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KR-20260062092-A - 페놀 포름알데하이드 수지 및 탄수화물 기반의 미네랄 울 바인더

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Abstract

본 발명은 I) 페놀-우레아-포름알데하이드 바인더(PUF 바인더), 및 II) 하나 이상의 탄수화물 형태의 성분(a) 및 (bi) 설파믹산, 설파믹산의 유도체 또는 그 염 중 어느 하나로부터 선택되는 하나 이상의 화합물 형태의 성분(b)을 포함하는 탄수화물 바인더의 혼합물로 이루어진 미네랄 울 섬유용 수성 바인더 조성물에 관한 것으로, 여기서 상기 성분(a)는 바인더 성분 고형분을 기준으로 적어도 20 중량%의 양으로 존재한다. 본 발명의 수성 바인더 조성물은 미네랄 섬유를 수성 바인더 조성물과 접촉시키고 바인더를 경화함으로써 미네랄 섬유 제품을 제조하는 데 적합하다.

Inventors

  • 옐름고르, 토마스
  • 스팽스베르 홀름, 마르틴
  • 외고르 스벤센, 요세피네
  • 네룸, 라르스
  • 반 데르 에르던, 프레데릭

Assignees

  • 락울 에이/에스

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20240829
Priority Date
20230901

Claims (20)

