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KR20140010420A - 바이오-기반 바인더를 가지는 절연 제품 - Google Patents

바이오-기반 바인더를 가지는 절연 제품 Download PDF

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KR20140010420A
KR20140010420A KR1020137025860A KR20137025860A KR20140010420A KR 20140010420 A KR20140010420 A KR 20140010420A KR 1020137025860 A KR1020137025860 A KR 1020137025860A KR 20137025860 A KR20137025860 A KR 20137025860A KR 20140010420 A KR20140010420 A KR 20140010420A
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KR
South Korea
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product
binder composition
acid
binder
insulation
Prior art date
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KR1020137025860A
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English (en)
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KR101920099B1 (ko
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크리스토퍼 엠 호킨스
헤수스 마누엘 헤르난데스-토레스
량 천
에드워드 앨런 마틴
제이콥 차코
Original Assignee
오웬스 코닝 인텔렉츄얼 캐피탈 엘엘씨
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Publication date
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Abstract

섬유 절연 제품은 탄수화물과 가교제를 포함하는 수성 바인더 조성물을 갖는다. 예시적 실시형태에서, 탄수화물 기반 바인더 조성물은 또한 촉매, 커플링제, 프로세스 보조제, 가교 밀도 증가제, 증량제, 내습제, 분진 제거 오일, 착색제, 부식 방지제, 계면활성제, pH 조절제, 및 이들의 조합물을 포함할 수도 있다. 탄수화물은 천연에 기원할 수도 있고 재생 가능 자원으로부터 얻을 수도 있다. 적어도 하나의 예시적 실시형태에서, 탄수화물은 덱스트린 또는 말토덱스트린과 같은 수용성 다당류이고 가교제는 시트르산이다.

Description

바이오-기반 바인더를 가지는 절연 제품{INSULATIVE PRODUCTS HAVING BIO-BASED BINDERS}
본 발명은 일반적으로 섬유 절연 제품 및 부직포 매트에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 포름알데히드가 첨가되지 않고 환경 친화적인 바이오-기반 바인더를 함유한 섬유 절연 제품에 관한 것이다.
종래의 섬유는, 보강재, 직물, 및 음향적 및 열적 절연 재료를 포함한 다양한 용도에서 유용하다. 광물 섬유 (예컨대, 유리 섬유) 는 절연 제품 및 부직포 매트에 전형적으로 사용되지만, 특정 용도에 따라, 절연 제품 또는 부직포 매트 형성시 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 및 다성분 섬유와 같은 유기 섬유가 단독으로 사용되거나 광물 섬유와 함께 사용될 수도 있다.
전형적으로, 섬유 절연재는, 폴리머, 유리, 또는 기타 광물의 용융 조성물을 섬유화하고 회전 스피너 (spinner) 와 같은 섬유화 장치로부터 미세 섬유를 방사함으로써 제조된다. 절연 제품을 형성하기 위해서, 회전 스피너에 의해 제조되는 섬유는 블로어 (blower) 에 의해 스피너로부터 컨베이어를 향해 아래로 드로잉된다. 섬유가 아래로 이동함에 따라, 바인더 재료가 섬유 상에 분무되고 섬유는 컨베이어에서 고 로프트 (loft) 의 연속 블랭킷으로 수집된다. 바인더 재료는 포장 후 회복을 위한 탄력성을 절연 제품에 부여하고 건축물의 절연 공동 (insulation cavities) 에서 필요에 따라 절연 제품이 취급되고 적용될 수 있도록 강성도 (stiffness) 및 취급성을 제공한다. 바인더 조성물은 또한 필라멘트간 마모로부터 섬유를 보호하고 개별 섬유 사이의 상용성 (compatibility) 을 촉진한다.
바인더 코팅된 섬유를 함유한 블랭킷은 그 후 경화 오븐을 통과하고 바인더는 블랭킷을 원하는 두께로 세팅하도록 경화된다. 바인더가 경화 완료된 후, 섬유 절연재는 개별 절연 제품을 형성하도록 길이로 절단될 수도 있고, 절연 제품은 고객이 있는 장소로 수송하기 위해 포장될 수도 있다. 생산된 한 가지 전형적인 절연 제품은 가요성 절연 배트 (batt) 또는 블랭킷이고, 이것은 주거용 주택에서 벽 절연재로서 또는 건축물에서 다락 및 마루 절연 공동의 절연재로서 사용하기에 적합하다. 다른 통상적 절연 제품은 공기-분사 (air-blown) 또는 완충 (loose-fill) 절연재이고, 이것은 임의의 도달하기 어려운 장소에서뿐만 아니라 주거용 및 상업용 건축물에서 측벽 및 다락 절연재로서 사용하기에 적합하다. 완충 절연재는 절연 블랭킷으로부터 절단되고, 압축되어 백에 포장되는 작은 정육면체로 형성된다.
