기의 상세한 설명으로부터 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 코팅된 과립의 개략도이다.
도 2는 루핑 물품에 포함된 코팅된 과립의 개략도이다.
개략도들은 반드시 축척에 따른 것은 아니다. 도면에 사용된 동일한 도면 부호는 동일한 구성요소, 단계 등을 지칭한다. 그러나, 주어진 도면에서 구성요소를 지칭하기 위한 도면 부호의 사용은 동일한 도면 부호로 표기된 다른 도면의 그 구성요소를 제한하도록 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 또한, 구성요소들을 지칭하기 위해 상이한 도면 부호들을 사용하는 것이 상이한 도면 부호로 표시된 구성요소들이 동일하거나 또는 유사한 것일 수 없음을 나타내려는 것은 아니다.
본 명세서는, 특히, 접착 촉진제 코팅 조성물 및 분진 억제 코팅 조성물을 기재한다. 코팅 조성물은, 특히, 루핑 과립에 도포될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 접착 촉진제 코팅 조성물은 루핑 과립과 공유 결합할 수 있는 실릴 모이어티, 및 아스팔트 내의 친핵체와 공유 결합할 수 있는 친전자체 모이어티를 갖는 화합물을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 분진 억제 코팅 조성물은 4차 암모늄 화합물을 포함하는 중합체를 포함한다.
일부 실시 형태에서, 접착 촉진제 코팅 조성물은, (예를 들어, 축합 반응을 통해) 광물 과립과 실록시 결합을 형성할 수 있는 실릴 모이어티 및 (예를 들어, SN1 또는 SN2 친핵성 치환을 통해) 아스팔트 내의 친핵체 모이어티와 결합할 수 있는 친전자체 모이어티를 포함하는 접착 화합물을 포함한다. 아스팔트에 대한 루핑 과립의 접착을 촉진하기 위해 아스팔트 루핑 슁글에 사용되는 경우, 접착 화합물은 과립 및 아스팔트 둘 모두에 공유 결합할 수 있다. 전형적인 접착 촉진제 코팅의 경우, 반 데르 발스 상호작용이, 코팅된 과립을 아스팔트에 접착하는 주된 원인이 된다.
접착 화합물은 베이스 루핑 과립 (예를 들어, 광물 루핑 과립)과 공유 결합 (예를 들어, 실록시 결합)을 형성할 수 있는 임의의 적합한 실릴 모이어티를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 실릴 모이어티는 알콕시실릴 모이어티이며, 여기서, 알코올은 축합 시에 이탈 기(leaving group)의 역할을 한다. 일부 실시 형태에서, 알콕실실릴 모이어티는 다이- 또는 트라이-알콕시실릴 모이어티이다. 알콕시 기들 중 하나 이상이 C1-C4 알콕시 기일 수 있다.
예로서, 접착 화합물은 하기 일반 구조를 가질 수 있다:
[화학식 I]
[CnH(2n+1)O]mSi-[L-E]p
여기서, L은 선택적인 연결기(linker)이고, E는 친전자체 모이어티이고, n은 0 내지 3의 정수이고; m은 0 내지 3의 정수이고; p는 4-m이다.
임의의 적합한 연결기가 이용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 연결기는 C1-C10 알킬 또는 에테르 골격, 예를 들어 C2-C7 골격 또는 C3-C5 골격을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 연결기는 아스팔트에 의한 습윤화를 촉진하는 소수성 탄화수소 사슬일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 소수성 탄화수소 사슬은 아스팔트에 의한 습윤화를 촉진하는 (화학식 I에 도시되지 않은) 치환체일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 연결기는 환형 지방족 또는 방향족 연결기일 수 있다.
일부 실시 형태에서, 둘 이상의 친전자체 모이어티가 접착 화합물 상에 존재할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 접착 화합물은 하나 이상의 친전자체 모이어티 및 하나 이상의 실릴 모이어티, 예를 들어 알콕시실릴 모이어티를 갖는 중합체일 수 있다. 임의의 적합한 중합체가 이용될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 중합체는 폴리올레핀을 포함한다. 본 발명의 목적상, 폴리올레핀은 올레핀 골격을 갖는 중합체이다. 중합체는 저분자량의 올리고머를 포함하며, 예를 들어, 300 정도로 낮은 수 평균 분자량을 포함하는, 광범위한 수 평균 분자량을 포함한다. 올레핀은 에틸렌, 프로필렌, 부텐 등을 포함한다. 이들 올레핀은 지방족, 방향족, 환형 또는 다른 올레핀일 수 있다. 폴리올레핀은 올레핀의 단일중합체 또는 공중합체일 수 있다. 하나 이상의 올레핀에 더하여, 폴리올레핀은 선택적으로 하나 이상의 다른 단량체 단위, 예를 들어 스티렌, 아크릴, 우레탄, 및 본 기술 분야에 공지된 다른 것을 포함할 수 있다. 그러한 공중합체는 랜덤 공중합체 및 블록 공중합체를 포함한다.
중합체, 예를 들어 폴리올레핀은, 임의의 적합한 방식으로, 반응성 기, 예를 들어 친전자체 (예를 들어, 에폭사이드, 할라이드 등)를 포함하도록 화학적으로 개질될 수 있다. 중합체는 임의의 적합한 방식으로 실릴 모이어티, 예를 들어 알콕시실릴 모이어티를 포함하도록 개질될 수 있다. 예를 들어, 친전자체는, 각각 할로겐화 및 에폭시화를 위한 할로겐 및 퍼옥사이드와 같은 개질 화합물을 사용하여 불포화 이중 결합과의 반응에 의해 중합체 내에 용이하게 혼입될 수 있다. 예로서, 알콕시실란은 SN2 반응, 티올-엔(thiol-ene) 반응 등을 통해 중합체에 부착될 수 있다. 예를 들어, 메르캅토프로필알콕시실란은 실란 그래프팅을 위한 티올-엔 반응을 통해 중합체 (예를 들어, 폴리부타다이엔)의 불포화 탄소와 반응할 수 있다. 다른 예로서, 아이소시아나토프로필알콕시실란은 중합체의 하이드록실 말단 기와의 반응에 의해 중합체 (예를 들어, 폴리부타다이엔)에 그래프팅될 수 있다. 실릴 모이어티는 또한 전체 에폭사이드 모이어티 중 일부 부분 (예를 들어, 아스팔트 내의 친핵체와의 상호작용을 위해 남아 있는 일부)을 통해 에폭시화 중합체에 부착될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 접착 화합물은 알콕시실란 등을 포함하도록 개질된 에폭시화 폴리부타다이엔 중합체이다.
다양한 실시 형태에서, 접착 화합물은 친전자체를 포함하도록 개질된 오일, 예를 들어 대두유이다. 오일은, (할로겐 또는 퍼옥사이드를 불포화 탄소와 반응시키는) 중합체의 개질과 관련하여 상기에 기재된 바와 같은, 임의의 적합한 방식으로 친전자체를 포함하도록 개질될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 오일은 에폭시화 오일이다. 일부 실시 형태에서, 오일은 에폭시화 대두유이다. 오일은 실릴 모이어티를 포함하도록 추가로 개질될 수 있다. 예로서, 에폭시화 오일은 에폭시화에 의해 생성된 에폭사이드 모이어티의 일부 부분에서의 반응을 통해 실릴 기로 개질될 수 있다.
접착 화합물은 임의의 적합한 친전자체 모이어티를 함유할 수 있다. 친전자체의 예에는 에폭사이드 모이어티, 할로겐-함유 모이어티, 아지리딘 모이어티, 설파이드 및 폴리설파이드 모이어티 등이 포함된다. 아스팔트에서 접착 화합물이 결합하는 친핵체 모이어티는 아스팔트에 자연적으로 존재하는 친핵체 모이어티일 수 있거나, 아스팔트에 첨가될 수 있다. 아스팔트에서 자연적으로 발견되는 친핵체 모이어티의 예에는 하이드록시, 아민, 설프히드릴 등이 포함된다.
일부 실시 형태에서, 접착 화합물은, 다양한 친핵체와 개환 반응을 진행할 수 있는 에폭사이드 모이어티를 포함한다. 본 출원을 위한 에폭사이드 모이어티의 이용은 a) 결합 형성 동안 부산물이 생성되지 않는 점, b) 비교적 소수성인 점, c) 유용한 단량체 및 접착 화합물이 구매가능한 점을 포함하는 몇몇 이점을 갖는다.
에폭사이드 모이어티를 함유하는 접착 화합물의 예에는 하기가 포함된다:
1. 3-글리시독시프로필트라이에톡시실란 CAS# 2602-34-8
Figure pct00001
2. β-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트라이에톡시실란 CAS# 10217-34-2
Figure pct00002
3. 상이한 수준의 알콕시실란으로 개질된 에폭시화 폴리부타다이엔
에폭시화 폴리부타다이엔 (크레이 밸리(Cray Valley), bd 605E)과 3-아이소시아나토프로필트라이에톡시실란 (CAS# 24801-88-5)의 반응 생성물
4. 메르캅토알콕시실란으로 개질된 에폭시화 폴리부타다이엔
에폭시화 폴리부타다이엔 (크레이 밸리, bd 605E)과 3-메르캅토프로필트라이에톡시실란 (CAS# 14814-09-6)의 반응 생성물
아스팔트 접착 시험에서 상기 화합물을 접착 촉진제 조성물에 사용하여 광물 과립을 코팅한 경우, 일반 아스팔트 및 PPA-개질된 아스팔트 둘 모두와 개선된 접착을 나타내었다.
일부 실시 형태에서, 친전자체 모이어티는 설파이드 또는 폴리설파이드 작용기일 수 있다. 코팅에 존재하는 설파이드 및 폴리설파이드 작용기, 예를 들어 루핑 과립 상의 이들 작용기는 아스팔트 내의 친핵체와 화학 결합을 형성할 수 있다. 코팅에 존재하는 설파이드 및 다이설파이드 작용기는, 추가로 또는 대안적으로, 아스팔트의 중금속 화학종과 상호작용하여 금속-설파이드 착물을 생성할 수 있다.
다양한 예시적인 실시 형태에서, 설파이드 또는 폴리설파이드 모이어티를 함유하는 접착 화합물에는 하기가 포함된다:
비스(트라이에톡시실릴프로필) 다이설파이드 CAS# 56706-10-6
Figure pct00003
비스 [3-(트라이에톡시실릴)프로필]테트라설파이드 CAS# 40372-72-3
Figure pct00004
3 당량의 3-메르캅토프로필트라이에톡시실란 (CAS# 14814-09-6)으로 개질된 트라이메틸올프로판 트리스(3-메르캅토프로피오네이트) (CAS# 33007-83-9)의 반응생성물, 다른 적합한 재료, 및 이들의 조합이 또한 사용될 수 있다. 광물 루핑 과립 상에 코팅된 그러한 재료는 일반 아스팔트 및 PPA-개질된 아스팔트 둘 모두와 개선된 접착을 나타내었다.
일부 실시 형태에서, 접착 촉진제 조성물은 (상기에 기재된 바와 같은 접착 화합물에 더하여) 올리고머성 알킬알콕시실란을 포함한다. 알킬알콕시실란은 소수성 아스팔트에 의한 더 우수한 습윤화를 위해서 탄화수소 테일(tail)을 함유할 수 있다. 축합 반응을 통해 과립 표면과 알킬알콕시실란 사이에 실록산 결합이 형성되어, 과립 표면 상에 소수성 탄화수소 테일을 남길 수 있다. 친수성 표면의 소수성 오일성 표면으로의 변환은 아스팔트에 의한 과립 표면의 습윤화를 개선한다. 코팅 조성물은 접착 화합물 대 알킬알콕시실란의 임의의 적합한 비를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조성물은 약 4:1, 3:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1:3, 1:4 등의 접착 화합물 대 알킬알콕시실란의 비를 가질 수 있다
임의의 적합한 알킬알콕시실란이 코팅 조성물에 사용될 수 있다. 적합한 알킬알콕시실란의 일례는 아이소옥틸트라이메톡시실란 [(MeO)3SiCH2C(CH3)2CH2C(CH3)2] 또는 이의 올리고머 또는 이의 일부를 함유하는 올리고머, 예를 들어 미국 미시간주 아드리안 소재의 와커 케미칼 코포레이션(Wacker Chemical Corporation)으로부터 입수가능한 실레스(SILRES)(등록상표) BS 68이다.
코팅 조성물은 선택적으로, 과립 표면의 표면 자유 에너지를 감소시킬 수 있는 하나 이상의 부가적인 화합물을 포함할 수 있다. 부가적인 화합물은 실란 작용기 등을 포함하여, 과립에 대한 실록산 연결을 제공할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 코팅 조성물은 코팅 비히클, 예를 들어 오일을 포함한다.
일부 실시 형태에서, 접착 촉진제는 저분자량 에폭시 수지 또는 에폭시 화합물과 하나 이상의 반응물의 반응 생성물이다. 반응 생성물은 부가물 또는 아민 부가물로 또한 지칭될 수 있다. 적합한 반응물에는 아민 기, 카르복실산 기, 페놀 기, 또는 티올 기를 함유하는 유기 화합물이 포함되지만 이에 한정되지 않는다. 적합한 에폭시 수지는 평균 1개 이상의 에폭시 기를 함유하며, 2개 이상의 에폭시 기를 함유할 수 있다. 에폭시 수지의 예에는 지방족, 지환족, 및 방향족 수지가 포함된다. 지방족 수지에는 에폭시화 식물유, 에폭시화 에테르, 및 에폭시화 에스테르 화합물이 포함된다. 지환족 수지에는 3,4-에폭시 사이클로헥실 메틸-3',4'-에폭시사이클로헥산 카르복실레이트, β-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트라이에톡시실란, 및 비닐 사이클로헥센 다이에폭사이드가 포함된다. 방향족 수지의 예에는 비스페놀 A 및 비스페놀 F의 다이글리시딜 에테르, 페놀 노볼락 및 비스페놀 A 노볼락의 글리시딜 에테르, 및 아미노페놀 및 아닐린과 같은 방향족 아미노 화합물의 글리시딜 및 다이글리시딜 유도체가 포함된다.
적합한 아민 반응물은 실란 기를 함유할 수 있거나 함유하지 않을 수 있고, 1작용성 아민, 지방족 다이아민, 지방족 테트라민, 아미노알코올 화합물, 아미노 실란, 다이아미노 실란, 폴리아미드, 아미노 작용화된 수지, 지환족 아민, 및 방향족 아민을 포함한다. 아민 반응물은 에폭시 수지 분야에 잘 알려져 있으며, 에폭시 기와 반응 시에 다양한 화학량론적 비로 그리고 조합으로 사용될 수 있다. 이러한 개환 반응은 잘 알려져 있으며 단일 탄소-탄소 결합 및 하이드록실 기를 생성한다. 아미노실란이 특히 접착 촉진제로서 매우 적합한데, 아미노실란과 에폭사이드 모이어티의 반응이, 하이드록실 기와 실란 기 둘 모두 및 선택적으로 에폭시 기를 갖는 새로운 분자를 생성하기 때문이다. 하이드록실 기는 분자에 극성을 부가하고, 실란 기 (예를 들어, 알콕시실란)는, 공유 결합을 생성하며 접착을 일으키는 것으로 알려진 다양한 화학 반응이 가능하다.
