KR20220115583A - 유리섬유 절연 제품 - Google Patents

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KR20220115583A
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래리 제이 그랜트
로날드 에이 훕트
로날드 에이 ?g트
테노 분
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오웬스 코닝 인텔렉츄얼 캐피탈 엘엘씨
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Abstract

복수의 무작위 배향 유리 섬유들 및 상기 유리 섬유들을 함께 유지하는 결합제 조성물을 갖는 섬유 절연 제품이 개시된다. 섬유 절연 제품은 10 내지 54 의 R-값을 갖고, 경화 후, 압축되지 않은 때에 0.30 pcf 내지 2.7 pcf 의 밀도를 갖는다. 또한, 섬유 절연 제품은, 결합제 조성물의 적용 전에, 15 HT 미만의 평균 섬유 직경을 갖는 유리 섬유들을 포함하고, 결합제 양이 섬유 절연 제품의 2 내지 10 중량% 이다.

Description

유리섬유 절연 제품
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 12월 9일에 제출된 미국 가출원 제 62/945,328 호에 대한 우선권 및 그 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 참조에 의해 본원에 포함된다.
기술분야
본 출원은 일반적으로 섬유유리 절연 제품에 관한 것이며, 더 상세하게는 소직경 섬유들로부터 제조된 섬유유리 절연 제품에 관한 것이다.
용어 "섬유 절연 제품" 은 일반적이며, 다양한 조성물, 제조 물품 및 제조 공정을 포함한다. 미네랄 섬유 (예를 들어, 유리 섬유) 는 절연 제품 및 부직 매트에 통상적으로 사용된다. 섬유 절연재는 전형적으로, 중합체, 유리 또는 다른 미네랄의 용융 조성물을 섬유화하고 회전 스피너와 같은 섬유화 장치로부터 섬유를 방사함으로써 제조된다. 절연 제품을 형성하기 위해, 회전 스피너에 의해 생성된 섬유는 송풍기에 의해 스피너로부터 컨베이어를 향해 아래로 당겨진다. 섬유가 하향 이동할 때, 결합제 물질이 섬유 상에 분무되고, 섬유는 컨베이어 상에서 높은 로프트, 연속 블랭킷으로 수집된다. 결합제 물질은 포장 후 회복을 위한 탄성을 절연 제품에 제공하고 강성 및 취급성을 제공하여, 절연 제품은 건물의 절연 공동에 필요에 따라 적용 및 취급될 수 있다. 결합제 조성물은 또한 필라멘트간 마멸로부터 섬유를 보호하고, 개별 섬유들 사이의 양립 가능성을 촉진한다.
결합제-피복 섬유를 함유하는 블랭킷은 이후 경화 오븐을 통과하고, 결합제는 블랭킷을 원하는 두께로 설정하도록 경화된다. 결합제가 경화된 후, 섬유 절연재는 개별 절연 제품을 형성하도록 길이로 절단될 수 있고, 절연 제품은 고객 위치로의 운송을 위해 포장될 수 있다. 생성된 하나의 전형적인 절연 제품이 절연 배트 (insulation batt) 또는 블랭킷이며, 이는 주거용 주택에서 벽 절연재로서 또는 건물의 다락 및 바닥 절연 공동에서 절연재로서 사용하기에 적합하다. 또 다른 흔한 절연 제품은 에어-블로운 (air-blown) 또는 루스-필 (loose-fill) 절연재인데, 이는 접근하기 어려운 장소뿐만 아니라 주거용 및 상업용 건물의 측벽 및 다락 절연재로서 사용하기에 적합하다. 루스-필 절연재는 절연 블랭킷으로부터 절단되어 압축되고 봉투에 포장된 작은 큐브들로 형성될 수 있다.
섬유 절연 제품은 예를 들어 밀도와 같은 많은 상이한 특성을 특징으로 할 수 있다. 저밀도 가요성 절연 배트 및 블랭킷은 전형적으로 0.4 pcf (pounds/cubic foot) 내지 2.0 pcf 의 밀도를 가지며, 벽, 다락 및 지하실에서 주거용 절연을 위해 종종 사용된다. 섬유 절연 제품은 또한 보드 및 패널과 같은 7 pcf 내지 10 pcf의 밀도를 갖는 고밀도 제품 또는 성형 제품을 포함한다. 고밀도 절연 제품은 금속 빌딩 벽 및 천장 절연재, 파이프 또는 탱크 절연재, 절연성 천장 및 벽 패널, 덕트 보드 등을 포함하는 (이에 제한되지 않음) 산업적 및/또는 상업적 적용에 종종 사용된다.
본 발명의 일 양태는 복수의 무작위 배향 유리 섬유들 및 유리 섬유들을 함께 유지하는 결합제 조성물을 갖는 섬유 절연 제품에 관한 것이다. 섬유 절연 제품은 10 내지 54 의 R-값을 가지며, 경화 후, 압축되지 않은 때에 0.30 pcf 내지 2.7 pcf 의 밀도를 갖는다. 또한, 섬유 단열 제품은, 결합제 조성물의 적용 전에, 12 HT (hundred thousandths of an inch) 내지 15 HT 의 평균 섬유 직경 및 섬유 절연 제품의 2 중량% 내지 10 중량% 의 양인 다량의 결합제를 갖는 유리 섬유를 포함한다.
본 발명의 다른 양태는, 복수의 평행하고 이격된 프레이밍 부재들 및 복수의 프레이밍 부재들 중의 둘 사이에 수용된 유리섬유 절연 배트를 갖는 건축용 프레임 (building frame) 에 관한 것이다. 섬유유리 배트는 복수의 무작위 배향 유리 섬유들 및 유리 섬유들을 함께 유지하는 결합제 조성물을 갖는다. 섬유 절연 배트는 10 내지 54 의 R-값을 가지며, 경화 후, 압축되지 않은 때에 0.30 pcf 내지 2.7 pcf 의 밀도를 갖는다. 또한, 섬유 절연 배트는, 결합제 조성물의 적용 전에, 12 HT 내지 15 HT 의 평균 섬유 직경 및 섬유 절연 제품의 2 중량% 내지 10 중량% 인 다량의 결합제를 갖는 유리 섬유를 포함한다.
본 발명의 특징 및 이점은 첨부 도면과 함께 아래의 설명을 읽으면 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 명백해질 것이다.
도 1 은 섬유 절연 제품의 예시적인 실시형태의 사시도이다.
도 2 는 도 1 의 섬유 절연 제품을 제조하기 위한 제조 라인의 예시적인 실시형태의 입면도이다.
도 3 은 섬유 절연 시편에 대한 안락 인자 (comfort factor) 대 평균 섬유 직경/밀도의 그래프이다.
달리 정의되지 않으면, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에 설명된 것과 유사하거나 또는 동등한 임의의 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 바람직한 방법 및 재료를 본원에 설명한다. 모든 수치 범위는 그 범위의 외부 경계 내의 모든 가능한 증분 하위-범위를 포함하는 것으로 이해된다. 따라서, 예를 들어, 0.3 pcf 내지 2.0 pcf 의 밀도 범위는 예를 들어 0.5 pcf 내지 1.2 pcf, 0.7 pcf 내지 1.0 pcf 등을 개시한다.
도 1 은 섬유 절연 제품 (100) 의 예시적인 실시형태를 도시한다. 섬유 절연 제품 (100) 은 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 섬유 절연 제품은 일반적으로 결합제 조성물에 의해 함께 결합된 얽힌 (matted) 무기 섬유로 형성된다. 적합한 무기 섬유의 예는 유리 섬유, 울 유리 섬유, 세라믹 섬유, 스톤, 슬래그 및 현무암을 포함한다. 선택적으로, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 아라미드 및/또는 폴리아라미드 섬유와 같은 합성 섬유 및/또는 천연 섬유와 같은 다른 강화 섬유가 유리 섬유에 더하여 절연 제품에 존재할 수도 있다. 본 발명과 관련하여 사용된 용어 "천연 섬유" 는 제한 없이, 줄기, 종자, 잎, 뿌리 또는 체관부를 포함하는 식물의 임의의 부분으로부터 추출된 식물 섬유를 지칭한다. 강화 섬유 재료로서 사용하기에 적합한 천연 섬유의 예는, 면, 황마, 대나무, 라미, 사탕수수, 대마, 야자 껍질, 린넨, 케나프, 사이잘, 아마, 헤네킨 및 이들의 조합을 포함한다. 섬유 절연 제품은 전적으로 하나의 유형의 섬유로 형성되거나 또는 상이한 유형들의 섬유들의 조합으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 섬유 절연 제품은 절연에 대한 원하는 용도에 따라 다양한 유형의 유리 섬유의 조합 또는 상이한 무기 섬유 및/또는 천연 섬유의 다양한 조합으로 형성될 수도 있다. 본 명세서에 설명된 실시형태들은 전적으로 유리 섬유들로 형성된 절연 제품에 관한 것이다.
도시된 실시형태에서, 섬유 절연 제품 (100) 은 대체로 박스-형상의 섬유유리 절연 배트이다. 그러나, 다른 실시형태에서, 절연 제품은 예를 들어 압연 제품 또는 블랭킷과 같은 임의의 적합한 형상 또는 크기일 수 있다. 절연 배트 또는 블랭킷으로서, 섬유 절연 제품 (100) 은 건물의 절연 공동 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 섬유 절연 제품 (100) 은 건물의 벽, 지붕 또는 바닥 프레임 내의 2 개의 평행한 이격된 프레이밍 부재들 사이의 공간 또는 공동 내에 배치될 수 있다.
섬유 절연 제품 (100) 은 부직 유리 섬유 및 유리 섬유들을 함께 접착하기 위한 결합제를 포함하는 절연층 (102) 을 포함한다. 선택적으로, 섬유 절연 제품 (100) 은 또한 절연층 (102) 에 부착 또는 접착되는 페이싱 (104) 을 포함할 수 있다. 섬유 절연 제품 (100) 은 제 1 측면 (106), 제 1 측면 (106) 으로부터 이격된 반대편의 제 2 측면 (108), 제 1 측면 (106) 과 제 2 측면 (108) 사이에서 연장되는 제 3 측면 (110), 및 제 3 측면 (110) 으로부터 이격되고 반대되며 제 1 측면 (106) 과 제 2 측면 (108) 사이에서 연장되는 제 4 측면 (112) 을 포함한다. 섬유 절연 제품 (100) 은 또한 측면들 (106, 108, 110, 112) 을 연결하는 제 1 면 (114) 및 제 1 면 (114) 에 평행하거나 대체로 평행하고 이에 반대되며 측면들 (106, 108, 110, 112) 을 연결하는 제 2 면 (116) 을 포함한다. 섬유 단열 제품 (100) 은 압축되지 않은 때에 길이 L1, 폭 W1 및 두께 T1 을 갖는다. 일부 실에서, 길이 L1 은 두께 T1 보다 큰 폭 W1 보다 크다.
페이싱 (104) 은 섬유 절연 제품 (100) 의 제 1 면 (114), 제 2 면 (116), 또는 양 면의 전체 또는 일부를 형성하도록 절연층 (102) 상에 배치될 수 있다. 페이싱 (104) 은 광범위한 상이한 형태들을 취할 수 있다. 페이싱 (104) 은 재료의 단일 피스 또는 다수의 상이한 피스 또는 시트일 수 있고, 재료의 단일 층 또는 여러 층을 포함할 수도 있다. 도 1 의 예시적인 실시형태에서, 페이싱 (104) 은 측면들 (106, 108, 110, 112) 을 연결하는 단일 피스의 재료이다.
페이싱 (104) 은 여러 상이한 재료들로 제조될 수 있다. 섬유 절연 제품과 함께 사용하기에 적합한 임의의 재료가 사용될 수 있다. 예를 들어, 페이싱 (104) 은 부직포 섬유유리 및 중합체 매체; 직조 섬유유리 및 중합체 매체; 중합체 재료로 제조된 외장 필름과 같은 외장 재료; 스크림; 천; 직물; 섬유유리 강화 크래프트 종이 (FRK); 포일-스크림-크래프트 종이 라미네이트; 재활용 종이; 및 캘린더링된 종이를 포함할 수 있다.