부직포 매트는 종래의 습식-레이드 (wet-laid) 프로세스에 의해 형성될 수도 있다. 예를 들어, 젖은 촙트 (chopped) 섬유가 계면활성제, 점도 조절제 (viscosity modifiers), 소포제, 및/또는 다른 화학 작용제를 함유한 물 슬러리 내에 분산된다. 섬유가 슬러리 전체에 분산되도록 촙트 섬유를 함유한 슬러리는 그 후 교반된다. 섬유를 함유한 슬러리는 이동 스크린에 침적되는데 이 이동 스크린에서 물의 상당 부분은 웨브를 형성하기 위해서 제거된다. 그 후, 바인더가 도포되고, 결과적으로 생긴 매트는 임의의 남아 있는 물을 제거하고 바인더를 경화시키도록 건조된다. 형성된 부직포 매트는 분산된 개별 유리 필라멘트의 어셈블리이다. 에어-레이드 (air-laid) 프로세스는, 유리 섬유가 물 슬러리 내가 아니라 공기 스트림 내에서 분산된다는 점을 제외하고는 유사하다.
포름알데히드-기반 수지로부터 바람직하지 못한 포름알데히드 배출을 감소시키기 위해서 다양한 시도가 이루어졌다. 예를 들어, 암모니아 및 요소와 같은 다양한 포름알데히드 스캐빈저 (scavengers) 가, 절연 제품으로부터 포름알데히드 배출을 감소시키려는 시도로 포름알데히드-기반 수지에 첨가되었다. 낮은 비용 때문에, 포름알데히드 스캐빈저로서 역할을 하도록 미경화 수지 시스템에 요소가 직접 첨가된다. 수지 시스템으로 요소를 첨가하면 요소-확장 (urea-extended) 페놀-포름알데히드 레졸 수지를 생성한다. 이 레졸 수지는 코팅 또는 바인더로서 추가 처리되거나 도포된 후 경화될 수 있다. 불행하게도, 요소-확장 레졸은 불안정하고, 이 불안정성 때문에, 요소-확장 레졸은 현장에서 준비되어야 한다. 게다가, 바인더 인벤토리 (inventory) 는 저장 중 형성할 수도 있는 다이머 종의 바람직하지 못한 결정성 침전물에 의해 유발되는 프로세싱 문제점들을 회피하도록 주의깊게 모니터링되어야 한다. 암모니아는 불쾌한 악취를 발생시키고 작업자들의 목과 코 염증을 유발할 수도 있으므로 암모니아는 포름알데히드 스캐빈저로서 특히 바람직한 요소의 대안물은 아니다. 또한, 포름알데히드 스캐빈저의 사용은, 낮은 회복 및 낮은 강성도와 같은, 절연 제품의 성질에 악영향을 미칠 수 있는 가능성 때문에 일반적으로 바람직하지 못하다.
게다가, 선행 기술은 메일라드 반응에 관련되는 탄수화물-기반 화학물질 또는 폴리하이드록시 가교제와 폴리아크릴산의 사용에 초점을 맞추었다. 그러나, 폴리아크릴산 바인더는 여러 가지 단점을 갖는다. 예를 들어, 폴리아크릴산 바인더는 석유 기반 재료를 사용하고 전형적으로 현재 페놀 바인더 시스템 비용의 적어도 2 배의 비용이 든다. 게다가, 높은 점도와 다른 경화 특징은 프로세스의 어려움을 제기한다. 또, 메일라드 반응-기반 생성물은 경화 후 바람직하지 못한 짙은 갈색을 갖는다. 또한, 바인더를 만드는데 필요한 다량의 암모니아의 사용은, 안전상 위험과 가능한 배출물 문제를 부여한다.
현재 바인더가 가지고 있는 기존의 문제점을 고려해서, 석유 의존적이지 않고, 포름알데히드가 첨가되지 않고, 바이오-기반의 환경 친화적이며, 가격 경쟁력이 있는 바인더 시스템이 본 기술분야에서 여전히 필요하다.
