(57)【要約】  金属塩およびポリオールを含む、環境に優しい水性バインダ組成物が提供される。金属塩は、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、スズ、ジルコニウム、タリウム、鉛、およびビスマスの塩を含めて、水溶性塩であってもよい。ポリオールは、ポリビニルアルコールを含めて、水混和性または水溶性ポリマーアルコールを含んでもよい。バインダ組成物は、とりわけ、絶縁材料および不織マットの形成に使用されてもよい。
2019521264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維状絶縁材および不織マットの形成における使用のためのバインダ組成物であって、
水、
金属塩、
およびポリオール
を含み、金属塩およびポリオールは、１：９９〜１：１の質量比で存在する、バインダ組成物。
【請求項２】
金属塩とポリオールとの質量比が、１：９〜１：１の範囲である、請求項１に記載の水性バインダ組成物。
【請求項３】
金属塩が、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、スズ、鉄、亜鉛、チタン、ビスマス、ジルコニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される金属を含む、請求項１に記載の水性バインダ組成物。
【請求項４】
金属塩が、アルミニウムの塩である、請求項３に記載の水性バインダ組成物。
【請求項５】
金属塩が、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、第一リン酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項４に記載の水性バインダ組成物。
【請求項６】
ポリオールが、芳香族アルコール、グリセロール、ポリグリセロール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、脂肪族アルコール、未変性ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコールコポリマー、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリル酸、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の水性バインダ組成物。
【請求項７】
ポリオールが、ポリビニルアルコールである、請求項６に記載の水性バインダ組成物。
【請求項８】
ポリビニルアルコールが、３〜５センチポイズの粘度を有する、請求項７に記載の水性バインダ組成物。
【請求項９】
ポリビニルアルコールが、少なくとも５０％加水分解されている、請求項８に記載の水性バインダ組成物。
【請求項１０】
複数の繊維、および
繊維の少なくとも一部に適用されるバインダ組成物
を含む、繊維状絶縁製品であって、バインダ組成物は、
水、
金属塩、
およびポリオールを含み、
金属塩とポリオールとの質量比は、１：９９〜１：１の範囲であり、かつ
バインダ組成物は、１％〜２５％の強熱減量の量で繊維状絶縁製品中に存在する、繊維状絶縁製品。
【請求項１１】
金属塩とポリオールとの質量比が、１：９〜１：１の範囲である、請求項１０に記載の繊維状絶縁製品。
【請求項１２】
金属塩が、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、スズ、鉄、亜鉛、チタン、ビスマス、ジルコニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される金属を含む、請求項１０に記載の繊維状絶縁製品。
【請求項１３】
金属塩が、アルミニウムの塩である、請求項１２に記載の繊維状絶縁製品。
【請求項１４】
金属塩が、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、第一リン酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１３に記載の繊維状絶縁製品。
【請求項１５】
ポリオールが、芳香族アルコール、グリセロール、ポリグリセロール、ソルビトール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ペンタエリスリトール、脂肪族アルコール、未変性ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコールコポリマー、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリル酸、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１０に記載の繊維状絶縁製品。
【請求項１６】
ポリオールが、ポリビニルアルコールである、請求項１５に記載の繊維状絶縁製品。
【請求項１７】
ポリビニルアルコールが、３〜５センチポイズの粘度を有する、請求項１６に記載の繊維状絶縁製品。
【請求項１８】
ポリビニルアルコールが、少なくとも５０％加水分解されている、請求項１７に記載の水性バインダ組成物。
【請求項１９】
添加されたホルムアルデヒドを含まない、請求項１０に記載の繊維状絶縁製品。
【請求項２０】
繊維が、ガラス繊維である、請求項１０に記載の繊維状絶縁製品。
【請求項２１】
第１の主要表面および第２の主要表面を有するマットの形態の複数の繊維と、
前記マットの前記第１の主要表面を少なくとも部分的にコーティングするバインダ組成物と
を含む、不織マットであって、前記バインダ組成物は、
水、
金属塩、
およびポリオール
を含み、
金属塩とポリオールとの質量比は、１：９９〜１：１の範囲であり、かつ
バインダ組成物は、１％〜２５％の強熱減量の量で不織マット中に存在する、不織マット。
【請求項２２】
繊維が、ガラス繊維であり、繊維は、６．５μｍ〜２４μｍの範囲内の平均直径を有する、請求項２１に記載の不織マット。
【請求項２３】
繊維状絶縁製品を作製する方法であって、
複数の繊維を含む繊維状ブランケットを形成する工程と、
前記ガラス繊維の少なくとも一部にバインダ組成物を適用する工程であって、前記バインダ組成物は、
水、
金属塩、
およびポリオール
を含み、
金属塩とポリオールとの質量比は、１：９９〜１：１の範囲内である、工程と、
繊維状ブランケットをオーブンに通過させて、繊維状ブランケット上のバインダを少なくとも部分的に硬化させ、絶縁製品を形成する工程であって、
バインダ組成物は、１％〜２５％の強熱減量の量で繊維状絶縁製品中に存在する、工程と
を含む、方法。
【請求項２４】
線維が、ガラス繊維である、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１６年６月６日に出願された、米国仮特許出願第６２／３４５，８８５号に対する優先権およびその利益を主張するものであり、その内容は、あたかも本明細書に具陳されるかのごとくここにその全体が参照により組み込まれる。
本発明は概して、繊維状絶縁材および不織マットに関し、より詳細には、繊維状絶縁材および不織マットを製造する際に使用するためのバインダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の繊維、例えば、グラスファイバ、ミネラルウール、およびタキライト（ｂａｓａｌｔ）は、強化材、テキスタイル、ならびに遮音および断熱材料を含む、様々な用途で有用である。繊維状絶縁材は、典型的には、ポリマー、ガラス、または他の鉱物の溶融組成物を繊維化し、繊維化装置、例えば、回転スピナーから微細繊維を紡糸することによって製造される。絶縁製品を形成するために、回転スピナーにより製造された繊維は、ブロアによりコンベヤに向けてスピナーから下方に延伸される。繊維が下方に移動する間に、バインダ材料が、繊維をスプレーまたはディップすることによって適用（ａｐｐｌｉｅｄ）される。次いで、繊維は、コンベヤ上の厚手の連続ブランケットへと収集される。バインダ材料は、絶縁製品にパッケージング後の回復弾性を付与し、かつ例えば、建築物の絶縁空洞において、必要に応じて絶縁製品を取扱い、適用することができるように剛性および取扱い性を付与する。バインダ組成物はまた、繊維に対してフィラメント間の摩耗から保護し、個々の繊維間の適合性を促進する。
次いで、バインダでコーティングされた繊維を含むブランケットを、硬化オーブンに通過させ、ブランケットを所望の厚さに設定するために、バインダを硬化する。バインダが硬化した後、繊維絶縁材は、ある長さに切断して個別の絶縁製品を形成してもよく、絶縁製品は、顧客の場所に出荷するためにパッケージングされてもよい。製造された典型的な絶縁製品の一つは、絶縁性中入れ綿またはブランケットであり、これは、住宅における壁絶縁材としての、または建築物の屋根裏および床絶縁空洞における絶縁材としての使用に適する。絶縁製品の別のタイプは、絶縁ボードである。絶縁ボードは、絶縁性中入れ綿またはブランケットと同様の様式で使用されてもよいが、より剛く、かつ一般により密度が高い。
