(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
約１０〜約１００質量％のチョップトガラス繊維、
約０〜約９０質量％の合成繊維、及び
熱硬化性材料及び熱可塑性材料の混合物を含むバインダ樹脂並びにカップリング剤を含むバインダ組成物
を含む不織マットであって、
前記バインダ樹脂が、０を超え５０質量％までの熱硬化性材料及び５０以上１００質量％未満の熱可塑性材料を含み、
前記不織マットが、ガーレー剛性テスターで測定される、２０００〜７０００ｍｇｆのガーレー剛性を有する、
不織マット。
【請求項２】
前記マットが、約５０〜約９０質量％のチョップトガラス繊維及び約１０〜５０質量％の合成繊維を含む、請求項１に記載の不織マット。
【請求項３】
前記チョップトガラス繊維が、前記合成繊維とブレンドされている、請求項１又は２に記載の不織マット。
【請求項４】
前記合成繊維が、ポリプロピレン、ポリエステル、及びこれらの組合せのうちの少なくとも１つを含む、請求項１又は２に記載の不織マット。
【請求項５】
前記チョップトガラス繊維が、約０．６４〜約５．１ｃｍ(約０．２５〜約２．０ｉｎ)の長さを有する、請求項１又は２に記載の不織マット。
【請求項６】
前記合成繊維が、約１．３〜約５．１ｃｍ(約０．５〜約２．０ｉｎ)の長さを有するチョップト繊維である、請求項１に記載の不織マット。
【請求項７】
前記チョップトガラス繊維が、約５〜２０μｍの径を有する、請求項１又は２に記載の不織マット。
【請求項８】
前記合成繊維が、約１０〜１６μｍの径を有する、請求項１又は２に記載の不織マット。
【請求項９】
前記カップリング剤が、シランカップリング剤である、請求項１に記載の不織マット。
【請求項１０】
前記熱硬化性材料が、アクリル系材料、ウレアホルムアルデヒド材料、又はこれら２種の組合せのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の不織マット。
【請求項１１】
前記熱可塑性材料が、エチレン酢酸ビニルを含む、請求項１に記載の不織マット。
【請求項１２】
前記バインダ樹脂が、約７０〜約９０質量％の熱可塑性材料を含む、請求項１に記載の不織マット。
【請求項１３】
前記カップリング剤が、前記バインダ組成物中に約０．０５〜約１０質量％の量で存在する、請求項９〜１２の何れかに記載の不織マット。
【請求項１４】
前記バインダ組成物が、染料、オイル、フィラー、着色剤、水性分散液、UV安定剤、潤滑剤、湿潤剤、界面活性剤、及び帯電防止剤のうちの少なくとも１つを更に含む、請求項１又は２に記載の不織マット。
【請求項１５】
前記水性分散液が、酸化防止剤分散液である、請求項１４に記載の不織マット。
【請求項１６】
前記バインダ組成物が、スチレンモノマーに対して耐性である、請求項１又は２に記載の不織マット。
【請求項１７】
前記マットが、機械方向において少なくとも約１４ｋｇ(３０ｌｂ)の平均引張強さ及び横方向において少なくとも約９．１ｋｇ(２０ｌｂ)の平均引張強さを有する、請求項１又は２に記載の不織マット。
【請求項１８】
前記マットが、約２，０００〜約６，０００ｍｇｆのガーレー剛性を有する、請求項１又は２に記載の不織マット。
【請求項１９】
引抜成形された複合製品であって、
熱硬化性樹脂で含浸された、少なくとも１種のロービング、並びに
以下の成分を含む不織マット、
約１０〜約９５質量％のチョップトガラス繊維、
約５〜約９０質量％の合成繊維、及び
熱硬化性材料と熱可塑性材料との混合物を含むバインダ樹脂及びカップリング剤を含有するバインダ組成物、
を含み、
前記バインダ樹脂が、０を超え５０質量％までの熱硬化性材料及び５０以上１００質量％未満の熱可塑性材料を含み、
該不織マットが、ガーレー剛性テスターで測定される、２０００〜７０００ｍｇｆのガーレー剛性を有する、
前記複合製品。
【請求項２０】
前記不織マットが、約５０〜約９０質量％のチョップトガラス繊維及び約１０〜５０質量％の合成繊維を含む、請求項１９に記載の引抜成形された複合製品。
【請求項２１】
カップリング剤が、シランカップリング剤を含む、請求項１９又は２０に記載の引抜成形された複合製品。
【請求項２２】
前記熱硬化性材料が、アクリル系材料、ウレアホルムアルデヒド材料、又はこれら２種の組合せのうちの少なくとも１つを含む、請求項１９に記載の引抜成形された複合製品。
【請求項２３】
前記熱可塑性材料が、エチレン酢酸ビニルを含む、請求項１９又は２０に記載の引抜成形された複合製品。
【請求項２４】
前記不織マットが、機械方向において少なくとも約１４ｋｇ(３０ｌｂ)及び横方向において少なくとも約９．１ｋｇ（２０ｌｂ)の平均引張強さを有する、請求項１９又は２０に記載の引抜成形された複合製品。
【請求項２５】
前記不織マットが、約２，０００〜約６，０００ｍｇｆのガーレー剛性を有する、請求項１９又は２０に記載の引抜成形された複合製品。
【請求項２６】
石膏コア、及び
該石膏コアと結合された少なくとも一つの不織マット、
を含む石膏ウォールボードであって、該不織マットが、以下の成分、
約１０〜約９５質量％のチョップトガラス繊維、
約５〜約９０質量％の合成繊維、並びに
熱硬化性材料と熱可塑性材料との混合物を含むバインダ樹脂及びシランカップリング剤を含むバインダ組成物、