  1. I) 페놀-우레아-포름알데하이드 바인더(PUF 바인더); 및 II) 탄수화물 바인더의 혼합물을 포함하고, 상기 탄수화물 바인더는, 하나 이상의 탄수화물 형태의 성분(a); 및 (bi) 설파믹산, 설파믹산의 유도체 또는 그 염으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물 형태의 성분(b)를 포함하고, 상기 성분(a)는 바인더 성분 고형분을 기준으로 적어도 20 중량%의 양으로 존재하는, 미네랄 섬유용 수성 바인더 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄수화물 바인더의 성분(b)는 차아인산, 차아인산의 유도체 또는 그 염으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물 형태의 성분(bii)를 추가로 포함하는 것인, 미네랄 섬유용 수성 바인더 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 PUF 바인더 및 탄수화물 바인더는 (A+B)의 합산 중량을 기준으로 한 B의 중량비가 20 중량% 내지 95 중량%의 범위 내가 되도록 혼합되며, 여기서 상기 B는 탄수화물 바인더의 바인더 고형분의 중량이고, 상기 A는 PUF 바인더의 바인더 고형분의 중량인, 미네랄 섬유용 수성 바인더 조성물.
  4. 제2항에 있어서, 상기 (A+B)의 합산 중량을 기준으로 한 B의 중량비는 25 중량% 내지 90 중량%의 범위 내인, 미네랄 섬유용 수성 바인더 조성물.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 (A+B)의 합산 중량을 기준으로 한 A의 중량비는 5 중량% 내지 50 중량%, 바람직하게는 10 중량% 내지 45 중량%, 보다 바람직하게는 20 중량% 내지 40 중량%의 범위 내이거나, 또는 상기 (A+B)의 합산 중량을 기준으로 한 B의 중량비는 50 중량% 내지 95 중량%, 바람직하게는 55 중량% 내지 90 중량%, 보다 바람직하게는 60 중량% 내지 80 중량%의 범위 내인, 미네랄 섬유용 수성 바인더 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 PUF 바인더를 제조하기 위한 출발 물질인 페놀, 포름알데하이드 및 우레아에 대하여, 페놀 대 포름알데하이드의 몰비는 1:2.5 내지 1:6이고, 바람직하게는 1:3 내지 1:5이고, 및/또는 우레아의 양은 페놀, 포름알데하이드 및 우레아의 총 중량을 기준으로 20 중량% 내지 60 중량%이고, 바람직하게는 30 중량% 내지 50 중량%인, 미네랄 섬유용 수성 바인더 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 PUF 바인더는 암모니아로 변성되고, 상기 암모니아의 양은 PUF 바인더 성분 고형분을 기준으로 바람직하게는 0.1 중량% 내지 6 중량%이고, 보다 바람직하게는 0.5 중량% 내지 4 중량%이며, 가장 바람직하게는 1 중량% 내지 3 중량%인, 미네랄 섬유용 수성 바인더 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성분(a)는 DE 값이 60 내지 100, 특히 85 내지 100, 더욱 바람직하게는 95 내지 100인 하나 이상의 탄수화물인, 미네랄 섬유용 수성 바인더 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성분(a)는 DE가 60 내지 100, 특히 85 내지 100, 더욱 바람직하게는 95 내지 99인 글루코스 시럽인, 미네랄 섬유용 수성 바인더 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성분(a)는 DE가 85 내지 100인 덱스트로스인, 미네랄 섬유용 수성 바인더 조성물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성분(a)는 프룩토스와 같은 헥소스 및/또는 자일로스와 같은 펜토스인, 미네랄 섬유용 수성 바인더 조성물.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성분(a)는 바인더 성분 고형분의 적어도 20 중량% 내지 90 중량%, 보다 바람직하게는 바인더 성분 고형분의 40 중량% 내지 90 중량%, 가장 바람직하게는 바인더 성분 고형분의 60 중량% 내지 80 중량%의 양으로 존재하는 것인, 미네랄 섬유용 수성 바인더 조성물.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성분(bi)는 설팜산 암모늄, 설팜산 칼슘, 설팜산 나트륨, 설팜산 칼륨, 설팜산 마그네슘, 설팜산 코발트, 설팜산 니켈, N-사이클로헥실 설파믹산 및 그 염, 예를 들어 나트륨 N-사이클로헥실 설팜산, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인, 미네랄 섬유용 수성 바인더 조성물.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성분(bii)는 차아인산 암모늄 또는 차아인산 나트륨, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인, 미네랄 섬유용 수성 바인더 조성물.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성분(bi)는 탄수화물 바인더(성분(II))의 바인더 성분 고형분을 기준으로 0.5 중량% 내지 20 중량%, 특히 1 중량% 내지 15 중량%, 더욱 바람직하게는 1 중량% 내지 5 중량%의 범위 내인, 미네랄 섬유용 수성 바인더 조성물.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성분(b)는 (bi) 및 (bii)의 혼합물인, 미네랄 섬유용 수성 바인더 조성물.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 성분(bi) 대 성분(bii)의 질량비는 바람직하게는 1:1 이상이고, 보다 바람직하게는 3:1 내지 5:1이며, 가장 바람직하게는 4:1인, 미네랄 섬유용 수성 바인더 조성물.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성분(b)의 비율은 탄수화물 바인더(성분(II))의 바인더 성분 고형분을 기준으로 1 중량% 내지 15 중량%, 특히 1 중량% 내지 12 중량%, 더욱 바람직하게는 2 중량% 내지 10 중량%의 범위 내인, 미네랄 섬유용 수성 바인더 조성물.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄수화물 바인더(성분(II))는 암모니아 형태의 성분(c)를 추가로 포함하며, 암모니아의 양은 바인더 성분 고형분을 기준으로 바람직하게는 0.01 중량% 내지 2 중량%이고, 보다 바람직하게는 0.01 중량% 내지 1 중량%인, 미네랄 섬유용 수성 바인더 조성물.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 탄수화물 바인더(성분(II))는 우레아 형태의 성분(d)를 추가로 포함하며, 우레아의 양은 바인더 성분 고형분을 기준으로 바람직하게는 0.5 중량% 내지 6 중량%이고, 보다 바람직하게는 1 중량% 내지 5 중량%이며, 보다 바람직하게는 2 중량% 내지 4 중량%인, 미네랄 섬유용 수성 바인더 조성물.