반응 생성물의 분자 구조는 당업자에 의해 설계될 수 있고 용이하게 제어될 수 있다. 새로운 분자는 비교적 단순한 저분자량 화합물로부터, 하나 이상의 반응성 실란 기를 포함하는 다수의 작용기를 가지며 분지형인 올리고머성 화합물에 이르는 범위일 수 있다. 2개 이상의 반응성 실란 기를 갖는 후자의 화합물이 접착 촉진을 위해 유용한데, 유리 또는 광물 표면 상의 다수의 부위에서 결합할 수 있고 자가-가교결합하여 비교적 불용성인 중합체성 코팅을 형성할 수 있기 때문이다. 그러한 반응 생성물은, 접착을 촉진하고 또한 루핑 과립의 표면을 영구적으로 개질하는 데 매우 유용하다. 아민 반응물 및 에폭시 반응물을 변화시킴으로써, 매우 다양한 상이한 접착 촉진제가 생성될 수 있다. 예를 들어, 다이에폭사이드를 1작용성 아민, 예를 들어 에탄올아민 및 3-아미노프로필 트라이에톡시 실란과 반응시켜 선형 분자를 생성할 수 있다. 반응 생성물의 분자량은 반응물들의 순도 및 반응성 아민 수소의 수에 대한 에폭사이드 기의 화학량론적 비에 따라 좌우될 것이다. 이러한 일례로, 사용된 아미노실란의 양에 따라, 매우 다양한 분자량 및 다양한 정도의 실란 작용기를 갖는 수많은 상이한 접착 촉진제를 용이하게 제조할 수 있다. 게다가, 분자의 말단 기는 또한 용이하게 제어될 수 있다. 화학량론적 초과량의 에폭시가 사용된 경우, 말단 기는 에폭시 모이어티일 것이다. 초과량의 아민이 사용된 경우, 말단 기는 실란 기 또는 하이드록실 기 (아미노에탄올에 의해 캡핑됨) 중 어느 하나일 것이다.
모든 이들 반응 생성물이 유용한데, 용이하게 취급되고, 비교적 저가이고, 뛰어난 습윤 접착을 제공하기 때문이다. 실란 기의 반응을 통해 접착 촉진제를 경화시키는 것은 일반적으로 낮은 독성의 재료 및 물품을 생성한다. 게다가, 충분한 가교결합이 얻어지는 경우, (실란 기들이 서로 또는 광물 표면과 반응된 후의) 최종 경화된 수지는 용매, 물, 및 추출에 대한 저항성을 가질 수 있다. 에폭시 수지 및 경화된 에폭시 수지는 바닥재, 화학물질 탱크, 송유관, 첨단 복합재, 해양 선박(marine vessel), 및 부식 보호를 위한 고성능 코팅으로서 가혹한 환경에서 종종 사용된다는 것이 잘 알려져 있다.
본 명세서에 기재된 접착 촉진제와 광물 표면의 반응은 다양한 조건 하에서 일어날 수 있다. 광물 표면 (예를 들어, 루핑 과립)을 처리하는 다양한 방법이 존재한다. 그러한 방법은 접착 촉진제를 탄화수소 담체 오일로 희석하고 분무 및/또는 텀블링(tumbling)하는 것을 포함한다. 대안적으로, 접착 촉진제는 아민 및 에폭시 수지를 담체 유체 내로 계량함으로써 인라인 혼합 공정을 사용하여 화학적으로 형성될 수 있다. 이러한 경로에 의해, 접착 촉진제는 담체 스트림 내에 또는 심지어 광물 표면 상에 화학적으로 형성될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 본 명세서에 기재된 바와 같은 접착 촉진제는 공지의 접착 촉진제, 예를 들어 옥틸 트라이메톡시실란과 조합될 수 있다. 이들 둘을 조합함으로써, 광물 표면의 극성이 조정될 수 있고, 그럼에도 여전히 놀랍게도 수중 비등(boiling in water) (고온-습윤 성능의 시뮬레이션) 후에 양호한 접착성을 가질 수 있다. 게다가, 본 명세서에 기재된 바와 같은 더 높은 분자량의 접착 촉진제가 사용되는 경우, 공지의 접착 촉진제, 예를 들어 옥틸 트라이메톡시실란은 본질적으로 반응성 희석제 및 점도 제어 수단의 역할을 한다.
본 명세서에 기재된 분진 억제 코팅 조성물은 분진성(dusty) 표면, 예를 들어 채광(mining) 표면, 토양(soil) 또는 건설 표면에 도포될 수 있다. 본 발명의 목적상, 분진성 표면은 표면 상에 30 마이크로미터 미만의 단면 길이를 갖는 입자를 갖는다. 일반적으로, 입자는 표면으로부터 느슨하게 있다. 표면의 예에는 운반 도로, 덮개가 없는 궤도차 내의 채광 재료, 컨베이어 벨트 상의 재료, 석탄 및 채광 재료, 예를 들어 발전소 및 제강 공장에서의 철광석 스톡 파일(stock pile), 비포장 시골 도로 및 루핑 과립 표면이 포함된다. 분진성 표면의 구체적인 예에는 골재(aggregate), 즉 파쇄 암석, 석탄, 철광석, 자갈 및 모래가 포함된다.
본 명세서에 기재된 분진 억제 코팅 조성물은 바람직하게는 루핑 과립과 관련된 분진을 억제하는 데 유용하다. 바람직하게는, 분진 억제 코팅은, 궤도차의 진출입, 보관 용기 또는 설비로의 이동, 및 이송 동안과 같이 루핑 과립의 보관, 이동 또는 이송과 관련된 분진을 억제한다.
일부 실시 형태에서, 분진 억제 코팅 조성물은 4차 암모늄 모이어티를 포함한다. 이론에 의해 구애되고자 함이 없이, 4차 암모늄 모이어티는 양으로 하전된 4차 암모늄 모이어티와 음으로 하전된 분진 입자의 이온적 상호작용을 통해 분진을 억제하는 것으로 여겨진다. 4차 암모늄 모이어티는 또한, 아스팔트, 특히 폴리인산 (PPA) 첨가된 아스팔트 내의, 산 화학종과 같은, 소정의 자연발생적 또는 첨가된 화학종과 이온 결합을 형성할 수 있다. 물론, 다른 음이온성 화학종이, 비-PPA 아스팔트를 포함하는, 아스팔트 내에 존재하며, 아스팔트에 이온 결합을 형성할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 기재된 바와 같은 4차 암모늄 화합물을 포함하는 분진 억제 코팅 조성물은 접착 촉진제로서 또한 역할을 할 수 있다.
4차 암모늄 모이어티는 중합체 내에 혼입될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 분진 억제 코팅 중합체는 수계 중합체, 예를 들어 폴리아크릴레이트 (예를 들어, 아크릴 에멀젼 중합체) 또는 열가소성 중합체를 포함한다. 이들 중합체는 유리 전이 온도 (Tg)가 약 -60℃ 내지 약 60℃일 수 있거나, 그보다 더 높을 수 있다. 일부 실시 형태에서, 이들 중합체는 낮은 Tg, 예를 들어 -20℃ 미만의 Tg를 갖는다. 예를 들어, Tg는 -30℃ 미만일 수 있다. 일부 실시 형태에서, Tg는 -45℃ 미만이다. 특정 실시 형태에서, 코팅 중합체는 4차 암모늄 모이어티를 갖는 아크릴 에멀젼 중합체를 포함한다. 실시 형태에서, 코팅 중합체는 미국 특허 출원 공개 제2014/0170362호에 기재된 것과 같은 중합체이다.
(본 발명의 목적상 폴리메타크릴레이트를 포함하는) 폴리아크릴레이트는 개시제 및 선택적인 계면활성제의 존재 하에서의 (본 발명의 목적상 메타크릴레이트 단량체를 포함하는) 하나 이상의 아크릴레이트 단량체의 에멀젼 중합에 의해 제조될 수 있다. 단량체에는 N-비닐 피롤리돈, 아이소부틸 (메트)아크릴레이트, n-부틸 (메트)아크릴레이트, 아이소프로필 (메트)아크릴레이트, n-프로필 (메트)아크릴레이트, 메틸 (메트)아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트, 비닐 아세테이트, 하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 옥타데실 (메트)아크릴레이트, 스테아릴 (메트)아크릴레이트, 다이메틸 아크릴아미드, N-(하이드록시메틸)-아크릴아미드, 다이메틸아미노에틸 (메트)아크릴레이트, 메톡시 폴리에틸렌 글리콜 (메트)아크릴레이트, 폴리다이메틸실록산 (메트)아크릴레이트, KF 2001 (메르캅토 개질된 다이메틸실록산), 퍼플루오로부틸 설폰아미도 n-메틸 에틸 아크릴레이트, 및 헥사플루오로프로필렌 옥사이드 올리고머 아미돌 (메트)아크릴레이트 아이소보르닐 (메트)아크릴레이트, 아이소옥틸(메트)아크릴레이트, 2-에틸 헥실 (메트)아크릴레이트, 2-하이드록시 에틸 (메트)아크릴레이트 등이 포함될 수 있다. 또한 극성 단량체를 0 내지 30%로 첨가하여 이들 중합체의 강도를 개선할 수 있다. 이러한 극성 단량체에는 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, N-비닐 피롤리돈, N-비닐 카프로락탐, 치환된 (메트)아크릴아미드, 예를 들어 N,N-다이메틸 아크릴아미드, N,N-다이메틸아미노에틸아크릴레이트, 및 N-옥틸아크릴아미드, 다이메틸아미노에틸 메타크릴레이트, 아크릴로니트릴, 2-카르복시에틸 아크릴레이트, 말레산 무수물 등, 및 이들의 혼합물이 포함된다.
4차 암모늄 작용기를 갖는 단량체가 중합 혼합물에 포함될 수 있다. 임의의 적합한 4차 암모늄-함유 단량체가 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 단량체는 알킬암모늄 작용기를 포함하는 아크릴레이트 에스테르이다. 일부 실시 형태에서, 알킬암모늄 작용기를 갖는 단량체의 3개의 알킬 기 모두는 메틸 기이다. 다른 실시 형태에서, 3개의 알킬 기 중 2개는 메틸이고 세 번째 것은 2 내지 24개의 탄소 원자, 또는 6 내지 20개의 탄소 원자, 또는 8 내지 18개의 탄소 원자, 또는 16개의 탄소 원자를 갖는 선형, 분지형, 환형, 또는 지환족 기이다. 일부 실시 형태에서, 단량체는 2-(트라이알킬 암모늄)에틸 아크릴레이트이며, 이는 2-(다이메틸아미노)에틸 아크릴레이트 또는 2-(다이메틸아미노)에틸 메타크릴레이트와 알킬 할라이드의 반응으로부터 형성될 수 있다. 적합한 4차 암모늄-함유 단량체의 다른 예는 2-트라이메틸암모늄에틸 메타크릴레이트 클로라이드이다.
일부 실시 형태에서, 중합은 2-(다이메틸아미노)에틸 아크릴레이트 또는 2-(다이메틸아미노)에틸 메타크릴레이트를 사용하여 수행되며, 중합체 내에 존재하는 아미노 기를 적합한 알킬 할라이드와 반응시켜 상응하는 암모늄 할라이드 작용기를 형성함으로써 상응하는 암모늄 작용기가 동일계에서(in situ) 형성된다.
중합체를 형성하기 위한 반응 혼합물은 4차 암모늄 작용기를 갖는 (또는 암모늄 작용기를 갖도록 전환가능한) 단량체를 임의의 적합한 농도로 포함할 수 있다. 이론에 의해 구애되고자 함이 없이, 더 높은 농도의 4차 암모늄 작용기는 개선된 분진 억제를 가져올 것으로 여겨진다. 그러나, 아스팔트계 루핑 재료, 또는 분진 억제 코팅이 소수성 재료와 상호작용할 수 있는 다른 제품에 사용되는 경우, 증가된 분진 억제 (및 따라서 더 높은 암모늄 농도 및 더 높은 양전하)에 대한 요구는 소수성 재료와의 효과적인 상호작용에 대한 요구와 균형을 이루어야 한다. 과립-아스팔트 계면에서 물의 침투를 방지하기 위하여, 과립 표면의 대부분이 소수성인 것이 바람직하다. 다양한 실시 형태에서, 중합체는 약 0.1 중량% 내지 약 50 중량%의 4차 암모늄 작용기를 포함한다. 중합체가 에멀젼 중합체인 경우, 중합체에 포함된 4차 암모늄 단량체의 중량 백분율은 전형적으로 약 10% 미만, 예를 들어 8% 이하일 것이다. 중합체가 용액 중합체인 경우, 중합체에 포함된 4차 암모늄 단량체의 중량 백분율은 최대 약 65%이거나 그보다 더 큰 것과 같이 더 높을 수 있지만, 더 높을 필요는 없다.
실시 형태에서, 4차 암모늄-함유 단량체를 포함하는 반응 혼합물로부터 형성되는 중합체는 4차 암모늄-함유 단량체를, 중합체의 총 중량을 기준으로, 약 2 중량% 내지 45 중량%, 또는 중합체의 약 2 중량% 내지 35 중량%, 또는 중합체의 약 4 중량% 내지 25 중량%, 또는 중합체의 약 6 중량% 내지 15 중량%, 또는 중합체의 약 7 중량% 내지 10 중량%로, 또는 다양한 중간 수준, 예를 들어, 3 중량%, 5 중량%, 6 중량%, 8 중량%로, 그리고 2 내지 45 중량%에서 1 중량% 증분에 의해 표시되는 모든 다른 그러한 개별 값으로, 그리고 1 중량% 증분의 이들 개별 값들 사이에 걸친 임의의 범위로, 예를 들어 2 중량% 내지 4 중량%, 7 중량% 내지 38 중량%, 20 중량% 내지 25 중량% 등으로 포함한다.
일부 실시 형태에서, 4차 암모늄 작용기를 갖는 중합체는 소수성 탄화수소 작용기를 추가로 포함하며, 이는, 코팅된 표면이 아스팔트-함유 물품과 접촉할 때, 아스팔트에 의한 습윤화를 향상시킬 수 있다. 소수성 탄화수소 작용기는 펜던트 탄화수소 사슬, 예를 들어 C3 이상의 사슬; 예를 들어, C5-C12 사슬 등에 의해 제공될 수 있다. 소수성 탄화수소 작용기는, 중합을 위한 혼합물 내에 소수성 탄화수소 작용기를 갖는 단량체를 포함시킴으로써 중합체 내에 혼입될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 소수성 탄화수소 작용기를 갖는 단량체는 8 내지 12개의 탄소를 갖는 알코올의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 에스테르이다. 알코올은 선형, 분지형 또는 환형일 수 있다. 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 에스테르에 유용한 알코올의 예에는 옥틸, 아이소옥틸, 노닐, 아이소노닐, 데실, 운데실, 및 도데실 알코올이 포함된다. 일부 실시 형태에서, 알코올은 아이소옥틸 알코올이다.