を含み、
前記バインダ樹脂が、０を超え５０質量％までの熱硬化性材料及び５０以上１００質量％未満の熱可塑性材料を含み、
該不織マットが、ガーレー剛性テスターで測定される、２０００〜７０００ｍｇｆのガーレー剛性を有する、石膏ウォールボード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願との相互引照］
本件特許出願は、「可撓性不織マット(Flexible Non-Woven Mat)」と題する、2013年10月16日付で出願された仮特許出願第61/891,564号の利益を主張するものであり、この仮特許出願を、言及によりここに組入れる。
【０００２】
本発明は、強化された物品を製造するための、改善された可撓性を持つ不織繊維マット、および改善された可撓性を持つ不織繊維マットの製法に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来の不織マットは、適当な樹脂バインダにより一緒に結合された繊維ウエブを含む。強化繊維、例えばガラス繊維は、様々な技術において有用であり、また例えばポリマーを強化するために、連続またはチョップトフィラメント、ストランド、ロービング、織布、不織布、メッシュ、およびスクリムの形状で使用することができる。強化ポリマー複合体は、ポリマーマトリックス材料、強化材料、および任意の他の成分から、様々な方法で形成し得る。このような複合体は、強化繊維を用いて形成され、該強化繊維は、寸法安定性および優れた機械的特性を、得られる複合体に与える。
例えば、ガラス繊維は、これらが一般的には大気条件における変化に応答して収縮または伸張しないことから、寸法安定性を与える。更に、ガラス繊維は、高い引張強さ、耐熱性、防湿性、および高い熱伝導性を持つ。
不織繊維マットは、引抜成形部品を形成するために、引抜成形工程において普通に使用されている。一般に、引抜成形は、繊維マットを適当な樹脂材料で含浸し、また該含浸マットを加熱ダイに通すことを含む。該含浸されかつ固化されたマットを該加熱ダイに通すことによって、該マットを所望の形状に成形することができ、また樹脂は硬化されて、該マットを一緒に維持する。次いで、該加熱ダイを出る該複合部品は、所定の長さに裁断される。
上記引抜成形工程の連続的性質は、好都合なことに任意の所望の長さを持つ複合体の製造を可能とする。しかし、該引抜成形工程に関連する多数の問題がある。その一つの問題は、その樹脂浴にある。熱硬化性樹脂が、しばしば使用され、該樹脂は、一般的に揮発性で不飽和のモノマー、例えばスチレンおよび/またはメチルメタクリレートの使用を必要とする。スチレンは強力な溶媒であり、また上記強化マットに適用されたバインダを容易に膨潤し、かつ分解する。該バインダのこのような分解は、該繊維マットを脆性化し、また該引抜成形工程中に遭遇する強力な引張力に耐えることができない可能性がある。
【０００４】
バインダで被覆された連続フィラメントマットおよびチョップトストランドマット両者は、上記引抜成形工程において使用し得る。連続フィラメントマットは可撓性で適合性であり、かつスチレンに対する優れた耐性を持つが、これらは数種の欠点を有している。例えば、連続フィラメントマットは、製造に経費が掛かり、その理由は、該連続フィラメントマットの製造が、例えば約15〜約23m/分(50〜75f/分(fpm))という低速度にて起こることにある。加えて、連続フィラメントマットの利用は、該マットを形成している長いガラスストランドのために、貧弱な表面仕上げ状態を持つ積層体を与える。更に、連続フィラメントマットは高密度であり、また最終的な部品に質量増を付加し、これらは望ましからぬ特徴となる恐れがある。
対照的に、チョップトストランドマットは、製造がより高速(即ち、約152〜約457m/分(500〜1,500fpm))で起こることから、連続フィラメントマットよりも製造に経費が掛からない。その上、チョップトストランドマットは、本質的に十分に分散された繊維であり、これらは該引抜成形された部品に、連続フィラメントマットよりも平滑な外観を与える。更に、チョップトストランドマットは、有利にも、上記積層体に大きな質量を付加することなしに、「空間充填性(space filling)」である。これら有益な属性にも拘らず、チョップトストランドマットは、熱硬化性バインダのせいで極めて剛性であり、またその結果として複雑な形状に成形することが困難である可能性がある。その上、該チョップトストランドマットの剛性は、顧客にとって望ましくない可能性のある感触の原因となる。
従って、成形して複雑な形状とするのに十分に可撓性であり、そのマトリックス樹脂と相溶性であり、かつ軽量であり、しかも引抜成形および石膏ウォールボードの製造等といった下流側処理において満足に使用し得るように、十分な強度特性をも持つ不織マットに対する要求がある。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の幾つかの典型的態様において、不織チョップトストランドマットの物理的特性が、適当な繊維設計との組合せで使用するための、良好な可撓性に加えて優れた引張強さを持つバインダ組成物を処方することにより改善される。