Description

페놀 포름알데하이드 수지 및 탄수화물 기반의 미네랄 울 바인더 본 발명은 페놀-우레아-포름알데하이드 바인더 및 탄수화물 바인더의 혼합물을 포함하는 수성 바인더 조성물, 상기 수성 바인더 조성물을 이용하여 미네랄 울 제품을 제조하는 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 미네랄 울 제품에 관한 것이다. 미네랄 울 제품은 일반적으로 예를 들어 유리 섬유, 세라믹 섬유, 현무암 섬유, 슬래그 울, 미네랄 울 및 스톤 울(암석 울)과 같은 인공 비정질 섬유(MMVF)를 포함하며, 이들은 경화된 열경화성 고분자 바인더 물질에 의해 서로 결합되어 있다. 열 또는 흡음 단열재 제품으로 사용하기 위해, 결합된 미네랄 섬유 매트는 일반적으로 적절한 원료로 이루어진 용융물을 통상적인 방식으로 섬유화함으로써 제조되며, 예를 들어 내부 원심분리(스피닝 컵 공정(spinning cup process)) 또는 외부 원심분리(캐스케이드 로터 공정(cascade rotor process))에 의해 수행된다. 섬유는 성형 또는 스피닝 챔버로 불어넣어지고, 공중에 부유한 상태에서 여전히 뜨거울 때 바인더 용액이 분사되며, 섬유는 이동식 컨베이어 상에 매트 또는 웹 형태로 무작위로 침적된다. 그 다음 섬유 매트는 경화 오븐으로 이송되며, 여기에서 가열된 공기가 매트를 통과하여 바인더를 경화시키고 미네랄 섬유를 강하게 서로 결합시킨다. 페놀계 바인더, 특히 페놀-포름알데하이드 레졸 수지는 벽체용 단열 배트, 지붕 보드, 천장 타일, 파이프용 단열 피복물 등과 같은 미네랄 섬유 단열 재료의 제조에 빈번하게 사용된다. 통상적으로 페놀-포름알데하이드 레졸 수지가 바인더로서 사용될 경우, 처리 중 특히 스피닝 챔버에서 미네랄 섬유에 바인더를 적용하고, 경화 동안 상당량의 포름알데하이드가 환경으로 방출된다. 포름알데하이드는 또한 경화된 수지로부터 이후에 방출될 수 있다. 이러한 포름알데하이드 방출은 특히 밀폐된 공간에서 바람직하지 않은데, 이는 인체 건강 및 환경에 유해하기 때문이다. IARC 포름알데하이드 모노그래프 제88권(2006)을 참조하면, 포름알데하이드는 세계보건기구(WHO)의 국제암연구소(IARC)에 의해 인간에 대한 발암성 물질로 분류되었다. 따라서 환경으로의 포름알데하이드의 방출을 줄이는 것이 바람직하다. 포름알데하이드계 수지로부터의 포름알데하이드 방출을 저감하기 위해 다양한 기술이 사용되어 왔다. 특히 그러한 목적을 위해 다양한 포름알데하이드 스캐빈저(scavenger)가 사용되어 왔다. 예를 들어 우레아(urea)는 결합된 미네랄 섬유 제품의 제조 시 및 그 이후에 포름알데하이드 스캐빈저로서 작용한다. 우레아는 일반적으로 페놀-포름알데하이드 수지에 직접 첨가되어 우레아-변성 페놀-포름알데하이드 레졸 수지를 제조하며 이는 페놀-우레아-포름알데하이드 레졸 수지라고도 불린다. 전형적인 우레아-변성 레졸 바인더 수지를 얻기 위해 페놀 및 포름알데하이드의 혼합물이 하나 이상의 단계에서 적절한 촉매와 반응된다. 반응 조건, 온도, 촉매의 양 등은 축합 반응보다 페놀 메틸화 반응이 유리하도록 조정된다. 그 다음 우레아는 수지가 사용되기 직전에 수지를 비활성화하기 전 또는 후에 첨가된다. 이러한 수지는 일반적으로 PUF 수지 또는 PUF 바인더로 지칭된다. 