본 발명의 목적은, 랜덤하게 배향된 복수의 섬유 및 섬유의 적어도 일부에 도포되고 섬유를 상호연결하는 바인더 조성물을 포함하는 섬유 절연 제품을 제공하는 것이다. 바인더는 천연에 기원한 적어도 하나의 탄수화물 및 적어도 하나의 가교제를 포함한다. 전형적으로 탄수화물은 반응성 하이드록실기를 가질 것이고 가교제는 반응성 카르복실기를 가질 수도 있다. 탄수화물은 2 ~ 20 의 덱스트로오스 당량 (DE) 을 가질 것이다. 예시적 실시형태에서, 탄수화물은 펙틴, 덱스트린, 말토덱스트린, 전분, 변성 전분, 전분 유도체, 및 이들의 조합물로부터 선택된 수용성 다당류이다. 바인더 조성물은 촉매, 커플링제, 프로세스 보조제, 가교 밀도 증가제 (crosslinking density enhancer), 증량제 (extender), 내습제, 분진 제거 오일, 착색제, 부식 방지제, 계면활성제, 및 pH 조절제에서 선택된 하나 이상의 구성요소 (members) 를 또한 포함할 수도 있다. 프로세스 보조제는 글리세롤, 트리에탄올아민, 폴리에틸렌 글리콜, 및 펜타에리스리톨과 같은 폴리올을 포함한다. 한 가지 이상의 실시형태에서, 가교제는 시트르산 또는 임의의 모노머 또는 폴리머 폴리카르복실산 및 이들의 대응하는 염일 수도 있다. 부가적으로, 저밀도 제품 (예컨대, 주거용 절연 제품) 에서, 바인더는 그것이 경화 완료된 후 연한 (예컨대, 흰색 또는 황갈색) 색상을 갖는다.
본 발명의 또다른 목적은, 제 1 주요면 (major surface) 과 제 2 주요면 및 매트의 제 1 주요면을 적어도 부분적으로 코팅하는 바인더 조성물을 가지는 매트의 형태로 맞물려 있는 (enmeshed) 별개의 길이를 가지는 랜덤하게 배향된 복수의 유리 섬유로 형성된 부직 촙트 스트랜드 매트를 제공하는 것이다. 바인더는 (1) 천연에 기원하고 2 ~ 20 의 덱스트로오스 당량을 가지는 적어도 하나의 탄수화물 및 (2) 적어도 하나의 가교제를 포함한다. 바인더 조성물은 촉매, 내습제, 및 pH 조절제에서 선택된 하나 이상의 구성요소를 또한 포함할 수도 있다. 적어도 하나의 예시적 실시형태에서, 탄수화물은 펙틴, 덱스트린, 말토덱스트린, 전분, 변성 전분, 전분 유도체, 및 이들의 조합물에서 선택된 수용성 다당류이다. 게다가, 가교제는 폴리카르복실산, 폴리카르복실산의 염, 무수물, 무수물을 가지는 모노머 및 폴리머 폴리카르복실산, 시트르산, 시트르산의 염, 아디프산, 아디프산의 염, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산의 염, 폴리아크릴산 기반 수지, 아미노 알코올, 메타붕산 나트륨, 폴리옥시알킬렌아민, 폴리아민, 폴리올, 및 이들의 조합물에서 선택될 수도 있다. 바인더는 경화되었을 때 연한 색상을 가지고, 환경 친화적이며, 포름알데히드가 첨가되지 않는다.
본 발명의 장점은, 탄수화물이 천연에 기원하고 재생 가능 자원에서 얻어진다는 것이다.
본 발명의 또다른 장점은, 말토덱스트린이 쉽게 이용가능하고 비용이 저렴하다는 것이다.
본 발명의 추가 장점은, 다양한 제품 형상, 밀도 및 용도를 만들기 위해서 본 발명의 바인더 조성물을 이용하는 절연 제품 및 부직포 매트가 현재 제조 라인을 사용해 제조될 수 있어서, 시간과 돈을 절약한다는 것이다.
본 발명의 다른 장점은, 바인더 조성물에 포름알데히드가 첨가되지 않는다는 것이다.
또한, 본 발명의 장점은, 최종 제품이 절연 제품에 대해 다양한 색상을 내도록 염료, 안료, 또는 기타 착색제의 사용을 허용하는 연한 색상을 갖는다는 것이다. 부가적으로, 페인트 또는 제직 또는 부직 패브릭의 베일 (veil) 로 보드 제품의 표면을 마무리할 때, 이전의 보드보다 이런 더 연한 색상의 보드를 커버하는데 더 적은 페인트 또는 패브릭 중량이 필요하다.