本発明の様々な典型的態様においては、可撓性不織チョップトストランドマットが提供され、これは約10〜約100質量％のガラス繊維および約0〜約90質量％の合成繊維を含む。該不織チョップトストランドマットは、更にバインダ樹脂およびシランカップリング剤を含有するバインダ組成物を含んでいる。
本発明の更なる典型的態様によれば、上記合成繊維はポリプロピレン、ポリエステル、およびこれらの組合せの内の少なくとも1種を含むことが分かった。
本発明の様々な典型的態様によれば、上記バインダ樹脂は、熱硬化性材料、熱可塑性材料、またはこれらの組合せの少なくとも1種を含む。幾つかの典型的な態様は、熱硬化性および熱可塑性材料の混合物、例えばアクリル系材料、ウレアホルムアルデヒド材料、またはこれらの組合せの内の1種またはそれ以上とエチレン酢酸ビニルとの混合物を含む。本発明の幾つかの典型的な態様は、約50〜100質量％の熱可塑性材料および0〜約50質量％の熱硬化性材料を含むバインダ樹脂を含有する。
本発明の様々な典型的態様によれば、上記可撓性不織マットにおいて使用される上記バインダ組成物は、スチレンモノマーに対して耐性である。
幾つかの典型的態様において、上記可撓性不織チョップトストランドマットは、機械方向において少なくとも約14kg(30lb)および横方向において少なくとも約9.1kg(20lb)の平均機械方向引張強さを持つ。「機械方向(machine direction)」により、製造中に該マットが移動する方向と一致する方向を意味する。該マットは、更に約2,000〜約7,000ミリグラム力(milligrams of force; mgf)という、ガーレー剛性テスターで測定されたMD(機械方向)ガーレー剛性を持つことができる。
【０００６】
本発明の様々な典型的態様においては、引抜成形された複合製品が提供される。該引抜成形された複合製品は、熱硬化性樹脂で含浸された複数のロービングおよび可撓性不織チョップトストランドマットを含む。該可撓性不織マットの様々な典型的側面は、約10〜約95質量％のガラス繊維と約5〜約90質量％の合成繊維との混合物を含む。該不織チョップトストランドマットは、更にバインダ樹脂およびシランカップリング剤を含有するバインダ組成物を含む。
その上、本発明の更なる典型的態様によれば、上記バインダ樹脂は、熱硬化性材料、熱可塑性材料、またはこれらの組合せの内の少なくとも1種を含むことができる。該バインダ樹脂の幾つかの典型的態様は、熱硬化性および熱可塑性材料の混合物、例えばアクリル系材料、ウレアホルムアルデヒド材料、またはこれらの組合せの1種またはそれ以上と、エチレン酢酸ビニルとの混合物を含む。該バインダ樹脂の幾つかの典型的態様は、約50〜約100質量％の熱可塑性材料および0〜約50質量％の熱硬化性材料を含む。
本発明の更に別の典型的態様においては、石膏ウォールボードが提供される。該石膏ウォールボードは、石膏コアおよび少なくとも1種の可撓性不織マットを含む。上記可撓性不織チョップトストランドマットに係る幾つかの典型的態様は、約10〜約95質量％のガラス繊維と約5〜約90質量％の合成繊維との混合物を含む。該不織マットは、更にバインダ樹脂とシランカップリング剤とを含むバインダ組成物を含有する。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
様々な典型的態様がここにおいて説明され、または示唆されているが、ここにおいて説明されあるいは示唆されているものと同様なまたは等価な、様々な方法および材料を利用するその他の典型的態様が、一般的な本発明の概念に含められる。
別途に定義されていない限り、ここにおいて使用される全ての技術的および科学的用語は、本発明の属する分野における当業者により普通に理解されているものと同様な意味を持つ。この点に関連して、特段の指示がない限り、本件文書に与えられている成分の濃度は、慣習的な実務を踏まえて、マスターバッチまたは濃縮物中のこれら成分の濃度を意味する。
上記一般的な本発明の概念は、改善された特性を持つ可撓性不織チョップトストランドマット(一般的には、不織マット)に関する。幾つかの典型的態様において、該可撓性不織マットは、明らかに、改善された機械的強度、例えば高い機械方向引張強さおよび横方向引張強さを示し、一方で改善された可撓性をも示す。本発明の不織マットに係る柔軟性および可撓性は、下流側処理、例えば複雑な形状を持つ引抜成形製品の形成および/または石膏ウォールボードの製造を改善する。更に、様々な典型的態様によれば、本発明の可撓性不織マットは、引抜成形工程において使用される樹脂処方物中に存在する可能性のある、スチレンおよびポリエステルに対して耐性である。
本発明に係る幾つかの典型的態様は、例えば引抜成形工程および石膏ウォールボードの成形等の様々な下流側処理において利用することのできる可撓性不織マットに係る。該不織マットは、極めて良好な可撓性を含む多数の属性により特徴付けられる。例えば、幾つかの典型的態様において、該不織マットは、明らかに6,000mgf未満、または5,000mgf未満の低い剛性を示す。この剛性レベルは、7,000mgf近傍の剛性を持つ従来の不織マットよりも大幅に減じられている。
【０００８】