예를 들어 US-A-4339361은 미네랄 섬유 제품을 결합하기 위한 바인더 시스템에서 사용하기에 적합한 페놀-포름알데하이드 레졸 수지를 개시하며, 상기 레졸 수지는 저가의 증량제(extender)로서 우레아와 같은 아마이드 또는 아민 및 당을 포함하여 증량된다. 상기 당 성분은 단당류 및 올리고당류, 및 수용성 다당류로부터 선택될 수 있다. 포름알데하이드 스캐빈저로서 암모니아를 사용하여 페놀-우레아-포름알데하이드 바인더를 변성하는 것 또한, 사용 중 바인더의 포름알데하이드 방출을 저감하기 위한 공지된 방법이다. 한편 암모니아에 의한 변성은 이들 시스템의 암모니아 방출을 증가시킨다. 이는 이러한 바인더가 스피닝 챔버에서 미네랄 섬유에 적용될 때 특히 문제이다. 상술한 바와 같이 미네랄 섬유는 제조될 때 그러한 스피닝 챔버로 불어넣어지고 여전히 뜨거운 상태이다. 이러한 조건 하에서 비경화 바인더에 존재하는 휘발성 성분은 적용 중 증발한다. 그 결과, 이러한 바인더가 스피닝 챔버에서 미네랄 섬유에 적용될 때 비교적 높은 암모니아 방출이 야기되며 이는 매우 바람직하지 않다. 이러한 암모니아 방출은 마찬가지로, 특히 밀폐된 공간에서 바람직하지 않은데 이는 인체 건강 및 환경에 유해하기 때문이다. 포름알데하이드계 수지로부터의 포름알데하이드 및 암모니아 방출 모두를 저감하기 위해 다양한 기술이 사용되어 왔다. 특히 이러한 목적을 위해 당 성분이 사용되어 왔는데 이는 당이 경화 과정에서 페놀-포름알데하이드 수지 내의 암모니아와 마이야르 반응(Maillard reaction)에 의해 반응하여 암모니아 방출을 유의하게 억제할 것이기 때문이다. 예를 들어 WO96/26164는 미네랄 울 제품에서 바인더로서 사용하기 위한 페놀-포름알데하이드 수지 조성물을 개시하며, 여기서 페놀의 방출은 페놀에 대한 포름알데하이드의 화학양론적 과량을 사용함으로써 저감되고, 과량의 포름알데하이드의 방출은 포름알데하이드 스캐빈저로서 암모니아를 첨가함으로써 감소되며, 암모니아의 방출은 상기 암모니아를 당 화합물과 반응시킴으로써 감소된다. 상기 당 화합물은 단당류, 이당류 및 다당류로부터 선택될 수 있다. WO2012/076462는 덱스트로스가 포름알데하이드 스캐빈저로서 기능하도록 비경화 바인더 조성물에 덱스트로스를 첨가하는 우레아-변성 페놀-포름알데하이드 레졸 수지형 바인더로 결합된 미네랄 섬유 제품의 포름알데하이드 방출을 저감하는 방법에 관한 것이다. US2014/0113123은 리그노설폰산 염, 페놀 수지 또는 우레아 포름알데하이드 수지로부터 선택되는 열경화성 수지, 경화 촉매 및 충전제로서 올리고당류를 포함하는 리그닌 기반 바인더에 관한 것이다. 상기 리그노설폰산 염은 열경화성 수지를 부분적으로 대체하여 자유 포름알데하이드의 함량을 감소시킨다. WO2016/10244 A1은 하나 이상의 탄수화물 형태의 성분(i) 및 설파믹산, 설파믹산의 유도체 및 그 염 중 어느 하나로부터 선택되는 하나 이상의 화합물 형태의 성분(ii)을 포함하는 미네랄 섬유용 수성 바인더 조성물에 관한 것이다. 이 수성 바인더 조성물은 ISO 16000:2021 표준에 따른 시험에서 아래에 언급된 한계 미만의 포름알데하이드 제품 방출을 나타내는 무포름알데하이드 바인더이다. US-A-2010/0075146은 페놀-우레아-포름알데하이드 수지 및 설팜산 암모늄 및 황산 암모늄의 혼합물로 이루어진 촉매를 포함하며 바람직하지 않은 방출을 저감하는 것을 목적으로 하는 미네랄 섬유용 사이징 조성물에 관한 것이다. 상기 사이징은 저가의 증량제로서 사카라이드를 포함하여 증량된다. 