본 발명의 추가 장점은, 종래의 페놀/요소/포름알데히드 바인더 조성물과 비교해 바인더 조성물은 미립자 배출을 감소시킨다는 것이다.
본 발명의 특징은, 탄수화물 폴리머가 2 ~ 20 의 덱스트로오스 당량 (DE) 수를 가질 수도 있다는 것이다.
본 발명의 특징은, 분무 도포구를 포함한 종래의 바인더 도포구에 의해 도포될 수 있는 수성 혼합물을 말토덱스트린이 형성할 수 있다는 것이다.
본 발명의 추가 특징은, 바인더가 산성, 중성, 또는 염기성일 수 있다는 것이다.
본 발명의 다른 특징은, 본 발명의 절연 제품 및 부직포 매트에 포름알데히드가 첨가되지 않는다는 것이다.
본 발명의 추가 장점은, 바인더 조성물이 보다 부드러운 촉감을 가지는, 특히 더 가벼운 밀도의 제품으로, 섬유 제품을 제조하는 것으로, 이는 이 섬유 제품의 설치자 또는 사용자에게 유리하다.
또한, 본 발명의 특징은, 본 발명의 바인더 조성물이 열가소성수지, 열경화성수지, 및 루우핑 (roofing) 적용에 사용하기 위한, 촙트 스트랜드와 같은, 복합 보강재에 유용할 수 있다는 것이다. 게다가, 본 발명의 바인더는 단일 및 다중 단부 로빙 (rovings) 둘 다에 사용될 수도 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 및 장점은, 하기 상세한 설명을 고려할 때 이하에 보다 충분히 나타날 것이다. 그러나, 도면은 예시를 위한 것으로 본 발명의 한계를 규정하는 것으로 해석되어서는 안 된다는 점이 분명히 이해되어야 한다.
본 발명의 장점은, 특히 첨부 도면과 함께 하기 본 발명의 상세한 개시를 고려할 때 분명해질 것이다.
도 1 은 예시적 일 실시형태에 따른 본 발명의 바인더 조성물로 페이싱된 (faced) 절연 제품의 형성을 나타낸 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 다른 예시적 실시형태에 따른, 본 발명의 바인더 조성물로 유리섬유 절연 제품을 제조하기 위한 제조 라인의 정면도로, 절연 제품은 페이싱 재료를 함유하지 않는다.
도 3 은 본 발명의 추가 예시적 실시형태에 따른 본 발명의 바인더 조성물을 이용해 촙트 스트랜드 매트를 형성하기 위한 습식-레이드 프로세싱 라인의 개략도이다.
달리 규정되지 않는 한, 본원에 사용되는 모든 기술적, 과학적 용어는 본 발명이 속하는 본 기술분야의 당업자에 의해 통상적으로 이해되고 있는 바와 동일한 의미를 갖는다. 본원에 설명되는 방법 및 재료와 유사하거나 등가의 임의의 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 테스팅에 사용될 수 있지만, 바람직한 방법과 재료가 본원에 설명된다. 공개되거나 대응하는 미국 또는 외국 특허 출원, 공개된 미국 또는 외국 특허, 및 그 밖의 다른 참조문헌을 포함해 본원에 인용되는 모든 참조문헌은 각각 인용된 참조문헌에 제시된 모든 데이터, 표, 도면, 및 본문을 포함해 전부 참조로 포함된다.
도면에서, 라인, 층, 및 구역의 두께는 명확성을 위해 과장될 수도 있다. 층, 구역, 기판, 또는 패널과 같은 요소가 다른 요소 "상" 에 있는 것으로 말할 때, 그것은 직접 다른 요소 상에 있을 수 있고 또는 개재 요소가 또한 존재할 수도 있음을 이해할 것이다. 또, 요소가 다른 요소에 "인접한" 것으로 말할 때, 요소는 다른 요소에 직접 인접할 수도 있고 또는 개재 요소가 존재할 수도 있다. 용어 "상단", "바닥", "측면", 등은 단지 설명을 위해 본원에 사용된다. 도면 전체에 걸쳐 나타낸 유사한 숫자는 유사한 요소를 나타낸다. 어구 "바인더", "바이오-기반 바인더", "바인더 조성물", 및 "바인더 배합물" 은 본원에서 상호교환적으로 사용될 수도 있음에 주목해야 한다.