本発明の可撓性不織マットは、任意のガラス繊維、合成繊維、またはこれらのブレンドを包含する複数の繊維を含むことができる。該ガラス繊維は、任意の型のガラスから製造し得る。ガラス繊維の例は、A-型ガラス繊維、C-型ガラス繊維、E-型ガラス繊維、S-型ガラス繊維、ECR-型ガラス繊維(例えば、オーエンスコーニング(Owens Corning)社から市販品として入手できるアドバンテックス(AdvantexTM)ガラス繊維)、ハイパーテックス(Hiper-texTM)、ウールガラス繊維、およびこれらの組合せを含む。鉱物繊維、炭素繊維、セラミック繊維、天然繊維、および/または合成繊維等の他の強化繊維の、該不織マットにおける使用は、同様に一般的な本発明の概念の範囲内にあるものと考えられる。本発明との関連で使用されるような該用語「天然繊維」とは、茎、種子、葉、根、または師管部を含むがこれらに限定されない、植物の任意の部分から抽出される植物繊維を意味する。該強化繊維材料として用いるのに適したものであり得る天然繊維の例は、玄武岩、綿、ジュート、竹、ラミー、バガス、ヘンプ、コイア、リネン、ケナフ、サイザルアサ、亜麻、ヘネケアサ、およびこれらの組合せを含む。ここにおいて使用するような用語「合成繊維」とは、適当な強化特性を持つ任意の合成(man-made)繊維、例えばポリエステル、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、アラミドおよびポリアラミド繊維、並びにこれらの組合せを表すことを意味する。
幾つかの典型的な態様において、本発明による不織マットを形成するのに使用される上記繊維は、ガラス繊維と合成樹脂繊維、例えばポリマー繊維とのブレンドを含む。様々な典型的な態様によれば、該ポリマー繊維は、ポリプロピレン、ポリエステル、またはこれらの組合せから製造された繊維を含む。幾つかの典型的な態様において、該ポリマー繊維は、ポリエチレンテレフタレート(PET)から形成される。
【０００９】
幾つかの典型的な態様において、本発明による不織マットを形成するのに使用される上記繊維は、約10〜約100質量％のガラス繊維および約0〜約90質量％のポリマー繊維のブレンドを含む。その他の典型的な態様において、該繊維は、約50〜約90質量％のガラス繊維と約10〜約50質量％のポリマー繊維とのブレンド、あるいは約75〜約90質量％のガラス繊維と約10〜25質量％のポリマー繊維とのブレンドを含む。
上記ガラス繊維は、当業者には公知の従来法によって形成し得る。例えば、該ガラス繊維は、連続式製造法により形成でき、該方法においては、溶融ガラスが「ブッシュ」の孔に通され、それにより形成される溶融ガラスの流れが固化されて、フィラメントとなり、また該フィラメントは一緒に結合されて、繊維、「ロービング」、「ストランド」等を形成する。
上記ガラス繊維が上記ブッシュから引抜かれた後、水性サイジング組成物(サイズとも呼ばれる)が、場合により該繊維に適用される。該サイジング組成物は制限されず、また当業者には公知の任意のサイズ剤であり得る。一般に、サイジング組成物は、磨耗による損傷から該繊維を保護するための潤滑剤、該繊維が使用されることになる複合体の本体またはマトリックスを形成するポリマーに対する該繊維の結合を助けるためのフィルム-形成樹脂、および該ガラス繊維の表面に対する該フィルム-形成樹脂の付着性を改善するためのカップリング剤を含んでいる。該サイジング組成物は、従来法によって、例えば塗りロールにより、あるいは該サイズを該繊維上に直接吹付けることにより適用し得る。該サイズは、例えば該ガラス繊維をその後の加工中の破壊から保護し、フィラメント間の磨耗を遅らせるのに役立ち、該ガラス繊維ストランドの保全性を保証し、該ストランドを形成する該ガラスフィラメントの相互連結を促進する。
【００１０】
上記ガラス繊維を上記サイジング組成物で処理した後、該繊維を裁断し、また引続き加工して、以下に記載するような湿式堆積された不織マットとするために、チョップトストランドガラスとして包装することができる。幾つかの典型的態様において、該チョップト繊維は、約1.3cm(約0.5in)〜約5.1cm(約2.0in)、または約2.5cm(約1.0in)〜約3.8cm(約1.5in)の長さを持つことができる。該チョップト繊維は、該不織マット内で相互に変動する長さを持つことができる。
その上、上記繊維は、約5μm〜約20μm、または約10μm〜約16μmの径を持つことができる。上記チョップト繊維は、上記不織マット内で相互に変動する長さを持つことができる。
上記繊維の長さおよび/または径を減じることにより、該繊維から形成される不織マットの靭性を改善し得ることが見出された。この靭性における改善は、同一の基本重量(basic weight)構成の下で、より微細かつより短い繊維について起る、高い界面結合に起因するものであり得る。高い靭性へと導く界面結合は、応力集中および亀裂伝播を逸らせるのに役立つ。しかし、微細な繊維は、より良好な引張強さと共により密着したマットを生成することができるが、より微細な繊維は、通気性の喪失および低い樹脂浸透性をもたらす傾向がある。従って、引抜成形用途は、該樹脂がマットを介して浸透するのに十分に開放状態にあることを必要とするので、ここで使用するための繊維を形成する場合、靭性の実現と通気性の実現との間で釣合を達成する必要がある。該繊維は、均一な長さおよび/または径を持つものであり得、または該繊維は、特定の用途に対して望まれる如く、様々な長さおよび/または径を持つことができる。