【０００３】
不織マット、例えば、遮音天井板に使用されるものは、従来の湿式法によって形成されてもよい。このような一法では、ウェットチョップド繊維は、界面活性剤、粘度調節剤、消泡剤、および／または他の化学薬剤を含有する水スラリー中に分散される。次いで、チョップド繊維を含有するスラリーは、繊維がスラリー全体を通してより均一に分散されるように撹拌される。繊維を含有するスラリーは、移動スクリーン上に堆積され、ここで、相当量の水が除去されて、ウェブを形成する。次いで、バインダが適用され、得られたマットは乾燥されて、すべての残りの水を除去し、バインダを硬化する。形成された不織マットは、分散された個々のガラスフィラメントの集合体である。
不織マットはまた、乾燥チョップド繊維および／または連続フィラメントから調製されてもよい。例えば、繊維はブッシングから分与され、所望の長さに細断される（ｃｈｏｐｐｅｄ）。繊維には、ある特定の化学薬剤が細断前に施されても、されなくてもよい。次いで、チョップド繊維は、表面、例えばコンベヤベルトに施されて、マットを形成する。バインダがマットに適用され、これは、硬化オーブンに運搬される。
連続フィラメント繊維製品に関しては、繊維は、表面に分与され（最初に施される化学薬剤とともに、またはそれなしで）、マットを形成することができる。次いで、バインダ組成物がマットに適用され、次いで、これは硬化用オーブンに運搬される。したがって一般に、この硬化マットは、チョップド繊維マットよりも少ない繊維から構成される。
ホルムアルデヒド系樹脂、例えば、フェノール樹脂からの望ましくないホルムアルデヒド放出を減少させるために様々な試みがなされてきた。例えば、様々なホルムアルデヒド捕捉剤、例えば、アンモニアおよび尿素が、絶縁製品からホルムアルデヒド放出を減少させようとしてホルムアルデヒド系樹脂に添加されてきた。
【０００４】
ポリアクリル酸バインダは、フェノール樹脂を上回るいくつかの利点を与える。しかしながら、ポリアクリル酸から主として形成されているバインダは、その酸性度および付随する機械部分の腐食に起因する問題を本質的に有する。加えて、ポリアクリル酸バインダは、高い粘度、高い硬化温度、および付随する高い硬化コストを有する。ある特定の天然系システムが同様に知られているが、それら自体の特定の欠点をこうむる。例えば、デンプン／炭水化物系製品（または、メイラード反応に依存するもの）は、硬化後に望ましくない暗褐色を示し得る。また、バインダを作るために必要とされる大量のアンモニアの使用は、安全上のリスクおよび潜在的な放出問題を提示する。
繊維状ガラス製品のために、上記のものに対する代替的なポリマー性バインダシステムも提案されてきた。しかしながら、これらの代替的なポリマー性バインダシステムは、ある特定の場合には問題を抱えたままである。例えば、移行ゾーンにおいて絶縁材パックの最大垂直膨張を可能にする、低分子量で低粘度のバインダは、一般に、硬化すると完成製品において可塑的な非硬質マトリックスを形成し、それにより、取り付けられるときの完成絶縁製品の達成可能な垂直高さの回復を減少させる。逆に、硬化すると完成製品において硬質マトリックスを一般に形成する高粘度バインダは、コーティングされた未硬化パックの所望の最大垂直膨張を可能にしない。
繊維を一緒に結合させるように反応する成分に加えて、大部分の従来のバインダシステムは、完成製品の様々な特性（例えば、防塵、静電防止）を調整するためのいくつかの他の成分を含む。これらの個別の成分のそれぞれは、繊維の最終的な結合を妨げないことに加えて、安全かつ他の成分と適合性であると立証されなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在のバインダに関する既存の問題を考慮すると、機械部品を腐食せず、添加されたホルムアルデヒドを含まず、環境に優しく、製造後に保存安定であり、完成製品を製造するために必要とされる原料全体から見てより簡単であり、および／または加工上の利点をもたらすバインダシステムに対する当技術分野での必要性が依然としてある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一般的概念は、絶縁材、絶縁ボード、不織マット、炭素繊維製品の形成における使用のための、ならびに製品において、有機繊維、例えば、セルロースおよび木質系繊維のためのバインダとしての使用のための、バインダ組成物に関する。一般に、本バインダは、金属塩およびポリオールを含む。ある特定の実施形態では、金属塩およびポリオールは、１：９９〜１：１の質量比でバインダ組成物中に存在する。
ある特定の実施形態では、本発明の一般的概念は、複数のランダムに配向された繊維と、繊維の少なくとも一部に適用され、繊維を相互に連結させるバインダ組成物とを含む繊維状絶縁製品に関する。バインダは、１：９９〜１：１の質量比で金属塩およびポリオールを含む。
ある特定の実施形態では、本発明の一般的概念は、第１の主要表面および第２の主要表面を有するマットの形態で絡み合わされた、個別の長さを有する複数のランダムに配向された繊維と、マットの第１の主要表面を少なくとも部分的にコーティングし、またはある特定の実施形態では、マットに少なくとも部分的に含浸するバインダ組成物から形成される不織マットに関する。バインダは、金属塩およびポリオールを含む。金属塩およびポリオールは、一般に１：９９〜１：１の質量比で存在する。いずれの適当な繊維が使用されてもよい。ある特定の実施形態では、繊維はガラス繊維である。繊維は、６．５μｍ〜２４μｍの範囲内の平均直径を有する。ある特定の実施形態では、繊維は、ミネラルウール繊維である。バインダ組成物は、１％〜２５％の強熱減量の量で不織マット中に存在する。
【０００７】
ある特定の実施形態では、本発明の一般的概念は、繊維状絶縁製品の製造方法に関する。この方法は、複数のランダムに配向された繊維を含む繊維状ブランケットを形成する工程と、バインダ組成物をガラス繊維の少なくとも一部に適用する工程であって、バインダ組成物は、１：９９〜１：１の質量比で金属塩およびポリオールを含む、工程と、繊維状ブランケットをオーブンに通過させて、繊維上のバインダを少なくとも部分的に硬化させ、絶縁製品を形成する工程であって、バインダ組成物は、１％〜２５％の強熱減量の量で繊維状絶縁製品中に存在する、工程と、を含む方法に関する。
本発明の一般的概念の様々な実施形態は、典型的には以下の例示的な特徴の１つまたは複数を示す。
本発明のバインダ組成物が、添加されたホルムアルデヒドを含まないことは、本発明の一般的概念の特徴である。
本発明のバインダ組成物が、満足な製品を製造するために必要とする原料がより少ないことは、本発明の一般的概念の特徴である。
本発明のバインダ組成物を用いる絶縁製品および不織マットが、現在の製造ラインを使用して製造され、それにより、時間および資金を節約することができることは、本発明の一般的概念の特徴である。ある特定の実施形態では、本発明のバインダ組成物を用いる絶縁製品および不織マットは、典型的には従来のバインダシステムを硬化させるために使用されるものよりも低い温度で製造され、全体的な性能標準をなお維持し得る。
【０００８】
本発明のバインダ組成物を用いる絶縁製品および不織マットが、増加された量の添加される水を使用して製造され、現在の温度／時間で、またはそれ未満で硬化され得ることは、本発明の一般的概念の特徴である。これは、本発明のバインダ組成物が、製造時間またはコストを実質的に増加させることなく、および性能に実質的に影響を与えることなく、従来のバインダシステムで見られない様式で過剰の水を「流し」、必要に応じて、追加の水がバインダ組成物に添加されることを可能にする（加工し易さのために）、驚くべき能力のためである。
本明細書で提供される例示的水性バインダ組成物で作られた最終絶縁製品が、絶縁製品のための様々な色を生じさせるための染料、顔料、または他の着色剤の使用を可能にする所望の強熱減量（ＬＯＩ）レベルで薄い色を示すことは、本発明の一般的概念の特徴である。
本発明のバインダ組成物が、酸性条件下でミネラルウールを結合することは、本発明の一般的概念の特徴である。一般的に言えば、適当に架橋／硬化させるために酸性環境を必要とするバインダは、ミネラルウールを結合する場合に有効でないか、または性能の低下を示す。驚くべきことに、本明細書に記載される本発明のバインダは、２．５〜３のｐＨを含めて、１〜４．５のｐＨで絶縁性中入れ綿を形成するためにミネラルウールを結合するのに有効であることが見出された。
【０００９】