건물의 절연 공동 내에 배치된 절연재의 상당량은 본 명세서에 기술된 것과 같은 절연 제품으로부터 롤링된 절연 블랭킷의 형태이다. 표면처리된 (faced) 절연 제품이 절연 공동의 에지 상에, 전형적으로 절연 공동의 내부 측면 상에 편평하게 배치된 페이싱 (104) 과 함께 설치된다. 페이싱이 수분 차단재 (vapor retarder) 인 절연 제품은 따뜻한 내부 공간을 차가운 외부 공간으로부터 분리하는 벽, 바닥 또는 천장 공동을 절연하기 위해 일반적으로 사용된다. 수분 차단재는 절연 제품을 통한 수증기의 이동을 지연 또는 방지하도록 절연 제품의 일 측면에 배치된다.
도 2 은 섬유 절연 제품 (100) 을 제조하기 위한 장치 (118) 의 예시적인 실시형태를 도시한다. 섬유 절연 제품 (100) 의 제조는, 도 2 에 도시된 바와 같이, 용융 유리를 섬유화하고, 결합제로 용융 유리 섬유를 코팅하고, 이동 컨베이어 상에 섬유 유리 팩을 형성하고, 결합제를 경화시켜 절연 블랭킷을 형성함으로써 연속 공정으로 수행될 수 있다. 유리는 탱크 (도시되지 않음) 에서 용융될 수 있고, 하나 이상의 섬유화 스피너 (119) 와 같은 섬유 형성 장치에 공급될 수 있다. 예시적인 실시형태에서 섬유 형성 장치로서 스피너 (119) 가 도시되어 있지만, 섬유 절연 제품 (100) 을 형성하기 위해 다른 유형의 섬유 형성 유닛이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 스피너 (119) 는 고속으로 회전한다. 원심력은 용융 유리가 섬유화 스피너 (119) 의 원주방향 측벽 내의 작은 오리피스를 통과하여 유리 섬유를 형성하게 한다. 무작위 길이의 유리 섬유 (130) 는 섬유화 스피너 (119) 로부터 감쇠될 수 있고, 성형 챔버 (125) 내에 위치된 송풍기 (120) 에 의해 대체로 하향으로 (즉, 스피너 (119) 의 평면에 대체로 수직으로) 송풍될 수 있다.
송풍기 (120) 는 유리 섬유 (130) 를 하향 전환시킨다. 유리 섬유 (130) 는, 성형 챔버 (125) 에서 하향 이송되는 동안 그리고 인발 작업으로부터 여전히 고온인 동안, 환형 분무 링 (135) 에 의해 수성 결합제 조성물로 분무되어, 유리 섬유 (130) 전체에 걸쳐 결합제 조성물의 비교적 균일한 분포를 초래한다. 유리 섬유 (130) 를 적어도 부분적으로 냉각시키기 위해 결합제 조성물의 적용 전에, 예컨대 분무에 의해, 성형 챔버 (125) 내의 유리 섬유 (130) 에 물이 또한 적용될 수 있다.
미경화 수지 결합제 조성물이 접착된 유리 섬유 (130) 는 성형 컨베이어 (145) 아래로부터 섬유 팩 (140) 을 통해 흡인되는 진공 (도시되지 않음) 의 도움으로 성형 챔버 (125) 내의 무단 성형 컨베이어 (145) 상에서 섬유 팩 (140) 으로 수집되고 성형될 수 있다. 유리 섬유로부터의 잔류 열 및 성형 작업 동안 섬유 팩 (140) 을 통한 공기의 유동은 일반적으로 유리 섬유가 성형 챔버 (125) 를 빠져나가기 전에 결합제로부터 대부분의 물을 휘발시키기에 충분하여, 유리 섬유 (130) 상에 결합제 조성물의 나머지 성분을 점성 또는 반점성의 고형분-고함유 액체로서 남긴다.
성형 챔버 (125) 내의 섬유 팩 (140) 을 통한 공기 유동으로 인해 압축 상태에 있는 수지-코팅된 섬유 팩 (140) 은 그 후 출구 롤러 (150) 아래의 성형 챔버 (125) 밖으로, 유리 섬유 (130) 의 탄성으로 인해 섬유 팩 (140) 이 수직으로 팽창하는 전달 구역 (155) 으로 전달된다. 그리고, 팽창된 섬유 팩 (140) 은 예를 들어 섬유 팩 (140) 을 경화 오븐 (160) 을 통해 운반함으로써 가열되고, 여기서 가열된 공기는 섬유질 팩 (140) 을 통해 송풍되어 결합제 조성물 내의 임의의 잔류 물을 증발시키고, 결합제 조성물을 경화시키고, 유리 섬유 (130) 를 함께 견고하게 결합시킨다. 경화 오븐 (160) 은 유공성 상부 오븐 컨베이어 (165) 및 유공성 하부 오븐 컨베이어 (170) 를 포함하며, 이들 사이에서 섬유 팩 (140) 이 인출된다. 가열된 공기는 팬 (175) 에 의해 하부 오븐 컨베이어 (170), 섬유 팩 (140) 및 상부 오븐 컨베이어 (165) 를 통해 강제된다. 가열된 공기는 배기 장치 (180) 를 통해 경화 오븐 (160) 을 빠져나간다.
또한, 경화 오븐 (160) 에서, 상부 및 하부 유공성 오븐 컨베이어 (165, 170) 에 의해 섬유 팩 (140) 이 압축되어 섬유 절연 제품 (100) 의 절연층 (102) 을 형성할 수 있다. 상부 및 하부 오븐 컨베이어 (165, 170) 는 절연층 (102) 에 미리 결정된 두께 T1 을 제공하도록 섬유 팩 (140) 을 압축하는 데 사용될 수 있다. 도 2 가 컨베이어들 (165, 170) 이 실질적으로 평행한 배향에 있는 것으로 도시하지만, 이들이 대안적으로 서로에 대해 비스듬히 위치될 수도 있다 (도시되지 않음) 는 것을 이해하여야 한다.
경화된 결합제 조성물은 절연층 (102) 에 강도 및 탄성을 부여한다. 결합제 조성물의 건조 및 경화가 하나 또는 2 개의 상이한 단계로 수행될 수 있다는 것을 인식하여야 한다. 2스테이지 (2-단계) 프로세스는 일반적으로 B-스테이징으로 알려져 있다. 경화 오븐 (160) 은 100℃ 내지 325℃, 또는 250℃ 내지 300℃ 의 온도에서 작동될 수 있다. 섬유 팩 (140) 은 결합제 조성물을 가교결합 (경화) 시키고 절연층 (102) 을 형성하기에 충분한 시간 동안 경화 오븐 (160) 내에 유지될 수 있다.
절연층 (102) 이 경화 오븐 (160) 을 빠져나가면, 페이싱 재료 (193) 가 절연층 (102) 상에 배치되어 페이싱 층 (104) 을 형성할 수 있다. 페이싱 재료 (193) 는 섬유 절연 제품 (100) 을 형성하기 위해 접착제 (도시되지 않음) 또는 일부 다른 수단 (예를 들어, 스티칭, 기계적 얽힘) 에 의해 절연층 (102) 의 제 1 면 (114), 제 2 면 (116), 또는 양 면에 부착될 수 있다. 적합한 접합제는 페이싱 재료 (193) 에 코팅 또는 적용될 수 있는 접착제, 중합체 수지, 아스팔트 및 역청 재료를 포함한다. 섬유 절연 제품 (100) 은 나중에 보관 및/또는 출하를 위해 압연되거나, 절단 장치 (미도시) 에 의해 미리 결정된 길이로 절단될 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, 경화 오븐 (160) 으로부터 나오는 절연층 (102) 이 테이크업 롤 상으로 감기거나 원하는 길이를 갖는 섹션으로 절단되고 페이싱 재료 (193) 로 표면처리되지 않는다는 것을 인식하여야 한다.
섬유 절연 제품 (100) 의 맥락에서, "결합제 조성물" 은 유리 섬유 (130) 를 3차원 구조로 서로 접착시키는 데 사용되는 유기제 또는 화학물질, 종종 중합체 수지를 지칭한다. 결합제 조성물은 용액, 에멀젼, 분산액 등 임의의 형태일 수 있다. 따라서, "결합제 분산액" 또는 "결합제 에멀젼" 은 매체 또는 비히클 중의 결합제 화학물질의 혼합물을 지칭한다. 본원에서 사용되는 용어 "결합제 조성물", "수성 결합제 조성물", "결합제 제제", "결합제" 및 "결합제 시스템" 은 상호 교환적으로 사용될 수 있고, 동의어이다. 또한, 본원에서 사용되는 용어 "포름알데하이드-프리" 또는 "첨가되지 않은 포름알데하이드" 는 상호 교환적으로 사용될 수 있고, 동의어이다.
본 발명의 유리 섬유와 함께 매우 다양한 결합제 조성물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 결합제 조성물은 2 개의 광범위한 상호 배타적인 부류: 열가소성 및 열경화성에 속한다. 열가소성 및 열경화성 결합제 조성물 둘 모두가 본 발명과 함께 사용될 수 있다. 열가소성 재료는 연화 또는 용융 상태로 반복적으로 가열될 수 있고, 냉각 시 그의 이전 상태로 복귀할 것이다. 즉, 가열은 열가소성 재료의 물리적 상태의 가역적 변화 (예를 들어, 고체에서 액체로) 를 야기할 수 있지만, 열가소성 재료는 임의의 비가역적 화학 반응을 겪지 않는다. 섬유 절연 제품 (100) 에 사용하기에 적합한 예시적인 열가소성 중합체는 폴리비닐, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리프로필렌 또는 폴리페닐렌 설파이드 (PPS), 나일론, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리올레핀, 및 폴리아크릴레이트의 특정 공중합체를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
대조적으로, 용어 열경화성 중합체는, 초기에 액체로서 존재하지만, 가열 시, 반응을 거쳐 고체의 고도로 가교결합된 매트릭스를 형성하는 시스템의 범위를 지칭한다. 따라서, 열경화성 화합물은 가열 시 비가역적으로 가교되는 반응물 시스템 (종종 반응물 쌍) 을 포함한다. 이는 냉각되는 때 이전의 액체 상태를 회복하지 못하고, 비가역적으로 가교된 상태를 유지한다.
열경화성 화합물로서 유용한 반응물은 일반적으로 여러 반응성 작용기 (예를 들어, 아민, 아미드, 카르복실 또는 히드록실) 중 하나 이상을 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 "열경화성 화합물" (및 "열경화성의 화합물", "열경화성의 결합제" 또는 "열경화성 결합제" 와 같은 그의 유도 파생어) 은 이러한 반응물 중 적어도 하나를 지칭하며, 열경화성 화합물의 가교 시스템 특성을 형성하기 위해 2 개 이상이 필요할 수 있는 것으로 이해된다. 열경화성 화합물의 원리 반응물 이외에, 촉매, 가공 보조제 및 기타 첨가제가 있을 수 있다.
페놀/포름알데히드 결합제 조성물이 공지된 열경화성 결합제 시스템이다. 본 발명은 전통적인 페놀-포름알데히드 결합제 조성물뿐만 아니라 보다 최근의 포름알데히드-프리 결합제 조성물 둘 다를 포함한다. 포름알데히드-프리 열경화성 결합제 시스템은 카르복실산 (예를 들어, 폴리아크릴산) 및 폴리올 중합체를 포함할 수 있다. 일례가 참조에 의해 전체 내용이 각각 본원에 명시적으로 포함되는 Chen 등의 미국특허 6,884,849 및 6,699,945 에 기재된 폴리아크릴산/폴리올/폴리산 결합제 시스템이다. 포름알데히드-프리 열경화성 결합제 조성물의 제 2 카테고리는 "바이오-기반" 또는 "천연" 결합제로 지칭된다. "바이오-기반 결합제" 및 "천연 결합제" 는 많은 반응 작용기를 갖는 탄수화물, 단백질 또는 지방과 같은 영양 화합물로부터 제조된 결합제 조성물을 지칭하기 위해 본 명세서에서 상호 교환적으로 사용된다. 이는 영양 화합물로부터 제조되기 때문에 친환경적이다. 바이오-기반 결합제 조성물은 참조에 의해 전체 내용이 본원에 명시적으로 포함되는, 2010년 10월 8일에 출원된 Hawkins 등의 미국 특허공보 2011/0086567 에 보다 상세히 기재되어 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, 결합제는 Owens-Corning 의 EcoTouch™ 결합제 또는 EcoPure™ 결합제, Owens Corning 의 Sustaina™ 결합제, 또는 Knauf 의 ECOSE® 결합제를 포함한다.