【００１１】
上記可撓性不織マットは、乾式堆積法および湿式堆積法を包含する様々な方法により形成し得る。幾つかの典型的態様において、該不織マットは、湿式堆積法で形成され、該方法は、攪拌と共に、様々な成分、例えば水、界面活性剤、粘度調整剤、消泡剤、潤滑剤、殺生物剤、および/またはその他の化学薬剤で満たされた混合タンクにおける個々の繊維の水性分散液またはスラリー(しばしばホワイトウォーター(white water)と呼ばれる)を形成して、チョップトガラス繊維スラリーを形成する工程を含む。該スラリーが均一なまたはほぼ均一な繊維分散液を与えるように、十分に攪拌されることが望ましい。
次いで、上記水性繊維分散液またはスラリーを、当分野において公知の任意数の従来法に従って処理して、湿式堆積されたマットとすることができる。例えば、該水性繊維スラリーは、移動するスクリーンまたはコンベア上に堆積され、該スクリーンまたはコンベア上で、その水の大部分が、これを介して排液されて、ランダムに配向された繊維ウエブが残される。該繊維ウエブを、更に真空スロットまたは他の乾燥手段によって乾燥させることが可能である。
次に、従来法で、例えば流し塗り、吹付け、ツインワイヤ(twin wire)浸漬浴、ツーロールパダー(two roll padder)等により、バインダ組成物を該繊維ウエブに適用することができる。次いで、水、過剰量のバインダ、および過剰量のカップリング剤は、真空またはその他の水除去手段により除去することができる。最後に、該バインダ塗付された繊維製品は、1またはそれ以上のオーブン内で乾燥し、かつ硬化することができる。乾燥のための典型的温度範囲は、218℃(約350°F)〜304℃(約600°F)である。該乾燥されかつ硬化された製品は、完成された不織可撓性マットである。
【００１２】
本発明の様々な局面によれば、一度上記バインダが硬化された後に、該バインダが極めて良好な機械的強度(少なくとも約36kg(80lb)の全引張強さ)、可撓性(5,000mgf未満のガーレー剛性)、および耐溶剤性(少なくとも60％のスチレン保留性)を付与することができるように、上記バインダ組成物が処方される。
幾つかの典型的態様において、上記バインダ組成物は、バインダ樹脂材料、カップリング剤、および1種またはそれ以上の随意の添加剤を含む。該バインダ樹脂は、熱硬化性材料、熱可塑性材料、または熱硬化性と熱可塑性材料との混合物であり得る。該熱硬化性材料は、例えばアクリル系材料、ウレアホルムアルデヒド材料、またはこれら2種の材料の組合せを含むことができる。幾つかの典型的態様において、該アクリル系材料は、10,000またはそれ未満の分子量を持つ低分子量ポリアクリル酸等のポリアクリル酸である。該熱硬化性材料は、一旦適当な硬化条件下で架橋されると、良好な引張性能および耐溶剤性を与え、様々な用途におけるマットの保全性を維持するのに役立つ。幾つかの典型的態様において、該熱可塑性材料は、低いTg(即ち、-15℃以下)を持つ任意の熱可塑性材料、例えばエチレン酢酸ビニル(「EVA」)を含むことができる。幾つかの典型的態様において、このEVAは、デュル-O-セット(Dur-O-SetTM) E-646を含む。該熱可塑性材料は、自己架橋性であり、また可撓性マットに必要とされる柔軟性を与えることができる。
【００１３】
異なる官能性(例えば、熱硬化性および熱可塑性)を持つ樹脂を含むバインダ組成物を処方することによって、繊維強化マットに対して改善された特性を付与することが可能となる。特に、この様な特性の組合せは、上記不織マットを、難易度の高い用途における、例えば引抜成形用途における、連続フィラメントマットの代わりとしての使用を可能とし得る。幾つかの典型的なバインダ組成物は、約0〜約50質量％の熱硬化性材料、例えばポリアクリル酸および約50〜約100質量％の熱可塑性材料、例えばEVAを含む。その他の典型的な態様において、該バインダ組成物は、約15〜約30質量％のポリアクリル酸および約70〜約85質量％のEVAを含む。
幾つかの典型的態様において、上記バインダ樹脂は、上記バインダ組成物中に、全バインダ組成物の約90％〜約99質量％の量で、および典型的態様においては、約97％〜約99質量％の量で存在し得る。ここにおいて使用するように、「質量％」および「該組成物の質量％」との表現は、該組成物の全成分の内の質量％を示すことを意味する。
上記バインダ組成物は、更にカップリング剤をも含むことができる。ここに記載される該カップリング剤は、本来的に典型的なものであり、また当業者にとって公知の任意の適当なカップリング剤が、本明細書において記載され、あるいはまた示唆されている典型的態様の何れかにおいて利用し得る。幾つかの典型的態様において、該カップリング剤または複数のカップリング剤は、該バインダ組成物中に、該バインダ組成物全体の、約0.05％〜約10.0質量％の量で、およびその他の典型的態様においては、約0.1％〜約3.0質量％の量で存在し得る。様々な典型的態様は、約0.2質量％のカップリング剤を含む。上記強化繊維の表面とその周囲のマトリックスとをカップリングするというこれ等の役割以外に、カップリング剤は、同様に、その後の加工中の毛羽立ち、あるいは破壊された繊維フィラメントのレベルを減じる機能をも果たす。
【００１４】