바이오-기반 바인더 조성물
본 발명은 적어도 하나의 바이오-기반 성분을 함유한 환경 친화적인, 수성 폴리에스테르 바인더 조성물에 관한 것이다. 예시적 일 실시형태에서, 바이오-기반 성분은 탄수화물 및 바인더이고 탄수화물과 가교제를 포함한다. 전형적으로 탄수화물은 반응성 하이드록실기를 가지고 가교제는 반응성 카르복실기를 가진다. 일부 예시적 실시형태에서, 탄수화물 기반 바인더 조성물은 또한 커플링제, 프로세스 보조제, 증량제, pH 조절제, 촉매, 가교 밀도 증가제, 탈취제, 산화 방지제, 분진 억제제, 항균제, 내습제, 또는 이들의 조합물을 포함한다. 바인더는 절연 재료 및 부직 촙트 스트랜드 매트의 형성에 사용될 수도 있다. 게다가, 바인더는 포름알데히드가 첨가되지 않는다. 또한, 바인더 조성물은, 종래의 페놀/요소/포름알데히드 바인더 조성물과 비교해 미립자 배출을 감소시킨다. 본 발명의 바인더는 또한 파티클보드, 합판, 및/또는 하드보드를 형성하는데 유용할 수도 있다.
한 가지 이상의 예시적 실시형태에서, 바인더는 천연에 기원하고 재생 가능 자원에서 얻어지는 적어도 하나의 탄수화물을 포함한다. 예로, 탄수화물은 콩류, 마이스 (maize), 옥수수, 찰옥수수, 사탕수수, 마일로 (milo), 화이트 마일로, 감자, 고구마, 타피오카, 쌀, 찹쌀, 완두콩, 사고 (sago), 밀, 귀리, 보리, 호밀, 아마란스 (amaranth), 및/또는 카사바와 같은 식물 공급원뿐만 아니라 높은 전분 함량을 가지는 다른 식물에서 얻어질 수도 있다. 탄수화물 폴리머는, 단백질, 폴리펩티드, 지질, 및 저분자량 탄수화물의 잔기를 함유한 식물에서 얻어진 조전분-함유 생성물 (crude starch-containing products) 로부터 또한 얻어질 수도 있다. 탄수화물은 단당류 (예컨대, 크실로오스, 글루코오스, 및 프룩토오스), 이당류 (예컨대, 수크로오스, 말토오스, 및 락토오스), 올리고당 (예컨대, 글루코오스 시럽 및 프룩토오스 시럽), 및 다당류 및 수용성 다당류 (예컨대, 펙틴, 덱스트린, 말토덱스트린, 전분, 변성 전분, 및 전분 유도체) 로부터 선택될 수도 있다.
탄수화물 폴리머는 약 1,000 ~ 약 8,000 의 수 평균 분자량을 가질 수도 있다. 부가적으로, 탄수화물 폴리머는 2 ~ 20, 7 ~ 11, 또는 9 ~ 14 의 덱스트로오스 당량 (DE) 수를 가질 수도 있다. 탄수화물은 유리하게도 낮은 점도를 가지고 단독으로 또는 첨가제와 함께 적당한 온도 (예컨대, 80 ~ 250 ℃) 에서 경화된다. 낮은 점도는 탄수화물이 바인더 조성물에서 이용될 수 있도록 한다. 예시적 실시형태에서, 탄수화물의 점도는, 50% 농도와 20 ~ 30 ℃ 에서 500 cps 보다 낮을 수도 있다. 본 발명의 바인더 조성물에 탄수화물을 사용하는 것은, 탄수화물이 쉽게 이용가능하거나 용이하게 얻을 수 있고 비용이 저렴한다는 점에서 유리하다.
적어도 하나의 예시적 실시형태에서, 탄수화물은 덱스트린 또는 말토덱스트린과 같은 수용성 다당류이다. 탄수화물 폴리머는 바인더 조성물 중 총 고체의 약 40 중량% ~ 약 95 중량%, 바인더 조성물 중 총 고체의 약 50 중량% ~ 약 95 중량%, 약 60% ~ 약 90%, 또는 약 70% ~ 약 85% 의 양으로 바인더 조성물에 존재할 수도 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 중량% 는 바인더 조성물 중 총 고체의 중량% 를 나타낸다.