열경화성 화합물로서 유용한 대안적인 반응물은 덱스트로오스 모노하이드레이트, 무수 시트르산, 물 및 수성 암모니아의 혼합으로부터 유도된 트리암모늄 시트레이트-덱스트로오스 시스템이다. 또한, 탄수화물 반응물 및 폴리아민 반응물이 유용한 열경화성 화합물이며, 이러한 열경화성 화합물은 개시내용이 참조에 의해 본원에 포함되는 미국특허 8,114,210, 9,505,883 및 9,926,464 에 보다 상세히 기술되어 있다.
일 예시적인 실시형태에서, 섬유 절연 제품 (100) 은 말토덱스트린, 시트르산, 차아인산나트륨 및 식물성 오일을 포함하는 결합제 조성물을 포함한다. 예를 들어, 말토덱스트린, 시트르산, 차아인산나트륨 및 식물성 오일을 갖는 결합제 조성물의 2 개의 예시적인 실시형태가 하기 표 1 에 열거되어 있다:
Figure pct00001
다른 예시적인 실시형태에서, 섬유 절연 제품 (100) 은 적어도 하나의 단쇄 폴리올을 포함하는 적어도 하나의 2차 가교제, 및 적어도 하나의 1차 가교제, 및 적어도 하나의 장쇄 폴리올을 포함하는 포름알데히드-프리 수성 결합제 조성물을 포함한다.
장쇄 폴리올은 적어도 2,000 달톤의 수 평균 분자량, 예컨대 3,000 달톤 내지 4,000 달톤의 분자량을 갖는 적어도 2 개의 히드록실 기를 갖는 폴리올을 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, 장쇄 폴리올은 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트 (부분적으로 또는 완전히 가수분해될 수도 있음) 와 같은 하나 이상의 중합체성 폴리히드록시 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 예시적으로, 부분 가수분해된 폴리비닐 아세테이트가 폴리히드록시 성분으로서 작용할 때, 예를 들어 Poval® 385 (Kuraray America, Inc.) 및 Sevol™ 502 (Sekisui Specialty Chemicals America, LLC) 와 같은 80%-89% 가수분해된 폴리비닐 아세테이트가 사용될 수 있고, 이 둘은 약 85% (Poval® 385) 및 88% (Selvol™ 502) 가수분해된다.
장쇄 폴리올은 약 30 중량% 이하 총 고체, 제한 없이, 약 28 중량%, 25 중량%, 20 중량%, 18 중량%, 15 중량% 및 13 중량% 이하 총 고체의 양으로 수성 결합제 조성물에 존재할 수 있다. 임의의 예시적인 실시형태에서, 장쇄 폴리올은 수성 결합제 조성물 중에, 2.5 중량% 내지 30 중량% 총 고체, 제한 없이, 5 중량% 내지 25 중량%, 8 중량% 내지 20 중량%, 9 중량% 내지 18 중량%, 및 10 중량% 내지 16 중량% 총 고체의 양으로 존재할 수 있다.
1차 가교제는 폴리올을 가교시키기에 적합한 임의의 화합물일 수 있다. 임의의 예시적인 실시형태에서, 1차 가교제는 90 달톤 초과, 약 90 달톤 내지 약 10,000 달톤, 또는 약 190 달톤 내지 약 5,000 달톤의 수 평균 분자량을 가질 수 있다. 임의의 예시적인 실시형태에서, 가교제는 약 2,000 달톤 내지 5,000 달톤, 또는 약 4,000 달톤의 수 평균 분자량을 가질 수 있다. 적합한 가교제의 비제한적인 예는 하나 이상의 카르복실산 기 (-COOH) 를 갖는 물질, 예컨대 폴리카르복실산 (및 이의 염), 무수물, 무수물과의 단량체성 및 중합체성 폴리카르복실산 (즉, 혼합된 무수물), 및 폴리 아크릴산 (및 이의 염) 과 같은 아크릴산의 단독중합체 또는 공중합체 및 폴리아크릴산계 수지, 예컨대 QR-1629S 및 Acumer 9932 (둘 다 The Dow Chemical Company 로부터 시판됨) 를 포함한다. Acumer 9932 는 분자량이 약 4000 이고 차아인산나트륨 함량이 6 내지 7 중량% 인 폴리아크릴산/차아인산나트륨 수지이다. QR-1629S 는 폴리아크릴산/글리세린 혼합물이다.
1차 가교제는 일부 예에서, 중화제로 사전-중화될 수 있다. 이러한 중화제는 유기 및/또는 무기 염기, 예컨대 소듐 히드록시드, 암모늄 히드록시드, 및 디에틸아민 및 임의의 종류의 1차, 2차 또는 3차 아민 (알칸올 아민 포함) 을 포함할 수 있다. 다양한 예시적인 실시형태에서, 중화제는 소듐 히드록시드 및 트리에탄올아민 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 예시적인 실시형태에서, 1차 가교제는 수성 결합제 조성물 중에, 수성 결합제 조성물의 총 고체 함량을 기준으로 적어도 50 중량%, 제한 없이, 적어도 55 중량%, 적어도 60 중량%, 적어도 63 중량%, 적어도 65 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 73 중량%, 적어도 75 중량%, 적어도 78 중량%, 및 적어도 80 중량% 로 존재한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 1차 가교제는 수성 결합제 조성물 중에, 수성 결합제 조성물의 총 고체 함량을 기준으로 50 중량% 내지 85 중량%, 제한 없이, 60 중량% 내지 80 중량%, 62 중량% 내지 78 중량%, 및 65 중량% 내지 75 중량% 로 존재한다.
수성 결합제 조성물은 단쇄 폴리올을 더 포함할 수 있다. 단쇄 폴리올은 750 달톤 미만, 500 달톤 미만을 포함하는 2,000 달톤 미만의 분자량을 갖고 복수의 히드록실 (-OH) 기를 갖는 수용성 화합물을 포함할 수 있다. 적합한 단쇄 폴리올 성분은 당 알코올, 펜타에리트리톨, 1차 알코올, 2,2-비스(메틸올)프로피온산, 트리(메틸올)프로판 (TMP), 1,2,4-부탄트리올, 트리메틸올프로판, 및 적어도 3 개의 히드록실 기를 포함하는, 트리에탄올아민과 같은, 단쇄 알칸올아민을 포함한다. 본 명세서에 개시된 임의의 실시형태에서, 폴리올은 적어도 4 개의 히드록실 기, 또는 적어도 5 개의 히드록실 기를 포함할 수 있다.
일부 예시적인 실시형태에서, 단쇄 폴리올은 점도 감소제로서 작용하며, 이는 장쇄 폴리올 분자들 (예컨대, 폴리비닐 알코올) 사이의 분자내 및 분자간 수소 결합을 파괴하여 조성물의 점도를 낮춘다. 그러나, 이들 소쇄 (small-chain) 폴리올 분자는 장쇄 폴리올과 유사한 구조를 가지므로, 이들은 가교제와 유사하게 반응할 수 있고, 따라서 결합제 및 제품 성능에 부정적인 영향을 미치지 않는다.
당 알코올은 당의 알도 또는 케토 기가 상응하는 히드록시 기로 (예컨대, 수소화에 의해) 환원될 때 수득되는 화합물을 의미하는 것으로 이해된다. 출발 당은 단당류, 올리고당류 및 다당류, 및 이들 생성물의 혼합물, 예컨대 시럽, 당밀 및 전분 가수분해물로부터 선택될 수 있다. 출발 당은 또한 당의 탈수된 형태일 수 있다. 당 알코올이 상응하는 출발 당과 매우 유사하지만, 이들은 당은 아니다. 따라서, 예를 들어, 당 알코올은 환원 능력이 없으며, 환원 당의 전형적인 메일라드 (Maillard) 반응에 참여할 수 없다. 일부 예시적인 실시형태에서, 당 알코올은 글리세롤, 에리트리톨, 아라비톨, 자일리톨, 소르비톨, 말티톨, 만니톨, 이디톨, 이소말티톨, 락티톨, 셀로비톨, 팔라티니톨, 말토트리톨, 이들의 시럽 및 이들의 혼합물을 포함한다. 다양한 예시적인 실시형태에서, 당 알코올은 글리세롤, 소르비톨, 자일리톨 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 일부 예시적인 실시형태에서, 2차 가교제는 당 알코올의 이량체 또는 올리고머 축합 생성물이다. 다양한 예시적인 실시형태에서, 당 알코올의 축합 생성물은 이소소르비드이다. 일부 예시적인 실시형태에서, 당 알코올은 디올 또는 글리콜이다.
일부 예시적인 실시형태에서, 단쇄 폴리올은 수성 결합제 조성물 중에, 약 30 중량% 이하 총 고체, 제한 없이, 약 25 중량%, 20 중량%, 18 중량%, 15 중량%, 13 중량%, 11 중량% 및 10 중량% 이하 총 고체의 양으로 존재한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 단쇄 폴리올은 수성 결합제 조성물 중에, 0 중량% 내지 30 중량% 총 고체, 제한 없이, 2 중량% 내지 30 중량%, 3 중량% 내지 25 중량%, 5 중량% 내지 20 중량%, 8 중량% 내지 18 중량% 및 9 중량% 내지 15 중량% 총 고체의 양으로 존재한다.
다양한 예시적인 실시형태에서, 장쇄 폴리올, 가교제 및 소쇄 폴리올은 카르복실산 기, 무수물 기 또는 이들의 염의 몰 당량의 수 대 히드록실 기의 몰 당량의 수의 비가 약 1/0.05 내지 약 1/5, 예컨대 약 1/0.08 내지 약 1/2.0, 약 1/0.1 내지 약 1/1.5, 및 약 1/0.3 내지 약 1/0.66 인 양으로 존재한다. 그러나, 놀랍게도, 이 비 내에서, 장쇄 폴리올 대 단쇄 폴리올의 비가 경화 후 결합제의 인장 강도 및 수용성과 같은 결합제 조성물의 성능에 영향을 준다는 것이 밝혀졌다. 예를 들어, 약 0.1/0.9 내지 약 0.9/0.1, 예컨대 약 0.3/0.7 내지 0.7/0.3, 또는 약 0.4/0.6 내지 0.6/0.4 의 장쇄 폴리올 대 단쇄 폴리올의 비가 바람직한 기계적 특성과 물리적 색상 특성의 균형을 제공한다는 것이 밝혀졌다. 다양한 예시적인 실시형태에서, 장쇄 폴리올 대 단쇄 폴리올의 비는 대략 0.5/0.5 이다. 장쇄 폴리올 대 단쇄 폴리올의 비는 최종 적용의 요구에 따라, 특정 특성이 최적화되도록 최적화될 수 있다.
일부 예시적인 실시형태에서, 폴리아크릴산, 폴리비닐 알코올, 소르비톨 및 차아인산나트륨. 예를 들어, 폴리아크릴산, 폴리비닐 알코올, 소르비톨 및 차아인산나트륨을 포함하는 결합제 조성물의 일 예시적인 실시형태가 하기 표 2 에 열거되어 있다.
Figure pct00002
다른 예시적인 실시형태에서, 섬유 절연 제품 (100) 은 전술한 바와 같이 적어도 하나의 1차 가교제 및 적어도 하나의 단쇄 폴리올을 포함하지만 장쇄 폴리올을 추가로 포함하지 않는 포름알데하이드-프리 수성 결합제 조성물을 포함한다.