중합체는 임의의 적합한 농도의 소수성 탄화수소 작용기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 중합체는 약 50% 내지 약 99.9%의 소수성 작용기를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 소수성 탄화수소 작용기를 갖는 단량체를 포함하는 반응 혼합물로부터 형성되는 중합체는 소수성 탄화수소 작용기를 포함하는 단량체를, 중합체의 총 중량에 대해 약 50 중량% 내지 95 중량%, 또는 중합체의 총 중량의 약 60 중량% 내지 90 중량%, 또는 중합체의 총 중량의 약 75 중량% 내지 85 중량%로, 또는 다양한 중간 수준, 예를 들어, 51 중량%, 52 중량%, 53 중량%, 54 중량%로, 그리고 50 중량% 내지 95 중량%에서 1 중량% 증분에 의해 개별적으로 표시되는 모든 다른 그러한 값으로, 그리고 1 중량% 증분의 임의의 이들 개별 값들 사이에 걸친 임의의 범위로, 예를 들어 약 54 중량% 내지 81 중량%, 약 66 중량% 내지 82 중량%, 약 77 중량% 내지 79 중량% 등과 같은 범위로 포함한다.
일부 실시 형태에서, 중합체는 (예를 들어, "접착 촉진제 코팅 조성물"이라는 표제 하에 상기에 논의된 바와 같이 - 이러한 논의는 본 섹션에 포함됨 -, 광물 과립과 결합할 수 있는) 실릴 작용기 및 (예를 들어, "접착 촉진제 코팅 조성물"이라는 표제 하에 상기에 논의된 바와 같이 - 이러한 논의는 본 섹션에 포함됨 -, 아스팔트 과립 내의 친핵체와 결합할 수 있는) 친전자체 작용기 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 실릴 작용기 또는 친전자체 작용기는, 중합을 위한 혼합물 내에 실릴 작용기 또는 친전자체 작용기를 갖는 단량체를 혼입함으로써, 중합체에 부가될 수 있다. 실릴 작용기를 갖는 아크릴레이트 단량체의 예에는 (트라이메톡시실릴)프로필 메타크릴레이트 및 (트라이에톡시실릴)프로필 메타크릴레이트가 포함된다. 친전자체 작용기를 갖는 아크릴레이트 단량체의 일례는 글리시딜 메타크릴레이트이다.
중합체는 임의의 적합한 농도의 실릴 작용기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 중합체는 약 0% 내지 약 10%의 실릴 작용기를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 실릴 작용기를 갖는 단량체를 포함하는 반응 혼합물로부터 형성되는 중합체는, 중합체의 총 중량에 대해 약 0 중량% 내지 5 중량%의, 실릴 작용기를 포함하는 단량체를 포함한다.
중합체는 임의의 적합한 농도의 친전자체 작용기를 함유할 수 있다. 예를 들어, 중합체는 약 0% 내지 약 10%의 친전자체 작용기를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 친전자체 작용기를 갖는 단량체를 포함하는 반응 혼합물로부터 형성되는 중합체는, 중합체의 총 중량에 대해 약 0 중량% 내지 5 중량%의, 친전자체 작용기를 포함하는 단량체를 포함한다.
일부 실시 형태에서, 중합체 반응 혼합물은 음이온성 단량체를 포함한다. 예를 들어, 반응 혼합물은 아크릴산, 메타크릴산, 이들의 염, 또는 이들의 블렌드 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서 음이온성 단량체는 아크릴산 또는 메타크릴산이며, 산은 중합 전에 또는 후에 중화에 의해 상응하는 카르복실레이트 염으로 전환된다. 일부 실시 형태에서, 중합체 반응 혼합물은 중합체의 총 중량을 기준으로 약 0 중량% 내지 5 중량%의 음이온성 단량체를 포함한다.
4차 암모늄 작용기를 갖는 중합체의 중합은 당업자에게 친숙한 통상적인 열 또는 방사선 중합 기술을 사용하여 수행된다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 단량체들을 혼합하고, 화학 방사선 또는 이온화 방사선을 조사한다. 일부 실시 형태에서, 조사 동안 반응 영역에서 공기를 부분적으로 배제하거나 제한한다. 일부 실시 형태에서, 단량체의 에멀젼을 형성하고, 중합 반응의 UV 또는 열 개시를 사용하여 중합을 수행한다. 에멀젼은 유중수 또는 수중유 에멀젼이다. 일부 실시 형태에서, 물인 용매, 수성 혼합물, 또는 물 이외의 용매 중에 단량체의 용액을 형성하고, 에멀젼 반응과 유사하게 UV 또는 열 개시를 사용하여 중합을 수행한다.
UV 방사선을 이용하는 일부 실시 형태에서는, 광개시제를 이용하여 광개시제의 광분해를 통해 중합 반응을 개시한다. 일부 그러한 실시 형태에서, 광개시제는 이용하고자 하는 UV 방사선의 파장에 기초하여 선택된다. 광개시제가 이용되는 경우, 광개시제는 단량체의 총 중량을 기준으로 약 0.01 중량% 내지 5 중량%, 예를 들어 단량체의 총 중량을 기준으로 약 0.1 중량% 내지 2 중량%, 또는 단량체의 총 중량을 기준으로 약 0.2 중량% 내지 1 중량%로 중합 혼합물 내에 포함된다. 적합한 광개시제의 비제한적인 예에는 UV 개시 중합 분야의 숙련자에게 친숙한 임의의 금속 요오드화물, 알킬 금속 화합물, 또는 아조 화합물; 및 미국 뉴욕주 태리타운 소재의 시바 스페셜티 케미칼스 코포레이션(Ciba Specialty Chemicals Corp.)에 의해 상표명 이르가큐어(IRGACURE)(등록상표)로 판매되는 것; 일본 도쿄 소재의 썬 케미칼 컴퍼니(Sun Chemical Company)에 의해 상표명 켐큐어(CHEMCURE)(등록상표)로 판매되는 것; 및 미국 노스캐롤라이나주 샬럿 소재의 바스프 코포레이션(BASF Corporation)에 의해 상표명 루시린(LUCIRIN)(등록상표)으로 판매되는 것이 포함된다. 에멀젼 중합의 경우에, 수용성 개시제가 바람직하다.
열분해를 이용하여 중합을 개시하는 일부 실시 형태에서, 4차 암모늄 작용기를 갖는 중합체를 제조하는 데 이용되는 단량체의 에멀젼 중합은, 단량체들, 계면활성제, 및 열 개시제를 물 중에서 블렌딩한 후에, 적합한 속도의 중합을 유지하기에 적합한 속도로 개시제의 분해가 일어나는 온도로 에멀젼을 가열함으로써 수행된다. 적합한 열 개시제의 비제한적인 예에는 중합의 열 개시 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이용되는 임의의 유기 퍼옥사이드 또는 아조 화합물, 예를 들어 다이쿠밀 퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드, 또는 아조비스부티릴니트릴 (AIBN), 및 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(duPont de Nemours and Company)에 의해 상표명 바조(VAZO)(등록상표)로 판매되는 열 개시제가 포함된다. 에멀젼 중합의 경우에, 수용성 개시제가 바람직하다.
다른 실시 형태에서, 단량체의 에멀젼을 형성하고, 중합 반응의 UV 또는 열 개시를 사용하여 중합을 수행한다. 에멀젼은 유중수 또는 수중유 에멀젼이다. 일부 그러한 실시 형태에서, 에멀젼은, 하나 이상의 계면활성제를 이용하여 벌크 수상 중에 하나 이상의 단량체를 안정화시킨 수중유 에멀젼이다. 다양한 실시 형태에서, 계면활성제는 속성이 양이온성, 음이온성, 쯔비터이온성, 또는 비이온성이며, 그의 구조는 달리 특별히 제한되지 않는다. 일부 실시 형태에서, 계면활성제는 또한 단량체이며, 중합체 내에 혼입된다. 다른 실시 형태에서, 계면활성제는 중합 반응 용기 내에 존재하지만, 중합 반응의 결과로서 중합체 내에 혼입되지는 않는다.
암모늄 작용기를 갖는 중합체를 형성하는 데 이용되는 단량체의 수중유 에멀젼을 형성하는 데 유용한 비이온성 계면활성제의 비제한적인 예에는 에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드의 블록 공중합체, 예를 들어 미국 노스캐롤라이나주 샬럿 소재의 바스프 코포레이션에 의해 상표명 플루로닉(PLURONIC)(등록상표), 콜리포르(KOLLIPHOR)(등록상표), 또는 테트로닉(TETRONIC)(등록상표)으로 판매되는 것들; 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 케미칼 컴퍼니(Dow Chemical Company)에 의해 상표명 트리톤(TRITON)(등록상표)으로 판매되는 것을 포함하는, 에틸렌 옥사이드와 지방 알코올, 노닐페놀, 도데실 알코올 등의 반응에 의해 형성되는 에톡실레이트; 올레일 알코올; 소르비탄 에스테르; 알킬폴리글리코사이드, 예를 들어 데실 글리코사이드; 소르비탄 트라이스테아레이트; 및 이들의 하나 이상의 조합이 포함된다.
4차 암모늄 작용기를 갖는 중합체를 형성하는 데 이용되는 단량체의 수중유 에멀젼을 형성하는 데 유용한 양이온성 계면활성제의 비제한적인 예에는 벤잘코늄 클로라이드, 세트리모늄 브로마이드, 데메틸다이옥타데실암모늄 클로라이드, 라우릴 메틸 글루세스-10 하이드록시프로필 다이암모늄 클로라이드, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드, 모노알킬트라이메틸암모늄 클로라이드, 모노알킬다이메틸벤질암모늄 클로라이드, 다이알킬에틸메틸암모늄 에토설페이트, 트라이알킬메틸암모늄 클로라이드, 폴리옥시에틸렌모노알킬메틸암모늄 클로라이드, 및 다이4차암모늄 클로라이드; 네덜란드 암스테르담 소재의 악조 노벨 엔.브이.(Akzo Nobel N.V.)에 의해 상표명 에토콰드(ETHOQUAD)(등록상표), 아르콰드(ARQUAD)(등록상표), 및 두오콰드(DUOQUAD)(등록상표)로 판매되는 암모늄 작용성 계면활성제; 및 이들의 혼합물이 포함된다. 특히 본 발명의 쯔비터이온성 중합체의 중합을 위한 수중유 에멀젼을 형성하는 데에는 에토콰드(등록상표) 계면활성제, 예를 들어, 에토콰드(등록상표) C/12, C/25, C/12-75 등이 사용된다. 일부 실시 형태에서, 에토콰드(등록상표) C/25가, 본 명세서에 기재된 중합체를 제조하는 데 이용되는 단량체의, 물 중 고 고형물 에멀젼을 제조하는 데 보통 이용된다.
양이온성 계면활성제가 수중유 에멀젼 중합 반응에 이용되는 경우, 양이온성 계면활성제는 단량체의 총 중량을 기준으로 약 0.1 중량% 내지 6.0 중량%, 또는 단량체의 약 0.3 중량% 내지 4.0 중량%, 또는 다양한 중간 수준, 예를 들어 1.1 중량%, 1.2 중량%, 1.3 중량%, 1.4 중량%, 1.5 중량%, 1.6 중량%, 1.7 중량%, 1.8 중량%, 1.9 중량%, 2.1 중량%, 2.2 중량%, 그리고 1.0 내지 6.0 중량%에서 0.1 중량% 증분에 의해 표시되는 모든 다른 그러한 개별 값, 그리고 0.1 중량% 증분의 이들 개별 값들 사이에 걸친 임의의 범위, 예를 들어 2.3 중량% 내지 4.6 중량%, 4.5 중량% 내지 4.7 중량% 등의 양으로 이용된다.
본 명세서에 기재된 중합체를 형성하는 데 이용되는 단량체의 수중유 에멀젼을 형성하는 데 유용한 쯔비터이온성 계면활성제의 비제한적인 예에는 베타인 및 설타인, 예를 들어 코카미도프로필 베타인, 하이드록시설타인, 및 코카미도프로필 하이드록시설타인이 포함되며; 다른 것에는 레시틴, 3-[(3-콜라미도프로필)다이메틸암모니오]-1-프로판설포네이트 (CHAPS), 및 소듐 2-[1-(2-하이드록시에틸)-2-운데실-4,5-다이하이드로이미다졸-1-윰-1-일]아세테이트 (소듐 라우로암프아세테이트)가 포함된다. 쯔비터이온성 계면활성제가 수중유 에멀젼 중합 반응에 이용되는 경우, 쯔비터이온성 계면활성제는 단량체의 총 중량을 기준으로 약 0.01 중량% 내지 10.0 중량%, 또는 단량체의 약 0.3 중량% 내지 6.0 중량%, 또는 다양한 중간 수준, 예를 들어 1.1 중량%, 1.2 중량%, 1.3 중량%, 1.4 중량%, 1.5 중량%, 1.6 중량%, 1.7 중량%, 1.8 중량%, 1.9 중량%, 2.1 중량%, 2.2 중량%, 그리고 1.0 내지 10.0 중량%에서 0.1 중량% 증분에 의해 표시되는 모든 다른 그러한 개별 값, 그리고 0.1 중량% 증분의 이들 개별 값들 사이에 걸친 임의의 범위, 예를 들어 2.3 중량% 내지 4.6 중량%, 4.5 중량% 내지 4.7 중량% 등의 양으로 이용된다.
일부 실시 형태에서, 암모늄 작용기를 갖는 중합체를 제조하는 데 이용되는 단량체의 에멀젼 중합은, 단량체들, 계면활성제(들), 및 UV 개시제를 물 중에서 블렌딩한 후에, 소정 기간 동안 선택된 개시제의 바람직한 분해 파장에 상응하는 파장에서 UV 방사선을 조사함으로써 수행된다. 다른 실시 형태에서, 단량체의 에멀젼 중합은 단량체들, 계면활성제, 및 열 개시제를 물 중에서 블렌딩한 후에, 열 개시제의 분해가 적합한 속도로 유발되는 온도로 에멀젼을 가열함으로써 수행된다. 단량체 혼합물 중에 메타크릴산 또는 아크릴산이 이용되는 일부 실시 형태에서, 수산화나트륨, 수산화리튬, 수산화암모늄, 또는 수산화칼륨이 단량체 혼합물에 첨가되어 산 작용기를 중화시키고 상응하는 염을 형성한다. 다른 실시 형태에서, 그러한 중화는 중합 반응의 완료 후에 수행된다. 실시 형태에서, 중화는, 수상의 pH를 약 2 내지 3으로부터 약 4 내지 7로, 예를 들어 약 5 내지 6으로 조정하는 것을 의미한다.