ある特定の実施形態では、本発明のバインダ組成物は、従来のバインダ組成物よりも低い温度で硬化されてもよい。ポリオールおよび金属塩を含むバインダ組成物は、水を前硬化製品からより容易に逃がすことを可能にする。含水量の減少により、硬化プロセスの間に製品から過剰の水を放出するのに必要な熱が少なくなる。
バインダ組成物（例えば、ポリビニルアルコールおよび金属塩）が、スプレーアプリケータを含めて、従来のバインダアプリケータにより適用され得る水性混合物を形成し得ることは、本発明の一般的概念の特徴である。
本発明のバインダ組成物が、複合強化材を含有するマットの製造に有用であり得ることも、本発明の一般的概念の特徴である。
【００１０】
本発明の一般的概念の上述および他の目的、特徴、および利点は、次に続く詳細な説明の検討から以後により十分に明らかになる。しかしながら、図面は、例証的な目的のためであり、本発明の限界を規定すると解釈されるべきでないことは、明確に理解されるべきである。
本発明の様々な例示的利点は、特に以下の添付の図面と併せ考えることによって、本発明の以下の詳細な開示に基づいて明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、いくつかのバインダ組成物で作られたハンドシート試料について引張り強度を補正ＬＯＩで除した値（引張り強度／補正ＬＯＩ）を示すグラフである。
【図２】図２は、ポリビニルアルコール／塩化アルミニウムおよびポリビニルアルコール／硝酸アルミニウムを含む本発明のバインダ組成物を含む、いくつかのバインダで作られたハンドシート試料について引張り強度を補正ＬＯＩで除した値（引張り強度／補正ＬＯＩ）を示すグラフである。
【図３】図３は、ポリビニルアルコール／硝酸アルミニウムを含む本発明のバインダを含む、いくつかのバインダ組成物の動的機械分析を示すグラフである。
【図４】図４は、ポリビニルアルコール／塩化アルミニウムを含む本発明のバインダを含む、いくつかのバインダ組成物の動的機械分析を示すグラフである。
【図５】図５は、ポリビニルアルコール／硝酸アルミニウムを含むいくつかのバインダ組成物の動的機械分析を示すグラフである。
【図６】図６は、ポリビニルアルコール／硫酸アルミニウムを含むいくつかのバインダ組成物の動的機械分析を示すグラフである。
【図７】図７は、ポリビニルアルコールおよび硝酸アルミニウムを含むいくつかのバインダ組成物の回復パーセントを示すグラフである。
【図８】図８は、いくつかのバインダ組成物の回復パーセントを示すグラフである。
【図９】図９は、ポリビニルアルコール／硝酸アルミニウムを含む本発明のバインダ組成物で作られた実験室ボードについての最大負荷（ＬＯＩについて補正）を示すグラフである。
【図１０】図１０は、ポリビニルアルコール／硝酸アルミニウムを含む本発明のバインダ組成物についての補正ＬＯＩを示すグラフである。
【図１１】図１１は、２５０°Ｆ〜４５０°Ｆの温度で硬化された、本発明のバインダ組成物を使用して作られた一連のハンドシートの引張り強度を示すグラフである。
【図１２】図１２は、２５０°Ｆ〜４５０°Ｆの温度で硬化された、本発明のバインダ組成物を使用して作られた一連のハンドシートのＬＯＩについて正規化された引張り強度を示すグラフである。
【図１３】図１３は、２５０°Ｆ〜４５０°Ｆの温度で硬化された、本発明のバインダ組成物を使用して作られたハンドシートについてのＬＯＩを示すグラフである。
【図１４】図１４は、３００°Ｆ〜４００°Ｆの温度で硬化された、本発明のバインダ組成物を使用して作られた試料についての回復パーセントを示すグラフである。
【図１５】図１５は、３００°Ｆ〜４００°Ｆの温度で硬化された、本発明のバインダ組成物を使用して作られた試料について面積質量について正規化された回復パーセントを示すグラフである。
【図１６】図１６は、３００°Ｆ〜４００°Ｆの温度で硬化された、本発明のバインダ組成物を使用して作られた試料についての補正ＬＯＩを示すグラフである。
【図１７】図１７は、４．６５％の目標ＬＯＩで高温（中入れ綿中で測定して４１５〜４２５°Ｆ）または低温（中入れ綿中で測定して３５０〜３６０°Ｆ）のいずれかで硬化された、本発明のバインダ組成物を使用して作られた一連の中入れ綿試料の剛性測定値を示すグラフである。
【図１８】図１８は、４．６５％の目標ＬＯＩで高温（中入れ綿中で測定して４１５〜４２５°Ｆ）または低温（中入れ綿中で測定して３５０〜３６０°Ｆ）のいずれかで硬化された、本発明のバインダ組成物を使用して作られた試料の結合強度を示すグラフである。
【図１９】図１９は、４．６５％の目標ＬＯＩで高温（中入れ綿中で測定して４１５〜４２５°Ｆ）または低温（中入れ綿中で測定して３５０〜３６０°Ｆ）のいずれかで硬化された、本発明のバインダ組成物を使用して作られた試料の引張り強度を示すグラフである。
【図２０】図２０は、様々なバインダ組成物を使用して作られたハンドシートの引張り強度測定値を示すグラフである。ＰＶおよび塩化アルミニウムを９０：１０の質量比で含む（ＰＶＡと称する）本発明のバインダ組成物を、対照ＭＤＣＡバインダ組成物と比較した。他のバインダ組成物は、ＰＶＧＡＦ＝ポリビニルアルコール、没食子酸、および硝酸鉄；ならびにＰＶＧＡＡ＝ポリビニルアルコール、没食子酸、および塩化アルミニウムである。
【図２１】図２１は、ＰＶおよび塩化アルミニウムを９０：１０の質量比で含む（ＰＶＡと称する）バインダ組成物を使用して作られたハンドシートの引張り強度を示すグラフである。
【図２２】図２２は、ＬＯＩについて補正するように調整された実施例２５からの結果を示すグラフである。
【図２３】図２３は、様々なバインダ組成物を使用して作られたハンドシートについての引張り強度測定値を示すグラフである。
【図２４】図２４は、対照ＭＤＣＡバインダ、ならびにポリビニルアルコールを含む２種の追加のバインダ、すなわち、ポリビニルアルコール、没食子酸、塩化アルミニウム（ＰＶＧＡＡｌと称する）；およびポリビニルアルコール、没食子酸、硝酸鉄（ＰＶＧＡＦｅと称する）と比較した本発明のバインダ組成物の剛性測定値を示すグラフである。
【図２５】図２５は、実施例２８で試験したバインダ組成物についての平均ＬＯＩを示すグラフである。
【図２６】図２６は、実施例２８のバインダ組成物についての回復パーセントを示すグラフである。ＰＶＡｌは、ポリビニルアルコールおよび塩化アルミニウムであり、ポリビニルアルコール、没食子酸、塩化アルミニウム（ＰＶＧＡＡｌと称する）；ならびにポリビニルアルコール、没食子酸、硝酸鉄（ＰＶＧＦｅと称する）。
【図２７】図２７は、ミネラルウール中入れ綿の、それに適用された様々なバインダによるサグ測定値を示すグラフである。
【図２８】図２８は、ミネラルウール中入れ綿の、それに適用された様々なバインダによる引張り強さ測定値を示すグラフである。
【図２９】図２９は、ミネラルウール中入れ綿の、それに適用された様々なバインダによる反発弾性測定値を示すグラフである。
【図３０】図３０は、ミネラルウール中入れ綿の、それに適用された様々なバインダによる圧縮強度測定値を示すグラフである。
【図３１】図３１は、バインダについてのバインダ固体の量を示すグラフである。
【図３２】図３２は、貯蔵後の、ＰＶ／Ａｌ（ＮＯ3）3バインダシステムで調製されたミネラルウールハンドシートの引張り強度を示すグラフである。
【図３３】図３３は、貯蔵後の、ＰＶ／Ａｌ（ＮＯ3）3バインダシステムで調製されたミネラルウールハンドシートの引張り強度を示すグラフである。
【図３４】図３４は、ＰＶフィルムの動的機械分析のプロットである。
【図３５】図３５は、ＰＶ／Ａｌ（ＮＯ3）3バインダの動的機械分析のプロットである。
【図３６】図３６は、比較のためのＰＶ／ＫＮＯ3バインダの動的機械分析のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
別に規定されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する分野の当業者により普通に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載されるものと同様または同等のいずれの方法および材料も、本発明の実施または試験で使用され得るが、好ましい方法および材料が本明細書に記載されている。公開されている、または対応する米国または外国特許出願、発行された米国または外国特許、および任意の他の参考文献を含めて、本明細書に引用されたすべての参考文献は、その中に提示されたすべてのデータ、表、図、および本文を含めて、それぞれ、その全体が参照により組み込まれる。
層、領域、基材、またはパネルなどの要素が、別の要素の「上に」あると称される場合、それは、直接その他の要素の上に存在してもよく、または介在要素が存在してもよいことが理解される。また、ある要素が別の要素に「隣接」して存在すると称される場合、その要素は、その他の要素に直接隣接していてもよく、または介在要素が存在してもよい。用語「上部」、「底部」、「側部」などは、説明のみを目的として本明細書で使用される。図の全体を通して見られる類似の数字は、類似の要素を表す。