이러한 수성 결합제 조성물에서, 가교제는 수성 결합제 조성물 중에, 수성 결합제 조성물의 총 고체 함량을 기준으로, 적어도 30.0 중량%, 제한 없이, 적어도 40 중량%, 적어도 45 중량%, 적어도 50 중량%, 적어도 52.0 중량%, 적어도 54.0 중량%, 적어도 56.0 중량%, 적어도 58.0 중량%, 및 적어도 60.0 중량% 로 존재한다. 본원에 개시되는 임의의 실시형태에서, 가교제는 수성 결합제 조성물 중에, 수성 결합제 조성물의 총 고체 함량을 기준으로 30 중량% 내지 85 중량%, 제한 없이, 50 중량% 내지 70 중량%, 50 중량% 내지 65 중량%, 52.0 중량% 내지 62.0 중량%, 54.0 중량% 내지 60.0 중량%, 및 55.0 중량% 내지 59.0 중량% 의 양으로 존재할 수 있다.
폴리올은 수성 결합제 조성물 중에, 약 70 중량% 이하 총 고체, 제한 없이, 약 60 중량%, 55 중량%, 50 중량%, 40 중량%, 35 중량%, 33 중량%, 30 중량%, 27 중량%, 25 중량% 및 20 중량% 이하 총 고체의 양으로 존재한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 폴리올은 수성 결합제 조성물 중에, 2.0 중량% 내지 65.0 중량% 총 고체, 제한 없이, 5.0 중량% 내지 40.0 중량%, 8.0 중량% 내지 37.0 중량%, 10.0 중량% 내지 34.0 중량%, 12.0 중량% 내지 32.0 중량%, 15.0 중량% 내지 30.0 중량%, 및 20.0 중량% 내지 28.0 중량% 총 고체의 양으로 존재한다.
다양한 예시적인 실시형태에서, 가교제 및 폴리올은 카르복실산 기, 무수물 기 또는 이들의 염의 몰 당량의 수 대 히드록실 기의 몰 당량의 수의 비가 약 0.6/1 내지 약 1/0.6, 예컨대 약 0.8/1 내지 약 1/0.8, 또는 약 0.9/1 내지 약 1/0.9 인 양으로 존재한다.
본 명세서에 개시된 임의의 실시형태에서, 수성 결합제 조성물은 3 미만의 하이드록실 기를 포함하는 폴리올이 없거나 실질적으로 없거나, 또는 4 미만의 하이드록실 기를 포함하는 폴리올이 없거나 실질적으로 없을 수 있다. 본 명세서에 개시된 임의의 실시형태에서, 수성 결합제 조성물은 2,000 달톤 이상의 수평균 분자량, 예컨대 3,000 달톤 내지 4,000 달톤의 분자량을 갖는 폴리올이 없거나 실질적으로 없다. 따라서, 본 명세서에 개시된 임의의 실시형태에서, 수성 결합제 조성물은 글리콜과 같은 디올; 예를 들어 글리세롤 및 트리에탄올아민과 같은 트리올; 및/또는 부분적으로 또는 완전히 가수분해될 수 있는 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트와 같은 중합체성 폴리히드록시 화합물, 또는 이들의 혼합물이 없거나 실질적으로 없다. 폴리비닐 알코올은 수분을 빨리 방출되게 하여 필름 형성을 초래하는 공지된 필름 형성제이다.
본 명세서에 개시된 임의의 실시형태에서, 수성 결합제 조성물은 중합체성 폴리카르복실산계 가교제 및 히드록실기 OH 기에 대한 카르복실산기의 비가 0.60/1 내지 1/0.6 인 4 개 이상의 히드록실기를 갖는 단량체성 폴리올을 포함하거나 이로 이루어질 수 있다.
Figure pct00003
본 명세서에 개시된 임의의 수성 결합제 조성물에서, 폴리카르복실산 중의 산 작용기의 전부 또는 백분율은, 산 작용기가 미네랄 울 섬유와 착화되는 것을 일시적으로 차단하는 보호제의 사용으로 일시적으로 차단될 수 있고, 이어서 경화 공정 동안, 결합제 조성물을 적어도 150℃ 의 온도로 가열하여, 산 작용기를 자유롭게 하여 폴리올 성분과 가교시키고 에스테르화 공정을 완료함으로써 제거된다. 임의의 예시적인 실시형태에서, 카르복실산 작용기의 10% 내지 100% (약 25% 내지 약 99%, 약 30% 내지 약 90%, 및 약 40% 내지 85% 를 포함하고, 이들 사이의 모든 하위범위 및 범위들의 조합을 포함한다) 는 보호제에 의해 일시적으로 차단될 수 있다. 임의의 예시적인 실시형태에 따르면, 산 작용기의 최소 40% 가 보호제에 의해 일시적으로 차단될 수 있다.
보호제는 가교제의 카르복실산 기와 가역적으로 결합할 수 있다. 임의의 예시적인 실시형태에서, 보호제는 단일 산 작용기와 적어도 하나의 가역적 이온 결합을 형성할 수 있는 분자를 포함하는 임의의 화합물을 포함한다. 본 명세서에 개시된 임의의 예시적인 실시형태에서, 보호제는 암모늄계 보호제; 아민계 보호제; 또는 이들의 혼합물과 같은 질소계 보호제를 포함할 수 있다. 예시적인 암모늄계 보호제는 수산화암모늄을 포함한다. 예시적인 아민계 보호제는 알킬아민 및 디아민, 예를 들어 에틸렌이민, 에틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민; 알칸올아민, 예를 들어 에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민; 에틸렌디아민-N,N'-디숙신산 (EDDS), 에틸렌디아민테트라아세트산 (EDTA) 등, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 또한, 알칸올아민은 경화된 결합제에서 에스테르를 형성하기 위한 가교 반응의 참여자 및 보호제 둘 다로서 사용될 수 있다. 따라서, 알칸올아민은 에스테르화를 통해 폴리카르복실산과의 가교를 위한 폴리올 및 보호제의 이중 작용기를 갖는다.
보호제는 종래의 pH 조절제와 다르게 기능한다. 본 명세서에 규정된 바와 같은 보호제는 중합체성 폴리카르복실산 성분 내의 산 작용기를 단지 일시적으로 및 가역적으로 차단한다. 대조적으로, 수산화나트륨과 같은 종래의 pH 조절제는 산 작용기를 영구히 종결시키고, 이는 차단된 산 작용기로 인해 산과 히드록실기 사이의 가교를 방지한다. 따라서, 수산화나트륨과 같은 전통적인 pH 조절제의 포함은 산 작용기를 일시적으로 차단하는 바람직한 효과를 제공하지 않는 한편, 나중에 경화되는 동안 이 작용기를 자유롭게 하여 에스테르화를 통한 가교를 허용한다. 따라서, 본 명세서에 개시된 임의의 예시적인 실시형태에서, 결합제 조성물은 예를 들어 수산화나트륨 및 수산화칼륨과 같은 종래의 pH 조절제가 없거나 실질적으로 없을 수 있다. 고온 적용을 위한 이러한 종래의 pH 조절제는 카르복실산 기와 영구히 결합할 것이고, 가교 에스테르화를 허용하기 위한 카르복실산 작용기를 방출하지 않을 것이다.
본 명세서에 개시된 임의의 수성 결합제 조성물은, 결합제의 점착성을 감소시킴으로써 결합제 조성물의 가공성을 향상시켜서, 증가된 인장 강도 및 소수성을 갖는 더 균일한 절연 제품을 초래하는, 하나 이상의 가공 첨가제를 포함하는 첨가제 블렌드를 더 포함할 수 있다. 결합제 조성물의 점착성을 감소시킬 수 있는 다양한 첨가제가 있을 수 있지만, 종래의 첨가제는 본질적으로 친수성이어서, 그러한 첨가제의 포함은 결합제 조성물의 전체 수분 흡수를 증가시킨다. 첨가제 블렌드는 하나 이상의 가공 첨가제를 포함할 수 있다. 가공 첨가제의 예는 계면활성제, 글리세롤, 1,2,4-부탄트리올, 1,4-부탄디올, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 폴리(에틸렌 글리콜) (예를 들어, 카르보왁스™), 모노올레에이트 폴리에틸렌 글리콜 (MOPEG), 실리콘, 폴리디메틸실록산 (PDMS) 의 분산액, 미네랄, 파라핀 또는 식물성 오일의 에멀젼 및/또는 분산액, 아미드 왁스 (예를 들어, 에틸렌 비스-스테아르아미드 (EBS)) 및 카르나우바 왁스 (예를 들어, ML-155) 와 같은 왁스, 소수화된 실리카, 암모늄 포스페이트, 또는 이들의 조합을 포함한다. 계면활성제는 알코올 작용기를 갖는 비이온성 계면활성제를 포함하는 비이온성 계면활성제를 포함할 수 있다. 예시적인 계면활성제는 Surfynol®, 알킬 폴리글루코시드 (예를 들어, Glucopon®), 및 알코올 에톡실레이트 (예를 들어, Lutensol®) 를 포함한다.
첨가제 블렌드는 단일 가공 첨가제, 적어도 2 종의 가공 첨가제들의 혼합물, 적어도 3 종의 가공 첨가제들의 혼합물, 또는 적어도 4 종의 가공 첨가제들의 혼합물을 포함할 수 있다. 본 명세서에 개시된 임의의 실시형태에서, 첨가제 블렌드는 글리세롤과 폴리디메틸실록산의 혼합물을 포함할 수 있다.
첨가제 블렌드는 결합제 조성물 내에, 결합제 조성물의 총 고체 함량을 기준으로 1.0 중량% 내지 20 중량%, 1.25 중량% 내지 17.0 중량%, 또는 1.5 중량% 내지 15.0 중량%, 또는 3.0 중량% 내지 12.0 중량% 또는 5.0 중량% 내지 10.0 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 임의의 예시적인 실시형태에서, 결합제 조성물은 결합제 조성물의 총 고체 함량을 기준으로 적어도 7.0 중량%, 적어도 8.0 중량%, 그리고 적어도 9.0 중량% 의 첨가제 블렌드를 포함할 수 있다. 따라서, 임의의 예시적인 실시형태에서, 수성 결합제 조성물은 결합제 조성물의 총 고체 함량을 기준으로 7.0 중량% 내지 15 중량%, 8.0 중량% 내지 13.5 중량%, 9.0 중량% 내지 12.5 중량% 의 첨가제 블렌드를 포함할 수 있다.
첨가제 블렌드가 글리세롤을 포함하는 실시형태에서, 글리세롤은 결합제 조성물의 총 고체 함량을 기준으로 적어도 5.0 중량%, 또는 적어도 6.0 중량%, 또는 적어도 7.0 중량%, 또는 적어도 7.5 중량% 의 양으로 존재할 수 있다. 임의의 예시적인 실시형태에서, 결합제 조성물은 결합제 조성물의 총 고체 함량을 기준으로 5.0 내지 15 중량% 의 글리세롤, 6.5 내지 13.0 중량%, 7.0 내지 12.0 중량%, 및 7.5 내지 11.0 중량% 의 글리세롤을 포함할 수 있다.
첨가제 블렌드가 폴리디메틸실록산을 포함하는 실시형태에서, 폴리디메틸실록산은 결합제 조성물의 총 고체 함량을 기준으로 적어도 0.2 중량%, 또는 적어도 0.5 중량%, 또는 적어도 0.8 중량%, 또는 적어도 1.0 중량%, 또는 적어도 1.5 중량%, 또는 적어도 2.0 중량% 의 양으로 존재할 수 있다. 임의의 예시적인 실시형태에서, 결합제 조성물은 결합제 조성물의 총 고체 함량을 기준으로 0.5 내지 5.0 중량% 의 폴리디메틸실록산, 예를 들어 1.0 내지 4.0 중량%, 1.2 내지 3.5 중량%, 1.5 내지 3.0 중량%, 및 1.6 내지 2.3 중량% 의 폴리디메틸실록산을 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 임의의 실시형태에서, 첨가제 블렌드는 글리세롤과 폴리디메틸실록산의 혼합물을 포함할 수 있고, 글리세롤은 결합제 조성물의 총 고체 함량을 기준으로, 5.0 내지 15 중량% 의 결합제 조성물을 포함하고, 폴리디메틸실록산은 0.5 내지 5.0 중량% 의 결합제 조성물을 포함한다. 본 명세서에 개시된 임의의 실시형태에서, 첨가제 블렌드는 글리세롤과 폴리디메틸실록산의 혼합물을 포함할 수 있고, 글리세롤은 결합제 조성물의 총 고체 함량을 기준으로, 7.0 내지 12 중량% 의 결합제 조성물을 포함하고, 폴리디메틸실록산은 1.2 내지 3.5 중량% 의 결합제 조성물을 포함한다.