일부 실시 형태에서, 에토콰드(등록상표) C/25가 단량체의 고 고형물 에멀젼을 제조하는 데 보통 이용된다. 이와 관련하여, "고형물"은 물 이외의 에멀젼의 모든 성분으로서 정의된다. 예를 들어, 물 중 약 15 중량% 내지 60 중량%의 총 고형물, 또는 물 중 약 25 중량% 내지 60 중량%의 총 고형물, 또는 물 중 약 30 중량% 내지 50 중량%의 고형물, 또는 다양한 중간 수준, 예를 들어, 16 중량%, 17 중량%, 18 중량%, 19 중량%, 20 중량%, 21 중량%, 22 중량%, 23 중량%, 24 중량%, 26 중량%, 27 중량%, 그리고 물 중 15 중량% 내지 60 중량%의 고형물에서 1 중량% 증분에 의해 표시되는 모든 다른 그러한 개별 값, 그리고 1 중량% 증분의 이들 개별 값들 사이에 걸친 임의의 범위, 예를 들어 23 중량% 내지 46 중량%, 45 중량% 내지 57 중량% 등으로, 고 고형물 에멀젼이 형성된다.
일반적으로, 에멀젼 중합의 조건 및 이용되는 방법론은 통상적인 에멀젼 중합 방법에서 이용되는 것과 동일하거나 유사하다. 일부 실시 형태에서, 수중유 에멀젼 중합은 열 개시를 사용하여 수행된다. 그러한 실시 형태에서, 한 가지 유용한 중합 개시제는 V-50 (일본 오사카 소재의 와코 퓨어 케미칼 인더스트리즈 리미티드(Wako Pure Chemical Industries Ltd.)로부터 입수됨)이다. 일부 그러한 실시 형태에서, 에멀젼의 온도는 중합 전에 그리고 중합 동안에 약 30℃ 내지 100℃로, 예를 들어 약 40℃ 내지 80℃, 또는 약 40℃ 내지 60℃, 또는 약 45℃ 내지 55℃로 조정된다. 적합한 양의 시간 동안 승온에서 에멀젼의 교반을 수행하여 열 개시제의 실질적으로 전부를 분해하고, 에멀젼에 첨가된 단량체의 실질적으로 전부를 반응시켜 중합된 에멀젼을 형성한다. 일부 실시 형태에서, 승온은 약 2시간 내지 24시간, 또는 약 4시간 내지 18시간, 또는 약 8시간 내지 16시간의 기간 동안 유지된다. 중합 동안, 일부 실시 형태에서, 반응 용기에 첨가된 단량체 함량의 실질적으로 전부의 반응을 완료하기 위해, 부가적인 열 개시제를 첨가하는 것이 필요하다. 조건들의 주의 깊은 조정에 의해서 중합의 완료가 달성되며, 잔류 단량체 함량의 가스 크로마토그래피 분석과 같은 표준 분석 기술이 중합의 완료에 관하여 숙련자에게 정보를 제공할 것으로 이해될 것이다.
다른 실시 형태에서, 중합은, 단량체들이 용매 또는 둘 이상의 용매의 혼합물 중에 용액을 형성하는 용매 중합이다. 용매는 물을 포함하지만, 일부 실시 형태에서 비-수성 용매 또는 용매 혼합물이 이용된다. 적합한 용매 및 용매 혼합물의 예에는, 다양한 실시 형태에서, 에탄올, 메탄올, 톨루엔, 메틸 에틸 케톤, 에틸 아세테이트, 아이소프로필 알코올, 테트라하이드로푸란, 1-메틸-2-피롤리디논, 2-부타논, 아세토니트릴, 다이메틸포름아미드, 다이메틸 설폭사이드, 다이메틸아세트아미드, 다이클로로메탄, t-부탄올, 메틸 아이소부틸 케톤, 메틸 t-부틸 에테르, 및 에틸렌 글리콜 중 하나 이상이 포함된다. 일반적으로, 용매 중합의 조건 및 이용되는 방법론은 통상적인 용매 중합 방법에서 이용되는 것과 동일하거나 유사하다. 일부 실시 형태에서, 용매 중합은 열 개시를 사용하여 수행된다. 그러한 실시 형태에서, 한 가지 유용한 중합 개시제는 바조(등록상표) 67이다. 일부 그러한 실시 형태에서, 단량체 용액의 온도는 중합 전에 그리고 중합 동안에 약 30℃ 내지 150℃로, 예를 들어 약 50℃ 내지 1300℃, 또는 약 60℃ 내지 120℃, 또는 약 60℃ 내지 100℃로 조정된다. 적합한 양의 시간 동안 승온에서 용액의 교반을 수행하여 열 개시제의 실질적으로 전부를 분해하고, 단량체의 실질적으로 전부를 반응시켜 중합체 용액을 형성한다. 일부 실시 형태에서, 승온은 약 2시간 내지 24시간, 또는 약 4시간 내지 18시간, 또는 약 8시간 내지 16시간의 기간 동안 유지된다. 중합 동안, 일부 실시 형태에서, 반응 용기에 첨가된 단량체 함량의 실질적으로 전부의 반응을 완료하기 위해, 부가적인 열 개시제를 첨가하는 것이 필요하다. 조건들의 주의 깊은 조정에 의해서 중합의 완료가 달성되며, 잔류 단량체 함량의 가스 크로마토그래피 분석과 같은 표준 분석 기술이 중합의 완료에 관하여 숙련자에게 정보를 제공할 것으로 이해될 것이다.
일부 실시 형태에서, 상기에 기재된 바와 같은 용매 중합은 UV 중합이며; 즉, UV 개시제가 열 개시제 대신에 이용되고, 소정 기간 동안 선택된 개시제의 바람직한 분해 파장에 상응하는 파장에서 UV 방사선을 용액에 조사하는 점을 제외하고는, 실질적으로 용매 중합에 대해 기재된 바와 같이 중합이 수행된다. 일부 실시 형태에서, 용액 UV 중합은 용액에 열을 가하지 않고서 수행된다. 다른 실시 형태에서, 중합 공정 동안 용액의 점도가 증가함에 따라, 예를 들어, 혼합을 용이하게 하기 위해서, 용액에 추가로 열을 가한다.
일부 실시 형태에서, 분진 억제 코팅 중합체 조성물은 (중합체가 실릴 작용기를 포함하는지와 관계없이) 알킬알콕시실란과 조합된다. 알킬알콕시실란은 소수성 아스팔트에 의한 더 우수한 습윤화를 위해서 탄화수소 테일을 함유할 수 있다. 축합 반응을 통해 과립 표면과 알킬알콕시실란 사이에 실록시 결합이 형성되어, 과립 표면 상에 소수성 탄화수소 테일을 남길 수 있다. 친수성 표면의 소수성 오일성 표면으로의 변환은 아스팔트에 의한 과립 표면의 습윤화를 개선한다. 코팅 조성물은 분진 억제 코팅 중합체 대 알킬알콕시실란의 임의의 적합한 비를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조성물은 약 4:1, 3:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1:3, 1:4 등의 분진 억제 화합물 대 알킬알콕시실란의 비를 포함할 수 있다.
임의의 적합한 알킬알콕시실란이 코팅 조성물에 사용될 수 있다. 바람직하게는, 존재하는 경우, 알킬알콕시실란은, 4차 암모늄 작용기를 방해하지 (예를 들어, 블로킹하지) 않는 양으로 존재한다. 적합한 알킬알콕시실란의 일례는 아이소옥틸트라이메톡시실란 [(MeO)3SiCH2C(CH3)2CH2C(CH3)2] 또는 이의 올리고머 또는 이의 일부를 함유하는 올리고머, 예를 들어 미국 미시간주 아드리안 소재의 와커 케미칼 코포레이션으로부터 입수가능한 실레스(등록상표) BS 68이다.
하기의 실시예에는, 4차 암모늄-함유 폴리아크릴레이트 수성 분산액이 분진 억제를 나타냄이 나타나 있다. 이러한 수성 분산액은 또한 실란 및 실라놀-작용성 모이어티, 에폭사이드 모이어티, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 반응성 실란 및 실라놀 작용기는 광물 루핑 과립 상의 강한 실록산 결합을 가능하게 할 수 있다. 에폭사이드 모이어티는 아마도 (예를 들어, "접착 촉진제 코팅 조성물"이라는 표제 하에 상기에 논의된 바와 같이) 아스팔트 내의 반응성 화학종과 화학 결합을 형성할 수 있다.
이러한 재료들 중 하나 및 알킬실록산 올리고머를 포함하는 제형으로 처리된 과립은, 개질되지 않은 아스팔트 및 PPA-개질된 아스팔트 둘 모두에서, 대조군에 비해 개선된 분진 억제 및 과립 표면과 루핑 아스팔트 사이의 향상된 친화성 둘 모두를 나타내었다.
이러한 재료들의 실라놀-작용성 버전, 알킬실록산 올리고머, 및 에폭시-작용성 실란을 포함하는 제형으로 처리된 과립은, PPA-개질된 아스팔트에 에폭시 실란이 제공하는 개선된 접착을 손상시키지 않았다. 이러한 동일한 조합은, 대조군, 또는 알킬실록산 올리고머 및 에폭시-작용성 실란과 통상적인 분진 억제 재료, 3M 패스트본드(Fastbond)™ 인슐레이션 어드헤시브(Insulation Adhesive) 49의 조합 중 어느 하나와 비교하여, 개선된 분진 억제를 또한 나타내었다.
미국 특허 출원 공개 제2014/0170362호에 기재된 바와 같은 아크릴-쯔비터이온성 양친매성 중합체 (A-ZAP 에멀젼 중합체)를 사용하는 초기 시험은, 이러한 종류의 하전된 아크릴 에멀젼이, 현재 시판되는 대조군 분진 억제제 용액, 3M 패스트본드™ 인슐레이션 어드헤시브 49에 비해 개선된 분진 억제를 제공하였음을 나타내었다. "접착 촉진제 코팅 조성물"이라는 표제 하에 상기에 그리고 실시예 1에서 하기에 기재된 바와 같이, 글리시딜-작용성 실란 표면 처리는 과립 표면과 아스팔트 사이의 향상된 접착을 제공할 수 있는 것으로 나타났다. 그러나, 조합되는 경우에, A-ZAP 및 글리시딜-작용성 실란 표면 처리는 적은 분진을 갖는 표면을 야기하였지만, 아스팔트에 대한 개선된 친화성을 야기하지는 않았다. 하기 실시예 (실시예 2)는, 대조군에 비해 향상된 분진 억제 및 아스팔트에 대한 향상된 친화성 둘 모두를 나타내는 A-ZAP의 개질을 포함하는 제형을 기재한다. 하기 실시예는 글리시딜-작용성 실란 표면 처리의 접착 특성을 손상시키지 않는, 향상된 분진 억제를 나타내는 제형을 추가로 기재한다.
A-ZAP 및 다른 4차 암모늄 모이어티 함유 아크릴 중합체는, 다양한 성분들과 조합될 때, 유익한 분진 억제 및 광물 과립과 아스팔트 사이의 개선된 접착 둘 모두뿐만 아니라, 개선된 습윤화 특성을 제공하는 것으로 나타났다. 다양한 예시적인 실시 형태에서, 개선된 접착 특성 및 분진 억제 특성을 제공하는 코팅 조성물은 비이온성 단량체, 4차 암모늄 모이어티를 갖는 아크릴 중합체를 포함하며, 산성 단량체를 추가로 포함할 수 있다. 적합한 산성 단량체에는, 예를 들어, 아크릴산, 메타크릴산, 비닐 포스폰산, 비닐 설폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산, 이들의 적합한 조합, 및 본 기술 분야에 공지된 바와 같은 다른 적합한 성분이 포함된다. 예시적인 비이온성 단량체에는, 예를 들어, N-비닐 피롤리돈, 아이소부틸 (메트)아크릴레이트, n-부틸 (메트)아크릴레이트, 아이소프로필 (메트)아크릴레이트, n-프로필 (메트)아크릴레이트, 메틸 (메트)아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트, 비닐 아세테이트, 하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 옥타데실 (메트)아크릴레이트, 스테아릴 (메트)아크릴레이트, 다이메틸 아크릴아미드, N-(하이드록시메틸)-아크릴아미드, 다이메틸아미노에틸 (메트)아크릴레이트, 메톡시 폴리에틸렌 글리콜 (메트)아크릴레이트, 폴리다이메틸실록산 (메트)아크릴레이트, KF 2001 (메르캅토 개질된 다이메틸실록산), 퍼플루오로부틸 설폰아미도 n-메틸 에틸 아크릴레이트, 아이소보르닐 (메트)아크릴레이트, 아미돌 (메트)아크릴레이트, 헥사플루오로프로필렌 옥사이드 올리고머, 아이소옥틸(메트)아크릴레이트, 2-에틸 헥실 (메트)아크릴레이트, 2-하이드록시 에틸 (메트)아크릴레이트, 이들의 적합한 조합, 및 본 기술 분야에 공지된 바와 같은 다른 적합한 성분이 포함된다.
예시적인 코팅 조성물은, 예를 들어, 카르복실 작용기와 상호작용할 수 있는 이온성 가교결합제를 추가로 포함한다. 예시적인 실시 형태에서, 코팅 조성물은 지르코늄 화학종을 추가로 포함한다. 지르코늄 화학종은 카르복실 모이어티와의 강한 이온 결합 및/또는 하이드록실 모이어티와의 수소 결합을 발현할 수 있다. 다양한 예시적인 실시 형태에서, 지르코늄 화학종에는 지르코늄 아세테이트, 암모늄 지르코늄 카르보네이트, 포타슘 지르코늄 카르보네이트, 트라이에탄올아민 지르코늄, 지르코늄 락테이트의 나트륨 염, 이들의 적합한 조합, 및 본 기술 분야에 공지된 다른 적합한 재료가 포함될 수 있다.
일부 예시적인 실시 형태에서, 지르코늄 모이어티는 그 자체의 구조 내에 브릿징 하이드록실 기를 포함할 수 있다. 이론에 의해 구애됨이 없이, 그러한 지르코늄 화학종은 아크릴 중합체의 가교결합, 예를 들어, 아스팔트에의 개선된 접착, 및 루핑 과립의 다공성 표면에의 개선된 부착을 가능하게 하는 것으로 여겨진다. 연결은, 예를 들어 아크릴 중합체의 카르복실 모이어티, 코팅된 기재, 예를 들어 루핑 과립이 접촉해 있는 아스팔트에 존재하는 카르복실 및 하이드록실 모이어티, 및 기재 또는 기재의 코팅, 예를 들어 실리카 코팅 상에 존재하는 하이드록실 기를 통해 일어날 수 있다. 예시적인 실시 형태에서, 지르코늄 아세테이트로부터 아세테이트 기가 떨어져 나감에 따라 그리고 올(ol) (하이드록실) 브릿지가 생성됨에 따라, 예를 들어, 지르코늄 아세테이트로부터 형성되는, 중합체성 지르코늄 구조가 성장한다. 그러한 반응은 산화마그네슘, 산화칼슘, 및 다른 산화물과 같은 알칼리토 산화물의 존재에 의해 촉매될 수 있다.