상기 사카라이드 성분은 사탕수수 또는 사탕무 당밀일 수 있다. 우레아 또는 암모니아와 같은 포름알데하이드 스캐빈저 및 암모니아 스캐빈저로서의 당을 이용하는 페놀-포름알데하이드 레졸 수지 기반의 바인더는 종래의 페놀계 바인더와 비교하여 유리한 낮은 포름알데하이드 방출 및 암모니아 방출을 나타낸다. 그러나 상술한 공지된 종래의 페놀계 바인더와 비교하면 여전히 경화 온도가 더 높고 기계적 특성이 기껏해야 종래의 페놀계 바인더와 동등하거나 그보다 낮다는 점에서 몇 가지 단점이 존재한다. 탄수화물을 포함하는 페놀-포름알데하이드 바인더는 경화된 상태에서 더 높은 용해도 및 더 높은 수분 흡수를 나타낼 수 있고, 이는 특정 적용 분야에서의 사용을 저해하므로 바람직하지 않은 특성이다. 따라서 미네랄 섬유 제품을 제조하기 위해 미네랄 섬유를 결합하는 데 적합하며 처리 동안 유해 가스를 소량만 발생하는 페놀-포름알데하이드형 바인더에 기반한 수성 바인더 조성물을 제공할 필요가 여전히 존재한다. 특히 암모니아, 포름알데하이드 및 페놀 방출은 저감되고 낮게 유지되어야 한다. 동시에 상기 바인더를 미네랄 섬유에 적용하고 경화함으로써 얻어지는 미네랄 섬유 제품은 매우 우수한 장기 기계적 특성 및 만족할 만한 낮은 수분 흡수(또는 물 흡수) 및 낮은 용해도를 가져야 한다. 본 발명의 추가적인 이점 및 특징은 바람직한 실시예의 설명 및 다음을 나타내는 도면으로부터 명백해질 것이다. 도 1은 복합 바(composite bar)의 비노화 및 노화된 기계적 강도에 대해 본 발명과 선행기술 사이의 비교를 나타낸다. 여기에서 순수 PUF 바인더에 의해 결합된 복합 바는 그래프에서 (A)로 도시되고, 본 발명의 세 가지 상이한 바인더 혼합물에 의해 결합된 복합 바는 실시예 1-3으로 도시되며, 순수 탄수화물 바인더에 의해 결합된 복합 바는 (C2)로 도시되고, 선행기술의 탄수화물 바인더(D1-D3)에 의해 결합된 복합 바는 (D1-D3)로 도시되며, 덱스트로스 단독에 의해 결합된 복합 바는 (B)로 도시된다. 도 2는 순수 PUF 바인더(A), 본 발명의 세 가지 상이한 바인더 혼합물(실시예 1 내지 3)에서의 탄수화물 바인더 및 순수 탄수화물 바인더(C2)의 모의 스피닝 챔버 방출의 비교를 나타낸다. 본 발명은 I) 페놀-우레아-포름알데하이드 바인더(PUF 바인더); 및 II) 탄수화물 바인더의 혼합물을 포함하고, 상기 탄수화물 바인더는, 하나 이상의 탄수화물 형태의 성분(a); 및 (bi) 설파믹산, 설파믹산의 유도체 또는 그 염으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물 형태의 성분(b)를 포함하고, 상기 성분(a)는 바인더 성분 고형분을 기준으로 적어도 20 중량%의 양으로 존재하는, 미네랄 섬유용 수성 바인더 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 수성 바인더 조성물은 2개의 독립형 바인더 즉 페놀-우레아-포름알데하이드 바인더 및 탄수화물 바인더를 혼합함으로써 얻어질 수 있는 혼합 바인더 조성물이다. 여기에서 페놀-우레아-포름알데하이드 바인더는 그러한 바인더 시스템에 대한 통상적인 명칭인 PUF 바인더라고도 불린다. 독립형 바인더는 일반적으로 바인더로서 그대로 사용할 수 있는 완전한 바인더이다. 바람직한 실시예에서, 본 발명의 수성 바인더 조성물은 다음을 인라인(in-line) 혼합하여 얻을 수 있는 혼합 바인더 조성물