본 명세서에 개시된 임의의 실시형태에서, 첨가제 블렌드는 증가된 농도의 실란 커플링제를 포함할 수 있다. 통상적인 결합제 조성물은 일반적으로 결합제 조성물의 총 고체 함량을 기준으로 0.5 중량% 미만, 더 일반적으로는 약 0.2 중량% 이하의 실란을 포함한다. 따라서, 본 명세서에 개시된 임의의 실시형태에서, 실란 커플링제(들)는 결합제 조성물 중에, 결합제 조성물의 총 고체의 0.5 중량% 내지 5.0 중량%, 예컨대 약 0.7 중량% 내지 2.5 중량%, 0.85 중량% 내지 2.0 중량%, 또는 0.95 중량% 내지 1.5 중량% 의 양으로 존재할 수 있다. 본 명세서에 개시된 임의의 실시형태에서, 실란 커플링제(들)는 결합제 조성물 중에 1.0 중량% 이하의 양으로 존재할 수 있다.
실란 농도는 섬유 절연 제품 내의 섬유 상의 실란의 양을 추가로 특징으로 할 수 있다. 전형적으로, 유리섬유 절연 제품은 유리 섬유 상에 0.001 중량% 내지 0.03 중량% 의 실란 커플링제를 포함한다. 그러나, 섬유에 적용되는 실란 커플링제의 양을 증가시킴으로써, 유리 섬유 상의 실란의 양은 적어도 0.10 중량% 로 증가한다.
대안적으로, 결합제 조성물은, 존재한다면, 통상적인 양의 실란 커플링제를 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 실란 커플링제(들)는 결합제 조성물 중에, 결합제 조성물의 총 고체의 0 내지 0.5 중량% 미만, 예컨대 0.05 내지 0.4 중량%, 0.15 내지 0.35 중량%, 또는 0.15 내지 0.3 중량% 의 양으로 존재할 수 있다.
결합제 조성물 중에 사용될 수 있는 실란 커플링제의 비제한적인 예는 작용기 알킬, 아릴, 아미노, 에폭시, 비닐, 메타크릴옥시, 우레이도, 이소시아네이토 및 메르캅토를 특징으로 할 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 실란 커플링제(들)는 아민 (1차, 2차, 3차 및 4차), 아미노, 이미노, 아미도, 이미도, 우레이도, 또는 이소시아네이토와 같은 하나 이상의 작용기를 갖는 하나 이상의 질소 원자를 함유하는 실란을 포함한다. 적합한 실란 커플링제의 구체적인 비제한적 예는 제한 없이, 아미노실란 (예컨대, 트리에톡시아미노프로필실란; 3-아미노프로필-트리에톡시실란 및 3-아미노프로필-트리히드록시실란), 에폭시 트리알콕시실란 (예컨대, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 및 3-글리시독시프로필트리에톡시실란), 메타크릴 트리알콕시실란 (예컨대, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 및 3-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란), 탄화수소 트리알콕시실란, 아미노 트리히드록시실란, 에폭시 트리히드록시실란, 메타크릴 트리히드록시 실란 및/또는 탄화수소 트리히드록시실란을 포함한다. 하나 이상의 예시적인 실시형태에서, 실란은 아미노실란, 예컨대 γ-아미노프로필트리에톡시실란이다.
본 명세서에 개시된 임의의 수성 결합제 조성물은 경화 촉진제로도 알려진 에스테르화 촉매를 더 포함할 수 있다. 촉매는 무기 염, 루이스 산 (즉, 알루미늄 클로라이드 또는 보론 트리플루오라이드), 브뢴스테드 산 (즉, 황산, p-톨루엔설폰산 및 붕산) 유기금속 착물 (즉, 리튬 카르복실레이트, 소듐 카르복실레이트) 및/또는 루이스 염기 (즉, 폴리에틸렌이민, 디에틸아민 또는 트리에틸아민) 을 포함할 수도 있다. 부가적으로, 촉매는 인-함유 유기산의 알칼리 금속 염; 특히, 인산, 하이포인산 또는 폴리인산의 알칼리 금속 염을 포함할 수도 있다. 이러한 인 촉매의 예는 제한 없이, 소듐 하이포포스파이트, 소듐 포스페이트, 포타슘 포스페이트, 디소듐 파이로포스페이트, 테트라소듐 파이로포스페이트, 소듐 트리폴리포스페이트, 소듐 헥사메타포스페이트, 포타슘 포스페이트, 포타슘 트리폴리포스페이트, 소듐 트리메타포스페이트, 소듐 테트라메타포스페이트 및 이들의 혼합물을 포함한다. 또한, 촉매 또는 경화 촉진제는 플루오로보레이트 화합물, 예컨대 플루오로붕산, 소듐 테트라플루오로보레이트, 포타슘 테트라플루오로보레이트, 칼슘 테트라플루오로보레이트, 마그네슘 테트라플루오로보레이트, 아연 테트라플루오로보레이트, 암모늄 테트라플루오로보레이트 및 이들의 혼합물일 수도 있다. 또한, 촉매는 인 및 플루오로보레이트 화합물의 혼합물일 수도 있다. 기타 소듐 염, 예컨대 소듐 설페이트, 소듐 니트레이트, 소듐 카보네이트가 또한 또는 대안적으로 촉매로서 사용될 수 있다.
촉매는 수성 결합제 조성물에, 결합제 조성물 중의 총 고체의 약 0 중량% 내지 약 10 중량% 의 양, 제한 없이, 약 1 중량% 내지 약 5 중량%, 또는 약 2 중량% 내지 약 4.5 중량%, 또는 약 2.8 중량% 내지 약 4.0 중량%, 또는 약 3.0 중량% 내지 약 3.8 중량% 의 양으로 존재할 수 있다.
임의로, 수성 결합제 조성물은 적어도 하나의 커플링제를 함유할 수 있다. 적어도 하나의 예시적인 실시형태에서, 커플링제는 실란 커플링제이다. 커플링제(들)는 결합제 조성물에, 결합제 조성물 중의 총 고체의 약 0.01 중량% 내지 약 5 중량%, 약 0.01 중량% 내지 약 2.5 중량%, 또는 약 0.05 중량% 내지 약 1.5 중량%, 또는 약 0.1 중량% 내지 약 1.0 중량% 의 양으로 존재할 수 있다.
결합제 조성물에 사용될 수 있는 실란 커플링제의 비제한적인 예는 작용기 알킬, 아릴, 아미노, 에폭시, 비닐, 메타크릴옥시, 우레이도, 이소시아네이토 및 메르캅토를 특징으로 할 수도 있다. 임의의 실시형태에서, 실란 커플링제(들)는 아민 (1차, 2차, 3차 및 4 차), 아미노, 이미노, 아미도, 이미도, 우레이도, 또는 이소시아네이토와 같은 하나 이상의 작용기를 갖는 하나 이상의 질소 원자를 함유하는 실란을 포함할 수도 있다. 적합한 실란 커플링제의 구체적인 비제한적 예는 제한 없이, 아미노실란 (예컨대, 트리에톡시아미노프로필실란; 3-아미노프로필-트리에톡시실란 및 3-아미노프로필-트리히드록시실란), 에폭시 트리알콕시실란 (예컨대, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 및 3-글리시독시프로필트리에톡시실란), 메타크릴 트리알콕시실란 (예컨대, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 및 3-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란), 탄화수소 트리알콕시실란, 아미노 트리히드록시실란, 에폭시 트리히드록시실란, 메타크릴 트리히드록시 실란 및/또는 탄화수소 트리히드록시실란을 포함한다. 본 명세서에 개시된 임의의 실시형태에서, 실란은 γ-아미노프로필트리에톡시실란과 같은 아미노실란을 포함할 수 있다.
수성 결합제 조성물은 가공 보조제를 더 포함할 수 있다. 가공 보조제는 가공 보조제가 섬유 형성 및 배향의 프로세싱을 용이하게 하도록 기능하는 한, 특별히 제한되지 않는다. 가공 보조제는 결합제 적용 분포 균일성을 개선하고, 결합제 점도를 감소시키고, 성형 후 램프 높이를 증가시키고, 수직 중량 분포 균일성을 개선하고/하거나 성형 및 오븐 경화 프로세스에서 결합제 탈수를 가속화하기 위해 사용될 수 있다. 가공 보조제는 결합제 조성물에, 결합제 조성물 중의 총 고체 함량을 기준으로 0 중량% 내지 약 10.0 중량%, 약 0.1 중량% 내지 약 5.0 중량%, 또는 약 0.3 중량% 내지 약 2.0 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 1.0 중량% 의 양으로 존재할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, 수성 결합제 조성물에는 임의의 가공 보조제가 실질적으로 또는 완전히 없다.
가공 보조제의 예는 소포제, 예컨대 미네랄, 파라핀 또는 식물성 오일의 에멀젼 및/또는 분산액; 폴리디메틸실록산 (PDMS) 유체의 분산액, 및 폴리디메틸실록산 또는 다른 물질로 소수성화된 실리카를 포함한다. 추가의 가공 보조제는 에틸렌 비스-스테아라미드 (EBS) 또는 소수성화된 실리카와 같은 아미드 왁스로 만들어진 입자를 포함할 수 있다. 결합제 조성물에 사용될 수 있는 추가의 가공 보조제는 계면활성제이다. 결합제 원자화, 습윤 및 계면 접착을 돕기 위해 하나 이상의 계면활성제가 결합제 조성물에 포함될 수 있다.
계면활성제는 특별히 제한되지 않으며, 계면활성제, 예컨대 제한 없이, 이온성 계면활성제 (예컨대, 설페이트, 설포네이트, 포스페이트 및 카르복실레이트); 설페이트 (예컨대, 알킬 설페이트, 암모늄 라우릴 설페이트, 소듐 라우릴 설페이트 (SDS), 알킬 에테르 설페이트, 소듐 라우레스 설페이트 및 소듐 미레스 설페이트); 양쪽성 계면활성제 (예컨대, 알킬베타인, 예컨대 라우릴-베타인); 설포네이트 (예컨대, 디옥틸 소듐 설포석시네이트, 퍼플루오로옥탄설포네이트, 퍼플루오로부탄설포네이트 및 알킬 벤젠 설포네이트); 포스페이트 (예컨대, 알킬 아릴 에테르 포스페이트 및 알킬 에테르 포스페이트); 카르복실레이트 (예컨대, 알킬 카르복실레이트, 지방산 염 (비누), 소듐 스테아레이트, 소듐 라우로일 사르코시네이트, 카르복실레이트 플루오로계면활성제, 퍼플루오로나노에이트 및 퍼플루오로옥타노에이트); 양이온성 (예컨대, 알킬아민 염, 예컨대 라우릴아민 아세테이트); pH 의존성 계면활성제 (1차, 2차 또는 3차 아민); 영구적으로 하전된 4차 암모늄 양이온 (예컨대, 알킬트리메틸암모늄 염, 세틸 트리메틸암모늄 브로마이드, 세틸 트리메틸암모늄 클로라이드, 세틸피리디늄 클로라이드 및 벤제토늄 클로라이드); 및 쯔비터성 계면활성제, 4차 암모늄 염 (예컨대, 라우릴 트리메틸 암모늄 클로라이드 및 알킬 벤질 디메틸암모늄 클로라이드), 및 폴리옥시에틸렌알킬아민을 포함한다.