幾つかの典型的態様において、上記カップリング剤の少なくとも1種は、シランカップリング剤である。適当なシランカップリング剤は、アミン(一級、二級、三級、および四級)、アミノ、イミノ、アミド、イミド、ウレイド、またはイソシアナト等の、1種またはそれ以上の官能基を持つ、1または2以上の窒素原子を含むシランを含むことができる。また、適当なシランカップリング剤は、アミノシラン、シランエステル、ビニルシラン、メタクリルオキシシラン、エポキシシラン、硫黄シラン(sulfur silanes)、ウレイドシラン、およびイソシアナトシランを含むが、これらに限定されない。本発明において使用するための、シランカップリング剤の具体的かつ非限定的な例は、γ-メタクリルオキシプロピル-トリメトキシシラン(A-174)、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン(A-1100)、n-フェニル-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン(Y-9669)、n-トリメトキシ-シリル-プロピル-エチレン-ジアミン(A-1120)、メチル-トリクロロシラン(A-154)、γ-クロロプロピル-トリメトキシ-シラン(A-143)、ビニル-トリアセトキシシラン(A-188)およびメチルトリメトキシシラン(A-1630)を含む。
上記バインダ組成物は、場合により追加の成分、例えば染料、オイル、フィラー、着色剤、水性分散液、UV安定剤、潤滑剤、湿潤剤、界面活性剤、粘度調整剤、および/または帯電防止剤を含むことができる。該水性分散液は、酸化防止剤分散液を含むことができ、該酸化防止剤分散液は老化を原因とする該バインダ組成物による酸化作用を抑制する。典型的な一酸化剤分散液は、アクロンディスパージョンズ社(Akron Dispersions, Inc.)からのボステックス(Bostex) 537を含む。該酸化剤分散液は、0〜約5質量％、または約0.5〜約3質量％の量で含めることができる。幾つかの典型的態様は、約1.8質量％の酸化剤分散液を含む。添加剤は、該バインダ組成物中に、該バインダ組成物の約0.0％〜約10質量％の量で含まれていてもよい。
【００１５】
幾つかの典型的態様によれば、上記バインダ組成物は、更に上記強化繊維に適用するための上記成分を溶解しまたは分散するための水を含む。水は、該水性バインダ組成物を該強化繊維に適用するのに適当な粘度にまで、該組成物を希釈するのに十分な量で添加することができる。例えば、該バインダ組成物は、該バインダ組成物の約50％〜約75質量％の水を含むことができる。
本発明の結合されたマットは、約25〜75mmの範囲、または約30〜約60mmという平均の厚みを持つことができる。
ガラスおよび/または合成繊維の適当なブレンドとの組合せで、柔軟であるが強力なバインダ組成物を含むことは、改善された加工能力を持つ可撓性不織マットを生成し、該改善された加工能力は、引抜成形工程、平滑な石膏マットの形成、およびこれまで不織マットが不相応であった他の関連する用途における使用を容易化する。一旦該バインダが硬化されると、これは、改善された機械的強度(例えば、機械方向および横方向の引張強さ両者)、可撓性および耐溶剤性等の付随的な特徴を付与する。
幾つかの典型的態様において、上記可撓性不織マットは、その機械方向において少なくとも約14kg(30 lb)およびその横方向において少なくとも約9.1kg(20 lb)の平均引張強さを持つ。幾つかの典型的態様において、該可撓性不織マットは、少なくとも約23kg(50 lb)の機械方向引張強さおよび少なくとも約14kg(30 lb)の横方向引張強さを持つ。該可撓性不織マットは、更に少なくとも約23kg(50 lb)または少なくとも約36kg(80 lb)の全引張強さ(機械方向+横方向)を持つことができる。
上述の如く、上記不織マットは改善された可撓性を有し、該可撓性はガーレー剛性テスターを用いて測定することができる。幾つかの典型的態様において、該不織マットは、約2,000〜約7,000mgf、または約2,500〜約6,000mgfの、および他の典型的態様においては5,000mgf未満のガーレー剛性を持つ。
【００１６】
上記可撓性不織マットを、様々な下流側工程において使用して、様々な最終製品を形成し得る。幾つかの典型的態様において、該可撓性不織マットは、引抜成形工程を通して複合製品を形成するのに使用される。幾つかの典型的態様において、該引抜成形工程は、熱硬化性樹脂の浴内に、ロービングおよび少なくとも1種の不織マットを供給することを含み、ここで該ロービングは、拡幅ロール(spreader bar)上を移動し、該拡幅ロールは、該樹脂を該繊維内に含浸させるのに役立つ。該ロービングは、ガラス、グラファイト、ホウ素、ポリアラミド繊維、またはその他の同様な繊維で作ることができる。好ましくは、該ロービングはガラス繊維から製造される。