지르코늄과 함께, 4차 암모늄 모이어티 및 카르복실 모이어티를 갖는 아크릴 중합체를 포함하는 코팅 조성물은, 루핑 과립, 예를 들어 광물 루핑 과립 상에 실리케이트 코팅과 함께 제공될 때, 특정 이점을 제공할 수 있다. 실리케이트 코팅은 전형적으로 알칼리 산화물을 함유하며, 광물 기재는, 예를 들어, 산화마그네슘 및 산화칼슘을 함유할 수 있다. 예시적인 실시 형태에서, 지르코늄 가교결합제, 예를 들어 지르코늄 아세테이트는 광물 기재 표면에의 올 브릿지 연결에 의해 브릿징될 수 있다. 하이드록실 기는 실리케이트 표면의 실라놀 기와의 수소 결합을 위해 이용가능하다. 중합된 지르코늄 착물, 또는 가교결합된 아크릴 중합체 및 지르코늄 착물은 다공성 실리케이트 코팅 내에서 기계적으로 얽히는 것이 가능할 수 있고/있거나, 예를 들어 예시적인 조성물에서 실레스 BS68에 의해 제공되는, 실라놀 모이어티에의 수소 결합에 의해 연결되는 것이 가능할 수 있다. 기재 및/또는 코팅된 기재와 실라놀 모이어티 사이의 부착은, 예를 들어 기재 또는 코팅된 기재와 아스팔트 사이의 접착을 개선하는 것으로 여겨진다.
다양한 예시적인 실시 형태에서, 아크릴 중합체는 4차 암모늄 모이어티, 및 0.5 중량% 내지 5 중량%, 1 중량% 내지 4 중량%, 또는 약 2 중량%의 카르복실 모이어티를 포함한다. 지르코늄, 예를 들어 지르코늄 아세테이트는, 약 0.5:1 내지 20:1, 1:1 내지 16:1, 또는 약 1:1 내지 10:1의 지르코늄 대 카르복실 모이어티의 화학량론적 비를 산출하는 양으로 제공된다. 그러한 로딩은, 바람직하지 않은 쉐딩(shedding) 및/또는 증가된 분진 생성을 야기하지 않고서, 개선된 접착 및 분진 억제의 조합을 제공한다. 따라서, 지르코늄 및 4차 암모늄 모이어티를 갖는 아크릴 중합체 내에 카르복실 모이어티를 포함하는 코팅 조성물은, 실시예에 추가로 기술된 바와 같이, 개선된 접착 특성 및 분진 억제 특성 둘 모두를 제공하는 것으로 관찰된다. 이러한 이점은, 그러한 코팅이 기재, 예를 들어 루핑 과립 상에 먼저 제공되고, 코팅된 기재가 후속하여 아스팔트 내에 부분적으로 매립될 때 특히 명백하다.
본 명세서에 기재된 접착 촉진제 코팅 조성물 및 분진 억제 코팅 조성물은 임의의 적합한 목적을 위해 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 그러한 코팅 조성물 중 하나 이상이 루핑 과립을 코팅하는 데 사용된다. 일부 실시 형태에서, 코팅된 루핑 과립은 루핑 재료 내에 혼입된다. 루핑 재료는 종종 매팅, 아스팔트 및 루핑 과립을 포함한다.
다양한 재료가 루핑 재료를 위한 매팅으로서 이용될 수 있다. 일반적으로, 매팅은 유리섬유 또는 셀룰로오스 섬유 중 어느 하나의 부직 매팅을 포함할 수 있다. 유리섬유 매팅이 종종 아스팔트 루핑 제품 산업에 사용된다. 그러나, 때때로 유기 매팅 또는 래그 펠트(rag felt)로 지칭되는 셀룰로오스 매팅이 또한 이용될 수 있다.
유리섬유 매팅은 미국 오하이오주 톨레도 소재의 오웬스-코닝 파이버글래스 코포레이션 (Owens-Corning Fiberglass Corporation) 및 미국 콜로라도주 덴버 소재의 맨빌 루핑 시스템즈(Manville Roofing Systems)로부터 구매가능하다. 유사한 물리적 특성을 갖는 임의의 유리섬유 매트가 만족스러운 결과로 사용될 수 있는 것으로 인식된다. 일반적으로, 유리섬유 매팅은 직경이 약 30 내지 200 마이크로미터인 스트림에서 부직 패턴으로 블로잉된 실리케이트 유리섬유로부터 제조될 수 있는데, 이때 생성되는 매트는 두께가 대략 1 내지 5 밀리미터이다.
전형적으로 셀룰로오스 펠트 (건식 펠트)는 바람직한 강도, 흡수 능력 및 가요성을 제공하도록 적절한 비율로 블렌딩된 래그, 목재 및 다른 셀룰로오스 섬유 또는 셀룰로오스-함유 섬유의 다양한 조합으로부터 제조된다.
때때로 "아스팔트 플럭스"(asphalt flux)로 칭해지는 루핑 아스팔트는 역청 재료들의 혼합물을 포함하는 석유계 유체이다. 루핑 재료의 제조에 있어서, 가능한 최대 정도로 "포화" 아스팔트로 함침되거나 포화될 때까지, 흡수성 펠트 또는 유리섬유 매팅을 침지하는 것이 일반적으로 바람직하며, 따라서 아스팔트는 이러한 목적을 위해 적합하여야 한다. 포화 아스팔트 내에는 방수를 제공하는 오일성 구성성분 및 다른 방부제가 많다. 포화 아스팔트로 포화된 매팅은 단단하거나 더 점성인 "코팅 아스팔트"의 도포에 의해 양쪽 면이 일반적으로 밀봉되며, 코팅 아스팔트 그 자체는 광물 과립의 커버링에 의해 보호된다. 유리섬유 매트 기반의 아스팔트 루핑 제품의 경우에, 코팅 아스팔트는 불포화 유리섬유 매트에 직접 도포될 수 있는 것으로 잘 이해된다.
포화 아스팔트 및 코팅 아스팔트를 위해 사용되는 아스팔트는 일반적으로 아스팔트 플럭스가 연화될 온도를 변경하는 것과 같은 방식으로 아스팔트 플럭스를 가공함으로써 제조된다. 일반적으로, 포화 아스팔트의 연화점은 약 37℃ 내지 약 72℃일 수 있는 반면, 바람직한 코팅 아스팔트의 연화점은 약 127℃만큼 높을 수 있다. 연화 온도는 루핑 산업에 따라 다르며 다양한 기후에서의 지붕 시스템에의 응용을 위해 변경될 수 있다.
실시 형태에서, 폴리인산 (PPA)을 아스팔트에 첨가하여 아스팔트의 등급을 변경할 수 있다. PPA로 개질된 아스팔트가 고온의 공기로 블로잉될 때, 이 아스팔트는 더 높은 연화점까지 더 장기간 동안 블로잉될 수 있는데, 이때 실온에서의 침투 깊이 감소는 더 적다. 예를 들어, 미국 특허 제7,951,239호를 참조한다. 이러한 강성화(stiffening) 효과는 아스팔트 상과 PPA 사이의 우선적인 반응 때문일 수 있다.
루핑 과립은 일반적으로, 예를 들어, 루핑 슁글 상의 아스팔트의 표면에 도포된다. 일반적으로, 루핑 과립은, 자연적인 형태이거나 세라믹 코팅에 의해 인공적으로 착색된, 유색 슬레이트 또는 암석 과립을 포함한다.
일반적으로, 불투명하고, 치밀하며, 최대 커버리지를 위한 스크리닝에 의해 알맞게 분류된 임의의 광물 재료가 통상적으로 루핑 제품에 사용될 수 있다. 일반적으로, 이들 재료는 원하는 크기로 파쇄되고 분류된다. 루핑 재료 산업에서 유용할 수 있는 임의의 크기 또는 크기 분포의 과립이 사용될 수 있다. 다양한 예시적인 실시 형태에서, 과립은 크기가 약 200 내지 1680 마이크로미터, 또는 420 내지 1500 마이크로미터, 또는 약 40 내지 12 US 메시이다. 그러한 과립을 착색하는 방법은 본 기술 분야에 일반적으로 공지되어 있다. 예를 들어, 비야드(Beyard) 등의 미국 특허 제3,752,696호를 참조한다.
적합한 베이스 과립은 넓은 부류의 비교적 다공성 또는 비다공성 및 내후성 암석 또는 광물 재료로부터 선택될 수 있다. 적합한 광물에는 화성암, 트랩 록(trap rock), 슬레이트, 규질점토암, 그레이스톤(greystone), 녹색암(greenstone), 석영, 규암, 소정의 화강암, 또는 점토 또는 다른 세라믹으로부터 제조된 소정의 합성 과립이 포함될 수 있다. 바람직한 특성을 제공하도록 과립을 다양한 재료로 코팅할 수 있다. 이러한 코팅은 연속적이거나 불연속적일 수 있다. 다수의 코팅이 순차적으로 또는 동시에 도포될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 과립을 광촉매성으로 만들 수 있다. 광촉매는, 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴퍼니(3M Innovative Properties Company)에 양도된, 미국 특허 제6,569,520호; 미국 특허 제6,881,701호 및 미국 특허 출원 공개 제2005/0142329호에 추가로 기재되어 있다. 활성화 또는 일광 노출 시에, 광촉매는 산화 부위 및 환원 부위 둘 모두를 확립하는 것으로 생각된다. 이들 부위는, 특히, 물의 존재 하에서, 코팅된 물품 상의 조류(algae) 또는 다른 생물군의 성장을 예방하거나 억제할 수 있는 하이드록실 라디칼과 같은 고도로 반응성인 화학종을 생성하는 것으로 생각된다. 당업자에게 통상적으로 인식되는 다수의 광촉매가 본 발명과 함께 사용하기에 적합하다. 광촉매의 구체적인 예에는 전이 금속 광촉매가 포함된다. 적합한 전이 금속 광촉매의 예에는 TiO2, ZnO, WO3, SnO2, CaTiO3, Fe2O3, MoO3, Nb2O5, TixZr(i_x)O2, SiC, SrTiO3, CdS, GaP, InP, GaAs, BaTiO3, KNbO3, Ta2O5, Bi2O3, NiO, Cu2O, SiO2, MoS2, InPb, RuO2, CeO2, Ti(OH)4 등, 및 이들의 조합이 포함된다. 특히 바람직한 광촉매에는 결정질 예추석 TiO2, 결정질 금홍석 TiO2, 결정질 ZnO 및 이들의 조합이 포함된다.
스펙트럼 효율을 개선하기 위하여, 광촉매는 비금속 원소, 예를 들어 C, N, S, F, 또는 금속 또는 금속 산화물, 예를 들어 Pt, Pd, Au, Ag, Os, Rh, RuO2, Nb, Cu, Sn, Ni, Fe, 또는 이들의 조합으로 도핑될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 과립을 항미생물성으로 만들 수 있다. 그러한 기능성 루핑 과립의 예는, 예를 들어 국제특허 공개 WO 02/10244호에서 찾을 수 있다. 일부 실시 형태에서, 과립은 아산화구리의 첨가에 의해 항미생물성으로 된다. 예를 들어, 미국 특허 제3,528,842호를 참조한다.
일부 실시 형태에서, 루핑 과립은 적외광의 반사를 나타낸다. 그러한 기능성 루핑 과립의 예는, 예를 들어, 미국 특허 출원 공개 제2005/0142329호에서 찾을 수 있다. 일반적으로, 그러한 과립은 770 내지 2500 nm의 파장 범위 내의 실질적으로 모든 지점에서 반사율이 약 20% 이상인, 비-백색의 건설 표면을 제공한다.
다양한 첨가제, 예를 들어 안정제 및 충전제가 아스팔트계 루핑 시스템에 이용될 수 있다. 예를 들어, 첨가제, 예컨대 안정제, 산화방지제, 계면활성제 등이 과립 상의 접착 촉진제 코팅에 첨가될 수 있다. 또한, 화성암 광물 미분, 실리카, 슬레이트 분진, 활석, 운모질 재료, 백운석, 석회석 및 트랩 록이 코팅 아스팔트에서 안정제 또는 충전제로서 이용될 수 있다.
이들 화합물은 통상적인 시스템에서 이용되며, 본 명세서에 기재된 접착 촉진제 또는 분진 억제 코팅된 과립을 함유하는 개선된 시스템에서 사용될 수 있다. 그러한 재료는 아스팔트 베이스가 내분쇄성, 내충격성, 및 인장 강도에 대하여 개선되게 한다. 또한, 그러한 재료는 방화성(fire protection)을 제공한다. 또한, 그러한 재료는 원료 비용 절감 및 개선된 내후성 특성을 제공한다. 첨가제에는 또한 반사 입자, 예를 들어 적외광을 반사하는 첨가제가 포함될 수 있다. 예에는 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴퍼니에 양도된 미국 특허 출원 공개 제2007/021825호에 기재된 것들이 포함된다.
본 명세서에 기재된 바와 같은 하나 이상의 코팅을 루핑 과립, 광물 충전제, 또는 다른 적합한 기재의 표면 상에 제공하는 것은 몇몇 독특한 특징 및 이점을 제공한다. 예를 들어, 과립 또는 기재의 표면 상의 공유 반응성 모이어티 또는 이온 반응성 모이어티의 존재는, 과립 또는 기재가 매립되는 아스팔트 내로의 혼합과는 달리, 아스팔트 와 과립 및/또는 코팅의 유동학적 특성(rheology)의 독립적인 맞춤을 가능하게 한다. 게다가, 코팅 조성물과 아스팔트 사이의 반응은 더 용이하게 제어될 수 있는데, 코팅, 예를 들어 코팅된 과립 또는 광물 충전제와 아스팔트가 서로 접촉하게 될 때까지는 반응이 일어날 수 없기 때문이다.
이제 도 1을 참조하면, 코팅된 루핑 과립(100)의 실시 형태의 개략도가 도시되어 있다. 코팅된 과립(100)은 베이스 과립(101), 및 베이스 과립 상의 코팅(103)을 포함한다. 베이스 과립(101) 및 코팅(103)은 상기에 기재된 바와 같은 루핑 과립 및 코팅일 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 루핑 물품(200)의 실시 형태의 개략도가 나타나 있다. 루핑 물품(200)은 기재(203), 및 기재(203) 상에 배치된 아스팔트 층(201)을 포함한다. 루핑 물품(200)은 또한 아스팔트 층(201) 내에 부분적으로 매립된 루핑 과립(100)을 포함한다. 루핑 물품(200), 아스팔트 층(201), 기재(203) 및 과립(100)은 상기에 기재된 바와 같을 수 있다. 예를 들어, 루핑 물품(200)이 루핑 슁글인 경우, 기재(201)는, 예를 들어, 상기에 기재된 바와 같은 유리섬유 매트 또는 펠트일 수 있다.