결합제 조성물과 함께 사용될 수 있는 적합한 비이온성 계면활성제에는 폴리에테르 (예, 에틸렌 옥시드 및 프로필렌 옥시드 축합물, 이는 직쇄 및 분지쇄 알킬 및 알카릴 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜 에테르 및 티오에테르를 포함함); 약 7 내지 약 18 개의 탄소 원자를 함유하는 알킬 기를 갖고 약 4 내지 약 240 개의 에틸렌옥시 단위를 갖는 알킬페녹시폴리(에틸렌옥시)에탄올 (예, 헵틸페녹시폴리(에틸렌옥시) 에탄올 및 노닐페녹시폴리(에틸렌옥시) 에탄올); 소르비탄, 소르비드, 만니탄 및 만니드를 포함하는 헥시톨의 폴리옥시알킬렌 유도체; 부분 장쇄 지방산 에스테르 (예, 소르비탄 모노라우레이트, 소르비탄 모노팔미테이트, 소르비탄 모노스테아레이트, 소르비탄 트리스테아레이트, 소르비탄 모노올레에이트 및 소르비탄 트리올레에이트의 폴리옥시알킬렌 유도체); 에틸렌 옥시드와 소수성 염기의 축합물, 염기는 프로필렌 옥시드를 프로필렌 글리콜과 축합하여 형성됨; 황 함유 축합물 (예, 에틸렌 옥시드를 고급 알킬 머캅탄, 예컨대 노닐, 도데실 또는 테트라데실 머캅탄과, 또는 알킬기가 약 6 내지 약 15 개의 탄소 원자를 함유하는 알킬티오페놀과 축합하여 제조된 축합물); 장쇄 카르복실산 (예, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산 및 올레산, 예컨대 톨유 지방산) 의 에틸렌 옥시드 유도체; 장쇄 알코올 (예, 옥틸, 데실, 라우릴 또는 세틸 알코올) 의 에틸렌 옥시드 유도체; 및 에틸렌 옥시드/프로필렌 옥시드 공중합체가 포함된다.
적어도 하나의 예시적인 구현예에서, 계면활성제는 Dynol 607 (이것은 2,5,8,11-테트라메틸-6-도데신-5,8-디올임), SURFONYL® 420, SURFONYL® 440, 및 SURFONYL® 465 (이들은 에톡시화 2,4,7,9-테트라메틸-5-데신-4,7-디올 계면활성제임 (Evonik Corporation (Allentown, Pa.) 에서 시판됨)), Stanfax (소듐 라우릴 설페이트), Surfynol 465 (에톡시화 2,4,7,9-테트라메틸 5 데신-4,7-디올), Triton™ GR-PG70 (1,4-비스(2-에틸헥실) 소듐 설포석시네이트) 및 Triton™ CF-10 (폴리(옥시-1,2-에탄디일), 알파-(페닐메틸)-오메가-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페녹시) 중 하나 이상을 포함한다.
선택적으로, 수성 결합제 조성물은 먼지 억제제를 함유하여 절연 물질의 후속 제작 및 설치에 악영향을 미칠 수 있는 무기 및/또는 유기 입자의 존재를 감소 또는 제거할 수 있다. 먼지 억제제는 임의의 통상적인 미네랄 오일, 미네랄 오일 에멀젼, 천연 또는 합성 오일, 바이오계 오일 또는 윤활제, 예컨대 제한 없이, 실리콘 및 실리콘 에멀젼, 폴리에틸렌 글리콜 및 오븐 내부의 오일 증발을 최소화하기 위해 인화점이 높은 임의의 석유 또는 비-석유 오일일 수 있다.
수성 결합제 조성물은 약 15 중량% 이하, 예컨대 약 14 중량% 이하, 또는 약 13 중량% 이하의 먼지 억제제를 포함할 수 있다. 본 명세서에 개시된 임의의 실시형태에서, 수성 결합제 조성물은 1.0 중량% 내지 15 중량% 의 먼지 억제제, 예컨대 약 3.0 중량% 내지 약 13.0 중량%, 또는 약 5.0 중량% 내지 약 12.8 중량% 의 먼지 억제제를 더 포함할 수 있다.
수성 결합제 조성물은 또한 pH 를 원하는 수준으로 조정하기에 충분한 양으로 pH 조절제로서 유기 및/또는 무기 산 및 염기를 선택적으로 포함할 수 있다. 의도된 적용에 따라, 결합제 조성물의 성분들의 양립성을 가능하게 하거나 다양한 유형의 섬유와 기능하도록 pH 를 조정할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, pH 조절제는 결합제 조성물의 pH 를 산성 pH 로 조절하는 데 이용된다. 적합한 산성 pH 조절제의 예는 무기산, 예컨대 제한 없이 황산, 인산 및 붕산 및 또한 유기산, 예컨대 p-톨루엔설폰산, 모노- 또는 폴리카르복실산, 예컨대 제한 없이, 시트르산, 아세트산 및 이들의 무수물, 아디프산, 옥살산 및 이들의 상응하는 염을 포함한다. 또한, 무기 염은 산 전구체일 수 있다. 산은 pH 를 조절하고, 일부 경우에, 위에서 논의된 바와 같이 가교제로서 작용한다. 결합제 조성물의 pH 를 증가시키기 위해 유기 및/또는 무기 염기가 포함될 수 있다. 염기는 휘발성 또는 비-휘발성 염기일 수 있다. 예시적인 휘발성 염기는 예를 들어 암모니아 및 알킬-치환 아민, 예컨대 메틸 아민, 에틸 아민 또는 1-아미노프로판, 디메틸 아민 및 에틸 메틸 아민을 포함한다. 예시적인 비-휘발성 염기는 예를 들어 소듐 히드록시드, 포타슘 히드록시드, 소듐 카보네이트 및 t-부틸암모늄 히드록시드를 포함한다.
미경화 상태에서, 결합제 조성물의 pH 는 약 2.0 내지 약 5.0 (중간의 모든 양 및 범위를 포함함) 일 수 있다. 본 명세서에 개시된 임의의 실시형태에서, 결합제 조성물의 pH 는 미경화 상태일 때 약 2.2 내지 4.0, 예컨대 약 2.5 내지 3.8, 약 2.6 내지 3.5 이다. 경화 후, 결합제 조성물의 pH 는 적어도 5.0 의 pH, 예컨대 약 6.5 내지 8.8, 또는 약 6.8 내지 8.2 의 수준으로 상승할 수 있다.
결합제는 강화 섬유에의 적용을 위해 활성 고체를 용해시키거나 분산시키기 위해 물을 추가로 포함한다. 물은 강화 섬유에의 적용에 적합한 점도로 수성 결합제 조성물을 희석시키고 섬유에 원하는 고체 함량을 달성하기에 충분한 양으로 첨가될 수 있다. 본 결합제 조성물이 전통적인 페놀-우레아 포름알데히드 또는 탄수화물계 결합제 조성물보다 더 낮은 고체 함량을 함유할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 특히, 결합제 조성물은 5 중량% 내지 35 중량% 의 결합제 고체, 제한 없이 10 중량% 내지 30 중량%, 12 중량% 내지 20 중량%, 및 15 중량% 내지 19 중량% 의 결합제 고체를 포함할 수 있다. 이 수준의 고체는 본 결합제 조성물이 전통적인 결합제 조성물보다 더 많은 물을 포함할 수도 있음을 나타낸다.
일부 예시적인 실시형태에서, 결합제 조성물은 높은 램프 수분 수준 (약 8% -10%) 에서 가공될 수 있고, 전통적인 결합제 조성물보다 수분 제거가 덜 필요하다. 그러나, 일부 예시적인 실시형태에서, 결합제 조성물은 낮은 점도를 가질 수 있고, 이는 램프 수분 수준의 감소를 허용한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 수성 결합제 조성물은 25℃ 의 온도에서, 25℃ 및 40% 고체 이하에서 70 cP 이하, 예컨대 65 cP 이하, 60 cP 이하, 55 cP 이하, 또는 50 cP 이하의 점도를 나타낸다. 낮은 결합제 점도는 8% 미만, 7% 미만, 6% 미만, 5% 미만, 4% 미만, 3% 미만, 2% 미만, 또는 1% 미만의 램프 수분 수준으로의 램프 수분 감소를 허용한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 램프 수분은 0 또는 본질적으로 0 이며, 이는 0.5% 이하의 램프 수분 수준을 의미한다. 고농도로 적용된 가능한 낮은 점도를 갖는 결합제 조성물은 램프 상의 다량의 수분을 제거할 수 있게 하여, 취성이 없는 터프한 결합제의 제조를 가능하게 한다.
다른 예시적인 실시형태에서, 수성 결합제 조성물은 25℃ 에서, 25℃ 및 40% 고체에서 200 cP 내지 600 cP, 예컨대 25℃ 및 40% 고체에서 300 cP 내지 500 cP, 및 25℃ 및 40% 고체에서 350 cP 내지 450 cP 의 점도를 나타낸다.
결합제 함량은 강열 감량 (LOI) 으로서 측정될 수 있다. 본 명세서에 개시된 임의의 실시형태에서, LOI 는 1% 내지 20%, 예컨대 5.5% 내지 17%, 8% 내지 15%, 및 10% 내지 14.5% 이다. 제품의 특정 LOI 는 생산되는 제품 유형에 크게 의존한다.
결합제 조성물은 섬유 절연 제품 (100) 의 10 중량% 이하, 섬유 절연 제품 (100) 의 8 중량% 이하 또는 섬유 절연 제품 (100) 의 6 중량% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 섬유 절연 제품 (100) 은 부직 유리 섬유 수집체 및 10 중량% 미만의 포름알데히드-프리 결합제를 포함한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 경화된 섬유 절연 제품 (100) 은 결합제 조성물의 2 중량% 내지 10 중량% 의 범위로 갖는다. 일부 예시적인 실시형태에서, 경화된 섬유 절연 제품 (100) 은 결합제 조성물의 3.5 중량% 내지 6 중량% 의 범위, 또는 결합제 조성물의 3.5 중량% 내지 4 중량% 의 범위로 갖는다. 비교적 적은 양의 결합제는 최종 절연 제품의 유연성에 기여한다.
예시적인 실시형태에 따르면, 섬유 절연 제품 (100) 은 주거 절연체로 사용하기에 적합한, 회수, 강성, 취급 등의 특성을 갖는, 절연 배트와 같은, 주거 절연 제품으로서 형성될 수 있다. 그러나, 섬유 절연 제품 (100) 은 전형적으로 4 ㎛ (15.7 HT) 보다 큰 섬유 직경을 갖는 종래의 주거 섬유유리 절연 제품에 사용되는 유리 섬유보다 더 작은 직경을 갖는 유리 섬유 (130) 를 이용한다. 특히, 예시적인 섬유 절연 제품 (100) 은 3.04 ㎛ (12.0 HT) 내지 3.81 ㎛ (15.0 HT) 의 범위, 또는 3.30 ㎛ (13.0 HT) 내지 3.81 ㎛ (15.0 HT) 의 범위, 또는 3.04 ㎛ (12.0 HT) 내지 3.55 ㎛ (14.0 HT) 의 범위의 2.03 의 범위의 평균 섬유 직경을 갖는 유리 섬유 (130) 를 포함할 수 있다.
유리 섬유 (130) 의 섬유 직경을 측정하는 데 사용되는 절차는 섬유 직경을 직접 측정하기 위해 주사 전자 현미경 (SEM) 을 이용한다. 일반적으로, 섬유 절연 제품 (100) 의 시편이 임의의 유기 재료 (예를 들어, 결합제 조성물) 를 제거하기 위해 가열되고, 그 후 시편으로부터의 유리 섬유는 길이가 감소되고, SEM 에 의해 촬영된다. 이어서, SEM 과 연관된 이미징 소프트웨어에 의해 저장된 이미지로부터 섬유의 직경이 측정된다.
보다 구체적으로, 섬유 절연 제품 (100) 의 시편은 최소 30분 동안 800℉ 로 가열한다. 시편은 임의의 유기 물질의 제거를 보장하기 위해 필요하다면 더 오래 가열될 수 있다. 이어서, 시편은 실온으로 냉각되고, 유리 섬유는 SEM 플랑체트 상에 맞추기 위해 길이가 감소된다. 유리 섬유는 임의의 적합한 방법, 예를 들어 가위에 의해 절단되거나, 면도날에 의해 절단되거나, 모르타르 및 막자에서 분쇄되는 방법에 의해 길이가 감소될 수 있다. 이어서, 유리 섬유는 섬유들이 중첩되거나 너무 멀리 이격되지 않도록 SEM 플랑체트의 표면에 부착된다.