【００１３】
本明細書に示される用語は、例示的実施形態の説明のためだけであり、全体として本開示を限定すると解釈されるべきでない。本開示の単数の特性または限定へのすべての言及は、言及がなされる文脈により別に特定されないか、または明らかに反対に暗示されない限り、対応する複数の特性または限定を含むものとし、逆もまた同様である。別に特定されない限り、「ある１つの（ａ）」、「ある１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」および「少なくとも１つ」は、交換可能に使用される。さらに、本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ある１つの（ａ）」、「ある１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈により明らかに別に示されない限り、それらの複数形を包含する。
用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」または「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」が本明細書または特許請求の範囲で使用される限り、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」が特許請求の範囲の移行語として用いられる場合に解釈されるとおりにその用語と同様に包括的であることが意図される。さらに、用語「または」が用いられる（例えば、ＡまたはＢ）限り、「ＡもしくはＢまたは両方」を意味することが意図される。
【００１４】
本明細書で使用される場合の百分率、部、および比のすべては、特に断らない限り、全組成物の質量による。限定されないが、百分率、部、および比を含めて、本明細書に開示される範囲およびパラメータのすべては、想定されるおよびその中で一部とされる任意およびすべての下位範囲、ならびに端点間のあらゆる数を包含すると理解される。例えば、「１〜１０」の明記された範囲は、１またはそれより大きい最小値で始まり、１０またはそれより小さい最大値で終わる任意およびすべての下位範囲（例えば、１〜６．１、または２．３〜９．４）、ならびにその範囲内に含まれる各整数（１、２、３、４、５、６、７、８、９、および１０）を含むと見なされるべきである。
本明細書で使用される場合の方法（ｍｅｔｈｏｄ）またはプロセス（ｐｒｏｃｅｓｓ）ステップの任意の組み合わせは、特に断りがないか、または言及される組み合わせがなされる文脈により反対に明らかに暗示されない限り、任意の順序で行われてもよい。
本明細書に記載される組成物の様々な実施形態はまた、本明細書に記載されるいずれの任意選択または選択された成分または特徴を実質的に含まなくてもよいが、ただし、残存する組成物は、本明細書に記載されるとおりの必要な成分または特徴のすべてを依然として含むものとする。この文脈で、特に断りのない限り、用語「実質的に含まない（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  ｆｒｅｅ）」は、選択されたバインダ組成物が含有する任意選択の原料が機能量未満である、典型的にはこのような任意選択または選択された本質的原料が質量で１％未満、例えば０．５％未満、０．１％未満、またゼロパーセントであることを意味する。
本明細書に記載される組成物は、バインダ用途または関連用途で本明細書に記載されるか、またはそうでなければ有用な任意の追加または任意選択の要素のみならず、本明細書に記載されるとおりの製品および方法の本質的な要素を含み、それからなり、またはそれから本質的になってもよい。
【００１５】
本発明の一般的概念は、より環境に優しいバインダ組成物に関する。ある特定の実施形態では、バインダは、水性バインダ組成物である。バインダ組成物は、典型的には金属塩およびポリオールから構成される。バインダは、繊維、例えば、グラスファイバ、ミネラルウール、炭素繊維、ならびにセルロースおよび木質系繊維を含めて、有機繊維を含む製品を形成するために使用されてもよい。
ある特定の例示的実施形態では、本発明のバインダは、少なくとも１種のポリオールを含む。ある特定の例示的実施形態では、ポリオールには、化合物、例えば、脂肪族アルコール、グリセロール、トリエタノールアミン、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、未変性ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコールのコポリマー、ポリ酢酸ビニル、およびポリアクリル酸が含まれる。ある特定の例示的実施形態では、ポリオールは、ポリマーアルコールであってもよい。本明細書で使用される場合の用語ポリオールは、脂肪族または芳香族主鎖、および少なくとも２個のヒドロキシル官能基を有する化合物を指すことが意図される。しかしながら、他の官能基がまた、ヒドロキシル官能基に加えて存在してもよく、またはある特定の実施形態では、官能基が同様の様式でガラス表面および金属塩と相互作用することが予想される限り、他の官能基がヒドロキシル官能基の１個もしくは複数を置き換えてもよいことを理解するべきである。したがって、用語ポリオールは、ある特定の実施形態では、ヒドロキシル官能基を少ししかまたはまったく有しないが、ポリオールに関連しており、および同様の相互作用を保持する化合物、例えば、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリル酸、および変性ポリビニルアルコールを指してもよい。用語「ポリオール」および「ポリマーアルコール」は、本明細書で交換可能に使用され、少なくとも２個のヒドロキシル官能基を有する化合物を指す。これらの用語は、特定の官能基による化合物を指す一方で、当業者は、多種多様な他の官能基が、他の基が、本明細書で検討される本発明の一般的概念を妨げ、または実質的に妨害しない限り、化合物中に存在してもよいことを認識する。
【００１６】
ある特定の例示的実施形態では、バインダ組成物は、添加されたホルムアルデヒドを含まない。
ある特定の例示的実施形態では、本発明のバインダ組成物を用いる繊維状絶縁製品および不織マットは、既存の製造ラインを使用して製造し、それにより、時間および資金を節約することができる。
ある特定の例示的実施形態では、本明細書で提供される例示的バインダ組成物で作製された最終絶縁製品は、染料、顔料、または他の着色剤の使用を可能にして、絶縁製品のための様々な色を生じさせる所望の強熱減量（ＬＯＩ）レベルで薄い色を有する。
ある特定の例示的実施形態では、バインダ組成物（例えば、少なくとも５０％の加水分解度を有するポリビニルアルコールおよびアルミニウム塩）は、スプレーアプリケータを含めて、従来のバインダアプリケータにより適用され得る水性混合物を形成し得る。
【００１７】
ある特定の例示的実施形態では、バインダ組成物は、絶縁材（例えば、絶縁性中入れ綿）、絶縁ボード、不織マット、炭素繊維製品の形成において、ならびに有機繊維、例えば、セルロースおよび木質系繊維のためのバインダとして製品における使用のために使用される。一般に、バインダは、金属塩およびポリオールを含む。
ある特定の例示的実施形態では、本発明の一般的概念は、複数の繊維、および繊維の少なくとも一部に適用され、繊維を相互に連結させるバインダ組成物を含む繊維状絶縁製品に関する。ある特定の例示的実施形態では、繊維はランダムに配向している。
ある特定の例示的実施形態では、本発明の一般的概念は、第１の主要表面および第２の主要表面を有するマットの形態で絡み合わされた、個別の長さに細断されている複数のランダムに配向したガラス繊維と、マットの第１の主要表面を少なくとも部分的にコーティング、またはある特定の実施形態では、マットの第１の主要表面に少なくとも部分的に含浸するバインダ組成物とから形成される、不織マットに関する。
【００１８】
ある特定の例示的実施形態では、本発明の一般的概念は、第１の主要表面および第２の主要表面を有するマットの形態で絡み合わされた複数のランダムに配向したガラス繊維と、マットの第１の主要表面を少なくとも部分的にコーティング、またはある特定の実施形態では、マットの第１の主要表面に少なくとも部分的に含浸するバインダ組成物とから形成される、不織マットに関する。
ある特定の例示的実施形態では、本発明の一般的概念は、第１の主要表面および第２の主要表面を有するマットの形態での複数のランダムに配向したミネラルウール繊維と、マットの第１の主要表面を少なくとも部分的にコーティング、またはある特定の実施形態では、マットの第１の主要表面に少なくとも部分的に含浸するバインダ組成物とから形成される、不織マットに関する。