정의
본 명세서에서 사용된 과학 용어 및 기술 용어 모두는 달리 명시되지 않는 한 본 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 의미를 갖는다. 본 명세서에 제공된 정의는 본 명세서에 빈번하게 사용되는 소정 용어의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 바와 같이, 단수 형태("a", "an", 및 "the")는, 그 내용이 명백히 달리 지시하지 않는 한, 복수의 지시대상을 갖는 실시 형태를 포함한다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 바와 같이, 용어 "또는"은 일반적으로, 그 내용이 명백히 달리 지시하지 않는 한, 그의 의미에 "및/또는"을 포함하는 것으로 채용된다. 용어 "및/또는"은 열거된 요소 중 하나 또는 전부, 또는 열거된 요소의 임의의 둘 이상의 조합을 의미한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "갖다", "갖는", "구비하다", "구비하는", "포함하다", "포함하는" 등은 그들의 개방적 의미로 사용되고, 일반적으로 "포함하지만 이로 한정되지 않는다"는 것을 의미한다. "~로 본질적으로 이루어지는", "~로 이루어지는" 등은 "포함하는" 등에 포괄됨이 이해될 것이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "~로 본질적으로 이루어지는"은, 이것이 조성물, 물품, 시스템, 방법 등과 관련될 때, 조성물, 물품, 시스템, 방법 등의 구성 요소가 열거된 구성 요소, 그리고 상기 조성물, 물품, 시스템, 방법 등의 기본적이고 신규한 특징(들)에 실질적으로 영향을 주지 않는 임의의 다른 구성 요소에 제한됨을 의미한다.
단어 "바람직한" 및 "바람직하게는"은 소정 상황 하에서 소정 효과를 줄 수 있는 본 발명의 실시 형태를 말한다. 그러나, 동일한 상황 또는 다른 상황 하에서, 다른 실시 형태가 또한 바람직할 수 있다. 나아가, 하나 이상의 바람직한 실시 형태의 언급은 다른 실시 형태가 유용하지 않음을 의미하는 것은 아니며, 다른 실시 형태를, 청구범위를 포함하는 본 발명의 범주로부터 제외시키고자 하는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 종점(endpoint)에 의한 수치 범위의 언급은 그 범위 이내에 포함된 모든 수를 포함한다 (예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 5 등을 포함하거나, 또는 10 이하는 10, 9.4, 7.6, 5, 4.3, 2.9, 1.62, 0.3 등을 포함한다). 값의 범위가 특정 값에 "이르기까지"인 경우, 그러한 값은 그 범위 내에 포함된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "약"은 임의의 측정에서 발생하는 실험 오차의 범위를 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "접착 화합물"은 베이스 루핑 과립과 그리고 아스팔트 내의 반응성 기와 공유 결합 또는 이온 결합을 형성할 수 있는 화합물이다. 접착 화합물은 접착 촉진제 코팅 조성물 내에 포함될 수 있다. 접착 촉진제 코팅 조성물을 베이스 루핑 과립에 도포하여, 코팅된 루핑 과립을 형성할 수 있다.
본 발명의 목적상, 화합물에 대한 언급은 화합물의 염, 화합물의 수화물, 화합물의 다형체, 화합물의 이성체 (구조이성체 및 입체이성체, 예를 들어 거울상이성체 및 부분입체이성체를 포함함) 등에 대한 언급을 포함한다.
참고로의 포함: 본 명세서에 인용된 임의의 특허 또는 비특허 문헌은, 본 명세서에 제시된 개시 내용과 상충되지 않는 한, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
상기 상세한 설명에, 화합물, 조성물, 물품, 시스템 및 방법의 몇몇 구체적인 실시 형태가 개시되어 있다. 다른 실시 형태가 고려되며 본 발명의 범주 또는 사상으로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 상세한 설명은 제한적 의미로 해석되어서는 안 된다.
본 개시 내용의 대부분은 루핑 과립과 관련되지만, 본 명세서에 기재된 접착 촉진제 코팅 또는 분진 억제 코팅은 임의의 적합한 목적을 위해 사용될 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 접착 촉진제 코팅은 임의의 적합한 제1 기재와 임의의 적합한 제2 기재 사이; 특히 실란 모이어티와 실록산 결합을 형성할 수 있는 임의의 제1 기재와 친핵체 모이어티를 갖는 임의의 제2 기재 사이의 접착을 촉진하는 데 사용될 수 있다. 추가의 예로서, 분진 억제 코팅은 임의의 적합한 분진, 예를 들어 토양 분진, 광물 과립 분진 등을 억제하는 데 사용될 수 있다 본 명세서에 기재된 바와 같은 코팅은, 예를 들어 도로, 건설 재료, 및 다른 적합한 재료에서의 성능을 개선하도록 다른 아스팔트성 조성물에 사용하기에 또한 적합할 수 있으며, 예를 들어, 광물 충전제와 함께 그러한 재료에 코팅되거나 혼입될 수 있다.
상기에 기재된 화합물, 조성물, 물품, 시스템, 및 방법의 실시 형태를 예시하는 비제한적인 실시예가 하기에 제공된다. 이들 실시예는 본 명세서에 제시된 본 발명의 범주에 대한 어떠한 제한도 제공하고자 하는 것이 아니다. 달리 언급되지 않는 한, 실시예 및 본 명세서의 나머지 부분에서의 모든 부, 백분율, 비 등은 중량 기준이다.
실시예
실시예 1 ― 알콕시실란 및 친전자체를 함유하는 화합물에 의한 접착 촉진
하기 표 1에는 실시예 1에서 사용한 재료가 열거되어 있다.
[표 1]
Figure pct00005
재료 합성
1. 10% 실란 개질된 에폭시화 폴리부타다이엔 (Silane Mod ePB)의 합성: 3-아이소시아나토프로필트라이에톡시실란 (164223-64-A)으로 개질된 에폭시화 폴리부타다이엔(BD 605E): 100 ml 유리병에, 50.0 g의 에폭시화 폴리부타다이엔 (BD 605E), 10.51 g의 3-아이소시아나토프로필트라이에톡시실란, 및 미량 (0.05 g 미만)의 다이-n-부틸주석다이라우레이트를 충전하였다. 혼합물을 실온에서 10분 동안 기계적 교반기로 교반하였다. 이어서, 격렬한 교반을 유지하면서, 고온의 오일 조(hot oil bath)를 사용하여 80℃로 가열하였다. 이 반응 온도를 40분 동안 유지하고, 이어서 실온으로 냉각하였다. 임의의 가수분해 반응을 방지하기 위해 생성물을 단단히 밀봉된 바이알에 보관하였다.
2. 20% 실란 Mod ePB의 합성: 3-아이소시아나토프로필트라이에톡시실란 (164223-64-B)으로 개질된 에폭시화 폴리부타다이엔 (BD 605E): 100 ml 유리병에, 50.0 g의 에폭시화 폴리부타다이엔 (BD 605E), 21.02 g의 3-아이소시아나토프로필트라이에톡시실란, 및 미량 (0.05 g 미만)의 다이-n-부틸주석다이라우레이트를 충전하였다. 혼합물을 실온에서 10분 동안 기계적 교반기로 교반하였다. 이어서, 격렬한 교반을 유지하면서, 고온의 오일 조를 사용하여 80℃로 가열하였다. 이 반응 온도를 40분 동안 유지하고, 이어서 실온으로 냉각하였다. 임의의 가수분해 반응을 방지하기 위해 생성물을 단단히 밀봉된 바이알에 보관하였다.
3. 30% 실란 Mod ePB의 합성: 3-메르캅토프로필트라이에톡시실란 (164223-66)으로 개질된 에폭시화 폴리부타다이엔 (BD 605E): 100 ml 유리병에, 50.0 g의 에폭시화 폴리부타다이엔 (BD 605E) 및 0.1 g의 2,2-다이메톡시-2-페닐아세토페논을 충전하였다. 모든 2,2-다이메톡시-2-페닐아세토페논이 액체 중합체에 용해될 때까지 혼합물을 실온에서 기계적 교반기로 교반하였다. 균질한 혼합물이 얻어졌을 때, 15.0 g의 3-메르캅토프로필트라이에톡시실란을 혼합물에 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 10분 동안 교반한 후에, 격렬한 교반을 유지하면서 반응 혼합물에 대한 UV 조사를 30분 동안 행하였다 (실바니아 블랙라이트 블루(Sylvania Blacklight Blue) F15T8/BLB, 15, 저강도 UV 램프). UV 조사 후에, 임의의 가수분해 반응을 방지하기 위해 생성물을 단단히 밀봉된 바이알에 보관하였다.
절차 1: 과립 처리 ― 대조군 로트(Lot): 후처리를 포함하지 않는 1 킬로그램의 3M 백색 루핑 과립 (WA9300)을 360℉로 가열하고, 이어서 15 그램의 물 및 0.5 그램의 3M 패스트본드™ 인슐레이션 어드헤시브 49와 혼합한다. 45초의 혼합 후에, 0.5 그램의 나프텐 오일과 0.1 그램의 실레스(등록상표) BS68의 혼합물을 첨가하고 총 5분 동안 혼합을 계속한다. 이어서, 과립을 176℉에서 1시간 동안 열처리한다.
실험 로트에 대해서는, 모든 실시예에서 접착 촉진제가 총 0.2 lb/톤이 되도록 실레스(등록상표) BS 68 대신에 또는 그에 더하여 에폭시-작용성 실란 성분을 첨가하였다.
절차 2: 과립 발수성: 25.0 g의 처리된 과립을 20 ml 시험관에 넣고, 이어서 편평한 표면 상에 뒤집어서, 원추형 골재 파일(aggregate pile)을 형성함으로써 발수성을 시험한다. 이어서, 시험관의 바닥을 원추형 과립 골재 파일의 팁 상에 눌러서 15 mm 직경의 인덴트(indent)를 생성하였다. 약 3 내지 5 방울의 탈이온수를 인덴트 내에 넣고, 물이 사라질 때까지의 시간을 기록하였다.
절차 3: 과립 아스팔트 습윤성: 10 그램의 처리된 과립을 50 ml의 탈이온수에 넣어서 습윤성을 시험한다. 1분 동안 스패츌러 및 일정한 교반을 사용하여 2 그램의 습윤성 아스팔트 (SC800, 커트백(cutback), 시티 오브 세인트 폴 퍼블릭 웍스(City of St. Paul Public Works)를 통해 미국 미네소타주 세인트 폴 파크 소재의 더 애쉬랜드 페트롤륨 컴퍼니(The Ashland Petroleum Company)로부터 구매함)를 과립 내에 혼합한다. 아스팔트로 덮인 과립 표면의 백분율을 추정한다.
절차 4: 아스팔트에의 과립 접착성 "텍사스 보일"(Texas Boil) 시험: 텍사스 보일 시험은 텍사스 방법 Tex-530-C 또는 ASTM D 3625, "끓는 물을 사용한 역청 코팅된 골재에 대한 물의 영향"(Effect of Water on Bituminous-Coated Aggregate Using Boiling Water)의 변형이다. 포장용 골재 대신에, #11 백색 루핑 과립 (+16 메시)을 사용한다. 150 그램의 과립 및 6.8 그램의 아스팔트를 1시간 동안 325℉로 가열한다. 고르게 코팅될 때까지 과립을 아스팔트 중에서 교반하고 냉각되게 둔다. 아스팔트/과립 혼합물을 10분 동안 끓인다. 냉각 후에, 혼합물을 하룻밤 건조되게 둔다. 과립 + 아스팔트 혼합물을 연고통에 채우고, 끓여서 건조시킨 과립 + 아스팔트 혼합물을 다른 연고통에 채운다. 색도계를 사용하여, 처리된 과립의 L*, 즉 L*(a), 과립+ 아스팔트의 L*, 즉 L*(b), 및 끓인 과립 + 아스팔트의 L*, 즉 L*(c)를 측정한다. 하기 식에 따라 아스팔트 손실(%)을 계산한다:
아스팔트 손실(%) = (L*(c) ― L*(b))/(L*(a) ― L*(b)) × 100.
절차 5: 아스팔트에의 과립 접착성 마찰 시험(Rub Test): 건식 마찰 시험은 마모 조건 하에서의 광물-표면 루핑에의 과립 접착성을 결정하는 표준 시험 방법이다. 절차는 ASTM 표준 D4977 "마모에 의한 광물 표면 루핑에의 과립 접착성에 대한 시험 방법"(Test Method for Granule Adhesion to Mineral Surfaced Roofing by Abrasion)에 기재되어 있다. 건식 마찰 시험을 이러한 표준에 따라 수행하였다. 습식 마찰 시험하고자 하는 시편을 7일의 기간 동안 실온에서 물이 담긴 침지 탱크에 넣었다. 침지 기간이 종료된 때에, 시험하고자 하는 시편을 침지 탱크로부터 꺼내고 부드럽게 닦아낸 후에 칭량하고 초기 중량을 기록하였다. 이어서, 상기에 인용된 ASTM 표준에 약술된 바와 같이 마찰 시험을 수행한 후에, 최종 중량을 기록한다. 보고된 평균 건식 손실 및 평균 습식 손실은 시험한 9개의 시편의 평균이다. 정규화된 습식 마찰 데이터를 하기 관계식에 기초하여 계산하였다:
습식 마찰 (정규화) = 0.25 / (건식 마찰) × (습식 마찰).
결과가 하기 표 2에 제시되어 있다. 대조군 로트가 표 2에 나타나 있다. 이러한 로트는 접착 촉진제로서의 BS68 및 분진 억제제로서의 3M 패스트본드™ 인슐레이션 어드헤시브 49만을 오직 함유하며 에폭시-작용성 실란을 포함하지 않는다. 각각의 대조군 로트의 조성은 동일하다. 다수의 대조군 로트의 결과가 표 2에 제시되어 있다.
[표 2]
Figure pct00006
실시예 1의 시편 7, 시편 8, 시편 13, 시편 14, 및 시편 17 모두는 에폭시-작용성 실란 함유 시편에 대한 비교 기준을 제공하는 대조군 로트이다. 대조군 로트 처리 제형은 적당한 발수성 (60분 이상) 및 적당한 아스팔트 습윤성 (95 내지 100%)을 제공함에 유의한다. 텍사스 보일 시험에 의해 측정된 대조군 제형의 과립 접착성은, 일반 아스팔트를 사용할 때 20.9% 손실 및 PPA 개질된 아스팔트를 사용할 때 18.6% 손실의 평균값을 갖는다.
실시예 1의 시편 1 내지 시편 6은, 코팅 처리가 실란 개질된 에폭시화 폴리부타다이엔을 포함하는 경우의 개선된 텍사스 보일 결과를 나타낸다.
실시예 1의 시편 9 내지 시편 12, 시편 15, 시편 16, 및 시편 18은, 코팅 처리가 실레스(등록상표) BS68과 함께 글리시독시프로필 트라이에톡시 실란 또는 β-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트라이에톡시실란을 포함하는 경우의 개선된 텍사스 보일 결과를 나타낸다.
실시예 1의 시편 19 내지 시편 22는, 코팅 처리로서 실레스(등록상표) BS68과 함께 또는 단독으로 도포된, 다우 D.E.R.™ 331 에폭시 수지와 다이나실란(등록상표) AMEO의 혼합물을 사용하여 개선된 텍사스 보일 결과를 나타낸다.