일단 시편이 이미징을 위해 준비되면, 시편은 정상 작동 절차를 사용하여 SEM 에 장착되고, 측정되는 섬유의 직경 크기에 대해 적절한 배율로 SEM 에 의해 촬영된다. 충분한 수의 이미지가 수집되고, 충분한 섬유들이 측정에 이용 가능한 것을 보장하도록 저장된다. 예를 들어, 250 내지 300 개의 섬유가 측정되는 경우 10 내지 13 개의 이미지가 요구될 수 있다. 그 후, 섬유 직경은 예를 들어 스칸듐 SIS 이미징 소프트웨어와 같은 SEM 이미지 분석 소프트웨어 프로그램을 사용하여 측정된다. 이어서, 측정된 섬유의 수로부터 시편의 평균 섬유 직경이 결정된다. 섬유 절연 제품 시편은 함께 융합된 유리 섬유 (즉, 길이를 따라 결합된 2 개 이상의 섬유) 를 포함할 수 있다. 본 발명의 시편의 평균 섬유 직경을 계산하기 위해, 융합된 섬유들을 단일 섬유로서 취급한다.
유리 섬유 (130) 의 평균 섬유 직경을 측정하기 위해 사용되는 대안적인 절차는 시편 내의 무작위 분포된 섬유의 평균 또는 "유효" 섬유 직경을 간접적으로 결정하기 위해 공기 유동 저항을 측정하는 디바이스를 이용한다. 더 구체적으로, 대안적인 절차의 일 실시형태에서, 섬유 절연 제품 (100) 의 시편이 30분 동안 화씨 800-1000도로 가열된다. 시편은 임의의 유기 물질의 제거를 보장하기 위해 필요하다면 더 오래 가열될 수 있다. 이어서, 시편은 실온으로 냉각되고, 약 7.50 그램의 테스트 시편이 디바이스의 챔버에 로딩된다. 일정한 공기 흐름이 챔버를 통해 인가되고, 일단 공기 흐름이 안정화되면, 차압 또는 압력 강하가 디바이스에 의해 측정된다. 공기 흐름 및 차압 측정에 기초하여, 디바이스는 시편의 평균 섬유 직경을 계산할 수 있다.
전술한 바와 같이, 미세 유리 섬유 (130) 를 이용하여, 예시적인 섬유 절연 제품 (100) 은, 섬유 직경, 밀도 (pcf), 제품 면적 중량 (평방 피트당 파운드), 및 결합제 함량과 같은 제품의 특정 특성을 맞춤으로써 주거 또는 상업적 절연재로서 사용하기 위해 10 내지 54 와 같은 적절한 R-값 및 예를 들어 2 인치 내지 18 인치와 같은 두께를 갖는 배트 또는 블랭킷으로서 형성될 수 있다. 예를 들어, 밀도 (pcf) 및 제품 면적 중량 (평방 피트당 파운드) 을 특정 섬유 직경 및 결합제 함량에 매칭시킴으로써 평균 섬유 직경이 4 ㎛ 이하인 유리 섬유 (130) 를 이용하여 3.5 인치의 두께 및 11 의 R-값을 갖는 절연 배트가 형성될 수 있다.
섬유 절연 제품 (100) 의 밀도는 다른 실시형태에서 달라질 수 있다. 본 출원에서 사용되는 바와 같이, 섬유 절연 제품의 밀도는, 결합제 조성물이 경화되고 경화된 제품이 자유 상태 (즉, 압축되거나 연신되지 않은 상태) 에 있는 후의 밀도이다. 다양한 실시형태에서, 섬유 절연 제품 (100) 의 밀도는 0.3 pcf 내지 2.7 pcf 이다. 표 4 는 3.04 ㎛ (12.0 HT) 내지 3.81 ㎛ (15.0 HT) 의 미세 섬유를 갖는 섬유 절연 제품 (100) 의 다양한 예시적인 실시형태에 대한 원래 밀도 (단위: pcf) 를 열거한다. 표 4 에서, 섬유 직경은 전술한 공기 흐름 저항법에 의해 측정된, 결합제 조성물의 도포 전의 평균 섬유 직경을 지칭한다. 두께 및 원래 밀도는, 결합제 조성물이 경화되고 경화된 제품이 자유 상태 (즉, 압축되거나 연신되지 않은 상태) 에 있는 후의 제품의 두께 및 밀도를 지칭한다.
Figure pct00004
표 4 의 데이터는 15 HT 이하의 평균 섬유 직경, 0.371 pcf 내지 1.214 pcf 의 원래 밀도, 및 6 중량% 이하의 결합제 조성물로 생성된 11 내지 49 의 R-값을 갖는 섬유 절연 제품을 나타낸다. 예시적인 실시형태에서, 섬유 절연 제품은 3.5 인치 이하의 비압축 두께, 11 이상의 R-값, 및 0.44 pcf 이하의 원래 밀도; 3.5 인치 이하의 비압축 두께, 13 이상의 R-값, 및 0.69 pcf 이하의 원래 밀도; 3.5 인치 이하의 비압축 두께, 15 이상의 R-값, 및 1.22 pcf 이하의 원래 밀도; 6.25 인치 이하의 비압축 두께, 19 이상의 R-값, 및 0.41 pcf 이하의 원래 밀도; 5.5 인치 이하의 비압축 두께, 20 이상의 R-값, 및 0.65 pcf 이하의 원래 밀도; 5.5 인치 이하의 비압축 두께, 21 이상의 R-값, 및 0.75 pcf 이하의 원래 밀도; 9.5 인치 이하의 비압축 두께, 30 이상의 R-값, 및 0.45 pcf 이하의 원래 밀도; 12.0 인치 이하의 비압축 두께, 38 이상의 R-값, 및 0.45 pcf 이하의 원래 밀도; 또는 14.0 인치 이하의 비압축 두께, 49 이상의 R-값, 및 0.57 pcf 이하의 원래 밀도를 갖는 배트일 수 있다. 다른 예시적인 실시형태에서, 섬유 절연 제품은 3.5 인치 이하의 비압축 두께, 16 이상의 R-값, 3.04 ㎛ (12.0 HT) 내지 3.81 ㎛ (15.0 HT) 의 평균 섬유 직경, 3.5 중량% 이하의 결합제, 및 1.90 pcf 이하 또는 2.0 pcf 이하의 원래 밀도를 갖는 배트일 수 있다. 다른 예시적인 실시형태에서, 섬유 절연 제품은 3.04 ㎛ (12.0 HT) 내지 3.81 ㎛ (15.0 HT) 의 평균 섬유 직경 및 10 중량% 이하의 결합제를 갖는 배트일 수 있다.
표 5 는 3.04 ㎛ (12.0 HT) 내지 3.81 ㎛ (15.0 HT) 의 미세 섬유를 갖는 섬유 절연 제품 (100) 의 예시적인 실시형태의 원래 면적 중량 (단위: psf; 평방 피트당 파운드) 을 보여준다. 표 5 에서, 섬유 직경은 결합제 조성물의 적용 전의 평균 섬유 직경을 지칭하며, 이는 전술한 공기 흐름 저항법에 의해 측정되고 위에서 논의된 것처럼 측정되며, 두께 및 원래 면적 중량은, 결합제 조성물이 경화되고 경화된 제품이 자유 상태 (즉, 압축되거나 연신되지 않은 상태) 에 있는 후의 제품의 두께 및 면적 중량 (평방 피트당 파운드) 을 지칭한다.
Figure pct00005
표 5 의 데이터는 3.04 ㎛ (12.0 HT) 내지 3.81 ㎛ (15.0 HT) 의 평균 섬유 직경, 0.117 pcf 내지 0.657 pcf 의 원래 면적 중량, 및 6 중량% 이하의 결합제 조성물로 생성된 11 내지 49 의 R-값을 갖는 섬유 절연 제품을 나타낸다.
일부 실시형태에서, 3.04 ㎛ (12.0 HT) 내지 3.81 ㎛ (15.0 HT) 의 평균 섬유 직경, 0.3 pcf 내지 2.0 pcf 의 원래 밀도, 및 10 중량% 이하의 결합제 조성물을 갖는 섬유로 제조된 개시된 유리섬유 절연 제품은, 유사한 결합제 조성물을 갖지만 15 HT 초과의 평균 섬유 직경을 갖는 섬유로 제조되는 종래의 유리섬유 절연 제품보다 덜 강성이다.
일부 예시적인 실시형태에서, 개시된 유리섬유 절연 제품 (100) 은 75도 이하, 또는 60도 이하, 또는 45도 이하, 또는 30도 이하의 강성을 갖는다. 유리섬유 절연 제품 (100) 의 강성은, 중심 지지부 위에 유리섬유 절연 제품의 시편을 현탁시키고 시편의 단부가 하향 편향되는 각도를 측정함으로써 측정된다. 절차는 약 48 인치 길이 및 최대 약 24 인치 폭의 크기의 표면처리된 그리고 표면처리되지 않은 절연 제품 및 시편에 적용 가능하다. 특히, 절차는 바닥에 평행하게 배열된 24 인치 길이의 2x6 빔 (폭 5.5 인치) 을 이용한다. 절연 제품 (100) 의 48 인치 길이 시편은 바닥과 평행한 2x6 빔 위에 놓여, 시편의 중간이 2x6 빔 상에 중심 맞춤되고 시편의 두 단부가 빔의 각 측을 따라 자유롭게 현수된다. 이어서, 예를 들어, 각 단부의 각도를 시각적으로 결정하기 위해 2x6 빔에 수직한 90도 각도 스케일을 2x6 빔 아래에 제공함으로써, 시편의 각 단부의 각도는 2x6 빔에 자유롭게 현수되어 측정된다. 더 강성인 절연 제품은, 중앙에서 2x6 빔에 의해 자유롭게 지지될 때 절연 제품 (100) 의 두 자유 단부가 바닥과 더 평행하게 유지되므로, 0도에 더 가까운 강성 각도를 갖는다. 덜 강성인 제품은 2x6 빔을 가로질러 처지고, 단부는 바닥에 대해 더 수직으로 되어, 강성 각도가 90도에 더 가깝다.
예시적인 실시형태에서, 섬유 절연 제품 (100) 은 결합제 조성물에 의해 함께 유지되는 복수의 무작위 배향 유리 섬유를 갖는 배트로서 형성된다. 유리 섬유는 15 HT 이하의 평균 섬유 직경을 갖고, 섬유 절연 제품은 10 중량% 미만의 포름알데히드-프리 결합제를 갖는다. 일 예시적인 실시형태에서, 섬유 절연 제품 (100) 은 3.0 중량% 내지 4.0 중량% 의 포름알데하이드-프리 결합제를 갖는다.
일부 예시적인 실시형태에서, 배트는 11.25 인치 내지 24.25 인치의 폭, 47 인치 내지 106 인치의 길이, 및 3 인치 내지 4 인치의 두께를 갖는다. 일 예시적인 실시형태에서, 배트는 캡슐화되지 않는다 (즉, 증기 배리어와 같은 커버에 의해 둘러싸이지 않는다). 배트는 4.6 이상의 인치당 최대 R-값 및 30도 이하의 강성을 갖는다.
일부 예시적인 실시형태에서, 섬유 절연 제품 (100) 은 공지된 필적하는 섬유 절연 제품보다 프릭클 (prickle) 을 덜 생성하도록 설계된다. 본 출원에서 사용되는 바와 같이, "프릭클" 은 사람의 피부에서 신경 말단의 기계적 자극을 지칭한다. 프릭클과 연관된 특정 신경 말단은 피부 표면에 수직으로 인가된 충분한 힘에 의해 촉발된다. 피부 표면의 단위 면적당 비교적 작은 수의 이러한 자극의 존재는 프릭클 느낌을 촉발시키기에 충분하다. 예를 들어, 섬유 절연 제품을 형성하는 섬유의 단부는 섬유 절연 제품의 표면으로부터 돌출할 수 있다. 섬유의 이러한 단부는, 설치자와 같은 사람의 피부에 접촉할 때, 오일러 로드로서 기계적으로 작용한다. 섬유 단부가 좌굴 전에 충분한 힘을 견딜 수 있다면, 단부는 신경 말단을 촉발시키고 프릭클을 야기할 수 있다. 따라서, 섬유의 직경, 섬유의 강성, 및 돌출하는 섬유 단부의 수는 프리클에 영향을 줄 수 있는 변수에 속한다.