一旦上記ロービングが上記樹脂で十分に含浸されると、該ロービングおよび上記不織マットは、上記樹脂浴を出、また加熱された成形ダイに入る前に、予備成型機によって所定の形状または形材に予備成形される。該予備成形された形状を持つ該ロービングおよび不織マットは、その部分が該加熱された成形ダイを通過する際に、連続的に加熱されることにより硬化されて、該複合体の所定の形状となる。一対のキャタピラロールを使用して、該浴、予備成型機、および/または加熱されたダイを通して、該ロービングおよびマットを引抜くことができる。次いで、該加熱されたダイを出る該複合部品は、裁断機によって所定の長さに裁断される。このようにして、該連続ロービングの繊維は、ポリマー樹脂で含浸され、該マットは該ポリマー樹脂で被覆され、また該繊維およびマットは、該複合体の所定形状に形作られ、かつ裁断されて、引抜成形された部品を形成する。該引抜成形部品に対して、該ロービングは長手方向の引張強さを付与し、また該不織マットは横方向の引張強さを付与する。
【００１７】
本明細書において論じた如く、上記バインダ組成物は、引抜成形工程において使用される熱硬化性樹脂中に普通に見られるスチレンモノマーに対する改善された耐性を与える。この高いスチレンに対する耐性は、本発明の可撓性マットを、引抜成形工程に対してより一層適したものとする。本明細書において論じたように、スチレンモノマーは強力な溶剤であり、また該バインダを膨潤および分解するように作用し、それにより該マットの連続性を脆弱化する恐れがある。スチレンモノマーに対して耐性の可撓性不織マットを提供することにより、該可撓性不織マットおよび結果としてこれを組込んで得られる引抜成形部品は、その長手方向並びにその横方向における引張強さを維持する。
また、上記可撓性不織マットは、その他の工程、例えば建築において高頻度で使用される石膏ウォールボードおよび/または石膏パネルの製造において使用することもできる。表面材層(facing layers)間に挟まれた石膏コアで作られたウォールボードは、居住建設物および商業建設物両者用の内部壁および天井として、建設工業において普通に使用されている。該石膏コアは、典型的に石膏、場合により幾分かの湿潤チョップトガラス繊維、耐水性化学薬品、バインダ、促進剤、および低密度フィラーを含む。当分野において、繊維状ベール等の表面材料の連続層を準備し、また該表面材料の一表面上に石膏スラリーを堆積することにより石膏ボードを形成することは、当分野において公知である。次に、表面材料の第二の連続層を、該石膏スラリーの反対側表面に適用する。このようにして、該石膏スラリーを、表面材料の対向する層間に挟む。次に、該挟まれた石膏スラリーを、所定の厚みに調節し、かつ乾燥して、該石膏コアを硬化させ、かつ石膏ボードを形成する。次に、該石膏ボードを、最終用途用の予め決められた寸法(例えば、長さ)に裁断することができる。ガラス繊維は、石膏ウォールボードの製造において普通に使用し、その製品の引張強さおよび引裂強さを改善する。
様々な典型的態様によれば、上記可撓性不織マットを、石膏ウォールボードにおける仕上げ材として使用して、水分の存在下での高められた寸法安定性、高められた生物学的抵抗性、高められた通気性、および紙またはその他のセルロース系表面材料で表面仕上げされた従来の石膏ボードよりも高い物理的および機械的特性、例えばより良好な強度および耐久性を与えることができる。
【００１８】
本発明の様々な典型的態様を開示することによって一般的な本発明の概念を、一般的に紹介してきたが、以下に示される特定の具体的な例を参照することにより、更なる理解を得ることができ、該以下に示される例は、例示の目的でのみ与えられるものであり、かつ該一般的な本発明の概念全てを包含するものでも、あるいはまたこれらを限定するものでもない。
【実施例】
【００１９】
本発明を、より一層十分に説明するために、以下の実施例を提供する。
【００２０】
実施例1
3種の不織マットを、従来の湿式堆積被覆法により製造した。ここにおいて、チョップトガラス繊維は、水性スラリーの形状で移動するスクリーン上に堆積された後に、バインダ組成物の水性分散液で被覆され、次いで乾燥され、かつ硬化された。各マットは、同一の強熱減量(LOI)および基本重量(base weight)を持つ、約3.18cm(1.25”) M繊維(16μm径)を用いて製造した。各マットに適用された該バインダ組成物は、変動する比の熱可塑性/熱硬化性成分を含んでいた。その第一のマットに係るバインダは、100％のポリアクリル酸を含み、その第二のマットに係るバインダは、75％のポリアクリル酸および25％のエチレン酢酸ビニルを含み、またその第三のマットに係るバインダは、50％のポリアクリル酸および50％のエチレン酢酸ビニルを含んでいた。各組成物は、約252℃(485°F)にて硬化された。
次に、この様にして得た上記ガラス繊維マットを、最大曲げ強さおよびガーレー剛性についてテストし、該マットの曲げ抵抗性/剛性を決定した。
得られた結果を以下の表1に示す：
【００２１】
0006550383.tif 000002
【００２２】
表1に示した如く、不織マットの可撓性は、上記バインダ組成物中のEVAの量における増大に伴って向上する。例えば、バインダ組成物中に25質量％のEVAを含めることにより、7,000mgf未満のガーレー剛性を持つ可撓性マットが製造でき、また該バインダ組成物中に50質量％のEVAを含めることにより、5,000mgf未満のガーレー剛性を持つ不織マットが製造できる。
【００２３】