마찰 시험을 사용하여 실시예 1의 시편 14 내지 시편 16을 과립 접착성에 대해 평가하였다. 시편 15 및 시편 16은 대조군 시편 14보다 개선된 접착성 (더 적은 과립 손실)을 나타낸다.
실시예 2 ― 4차 암모늄 모이어티를 함유하는 중합체에 의한 분진 억제
하기 표 3에는 실시예 2에서 사용한 재료가 열거되어 있다.
[표 3]
Figure pct00007
양친매성 중합체의 일반 합성 절차: 깨끗한 반응병에서, 표 4에 약술된 비율로 단량체, 계면활성제 및 개시제의 수용액을 제조하였다. 혼합물을 2분 동안 질소로 퍼징하였다. 반응병을 밀봉하고, 혼합 메커니즘을 구비한 50℃로 예열된 수조에 넣었다. 반응 혼합물을 혼합하면서 50℃에서 17시간 동안 가열하였다. 반응 혼합물을 % 고형물 분석에 의해 분석하였다. 상기 절차에 따라, 표 4의 각각의 중합체를 합성하였다.
[표 4]
Figure pct00008
DMAEA 시편 각각은 pH가 9.5 내지 10이었고, 시편들 중 어느 것도 안정한 에멀젼 중합체를 생성하지 않았다. DMAEA-MCl 시편 각각은 pH가 약 6.5 내지 7이었고, 각각 안정한 우유 같은 백색 에멀젼 중합체를 생성하였다. 3개의 시편 (시편 1, 시편 2 및 시편 5)을 과립에 도포하고, 하기에 약술된 절차에 따라 시험하였다.
절차 6: 과립 처리 방법: 대조군 시편을 실시예 1에서 상기에 기재된 바와 같이 제조하였다. 4차 암모늄 중합체 (시편 1, 시편 2 및 시편 5, 표 4)를 3M 패스트본드™ 인슐레이션 어드헤시브 49 대신에 첨가하였다. 성분들의 양의 변화에 대해서는 표 5를 참조한다.
과립 발수성: 실시예 1에서 상기에 기재된 바와 같이 수행함.
과립 아스팔트 습윤성: 실시예 1에서 상기에 기재된 바와 같이 수행함.
"텍사스 보일" 시험을 사용한 아스팔트에의 과립 접착성: 실시예 1에서 상기에 기재된 바와 같이 수행함.
마찰 시험을 사용한 아스팔트에의 과립 접착성: 실시예 1에서 상기에 기재된 바와 같이 수행함.
절차 7: 과립 분진 시험: 미국 미네소타주 쇼어뷰 소재의 티에스아이 인코포레이티드(TSI Incorporated)로부터 입수가능한 더스트트랙(DustTrak)™DRX 에어로졸 모니터(Aerosol Monitor) 모델 8533을 사용하여, 처리된 과립의 분진 측정치를 평가하였다. 제작된 4.5"×3.5"×4.5" 분진 챔버를 호스에 의해 더스트트랙™의 입구에 부착한다. 400 그램의 처리된 과립을 깔때기로부터 챔버 내로 방출하면서, 동시에 1분 동안 더스트트랙™을 가동한다. 평균 총 분진 판독치를 mg/㎥ 단위로 기록한다.
결과: 대조군 시편 (시편 1 내지 시편 6, 시편 18, 시편 27 및 시편 34)은, 오일로부터 전달된, 접착 촉진제로서의 BS68, 및 분진 억제제로서의 3M 패스트본드™ 인슐레이션 어드헤시브 49만을 오직 함유하였다. 대조군 시편은 4차 암모늄-함유 화학종에 대한 비교 기준을 제공하였다. 대조군 시편 처리 제형은 적당한 발수성 (60분 이상) 및 적당한 아스팔트 습윤성 (95 내지 100%)을 제공함에 유의한다. 대조군 제형의 분진 억제는 15.0 mg/㎥의 평균값을 갖는다. 텍사스 보일 시험에 의해 측정된 대조군 제형의 과립 접착성은, 일반 아스팔트를 사용할 때 23.4% 손실 및 PPA 개질된 아스팔트를 사용할 때 19.6% 손실의 평균값을 가졌다.
A-ZAP 단독은 상당한 분진 억제를 제공하였다. 시편 7은 과립 표면 상에서의 A-ZAP 단독의 성능을 나타내었다. 분진 억제는 10.3 mg/㎥이었으며, 이는 대조군 시편의 평균보다 낮았지만, A-ZAP 단독을 갖는 과립은 일반 아스팔트 및 PPA-개질된 아스팔트 둘 모두에 대해 대조군 시편보다 훨씬 더 많은 아스팔트 손실을 나타내었다.
동일한 로딩 및 도포 조건에서, A-ZAP는 3M 패스트본드™ 인슐레이션 어드헤시브 49와 비교하여 개선된 분진 억제를 제공하였다. 시편 8 내지 시편 13은, 모든 다른 요인은 동일하게 유지한 채로 상이한 로딩 수준에서, 대조군 분진 억제제인 3M 패스트본드™ 인슐레이션 어드헤시브 49의 효과를, A-ZAP와 비교하였다. 각각의 수준에서, A-ZAP로 개질된 과립이 더 큰 분진 억제를 나타내었으며, 이러한 처리 조건을 사용하여 0.25 lb/톤 로딩의 A-ZAP로 달성가능한 동일한 분진 억제를 달성하는 데에 1 lb/톤 로딩의 3M 패스트본드™ 인슐레이션 어드헤시브 49가 필요하였다. A-ZAP와 실레스(등록상표) BS 68의 조합은 대조군에 비하여 일반 아스팔트의 텍사스 보일 아스팔트 손실을 개선하지 못 하였다. 시편 14 및 시편 15는 더 높은 로딩의 실레스(등록상표) BS 68에서의 이러한 결과를 자세히 나타내었다. 이러한 경우에, A-ZAP는 대조군에 비해 개선된 분진 억제를 또한 나타내었으나, A-ZAP의 로딩을 증가시킴에 따라 대조군에 비해 일반 아스팔트의 텍사스 보일 아스팔트 손실이 악화되었다.
A-ZAP + 에폭시-작용성 실란 처리는, 동일한 실란 처리와 조합하여 사용된 3M 패스트본드™ 인슐레이션 어드헤시브 49에 비하여 더 우수한 분진 억제 및 감소된 텍사스 보일 유지성을 나타내었다. 시편 16 및 시편 17과 시편 19 및 시편 20은 이러한 비교를 반복하였다. 3M 패스트본드™ 인슐레이션 어드헤시브 49를 갖는 PPA-개질된 아스팔트의 텍사스 보일 아스팔트 손실은 A-ZAP에 의해 달성되는 것의 1/2이었다.
시편 21 내지 시편 23에 의해 나타난 바와 같이, BS-68이 첨가된, 4차 아민을 함유하는 중합체는 탁월한 분진 억제 및 PPA-개질된 아스팔트에서의 탁월한 텍사스 보일 유지성 둘 모두를 제공하였다. 시편 24 내지 시편 26에 의해 나타난 바와 같이, BS-68이 포함되지 않은 경우에는, 분진 억제는 탁월하였지만, 텍사스 보일 유지성이 불량하였다.
시편 28 및 시편 29는 비교예의 역할을 하였으며, 3M 패스트본드™ 인슐레이션 어드헤시브 49, 실레스(등록상표) BS 68 및 에폭시-작용성 실란 접착 촉진제로 처리된 과립이 대조군에 비해 PPA-개질된 아스팔트에서의 개선된 텍사스 보일 아스팔트 손실을 나타내었지만, 대조군에 비해 악화된 분진 억제 성능을 나타내었음을 나타내었다. 시편 30이 또한 비교예의 역할을 하였으며, 실레스(등록상표) BS 68 및 에폭시-작용성 실란 접착 촉진제의 로딩이 시편 28과 동일하였다. 이러한 처리는 우수한 분진 억제를 나타내었으나, 개선된 접착 촉진의 증거를 나타내지는 않았다.
시편 31 내지 시편 33에서는, 실란-작용성 중합체 (시편 1 및 시편 5, 표 4)를 에폭시-작용성 실란 및 실레스(등록상표) BS 68과 조합하여 도포하였다. 이러한 처리는, BS-68 단독을 갖는 시편 1 및 시편 5에 의해 달성되는 것과 동일한 수준으로, PPA-개질된 아스팔트에서의 탁월한 텍사스 보일 유지성을 제공하였다 (시편 22 및 시편 23). 이러한 동일한 두 중합체는 또한 탁월한 분진 억제를 나타내었다. 실란 작용기를 함유하지 않는 4차 암모늄 모이어티를 갖는 중합체 (시편 2, 시편 31)는 에폭시-작용성 실란 단독에 의해 제공되는 것 (시편 22 및 시편 23)과 구별가능한 텍사스 보일 유지성을 야기하였으나, 탁월한 분진 억제를 또한 나타내었다. 시편 30에 나타난 바와 같이, 에폭시-작용성 실란을 갖는 A-ZAP는 텍사스 보일 유지성을 감소시켰으며, 이는 다른 관찰과 일치한다.
시편 35 및 시편 36은, a) 앞선 시험에서 최적의 접착을 야기한 수준의 분진 억제제 A-ZAP 및 실란-작용성 중합체 (시편 1, 표 4), 및 b) 더 높은 수준의 실레스(등록상표) BS 68로 처리된 과립을 비교하였다. 실란-작용성 중합체로 제조된 시편 (시편 36)은, 시편 35 및 대조군 둘 모두에 비하여 PPA-개질된 아스팔트에서의 개선된 텍사스 보일 아스팔트 유지성을 나타내었다.
[표 5]
Figure pct00009
Figure pct00010
Figure pct00011
Figure pct00012
Figure pct00013
실시예 3 ― 설파이드 작용기를 함유하는 화합물
하기 표 6에는 실시예 3에서 사용한 재료가 열거되어 있다.
[표 6]
Figure pct00014
재료 합성
1. 3-메르캅토프로필 트라이에톡시실란으로부터 비스(트라이에톡시실릴프로필)다이설파이드의 합성. 3-메르캅토프로필 트라이에톡시실란 (FW = 238.42, 30 g, 0.1258 몰) 및 메틸렌 클로라이드 (100 g)를 250 mL 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 자석 교반 막대와 함께, 빙조 내에 위치시켰다. 자석 교반 막대를 사용하여 격렬하게 교반하면서, 설퍼릴 클로라이드 (SO2Cl2, FW =134.96, 9.34 g, 0.0692 몰)를 5분 동안 혼합물에 적가하였다. 플라스크를 빙조 내에 유지한 채로 1시간 동안 혼합물의 교반을 계속하였다. 감압 하에서 회전식 증발기를 사용하여 용매 및 미반응 반응물을 증발시켜 반응물을 건조하였다.
2. 3-메르캅토프로필 트라이에톡시실란 및 트라이메틸올프로판 트리스(3-메르캅토프로피오네이트)로부터 폴리설파이드 재료의 합성. 3-메르캅토프로필 트라이에톡시실란 (FW=238.42, 21.53 g, 0.09 몰), 트라이메틸올프로판 트리스(3-메르캅토프로피오네이트) (FW=398.55, 10.0 g, 0.025 몰) 및 메틸렌 클로라이드 (100 g)를 250 mL 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 자석 교반 막대와 함께, 빙조 내에 위치시켰다. 자석 교반 막대를 사용하여 격렬하게 교반하면서, 설퍼릴 클로라이드 (SO2Cl2, F.W.=134.96, 12.29 g, 0.091 몰)를 5분 동안 혼합물에 적가하였다. 플라스크를 빙조 내에 유지한 채로 1시간 동안 혼합물의 교반을 계속하였다. 감압 하에서 회전식 증발기를 사용하여 용매 및 미반응 반응물을 증발시켜 반응물을 건조하였다.
과립 발수성: 실시예 1에서 상기에 기재된 바와 같이 수행함.
과립 아스팔트 습윤성: 실시예 1에서 상기에 기재된 바와 같이 수행함.
"텍사스 보일" 시험을 사용한 아스팔트에의 과립 접착성: 실시예 1에서 상기에 기재된 바와 같이 수행함.
마찰 시험을 사용한 아스팔트에의 과립 접착성: 실시예 1에서 상기에 기재된 바와 같이 수행함.
절차 8: 과립 처리 방법: 1000 그램의 과립을 금속 캔 내에서 또는 트레이 상에서 대략 1시간 동안 360℉에서 오븐 가열하였다. 점적기 병(dropper bottle)에 오일과 실리콘을 원하는 비율로 혼합하였다. 측정 정확도를 보장하기 위해, 필요한 양의 약 2 내지 5배를 제조하였다. 1.0 lb/톤의 3M 패스트본드™ 인슐레이션 어드헤시브 49의 수준을 달성하기 위해, 15 그램의 탈이온수가 담긴 칭량 접시에 0.50 그램의 3M 패스트본드™ 인슐레이션 어드헤시브 49를 칭량하고, 접시를 가볍게 흔들어 혼합하였다. 오븐으로부터 과립 용기를 꺼내고 그의 내용물을 페인트 쉐이커(paint shaker) 상의 금속 캔으로 옮겼다. 쉐이커를 켜고, 물/3M 패스트본드™ 인슐레이션 어드헤시브 49 혼합물로 과립을 급랭시켰다. 과립을 45초 동안 흔들었다. 실리콘 및 오일이 담긴 점적기 병을 저울에서 칭량하였다. 감량식(loss-in-weight) 방법을 사용하여, 적절한 양의 실리콘 및 오일 혼합물을 과립에 첨가하였다. 과립을, 얼룩 시험(stain test)에 사용할 시편에 대해 총 5분 동안, 또는 색 측정에 사용할 시편에 대해 3분 동안 흔들었다. 이어서, 내용물을 꺼내고 3 lb 박스로 옮겼다. 이어서, 이것을 176℉ 오븐에 1시간 동안 넣고, 처리된 과립의 경화를 완료하였다.
실시예 3의 하기 시편들의 경우, 상기 절차에서, 오일 및 실리콘 (실레스 BS68)과 함께 다이설파이드 성분을 첨가하였다. 각각의 이들 시편에 대해, 처리는 1.0 lb/톤 3M 패스트본드™ 인슐레이션 어드헤시브 49; 0.2 lb/톤 총 다이설파이드 + 실레스 BS68; 1.0 lb/톤 크로스 L500 나프텐 오일로 이루어졌다. 시편 2 내지 시편 7은 비스(트라이에톡시실릴프로필) 다이설파이드 (젤레스트)를 사용하여 제조하였고, 시편 8 및 시편 9는 비스(트라이에톡시실릴프로필)다이설파이드 (에보니크 Si 266)를 사용하여 제조하였고, 시편 10은 재료 합성 1에 따라 3-메르캅토프로필 트라이에톡시실란으로부터 제조된 비스(트라이에톡시실릴프로필)다이설파이드를 사용하여 제조하였다. 시편 11은 재료 합성 2에 따라 3-메르캅토프로필 트라이에톡시실란 및 트라이메틸올프로판 트리스(3-메르캅토프로피오네이트)로부터 제조된 폴리설파이드 재료를 사용하여 제조하였다. 시편 14 및 시편 15는 비스[3-(트라이에톡시실릴)프로필] 테트라설파이드 (젤레스트)를 사용하여 제조하였다.