【００１９】
ある特定の例示的実施形態では、バインダ組成物は、少なくとも１種の金属塩を含む。ある特定の例示的実施形態では、金属は、第１３族元素、ポスト遷移金属、メタロイド、または酸素に容易に配位する任意の他の金属の少なくとも１種である。ある特定の実施形態では、金属は、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、スズ、タリウム、鉛、ビスマス、亜鉛、鉄、ジルコニウム、およびチタンから選択される。ある特定の実施形態では、金属塩は、２種以上の金属、例えば、アルミニウムとジルコニウムとの組み合わせまたは錯体などを含んでもよい。ある特定の例示的実施形態では、金属塩は、アルミニウムの少なくとも１種の塩から構成される。ある特定の例示的実施形態では、金属塩は、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、第一リン酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。
【００２０】
ある特定の実施形態では、ポリオールは、水混和性合成ポリマーアルコールを含めて、ポリマーアルコールである。ある特定の実施形態では、ポリオールは、水溶性ポリマーアルコール、例えば、ポリビニルアルコールである。
ポリビニルアルコール（ＰＶ）＝
【化１】
2019521264.tif 000003
当業者は、ＰＶ（代わりに、ＰＶＯＨ）が一般に、ポリ酢酸ビニルのエステル官能基の加水分解から生じる化合物のクラスを指すことを理解する。他の材料がポリビニルアルコールを形成するために使用されてもよい一方で、一般に、ＰＶは、ポリ酢酸ビニルへの酢酸ビニルの重合によって製造される。次いで、ポリ酢酸ビニルは、加水分解を受けて、所望の加水分解度（ポリ酢酸ビニルポリマーに対して）を有するＰＶを与える。したがって、様々な加水分解度を有するＰＶが、ポリビニルアルコールと称される一方で、当業者は、用語ポリビニルアルコールが、加水分解度により決定される正確な組成を有して、酢酸塩部分およびアルコール部分から構成される「コポリマー」を指すことを認識する。
ＰＶを特徴付ける方法の一つは、それが加水分解される度合いへの言及による。ある特定の実施形態では、ＰＶは、少なくとも５０％の加水分解度を有する。ある特定の実施形態では、ＰＶは、５０％〜９８％、またはそれ以上の加水分解度を有する。ある特定の実施形態では、ＰＶは、７５％加水分解されているポリマーを含めて、８０％加水分解されているポリマーを含めて、８５％加水分解されているポリマーを含めて、９０％加水分解されているポリマーを含めて、９５％加水分解されているポリマーを含めて、９８％加水分解されているポリマーを含めて、９９％またはそれ以上加水分解されているポリマーを含めて、高い加水分解度を有する。
【００２１】
ある特定の例示的実施形態では、ＰＶは、加水分解後に変性されてもよい。ある特定の例示的実施形態では、ポリオールは、未変性ＰＶである。未変性ＰＶは、ＰＶを作製するために加水分解されているポリ酢酸ビニルと見なされてもよく、ポリマーのヒドロキシル基のさらなる変性なしで使用される。変性ポリビニルアルコールは、ＰＶを形成するための一次加水分解後に残存するペンダント官能基の少なくとも一部を変性させるように反応させたＰＶである。ＰＶは、シランまたは酸で変性されて（またはグラフトされて）、コポリマーを形成してもよい。ある特定の実施形態では、ポリオールは、変性ポリビニルアルコールである。
ＰＶを特徴付ける別の方法は、ある特定の百分率のＰＶを含有する溶液の粘度測定値による。ＰＶの粘度は、ＰＶの４％溶液を作製し、周囲温度（すなわち、およそ２０℃）でホップラ落球粘度計を使用して粘度を測定することによって測定されてもよい。ある特定の例示的実施形態では、ＰＶは、３センチポイズの粘度を有する。ある特定の例示的実施形態では、ＰＶは、４センチポイズの粘度を有する。ある特定の例示的実施形態では、ＰＶは、５センチポイズの粘度を有する。
【００２２】
理論により拘束されることを望まないが、金属塩は、以下に例証されるとおりに、例えば、ガラス（例えば、グラスファイバ）のヒドロキシル官能基とポリオール（例えば、ポリビニルアルコール）のヒドロキシル基との間に配位錯体を形成し得ることが考えられる。加えて、加熱中に、金属イオンは、ガラス繊維とポリオールとの間の反応を触媒して、その２つの間の共有結合を形成し、または隣接するポリオール分子を「架橋し」得る。以下は、アルミニウム、ガラス表面、およびポリオール（例えば、ポリビニルアルコール）の間の１つの可能な相互作用を例証する代表図である。加えて、アルミニウムはまた、隣接するポリオール分子と相互作用し（以下の右に示されるとおりに）、繊維状材料の全体的強度をさらに増加させ得る。
【化２】
2019521264.tif 000004
【００２３】
この配位または架橋は、個別の成分間の三次元網状組織の形成を助け、完成製品（例えば、絶縁性中入れ綿またはボード）に追加の結合強度を与え得る。アルミニウムと原子価で電子的に同様である、ホウ素は、水性媒体中でＰＶと組み合わされる場合に不溶性ゲルを形成する。驚くべきことに、アルミニウム塩（例えば、硝酸アルミニウム）とＰＶとの組み合わせは、そのようなゲル化をまったく示さず、事実、混合物をかなり長時間貯蔵した後でさえも、バインダ組成物としてガラス繊維およびミネラルウールへの適用に適する水性混合物となることが見出された。
相互作用の提案機構にもかかわらず、上記検討は、本発明のバインダとガラス基材の表面との間の相互作用に関連し、本発明のバインダ組成物は、表面でのヒドロキシル官能基なしのものを含めて、他の材料（例えば、ミネラルウールまたはスラグウール）を同様に結合し得る。
【００２４】
ある特定の例示的実施形態では、金属塩およびポリオールは、互いに特定の質量比で水性バインダ組成物中に存在する。ある特定の例示的実施形態では、金属塩およびポリオールは、１：９９〜１：１の質量比でバインダ組成物中に存在する。ある特定の例示的実施形態では、金属塩およびポリオールは、１：５０〜１：１の質量比でバインダ組成物中に存在する。ある特定の例示的実施形態では、金属塩およびポリオールは、１：２０〜１：１の質量比でバインダ組成物中に存在する。ある特定の例示的実施形態では、金属塩およびポリオールは、１：１０〜１：１の質量比でバインダ組成物中に存在する。ある特定の例示的実施形態では、金属塩およびポリオールは、１：９〜１：１の質量比でバインダ組成物中に存在する。ある特定の例示的実施形態では、金属塩およびポリオールは、１：４〜１：１の質量比でバインダ組成物中に存在する。ある特定の例示的実施形態では、金属塩およびポリオールは、３：７〜１：１の質量比でバインダ組成物中に存在する。ある特定の例示的実施形態では、金属塩およびポリオールは、２：３〜１：１の質量比でバインダ組成物中に存在する。ある特定の例示的実施形態では、金属塩およびポリオールは、１：４〜３：７の質量比でバインダ組成物中に存在する。ある特定の例示的実施形態では、金属塩およびポリオールは、１：４〜２：３の質量比でバインダ組成物中に存在する。
【００２５】
ある特定の例示的実施形態では、バインダ組成物は、１％〜２５％の強熱減量（ＬＯＩ）の量で繊維状絶縁製品または不織マット中に存在する。用語強熱減量は、製品を加熱してバインダを熱分解し、燃焼性の材料を放出するプロセスを指す。例えば、繊維状絶縁製品は、本明細書に記載されるある特定の方法によって調製されてもよい。次いで、製品を高熱にかけて、熱分解性材料を除去すると、例えば、グラスファイバ基材および熱分解すると予想され得ない材料が後に残る。次いで、このプロセス中に失われた質量が、製品の元の質量の百分率（すなわち、ＬＯＩ）として報告される。ある特定の例示的実施形態では、強熱減量値は、非燃焼性材料、例えば、バインダからの金属塩を明らかにするために一次測定後に補正される。
ある特定の例示的実施形態では、バインダ組成物は、限定されないが、二次バインダ組成物、架橋剤、カップリング剤、耐湿気剤、ダスト抑制剤、触媒、無機酸または塩基、および有機酸または塩基の１種または複数を含めて、追加の成分を含んでもよい。バインダ組成物は、添加されたホルムアルデヒドを含まず、したがって、一般に同様のホルムアルデヒド含有バインダよりも環境に優しい。
【００２６】
加えて、ある特定の例示的実施形態では、バインダは、従来の添加剤、例えば、限定されないが、腐食防止剤、染料、顔料、充填剤、着色剤、ＵＶ安定剤、熱安定剤、消泡剤、酸化防止剤、乳化剤、保存剤（例えば、安息香酸ナトリウム）、殺生物剤、および殺真菌剤の１種または複数を含有してもよい。他の添加剤が、プロセスおよび／または製品性能の改善のためにバインダ組成物に添加されてもよい。そのような添加剤には、潤滑剤、湿潤剤、界面活性剤、静電防止剤、および／または撥水剤が含まれる。添加剤はバインダ組成物中に、痕跡量（例えば、バインダ組成物の＜約０．１質量％）〜バインダ組成物中の全固形分の約１０質量％まで存在してもよい。ある特定の実施形態では、添加剤は、バインダ組成物中全固形分の約０．１質量％〜約５質量％、約１質量％〜約４質量％、または約１．５質量％〜約３質量％の量で存在する。