프릭클을 야기하는 섬유 절연 제품의 경향은 IWTO (International Wool Textile Organization) 시험 표준 IWTO-66-2017 에 따라 WCM (Wool Comfort Meter) 에 의해 측정될 수 있다. WCM 은 테스트 시편을 측정하고, 단일 수치 안락 인자 (CF) 값을 생성한다. 안락 인자는 시편 상의 5 개의 상이한 위치에서 측정되고, 평균 판독값이 시편에 대한 안락 인자 값으로서 기록된다. 안락 인자 값이 낮을수록 프릭클을 생성 경향이 적음을 나타낸다.
표 6 은 5 개의 선행 기술의 섬유 절연 시편 (A1-A5) 및 본 발명에 따른 섬유 절연 제품의 5 개의 예시적인 실시형태 (B1-B5) 에 대한 안락 인자 값을 보여준다. 시편은 몇 가지 중요하지 않은 수정을 가한 IWTO-66-2017 에 따라 시험되었다. WCM 으로 가능한 최대 크기의 절연 시편을 시험하기 위해, 중요하지 않은 시편 준비 수정을 취하였다. 특히, 절연 시편을 L 15.75" x W 8.67" 로 절단하고, 이어서 WCM 시험 헤드 아래에 맞도록 1.5" 두께로 이등분하였다. 이는 직물에 대해 300 mm x 300 mm 시편 (11.8" x 11.8") 및 공칭 두께를 사용하는 IWTO-66-2017 의 길이와 폭에 대한 약간의 수정이다. 필요한 유일한 기구 수정은 시험 헤드 아래에 상대적으로 더 두꺼운 1.5" 시편을 맞추기 위해 WCM 의 시편 스테이지가 제거될 필요가 있었다는 것이었다. 시험 방법 또는 기구에 대한 다른 수정은 없었다.
표 6 은 열거된 시편에 대한 평균 섬유 직경/밀도 값 (Fd/D) 을 또한 포함한다. 섬유 직경은 HT 로 열거되고, 밀도는 pcf 로 열거된다. 평균 섬유 직경은 전술한 SEM 방법으로 측정되었다. 밀도는, 결합제 조성물이 경화되고 경화된 생성물이 자유 상태 (즉, 압축되거나 연신되지 않은 상태) 에 있는 후에 측정된다.
Figure pct00006
도 3 을 참조하면, 안락 인자는 표 5 의 데이터에 대한 평균 Fd/D 에 대해 플롯팅된다. 도 3 에 보여진 바와 같이, 시편 A1-A5 에 대한 최소자승 회귀선 LA 및 시편 B1-B5 에 대한 최소자승 회귀선 LB 는 일반적으로 Fd/D 값이 증가함에 따라 안락 인자가 증가한다는 것을 보여준다. 최소자승 회귀선 LB 는 90% 의 결정 계수 (R2) 및 0.004 이하의 p-값을 갖는, 식 CF = 3.417 (Fd/D) - 4.8 에 의해 규정된다. 도 3 은 본 발명에 따른 섬유 절연 제품의 예시적인 실시형태에 대한 안락 인자 값을 나타내는 제 1 구역을 보여준다. 제 1 구역은, X축 상에서, 점선 Z1 에 의해 도시된 바와 같이, 40 HT/pcf 의 최대 Fd/D 에서 경계 지어지고, Y축 상에서, 최소자승 회귀선 LB 에 평행한 선인 식 CF = 3.417 (Fd/D) + 60 에 의해 규정된 점선 Z2 에 의해 경계 지어진다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 제 1 구역은 시편 B1-B5 전부를 포함하고, 선행 기술의 섬유 절연 시편 A1-A5 전부를 배제한다.
본 발명의 섬유유리 절연 재료는 본 명세서에 개시된 특성들 및 개시된 특성들에 대한 범위들의 임의의 조합 또는 하위조합을 가질 수 있다. 본 발명이 그 실시형태들의 설명에 의해 예시되었지만, 첨부된 청구항들의 범위를 그러한 상세로 제한하거나 어떠한 방식으로도 한정하는 것은 본 출원인의 의도가 아니다. 추가적인 이점 및 수정이 당업자에게 용이하게 인식될 것이다. 섬유 절연 제품이 본 명세서에서 가요성 배트 또는 블랭킷으로서 예시되었지만, 다른 구성 및 지오메트리가 사용될 수 있다. 또한, 섬유 절연 제품은 다양한 방식으로 사용될 수 있으며, 임의의 특정 적용으로 제한되지 않는다. 따라서, 본 발명은 그의 더 넓은 양태에서, 제시되고 설명된 특정 상세, 대표적인 장치 및 예시적인 예들로 제한되지 않는다. 따라서, 본 발명 개념의 사상 또는 범위로부터 벗어남이 없이 그러한 상세로부터 출발할 수 있다.

Claims (20)

  1. 섬유 절연 제품으로서,
    복수의 무작위 배향 유리 섬유들, 및
    상기 유리 섬유들을 함께 유지하는 결합제 조성물을 포함하고,
    결합제 양이 상기 섬유 절연 제품의 2 내지 10 중량% 이고,
    상기 섬유 절연 제품의 R-값이 10 내지 54 이며,
    상기 유리 섬유들은 12 HT 내지 15 HT 의 평균 섬유 직경을 갖고,
    상기 섬유 절연 제품은, 경화 후, 압축되지 않은 때에 0.30 pcf 내지 2.7 pcf 의 밀도를 갖는, 섬유 절연 제품.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 절연 제품은 2 인치 내지 18 인치의 두께를 가지며, 상기 무작위 배향 유리 섬유들의 단일 겹 (ply) 에 의해 형성되는, 섬유 단열 제품.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 절연 제품은 2 인치 내지 18 인치의 두께를 가지며, 상기 무작위 배향 유리 섬유들의 2 겹 이하에 의해 형성되는, 섬유 단열 제품.
  4. 제 1 항에 있어서,
    결합제가 말토덱스트린, 시트르산, 차아인산나트륨 및 식물성 오일을 포함하는, 섬유 절연 제품.
  5. 제 1 항에 있어서,
    결합제가 폴리아크릴산, 폴리비닐 알코올, 소르비톨 및 차아인산나트륨을 포함하는, 섬유 절연 제품.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 절연 제품의 R-값이 10 내지 16 인, 섬유 절연 제품.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 절연 제품의 R-값이 32 내지 54 인, 섬유 절연 제품.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 절연 제품이 2 인치 내지 3.5 인치의 비압축 두께를 갖는 배트 (batt) 이고, 상기 배트의 R-값이 11 이상이고, 상기 배트의 밀도가 0.44 pcf 이하인, 섬유 절연 제품.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 절연 제품이 2 인치 내지 3.5 인치의 비압축 두께를 갖는 배트이고, 상기 배트의 R-값이 13 이상이고, 상기 배트의 밀도가 0.69 pcf 이하인, 섬유 절연 제품.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 절연 제품이 2 인치 내지 3.5 인치의 비압축 두께를 갖는 배트이고, 상기 배트의 R-값이 15 이상이고, 상기 배트의 밀도가 1.41 pcf 이하인, 섬유 절연 제품.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 절연 제품이 2 인치 내지 6.25 인치의 비압축 두께를 갖는 배트이고, 상기 배트의 R-값이 19 이상이고, 상기 배트의 밀도가 0.41 pcf 이하인, 섬유 절연 제품.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 절연 제품이 2 인치 내지 5.5 인치의 비압축 두께를 갖는 배트이고, 상기 배트의 R-값이 20 이상이고, 상기 배트의 밀도가 0.65 pcf 이하인, 섬유 절연 제품.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 절연 제품이 2 인치 내지 5.5 인치의 비압축 두께를 갖는 배트이고, 상기 배트의 R-값이 21 이상이고, 상기 배트의 밀도가 0.75 pcf 이하인, 섬유 절연 제품.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 절연 제품이 2 인치 내지 9.5 인치의 비압축 두께를 갖는 배트이고, 상기 배트의 R-값이 30 이상이고, 상기 배트의 밀도가 0.45 pcf 이하인, 섬유 절연 제품.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 절연 제품이 12 인치의 비압축 두께를 갖는 배트이고, 상기 배트의 R-값이 38 이상이고, 상기 배트의 밀도가 0.45 pcf 이하인, 섬유 절연 제품.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 절연 제품이 2 인치 내지 14.0 인치의 비압축 두께를 갖는 배트이고, 상기 배트의 R-값이 49 이상이고, 상기 배트의 밀도가 0.57 pcf 이하인, 섬유 절연 제품.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 절연 제품이 2 인치 내지 3.5 인치의 비압축 두께를 갖는 배트이고, 상기 배트의 R-값이 11 이상이고, 상기 배트의 면적 중량 (area weight) 이 0.13 pcf 이하인, 섬유 절연 제품.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 절연 제품이 75 도 이하의 강성을 갖는 배트인, 섬유 절연 제품.
  19. 건축용 프레임 (building frame) 으로서,
    복수의 평행하고 이격된 프레이밍 부재들;
    상기 프레이밍 부재들 중의 둘 사이에 수용된 섬유유리 절연 배트 (fiberglass insulation batt) 를 포함하고, 상기 섬유유리 절연 배트는,
    복수의 무작위 배향 유리 섬유들, 및
    상기 유리 섬유들을 함께 유지하는 결합제 조성물을 포함하고,
    상기 유리 섬유들은 12 HT 내지 15 HT 의 평균 섬유 직경을 갖고,
    상기 섬유 절연 제품은, 경화 후, 압축되지 않은 때에 0.30 pcf 내지 2.7 pcf 의 밀도를 가지며,
    결합제 양이 상기 섬유 절연 제품의 2 내지 10 중량% 이고,
    상기 섬유 절연 제품의 R-값이 10 내지 54 인, 건축용 프레임.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 섬유유리 절연 배트는 2 인치 내지 3.5 인치의 비압축 두께를 갖고, 상기 섬유유리 절연 배트의 R-값이 11 이상이고, 상기 섬유유리 절연 배트의 밀도가 0.44 pcf 이하인, 건축용 프레임.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11813833B2 (en) * 2019-12-09 2023-11-14 Owens Corning Intellectual Capital, Llc Fiberglass insulation product
WO2023192558A1 (en) * 2022-03-31 2023-10-05 Owens Corning Intellectual Capital, Llc Aqueous binder compositions having improved performance

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2003237324B8 (en) * 2002-06-18 2009-12-10 Georgia-Pacific Chemicals Llc Polyester-type formaldehyde free insulation binder
US20040254285A1 (en) * 2003-06-12 2004-12-16 Rodrigues Klein A. Fiberglass nonwoven binder
CA2607611C (en) * 2005-05-06 2013-11-26 Dynea Oy Poly (vinyl alcohol) - based formaldehyde-free curable aqueous composition
US9828287B2 (en) * 2007-01-25 2017-11-28 Knauf Insulation, Inc. Binders and materials made therewith
US20090094923A1 (en) * 2007-10-12 2009-04-16 Weir Charles R Insulation system for building structures
US20150247270A1 (en) * 2011-09-30 2015-09-03 Owens Corning Intellectual Capital, Llc Insulation pad for pipes and vessels
US20130334726A1 (en) * 2012-06-13 2013-12-19 Owens Corning Intellectual Capital, Llc Use of Surfactants To Improve Aged Properties of Fiberglass Insulation Products
CA2954365C (en) * 2016-01-11 2023-01-03 Owens Corning Intellectual Capital, Llc Unbonded loosefill insulation
GB201610063D0 (en) * 2016-06-09 2016-07-27 Knauf Insulation Ltd Binders
JP7219271B2 (ja) * 2017-10-09 2023-02-07 オウェンス コーニング インテレクチュアル キャピタル リミテッド ライアビリティ カンパニー 水性バインダー組成物

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