本発明の数個の典型的な、僅かに数例の態様のみが本明細書において記載されたが、多くの変更が、上記一般的な本発明の概念に係る精神および範囲から逸脱することなしに行うことができるものと理解すべきである。全てのこのような変更が、本発明および関連する一般的な本発明の概念の範囲内に含まれるものと意図されており、これらは添付された特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
本発明の好ましい態様は、下記の通りである。
〔１〕約１０〜約１００質量％のチョップトガラス繊維、
約０〜約９０質量％の合成繊維を含む、不織マット。
〔２〕熱硬化性材料及び熱可塑性材料の混合物並びにカップリング剤を含み、前記不織マットが高められた可撓性及び引張強さを有する、バインダ組成物。
〔３〕前記マットが、約５０〜約９０質量％のチョップトガラス繊維及び約１０〜５０質量％の合成繊維を含む、前記〔１〕に記載の不織マット。
〔４〕前記チョップトガラス繊維が、前記合成繊維とブレンドされている、前記〔１〕又は〔２〕に記載の不織マット。
〔５〕前記合成繊維が、ポリプロピレン、ポリエステル、及びこれらの組合せのうちの少なくとも１つを含む、前記〔１〕〜〔３〕の何れかに記載の不織マット。
〔６〕前記チョップトガラス繊維が、約０．６４〜約５．１ｃｍ(約０．２５〜約２．０ｉｎ)の長さを有する、前記〔１〕〜〔４〕の何れかに記載の不織マット。
〔７〕前記合成繊維が、約１．３〜約５．１ｃｍ(約０．５〜約２．０ｉｎ)の長さを有する、チョップト繊維である、前記〔１〕〜〔５〕の何れかに記載の不織マット。
〔８〕前記チョップトガラス繊維が、約５〜２０μｍの径を有する、前記〔１〕〜〔６〕の何れかに記載の不織マット。
〔９〕前記合成繊維が約１０〜１６μｍの径を有する、前記〔１〕〜〔７〕の何れかに記載の不織マット。
〔１０〕前記カップリング剤がシランカップリング剤である、前記〔１〕〜〔８〕の何れかに記載の不織マット。
〔１１〕前記熱硬化性材料がアクリル系材料、ウレアホルムアルデヒド材料、又はこれら２種の組合せのうちの少なくとも１つを含む、前記〔１〕に記載の不織マット。
〔１２〕前記熱可塑性材料がエチレン酢酸ビニルを含む、前記〔１〕に記載の不織マット。
〔１３〕前記バインダ樹脂が、約５０〜約１００質量％の熱可塑性材料、及び約０〜約５０質量％の熱硬化性材料を含む、前記〔１〕に記載の不織マット。
〔１４〕前記バインダ樹脂が、約７０〜約９０質量％の熱可塑性材料、及び約０〜約５０質量％の熱硬化性材料を含む、前記〔１３〕に記載の不織マット。
〔１５〕前記カップリング剤が、前記バインダ組成物中に約０．０５〜約１０質量％の量で存在する、前記〔１０〕〜〔１４〕の何れかに記載の不織マット。
〔１６〕前記バインダ組成物が、染料、オイル、フィラー、着色剤、水性分散液、UV安定剤、潤滑剤、湿潤剤、界面活性剤、及び帯電防止剤のうちの少なくとも１つを更に含む、前記〔１〕〜〔１５〕の何れかに記載の不織マット。
〔１７〕前記水性分散液が、酸化防止剤分散液である、前記〔１６〕に記載の不織マット。
〔１８〕前記バインダ組成物が、スチレンモノマーに対して耐性である、前記〔１〕〜〔１７〕の何れかに記載の不織マット。
〔１９〕前記マットが、機械方向において少なくとも約１４ｋｇ(３０ｌｂ)の平均引張強さ及び横方向において少なくとも約９．１ｋｇ(２０ｌｂ)の平均引張強さを有する、前記〔１〕〜〔１８〕の何れかに記載の不織マット。
〔２０〕前記マットが、約２，０００〜約６，０００ｍｇｆのガーレー剛性を有する、前記〔１〕〜〔１９〕の何れかに記載の不織マット。
〔２１〕引抜成形された複合製品であって、
熱硬化性樹脂で含浸された、少なくとも１種のロービング、並びに
以下の成分を含む不織マット、
約１０〜約９５質量％のチョップトガラス繊維、
約５〜約９０質量％の合成繊維、及び
熱硬化性材料と熱可塑性材料との混合物及びカップリング剤を含有するバインダ組成物、
を含み、該不織マットが高められた可撓性及び引張強さを有する、前記複合製品。
〔２２〕前記不織マットが、約５０〜約９０質量％のチョップトガラス繊維及び約１０〜５０質量％の合成繊維を含む、前記〔２１〕に記載の引抜成形された複合製品。
〔２３〕カップリング剤がシランカップリング剤を含む、前記〔２１〕〜〔２２〕の何れかに記載の引抜成形された複合製品。
〔２４〕前記熱硬化性材料がアクリル系材料、ウレアホルムアルデヒド材料、又はこれら２種の組合せのうちの少なくとも１つを含む、前記〔２１〕に記載の引抜成形された複合製品。
〔２５〕前記熱可塑性材料がエチレン酢酸ビニルを含む、前記〔２１〕〜〔２４〕の何れかに記載の引抜成形された複合製品。
〔２６〕前記不織マットが、機械方向において少なくとも約１４ｋｇ(３０ｌｂ)及び横方向において少なくとも約９．１ｋｇ（２０ｌｂ)の平均引張強さを有する、前記〔２１〕〜〔２５〕の何れかに記載の引抜成形された複合製品。
〔２７〕前記不織マットが、約２，０００〜約６，０００ｍｇｆのガーレー剛性を有する、前記〔２１〕〜〔２６〕の何れかに記載の引抜成形された複合製品。
〔２８〕石膏コア、及び
該石膏コアと結合された少なくとも一つの不織マット、
を含み、該不織マットが、以下の成分、
約１０〜約９５質量％のチョップトガラス繊維、
約５〜約９０質量％の合成繊維、並びに
熱硬化性材料と熱可塑性材料との混合物及びシランカップリング剤を含むバインダ組成物、
を含み、該不織マットが高められた可撓性及び引張強さを有する、石膏ウォールボード。