バインダ組成物は、繊維上への適用のための活性固体を溶解または分散させるための水をさらに含んでもよい。水は、繊維へのその適用に適する粘度に水性バインダ組成物を希釈し、繊維上の所望の固体含有量を達成するのに十分な量で添加されてもよい。特に、バインダ組成物は、バインダ組成物の約５０質量％〜約９８質量％の量で水を含有してもよい。ある特定の例示的実施形態では、バインダ組成物は、バインダ組成物の６０質量％を超える量の水を含む。ある特定の例示的実施形態では、バインダ組成物は、バインダ組成物の７０質量％を超える量の水を含む。ある特定の例示的実施形態では、バインダ組成物は、バインダ組成物の８０質量％を超える量の水を含む。ある特定の例示的実施形態では、バインダ組成物は、バインダ組成物の９０質量％〜９７質量％を含めて、バインダ組成物の９０質量％を超える量の水を含む。
【００２７】
ある例示的実施形態では、バインダ組成物は、絶縁製品を形成するため使用される。一般に、繊維状絶縁製品は、硬化熱硬化性ポリマー材料により一緒に結合されたマット化された無機繊維（例えば、グラスファイバ）から形成される。適当な無機繊維の例には、ガラスウール、ストーンウール、スラグウール、ミネラルウール、およびセラミックが含まれる。任意選択で、他の強化繊維、例えば、天然繊維および／または合成繊維（例えば、炭素繊維、ポリエステル、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリアミド、アラミド、および／またはポリアラミド繊維）が、例えば、ガラス繊維またはミネラルウールに加えて、またはその代わりに絶縁製品に存在してもよい。本明細書で使用される場合の用語「天然繊維」は、限定されないが、茎、種子、葉、根、または師部を含めて、植物の任意の部分から抽出された植物繊維を指す。絶縁製品は、全体的に１種類の繊維から形成されてもよいか、またはそれらは、２種以上の異なる種類の繊維の組み合わせから形成されてもよい。例えば、絶縁製品は、絶縁材に対する所望の用途に依存して、様々な種類のガラス繊維の組み合わせ、または異なる無機繊維および／もしくは天然繊維の様々な組み合わせから形成されてもよい。本明細書に記載される実施形態は、全体的にガラス繊維から形成された絶縁製品に関連している。
【００２８】
ガラス繊維絶縁材の製造は、溶融ガラスを繊維化し、移動コンベヤ上で繊維状ガラス中入れ綿を直ちに形成し、繊維状ガラス中入れ綿上に適用されたバインダを硬化させて、絶縁ブランケットを形成することによって連続プロセスで行われてもよい。ガラスは、槽内で溶融され、繊維形成デバイス、例えば、繊維化スピナーに供給される。スピナーは、高速で回転される。遠心力によって、溶融ガラスは繊維化スピナーの周辺側壁中の穴を通過して、ガラス繊維を形成する。ランダムな長さのガラス繊維は、繊維化スピナーから細くされ、形成チャンバ内に配置されたブロワにより一般に下方に吹き付けられてもよい。ブロワは、繊維を下方に向きを変えて、繊維状中入れ綿を形成する。当業者は、ガラス繊維が最終製品の意図された使用に基づいて様々な直径を有してもよいことを理解する。
ガラス繊維には、形成チャンバ内を通過中に、かつ延伸操作からの高温のまま、本発明の水性バインダ組成物がスプレーされる。また、水が形成チャンバ中のガラス繊維に適用されてもよい。
【００２９】
未硬化樹脂性バインダが接着したガラス繊維は、集められ、形成コンベヤの下方から繊維状パックを通した真空引きによって形成チャンバ内の形成コンベヤ上において、未硬化絶縁材パックに形成されてもよい。
次いで、形成チャンバ中のパックを通しての空気の流れのために圧縮状態にあるコーティングされた繊維状パックは、形成チャンバから出て移行ゾーンに移送され、ここで、パックは、ガラス繊維の反発弾性により垂直に膨張する。次いで、膨張した絶縁材パックは、硬化オーブン中で加熱され、ここでは、加熱空気が絶縁材パックを通って吹き付けられて、バインダ中の残存する水をすべて蒸発させ、バインダを硬化させ、繊維を一緒に固く結合させる。絶縁材パックは、圧縮されて、繊維状絶縁ブランケットを形成してもよい。絶縁ブランケットは、上面および下面を有することが理解されるべきである。ある特定の実施形態では、パックは、様々な密度のいずれか一つに圧縮されてもよい。
次いで、面仕上げ材が絶縁ブランケット上に置かれて、面層を形成してもよい。適当な面仕上げ材の非限定的例には、クラフト紙、ホイル−スクリム−クラフト紙ラミネート、再生紙、およびカレンダ加工紙が含まれる。面仕上げ材は、結合剤によって絶縁ブランケットの表面に接着されて、面仕上げ絶縁製品が形成されてもよい。適当な結合剤には、面仕上げ材にコーティングされ、またはそうでなければそれに適用され得る接着剤、ポリマー樹脂、アスファルト、および瀝青質材料が含まれる。面仕上げ繊維状絶縁材は、その後に保存および／または出荷のために巻かれてもよい。ある特定の実施形態では、面仕上げ繊維状絶縁材は、パッケージング前に切断デバイスで所定の長さに切断されてもよい。そのような面仕上げ絶縁製品は、例えば、地下仕上げシステムにおけるパネルとして、ダクト覆いとして、ダクトボードとして、面仕上げ住宅絶縁材として、およびパイプ絶縁材として使用されてもよい。
【００３０】
ある例示的実施形態では、本発明のバインダ組成物は、不織マットを形成するために使用されてもよい。特に、バインダは、湿式マット加工ラインでのチョップドストランドマットの形成の間に添加される。チョップドガラス繊維は、繊維を分散させ、チョップドガラス繊維スラリーを形成するための撹拌とともに様々な界面活性剤、粘度調節剤、消泡剤、および／または他の化学薬剤を収容する混合槽への運搬のための保存容器から運搬装置に供給されてもよい。ガラス繊維スラリーは、ヘッドボックスに移送され、ここで、スラリーは運搬装置、例えば、移動スクリーンまたは小孔のあるコンベヤ上に堆積され、スラリーから水の実質的部分は、除去されて、絡み合わされた繊維のウェブ（マット）を形成する。ある特定の例示的実施形態では、水は、従来の真空または空気吸引システムによりウェブから除去されてもよい。ガラス繊維またはガラスウールに言及される一方で、マットは、非ガラス繊維、例えば、ミネラルウールから形成され、またはそれを含み得ることが理解されるべきである。当業者は、ガラス繊維以外の材料を含む絶縁製品が、絶縁製品を形成する詳細においてある特定の必要な変化を有する一方で、これらの変化は、本明細書に記載される本発明の一般的概念内に依然として入ることを理解する。
【００３１】
本発明のバインダは、適当なバインダアプリケータ、例えば、スプレーアプリケータまたはカーテンコータによりウェブに適用される。一旦バインダがマットに適用されると、バインダでコーティングされたマットは、少なくとも１つの乾燥オーブンに通過させて、残存する水を除去し、バインダ組成物を硬化させる。オーブンから現れる形成された不織マットは、ランダムに配向され、分散された、個別のガラス繊維の集合体である。チョップドストランドマットは、その後の使用のために保存用の巻取りロール上に巻かれてもよい。不織マットの例示的使用には、限定されないが、屋根葺き材、床用途、天井用途、壁用途、フィルタとしての使用、地上車両における使用、および航空機における使用、が含まれる。
本発明を一般的に記載してきたが、さらなる理解は、特に断りのない限り、例証の目的のみのために提供され、すべて包括的または限定的であること意図しない、以下に例証されるある特定の実施例に対する参照により得ることができる。
【実施例】
【００３２】
（例１）
ポリビニルアルコール（ＰＶ）と塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ3）との混合物（合わせてＰＶＡｌ）を９０：１０の質量比で含むバインダ組成物を、マルトデキストリンとクエン酸との混合物を７０：３０の質量比で含む対照バインダ組成物（ＭＤＣＡ）（３．５％の次亜リン酸ナトリウムを含む）と比較した。別に示されない限り、全固形分をバインダ組成物にわたって一定に保った。バインダを用いて、以下に詳細に記載される様式でハンドシートを形成した。不織グラスファイバハンドシートを乾燥させ、４７５°Ｆで３分間硬化させた。各試料について引張り強度、ＬＯＩ、および引張り強度を補正ＬＯＩで除した値（引張り強度／補正ＬＯＩ）を周囲および高温／湿潤条件下で決定し、結果を図１に示す。強化繊維のＬＯＩは、繊維からバインダの有機部分を燃焼または熱分解するのに十分な温度にグラスファイバ製品を加熱した後の質量の減少である。補正ＬＯＩは、熱分解すると予想されないバインダからのアルミニウム塩の存在について補正する。高温／湿潤条件は、９０°Ｆおよび９０％湿度で３０分間試料をオートクレーブ中に置くことを含む。これらの結果から、ポリビニルアルコールおよび塩化アルミニウムを含む本発明のバインダは、有効なグラスファイババインダを生じることが示された。