시편 8 내지 시편 12 및 시편 16 내지 시편 18에서는, 페일 혼합기(pail mixer)를 사용하고 5 ㎏ 배치(batch)를 제조한 점을 제외하고는 절차 8에 따랐다. 시편 8 내지 시편 11 및 시편 15 내지 시편 17에 대해 다이설파이드/BS68의 비는 50/50이었다. 시편 14는 BS68를 포함하지 않았다. 대조군 시편 13 및 대조군 시편 18은 0% 다이설파이드를 함유하였다.
[표 7]
Figure pct00015
Figure pct00016
시편 1 내지 시편 7은, 다이설파이드가 0%인 대조군 시편 1과 비교할 때, 다이설파이드의 첨가가 과립 접착성을 개선하였음 (예를 들어, 더 낮은 텍사스 보일 아스팔트 손실)을 나타내었다. 시편 8 내지 시편 11은, 다이설파이드가 0%인 대조군 시편 1과 비교할 때, 다이설파이드의 첨가가 정규화 습식 손실 마찰 시험에서의 성능을 개선함을 나타낸다. 시편 14 및 시편 15는, 테트라설파이드가 0%인 대조군 시편 13과 비교할 때, 테트라설파이드 함유 과립 처리가 과립 접착성을 개선함 (예를 들어, 더 낮은 텍사스 보일 아스팔트 손실)을 나타낸다.
실시예 4 ― 중합체성 지르코늄 화합물을 함유하는 화합물
하기 표 7에는 실시예 4에서 사용한 재료가 열거되어 있다.
[표 8]
Figure pct00017
과립 발수성: 실시예 1에서 상기에 기재된 바와 같이 수행함.
과립 아스팔트 습윤성: 실시예 1에서 상기에 기재된 바와 같이 수행함.
"텍사스 보일" 시험을 사용한 아스팔트에의 과립 접착성: 실시예 1에서 상기에 기재된 바와 같이 수행함.
마찰 시험을 사용한 아스팔트에의 과립 접착성: 실시예 1에서 상기에 기재된 바와 같이 수행함.
과립 분진 시험: 실시예 2에서 상기에 기재된 바와 같이 수행함.
절차 9: 과립 처리 방법: 1000 그램의 과립을 금속 캔 내에서 또는 트레이 상에서 대략 1시간 동안 360℉에서 오븐 가열하였다. 점적기 병에 오일과 실리콘을 원하는 비율로 혼합하였다. 측정 정확도를 보장하기 위해, 필요한 양의 약 2 내지 5배를 제조하였다. 1.0 lb/톤의 3M 패스트본드™ 인슐레이션 어드헤시브 49의 수준을 달성하기 위해, 15 그램의 탈이온수가 담긴 칭량 접시에 0.50 그램의 3M 패스트본드™ 인슐레이션 어드헤시브 49를 칭량하고, 접시를 가볍게 흔들어 혼합하였다. 오븐으로부터 과립 용기를 꺼내고 그의 내용물을 페인트 쉐이커 상의 금속 캔으로 옮겼다. 쉐이커를 켜고, 물/3M 패스트본드™ 인슐레이션 어드헤시브 49 혼합물로 과립을 급랭시켰다. 과립을 45초 동안 흔들었다. 실리콘 및 오일이 담긴 점적기 병을 저울에서 칭량하였다. 감량식 방법을 사용하여, 적절한 양의 실리콘 및 오일 혼합물을 과립에 첨가하였다. 과립을, 얼룩 시험에 사용할 시편에 대해 총 5분 동안, 또는 색 측정에 사용할 시편에 대해 3분 동안 흔들었다. 이어서, 내용물을 꺼내고 3 lb 박스로 옮겼다. 이어서, 이것을 176℉ 오븐에 1시간 동안 넣고, 처리된 과립의 경화를 완료하였다.
절차 10: A-ZAP 및 지르코늄 아세테이트에 의한 과립 처리: 1000 그램의 과립을 금속 캔 내에서 또는 트레이 상에서 대략 1시간 동안 360℉에서 오븐 가열하였다. 점적기 병에 오일과 실리콘을 원하는 비율로 혼합하였다. 측정 정확도를 보장하기 위해, 필요한 양의 약 2 내지 5배를 제조하였다. 0.5 lb/톤의 A-ZAP의 수준을 달성하기 위해, 15 그램의 탈이온수가 담긴 칭량 접시에 0.25 그램의 A-ZAP를 칭량하고, 접시를 가볍게 흔들어 혼합하였다. 필요한 양의 지르코늄 아세테이트 용액을 첨가하고 접시를 가볍게 흔들어 혼합하였다. 오븐으로부터 과립 용기를 꺼내고 그의 내용물을 페인트 쉐이커 상의 금속 캔으로 옮겼다. 쉐이커를 켜고, 물/A-ZAP/지르코늄 아세테이트 혼합물로 과립을 급랭시켰다. 과립을 45초 동안 흔들었다. 실리콘 및 오일이 담긴 점적기 병을 저울에서 칭량하였다. 감량식 방법을 사용하여, 적절한 양의 실리콘 및 오일 혼합물을 과립에 첨가하였다. 과립을, 얼룩 시험에 사용할 시편에 대해 총 5분 동안, 또는 색 측정에 사용할 시편에 대해 3분 동안 흔들었다. 이어서 내용물을 꺼내고 3 lb 박스로 옮겼다. 이어서, 이것을 176℉ 오븐에 1시간 동안 넣고, 처리된 과립의 경화를 완료하였다.
절차 11: A-ZAP 및 다른 다가 가교결합제에 의한 과립 처리: 1000 그램의 과립을 금속 캔 내에서 또는 트레이 상에서 대략 1시간 동안 360℉에서 오븐 가열하였다. 점적기 병에 오일과 실리콘을 원하는 비율로 혼합하였다. 측정 정확도를 보장하기 위해, 필요한 양의 약 2 내지 5배를 제조하였다. 0.5 lb/톤의 A-ZAP의 수준을 달성하기 위해, 15 그램의 탈이온수가 담긴 칭량 접시에 0.25 그램의 A-ZAP를 칭량하고, 접시를 가볍게 흔들어 혼합하였다. 필요한 양의 다가 가교결합제 용액을 첨가하고 접시를 가볍게 흔들어 혼합하였다. 오븐으로부터 과립 용기를 꺼내고 그의 내용물을 페인트 쉐이커 상의 금속 캔으로 옮겼다. 쉐이커를 켜고, 물/A-ZAP/다가 가교결합제 혼합물로 과립을 급랭시켰다. 과립을 45초 동안 흔들었다. 실리콘 및 오일이 담긴 점적기 병을 저울에서 칭량하였다. 감량식 방법을 사용하여, 적절한 양의 실리콘 및 오일 혼합물을 과립에 첨가하였다. 과립을, 얼룩 시험에 사용할 시편에 대해 총 5분 동안, 또는 색 측정에 사용할 시편에 대해 3분 동안 흔들었다. 이어서, 내용물을 꺼내고 3 lb 박스로 옮겼다. 이어서, 이것을 176℉ 오븐에 1시간 동안 넣고, 처리된 과립의 경화를 완료하였다. 다가 가교결합제는 진플렉스 15 및 칼슘 아세테이트를 포함한다.
시편 1 내지 시편 8은 0.5 lb/톤 A-ZAP, 0.2 lb/톤 실레스 BS68, 및 1.0 lb/톤 L500 나프텐 오일을 사용하여 절차 10에 따라 제조하였다. 시편 9 내지 시편 17은, 페일 혼합기를 사용하여 5 ㎏ 배치를 제조한 점을 제외하고는, 절차 10에 따라 제조하였다. 0.2 lb/톤 실레스 BS68 및 1.0 lb/톤 L500 나프텐 오일과 함께, 표에 나타난 바와 같이 A-ZAP 및 ZrAc를 도포하였다. 대조군 시편 17은 1.0 lb/톤 3M 패스트본드™ 인슐레이션 어드헤시브 49, 0.2 lb/톤 실레스 BS68, 및 1.0 lb/톤 L500 나프텐 오일을 사용하여 제조하였다.
시편 19 및 시편 20은, 페일 혼합기를 사용하여 5 ㎏ 배치를 제조한 점을 제외하고는, 절차 10에 따라 제조하였다. 0.2 lb/톤 실레스 BS68 및 1.0 lb/톤 L500 나프텐 오일과 함께, 표에 나타난 바와 같이 A-ZAP 및 ZrAc를 도포하였다. 대조군 시편 18은 1.0 lb/톤 3M 패스트본드™ 인슐레이션 어드헤시브 49, 0.2 lb/톤 실레스 BS68, 및 1.0 lb/톤 L500 나프텐 오일을 사용하여 제조하였다.
시편 22는, 페일 혼합기를 사용하여 5 ㎏ 배치를 제조한 점을 제외하고는, 절차 10에 따라 제조하였다. 0.2 lb/톤 실레스 BS68 및 1.0 lb/톤 L500 나프텐 오일과 함께, 표에 나타난 바와 같이 A-ZAP 및 ZrAc를 도포하였다. 대조군 시편 21은 1.0 lb/톤 3M 패스트본드™ 인슐레이션 어드헤시브 49, 0.2 lb/톤 실레스 BS68, 및 1.0 lb/톤 L500 나프텐 오일을 사용하여 제조하였다.
표에 나타난 바와 같이 도포되는 A-ZAP, ZrAc, 및 CaAc를 사용하여, 그리고 0.2 lb/톤 실레스 BS68, 및 1.0 lb/톤 L500 나프텐 오일을 사용하여, 시편 23 및 시편 24는 절차 10에 따라 제조하였고, 시편 25 및 시편 26은 절차 11에 따라 제조하였다.
시편 27 내지 시편 33은, 표에 나타난 바와 같이 도포되는 A-ZAP 및 진플렉스 15를 사용하여, 그리고 0.2 lb/톤 실레스 BS68, 및 1.0 lb/톤 L500 나프텐 오일을 사용하여 절차 11에 따라 제조하였다.
[표 9]
Figure pct00018
Figure pct00019
시편 1 내지 시편 8의 텍사스 보일 데이터 및 분진 시험 데이터는, 지르코늄 아세테이트와 가교결합된 A-ZAP를 포함하는 코팅에 대한 개선된 성능의 윈도우를 시사한다. 1:1 내지 1:200의 화학량론적 비 (시편 3 내지 시편 8)에서는, 대조군 시편 1과 비교할 때 텍사스 보일 아스팔트 손실이 개선된다. 10:1 초과의 비에서는, 더 높은 분진 수준이 관찰된다. 개선된 접착성 및 분진 둘 모두에서의 개선된 성능은 특히 1:1 내지 1:10의 비를 갖는 시편 3 내지 시편 6에서 관찰된다.
A-ZAP 코팅에의 지르코늄 아세테이트의 소정 범위의 첨가의 경우에 텍사스 보일 데이터가 매우 개선되었다. 이들 실시예에서, 지르코늄 아세테이트를 갖지 않는 대조군 시편 17과 비교할 때, 지르코늄 아세테이트 및 A-ZAP를 포함하는 시편 9 내지 시편 16에서 개선된 텍사스 보일이 관찰되었다.
시편 19 및 시편 20의 가교결합된 A-ZAP 조성물은 대조군 시편 18에 비해 개선된 정규화 습식 손실 결과를 나타내었다. 더 많은 1.0 lb/톤 로딩의 시편 20은 분진 억제를 상당히 개선하였다.
[표 10]
Figure pct00020
[표 11]
Figure pct00021
대안적인 다가 양이온으로서 칼슘 아세테이트를 포함하는 시편 25 및 시편 26은 비교예로서 간주될 수 있으며, 텍사스 보일 시험에서의 아스팔트 손실에 의해 측정되는 바와 같이 개선된 접착성을 나타내지 않았다. 유사하게, 산화아연을 포함하는 시편 27 내지 시편 33은 비교예로서 간주될 수 있으며, 텍사스 보일 시험에서의 아스팔트 손실에 의해 측정되는 바와 같이 개선된 접착성을 나타내지 않았다.

Claims (16)

  1. 올리고머성 알킬알콕시실록산; 및
    친전자체 모이어티(moiety) 및 알콕시실릴 모이어티를 포함하는 화합물을 포함하는, 코팅 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 친전자체 모이어티는 에폭시 작용기인, 코팅 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 친전자체 모이어티는 설파이드 작용기를 포함하는, 코팅 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 친전자체 모이어티는 폴리설파이드 작용기를 포함하는, 코팅 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 친전자체 모이어티는 비스(트라이에톡시실릴프로필) 다이설파이드 및 비스 [3-(트라이에톡시실릴)프로필]테트라설파이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 설파이드를 포함하는, 코팅 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 4차 암모늄 모이어티를 포함하는 아크릴 중합체를 추가로 포함하는, 코팅 조성물.
  7. 베이스 루핑 과립(base roofing granule); 및
    베이스 과립 상의 코팅 - 코팅은 베이스 과립에 결합된 실릴 모이어티, 및 친전자체 모이어티를 포함함 - 을 포함하는, 루핑 과립.
  8. 제7항에 있어서, 친전자체 모이어티는 에폭시 작용기인, 루핑 과립.
  9. 제7항에 있어서, 친전자체 모이어티는 설파이드 작용기를 포함하는, 루핑 과립.
  10. 제7항에 있어서, 친전자체 모이어티는 폴리설파이드 작용기를 포함하는, 코팅 조성물.
  11. 기재(substrate);
    기재 상의 아스팔트 코팅; 및
    아스팔트 내에 부분적으로 매립된 복수의 과립 - 과립들은 각각 베이스 과립, 및 적어도 부분적으로 베이스 과립과 아스팔트 코팅 사이의 코팅 조성물을 포함함 - 을 포함하며,
    코팅 조성물은 실릴 모이어티 및 친전자체 모이어티를 포함하는, 건설 재료.
  12. 제11항에 있어서, 친전자체 모이어티는 에폭시 작용기인, 건설 재료.
  13. 제11항에 있어서, 친전자체 모이어티는 설파이드 작용기인, 건설 재료.
  14. 제11항에 있어서, 친전자체 모이어티는 폴리설파이드 작용기를 포함하는, 코팅 조성물.
  15. 제11항에 있어서, 친전자체 모이어티는 비스(트라이에톡시실릴프로필) 다이설파이드 및 비스 [3-(트라이에톡시실릴) 프로필]테트라설파이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 설파이드를 포함하는, 건설 재료.
  16. 제11항에 있어서, 아스팔트는 폴리인산을 포함하는, 건설 재료.
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