（例２）
図２は、いくつかのバインダ組成物で作られたハンドシートの引張り強度測定値の結果を示す。グラフは、グラフの上位および下位で第１および第２の対照バインダの結果を示す。ＰＶおよびＡｌＣｌ3（９０：１０）を、ポリビニルアルコールおよび硝酸アルミニウムＡｌ（ＮＯ3）3（すなわち、９０：１０、８５：１５、および８０：２０）を含むいくつかのバインダと比較した。ハンドシートは、４００°Ｆで３分間硬化させた。次いで、試料を実施例１に記載された手順に従って試験した。図２に示されたデータから、ポリビニルアルコールおよびアルミニウム塩を組み合わせたバインダ組成物は、ハンドシートに関して良好な性能を達成することが結論づけられた。
【００３３】
（例３）
図３は、対照ＭＤＣＡバインダ（次亜リン酸ナトリウムを３．５％含む）と比較した、ポリビニルアルコール単独（ＰＶＯＨ）、ならびに７０：３０の質量比でＰＶおよびＡｌ（ＮＯ3）3（７０−３０ＰＶＡｌ）を含むバインダの動的機械分析を示すグラフである。本発明のバインダは、ポリビニルアルコール単独よりもはるかに良く、対照バインダと同程度の性能であることがグラフからわかる。図３に示されたデータから、ポリビニルアルコールおよびアルミニウム塩を組み合わせた本バインダ組成物が、動的機械分析について良好な性能を達成することが結論づけられた。
（例４）
図４は、対照ＭＤＣＡバインダと比較した、７０：３０の質量比のＰＶおよびＡｌＣｌ3（７０−３０塩化物と称する）を含むバインダの動的機械分析を示すグラフである。本発明のバインダは、対照バインダと同程度の性能であることがグラフからわかる。
【００３４】
（例５）
図５は、それぞれ、７０：３０、８０：２０、および９０：１０の質量比でＰＶおよびＡｌ（ＮＯ3）3を含む３種類のバインダ組成物の動的機械分析を示すグラフである。グラフは、増加するＡｌ（ＮＯ3）3含有量とともに貯蔵モジュラスの改善を示す。
（例６）
図６は、７０：３０、８０：２０、および９０：１０の質量比でＰＶおよび硫酸アルミニウム（Ａｌ2（ＳＯ4）3）を含む３種類のバインダ組成物の動的機械分析を示すグラフである。グラフは、Ａｌ2（ＳＯ4）3含有量の増加とともに貯蔵モジュラスが改善することを示す。
【００３５】
（例７）
図７は、ポリビニルアルコール単独（１００ＰＶと称する）および対照ＭＤＣＡバインダと比較した、それぞれ、９０：１０および８０：２０の質量比でＰＶおよびＡｌ（ＮＯ3）3を含む２種類のバインダ組成物（ＰＶＡｌ）の回復パーセントを示す。回復パーセントは、周囲条件で、および高温／湿潤条件下で決定した。高温／湿潤条件は、９０°Ｆおよび９０％湿度で７日間湿度チャンバ中に試料を置くことを含む。ＰＶ含有バインダについての回復パーセントは、周囲条件下の対照バインダと同様またはそれよりも良かった。増加するアルミニウム塩含有量は、高温／湿潤性能を改善した。
（例８）
図８は、周囲および高温／湿潤条件の両方の下で、対照ＭＤＣＡバインダと比較した、いくつかのアルミニウム塩と組み合わせてＰＶを含むバインダ組成物の回復パーセントを示す。アルミニウム塩は、塩化アルミニウム（７０：３０ＰＶ：Ａｌ質量比）、硝酸アルミニウム（８０：２０および７０：３０ＰＶ：Ａｌ質量比）、および硫酸アルミニウム（８０：２０および７０：３０質量比）である。回復パーセントは、周囲条件で、および高温／湿潤条件下で決定した。高温／湿潤条件は、９０°Ｆおよび９０％湿度で７日間湿度チャンバ中に試料を置くことを含む。図８に示されたデータから、これらのバインダ処方物が、回復パーセントについて良好な性能を達成することが結論づけられた。
【００３６】
（例９）
例えば、繊維状絶縁製品を形成するために使用される機械装置の腐食は、バインダシステムを比較するときに考慮すべき重要な因子である。バインダシステムのｐＨは、金属機械装置を腐食させる潜在性を示す。加えて、バインダシステムのｐＨは、成分（例えば、バインダ中の酸）が硬化プロセス中に消費され、したがって、酸性がより低い最終組成物をもたらし得るにつれて、加熱（硬化）中に変わり得る。表１は、いくつかのバインダシステムのｐＨ測定値を三通りで示す。初期ｐＨは、適用プロセスにおけるスプレー前のバインダ溶液のｐＨである。最終ｐＨは、水中硬化後のパイロット材料の浸漬から得られた溶液のｐＨである。本発明のバインダシステムについてのより低い酸性での硬化は、機械腐食の潜在性が低いことを示す。
【００３７】
【表１】
2019521264.tif 000005
【００３８】
（例１０）
図９は、２種類の本発明のバインダシステムについての、補正ＬＯＩについて調整した、最大負荷容量測定値を示すグラフである。最大負荷は、周囲条件で、および高温／湿潤条件下（実施例１について記載されたとおり）で決定した。本発明のバインダシステムは、それぞれ、９０：１０および８０：２０の質量比でＰＶＡｌ（ＮＯ3）3を含む。本発明のバインダ組成物を、対照フェノール樹脂（ＰＵＦと称する）およびポリビニルアルコール単独と比較した。すべてのバインダシステムを、全固形分について正規化した。ＰＶＡｌ（ＮＯ3）3の８０：２０質量比が、対照バインダシステムと同程度、またはそれらよりも良い性能となった。
（例１１）
図１０は、実施例１０で用いたバインダシステムについての補正ＬＯＩを示すグラフである。
（例１２）
ハンドシートは、２種類のＰＶアルミニウム塩バインダの７０：３０質量比を使用して形成した。ハンドシートは、Ａｌ（ＮＯ3）3またはＡｌ2（ＳＯ4）3を含むバインダで形成し、２５０°Ｆ、３００°Ｆ、３５０°Ｆ、４００°Ｆ、および４５０°Ｆの温度で硬化させた。図１１は、周囲および高温／湿潤の両方の条件下での（実施例１について記載されたとおりの）ハンドシートの引張り強度測定値を示す。
（例１３）
図１２は、実施例１２に記載されたハンドシートについての引張り強度測定値を示し、引張り強度はＬＯＩ測定値について補正されている。
【００３９】
（例１４）
図１３は、実施例１２に記載されたハンドシートについてのＬＯＩ測定値を示すグラフである。図１２、図１３、および図１４に示されたデータから、これらのバインダ処方物は、典型的には例示的な製造プロセスで使用される比較的低い温度でハンドシートに関して良好な性能を達成した。
（例１５）
図１４は、異なる硬化温度での２種類のバインダシステムについての回復パーセントを示すグラフである。７０：３０の質量比でＰＶＡｌ（ＮＯ3）3を含むバインダ組成物を、３００°Ｆ、３５０°Ｆ、および４００°Ｆの温度で硬化させた。本発明のバインダを、３００°Ｆおよび４００°Ｆで硬化させた対照ＭＤＣＡバインダと比較した。回復パーセントは、周囲および高温／湿潤の両方の条件下で測定した。高温／湿潤条件は、９０°Ｆおよび９０％湿度で３日間湿度チャンバ中に試料を置くことを含む。
【００４０】
（例１６）
図１５は、面積質量により正規化した回復パーセントとともに実施例１４で試験したバインダについての回復パーセントを示す。
（例１７）
図１６は、実施例１４で試験したバインダについての補正ＬＯＩを示す。図１４、図１５、および図１６に示されたデータから、ＭＤＣＡのみは高い硬化温度で性能を保持する一方で、これらのバインダ処方物は、低い（３００°Ｆ）および高い（４００°Ｆ）硬化温度の両方でＬＯＩについて補正する場合でさえも、回復パーセントで良好な性能を達成することが結論づけられた。
（例１８）
Ｒ−１５絶縁性中入れ綿を、当業者により公知の様式でいくつかのバインダ組成物を使用して製造した。図１７は、周囲および高温／湿潤の両方の条件下での絶縁性中入れ綿の剛性測定値（撓み角）を示すグラフである。高温／湿潤条件は、９０°Ｆおよび９０％湿度で３日間オートクレーブに試料を置くことを含む。バインダ組成物は、４．６５％の目標ＬＯＩで、高温（中入れ綿内で測定して４１５〜４２５°Ｆ）または低温（中入れ綿内で測定して３５０〜３６０°Ｆ）のいずれかで硬化させた。本発明のバインダ組成物を、対照ＭＤＣＡバインダ、ＰＡＧ（ポリアクリレート／グリセロール）とＰＶＡｌ2（ＳＯ4）3との混合物、およびＰＡＧ（ポリアクリレート／グリセロール）とＰＶＡｌ2（ＳＯ4）3との混合物と比較した。
【００４１】
（例１９）
実施例１８に記載されたバインダ組成物で作られた絶縁性中入れ綿の結合強度を測定した。結果を図１８に示す。結合強度は、周囲および高温／湿潤の両方の条件下で測定した。高温／湿潤条件は、９０°Ｆおよび９０％湿度で３日間オートクレーブ中に試料を置くことを含む。
（例２０）
図１９は、実施例１８に記載されたバインダ組成物で作られた絶縁性中入れ綿の引張り強度測定値を示すグラフである。引張り強度は、周囲および高温／湿潤の両方の条件下で測定した。高温／湿潤条件は、９０°Ｆおよび９０％湿度で３日間オートクレーブ中に試料を置くことを含む。
（例２１）
強熱減量平均パーセントを測定し、実施例１８に記載された絶縁性中入れ綿についてアルミニウム塩の質量に対して補正した。結果を表２に示す。目標ＬＯＩは、４．６５％であった。
【００４２】
【表２】
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【００４３】
（例２２）
繊維状絶縁製品が吸収する水分の量は、時間にわたる絶縁容量の減少を決定する際に重要な尺度である。水分収着率を、実施例１８に記載された絶縁性中入れ綿について測定した。試料についての水分収着率測定値を、表３に示す。すべての試料は、目標値である５％の水分収着率未満であった。
【００４４】
【表３】
2019521264.tif 000007
（例２３）
腐食試験は、ＡＳＴＭ  Ｃ６６５の方法によって実施例１８に記載された絶縁性中入れ綿試料に対して行った。この標準によれば、３種のＰＶＯＨ：Ａｌ（ＮＯ3）3バインダ組成物は、許容される腐食性能を呈した。実施例１８〜実施例２３に提示したデータから、本発明のバインダ組成物は、典型的な製造条件下で硬化させ、繊維状絶縁製品のためのバインダとして良好な製品性能を達成し得ることが結論づけられた。
【００４５】
（例２４）
ハンドシートを様々なバインダ組成物を使用して作製した。９０：１０の質量比でＰＶおよび塩化アルミニウムを含む本発明のバインダ組成物（ＰＶＡと称する）を、対照ＭＤＣＡバインダ組成物と比較した。不織グラスファイバハンドシートを乾燥させ、４７５°Ｆで３分間硬化させた。各試料についての引張り強度を、周囲および高温／湿潤条件下で決定し、結果は図２０に示す。高温／湿潤条件は、９０°Ｆおよび９０％湿度で３０分間オートクレーブ中に試料を置くことを含む。
（例２５）
９０：１０の質量比でＰＶおよび塩化アルミニウムを含むバインダ組成物（ＰＶＡと称する）を使用するハンドシートを作製し、様々な温度で硬化させた。各試料についての引張り強度を、周囲および高温／湿潤条件下で決定した。高温／湿潤条件は、９０°Ｆおよび９０％湿度で３０分間オートクレーブ中に試料を置くことを含む。結果を図２１に示す。
【００４６】
（例２６）
実施例２５からの結果をＬＯＩについて補正するように調整した。引張り強度測定値／ＬＯＩについての結果を図２２に示す。
（例２７）
ハンドシートを様々なバインダ組成物を使用して作製した。９０：１０の質量比でＰＶおよび塩化アルミニウムを含む本発明のバインダ組成物（ＰＶＡと称する）を、対照ＭＤＣＡバインダ組成物と比較した。他の処方物は、ＭＤＣＡＰＶ＝マルトデキストリン、クエン酸およびポリビニルアルコール、ＰＶＣＡ＝ポリビニルアルコールおよびクエン酸、ＰＶＳｉ＝ポリビニルアルコールおよびケイ酸ナトリウムを含む。不織グラスファイバハンドシートを乾燥させ、４２５°Ｆで３分間硬化させた。各試料についての引張り強度を周囲および高温／湿潤条件下で決定した。次いで、引張り強度をＬＯＩについて補正した。高温／湿潤条件は、９０°Ｆおよび９０％湿度で３０分間オートクレーブ中に試料を置くことを含む。結果は、図２３に示す。
【００４７】
（例２８）
図２４は、対照ＭＤＣＡバインダならびにポリビニルアルコールを含む２種類の追加のバインダ、すなわち、ポリビニルアルコール、没食子酸、および塩化アルミニウム（ＰＶＧＡＡｌと称する）、ならびにポリビニルアルコール、没食子酸、硝酸鉄（ＰＶＧＡＦｅと称する）と比較した、本発明のバインダ組成物の剛性測定値を示すグラフである。
（例２９）
実施例２８で試験したバインダ組成物についての平均ＬＯＩを、図２５に示す。
（例３０）
実施例２８に記載されたバインダについての回復パーセントを、図２６に示す。
（例３１）〜（例３８）
一連のバインダ処方物を、様々な特性の比較試験のために調製した。バインダをミネラルウールに適用して、軽い密度の中入れ綿（すなわち、３ポンド／フィート3〜４ポンド／フィート3）を製造した。表４は、バインダの組成物および適用中のそれぞれのバインダの流速を示す。
【００４８】
【表４】
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流量は、設定点中に注入された水の速度（ガロン／分）を指す。ｉｎｃ  ｆａｎは、硬化中の絶縁材パックを通る気流速度の増加を指す。添加剤Ａおよび添加剤Ｂは、バインダ処方物の加工および流量を改善するための加工助剤として、それぞれ、ＳＰ６およびＳＰ６Ａに含まれる。
【００４９】
（例３１）
図２７は、表４に記載された８種類のミネラルウール中入れ綿のサグ測定値を示すグラフである。中入れ綿の寸法は、以下のとおりである：長さ＝４８インチ、幅＝１６インチ、厚さ＝３インチ。サグは、中入れ綿の１つの各端部を支持し、中入れ綿の中間点の撓み（インチ）を測定することによって決定する。高温／湿潤条件は、９０°Ｆおよび９０％相対湿度で３日間である。
（例３２）
引張り強さは、硬化中入れ綿を引き離すのに必要とされる力の測定値である。図２８は、表４に記載された８種類のミネラルウール中入れ綿の引張り強さ測定値を示すグラフである。
（例３３）
反発弾性は、中入れ綿の厚さを測定し、周囲または高温／湿潤条件のいずれかの下で所与の時間量の間ある特定の負荷で圧縮し、負荷を除去し、厚さを再測定することによって決定する。圧縮後の厚さを初期の厚さで除し、１００を乗じて、反発弾性％を得る。反発弾性は、軽い密度の中入れ綿以外は、回復と同様である。図２９は、表４に記載された８種類のミネラルウール中入れ綿の反発弾性測定値を示すグラフである。
【００５０】
（例３４）
圧縮強度は、その高さの１０％、中入れ綿（ポンド／フィート2）を圧縮するのに必要とされる力の量である。図３０は、表４に記載された８種類のミネラルウール中入れ綿の圧縮強度測定値を示すグラフである。
（例３５）
図３１は、表４に記載された８種類のバインダについてのバインダ固体の量を示すグラフである。
（例３６）
ある特定のバインダシステムは、貯蔵すると挙動が異なることが知られている。バインダプレミックスは多くの場合、比較的短い貯蔵寿命を有することが知られている。図３２は、貯蔵後に、２０％および２５％で適用された７０：３０ＰＶ／Ａｌ（ＮＯ3）3バインダシステムを用いて調製されたミネラルウールハンドシートについての引張り強度を示すグラフである。グラフからわかるように、２カ月後、本発明のバインダシステムは、性能の低下をほとんど、またはまったく示さなかった。
【００５１】
（例３７）
図３３は、貯蔵後、ＰＶ／Ａｌ（ＮＯ3）3バインダシステムを用いて調製されたミネラルウールハンドシートについての引張り強度を示すグラフである。引張り強度は、バインダの量（強熱減量により測定された）について補正する。
（例３８）
バインダ処方物から形成されたフィルムの動的機械分析（ＤＭＡ）は、フィルムのガラス転移温度（Ｔｇ）を評価するのに役立つツールである。Ｔｇのより高温へのシフトは、架橋を示す。図３４は、ＰＶＯＨ単独から形成されたフィルムのＤＭＡのプロットである。図３５は、ＰＶ／Ａｌ（ＮＯ3）3のＤＭＡのプロットである。Ａｌ（ＮＯ3）3を添加すると、フィルムのＴｇがより高い温度にシフトする。図３６は、ＰＶ／ＫＮＯ3のＤＭＡのプロットである。アルミニウムの代わりにカリウムを用いると、ＰＶＯＨフィルムにより近いＴｇがもたらされる。同様の測定を、酸性条件を模倣するようにリン酸を添加することによって行った。これも、ＰＶ／Ａｌ（ＮＯ3）3バインダシステムほど良好には働かなかった。これらの結果は両方とも、バインダシステムの全体的性能においてアルミニウムの役割が必要であることを示す。
【００５２】
例からわかるとおりに、本発明のバインダ組成物は、ある特定の場合に、従来のバインダシステムのものを満たすか、または超える性能を有する絶縁性製品を製造することができる。ある特定の場合では、硬化温度の低下は、製品の品質を改善したが、統計的に有意な性能変化は呈さなかった。加工助剤、例えば、ポリエチレングリコールおよびグリセロールの添加は、ある特定の試験で製品性能を改善した。概して、本発明のバインダシステムは、高温／湿潤条件下で試験した場合、性能を犠牲にしなかった。
本発明の一般的概念について、総称的に、また特定の実施形態に関して上述してきた。本発明は、一部の好ましい実施形態であると考えられるもので示してきたが、当業者に公知の多種多様な代替案が、より広い開示の範囲内で選択され得る。本発明は、以下に示される特許請求の範囲の記載以外に、別途限定されることはない。
【図１】
2019521264.tif 000009
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【国際調査報告】
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