게다가, 바인더 조성물은 가교제를 함유한다. 가교제는 탄수화물을 가교하기에 적합한 임의의 화합물일 수도 있다. 예시적 실시형태에서, 가교제는 90 초과, 약 90 ~ 약 10,000, 또는 약 190 ~ 약 4,000 의 수 평균 분자량을 갖는다. 일부 예시적 실시형태에서, 가교제는 약 1,000 미만의 수 평균 분자량을 갖는다. 적합한 가교제의 비제한적인 예로는 폴리카르복실산 (및 그것의 염), 무수물, 무수물을 갖는 모노머 및 폴리머 폴리카르복실산 (즉, 혼합된 무수물), 시트르산 (및 시트르산 암모늄과 같은 그것의 염), 1,2,3,4-부탄 테트라카르복실산, 아디프산 (및 그것의 염), 폴리아크릴산 (및 그것의 염), 및 The Dow Chemical Company 로부터 둘 다 상업적으로 이용가능한 QXRP 1734 및 Acumer 9932 와 같은 폴리아크릴산 기반 수지를 포함한다. 예시적 실시형태에서, 가교제는 임의의 모노머 또는 폴리머 폴리카르복실산, 시트르산, 및 그것의 대응하는 염일 수도 있다. 가교제는 바인더 조성물의 최대 약 50 중량% 의 양으로 바인더 조성물에 존재할 수도 있다. 예시적 실시형태에서, 가교제는 바인더 조성물 중 총 고체의 약 5.0 중량% ~ 약 40 중량% 또는 약 10 중량% ~ 약 30 중량% 의 양으로 바인더 조성물에 존재할 수도 있다.
선택적으로, 바인더 조성물은 가교를 보조하도록 촉매를 포함할 수도 있다. 촉매는 무기 염, 루이스 산 (즉, 염화 알루미늄 또는 삼플루오르화 붕소), 브론스테드 산 (즉, 황산, p-톨루엔술폰산 및 붕산), 유기금속 착물 (즉, 카르복실산 리튬, 카르복실산 나트륨), 및/또는 루이스 염기 (즉, 폴리에틸렌이민, 디에틸아민, 또는 트리에틸아민) 를 포함할 수도 있다. 부가적으로, 촉매는 인 함유 유기산의 알칼리 금속 염; 특히 아인산, 차아인산, 또는 폴리인산의 알칼리 금속 염을 포함할 수도 있다. 이러한 인 촉매의 예로는, 차아인산 나트륨, 인산 나트륨, 인산 칼륨, 피로인산 이나트륨, 피로인산 사나트륨, 트리폴리인산 나트륨, 헥사메타인산 나트륨, 인산 칼륨, 트리폴리인산 칼륨, 트리메타인산 나트륨, 테트라메타인산 나트륨, 및 이들의 혼합물을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 게다가, 촉매 또는 경화 촉진제는 플루오르 붕산, 나트륨 테트라플루오르보레이트, 칼륨 테트라플루오르보레이트, 칼슘 테트라플루오르보레이트, 마그네슘 테트라플루오르보레이트, 아연 테트라플루오르보레이트, 암모늄 테트라플루오르보레이트, 및 이들의 혼합물과 같은 플루오르보레이트 화합물일 수도 있다. 또한, 촉매는 인 및 플루오르보레이트 화합물의 혼합물일 수도 있다. 황산 나트륨, 질산 나트륨, 탄산 나트륨과 같은 다른 나트륨 염이 촉매/촉진제로서 또한 또는 대안적으로 사용될 수도 있다. 촉매 또는 경화 촉진제는 바인더 조성물 중 총 고체의 약 0 중량% ~ 약 10 중량%, 약 1.0 중량% ~ 약 5.0 중량%, 또는 약 3.0 중량% ~ 약 5.0 중량% 의 양으로 바인더 조성물에 존재할 수도 있다.
바인더 조성물은 선택적으로 적어도 하나의 커플링제를 함유할 수도 있다. 적어도 하나의 예시적 실시형태에서, 커플링제는 실란 커플링제이다. 커플링제(들)는 바인더 조성물 중 총 고체의 약 0.01 중량% ~ 약 5.0 중량%, 약 0.01 중량% ~ 약 2.5 중량%, 또는 약 0.1 중량% ~ 약 0.5 중량% 의 양으로 바인더 조성물에 존재할 수도 있다.
바인더 조성물에 사용될 수도 있는 실란 커플링제의 비제한적인 예들은, 작용기, 알킬기, 아릴기, 아미노기, 에폭시기, 비닐기, 메타크릴옥시기, 우레이도기, 이소시아나토기, 및 메르캅토기로 특징지을 수도 있다. 예시적 실시형태에서, 실란 커플링제(들)는 아민 (1 차, 2 차, 3 차, 및 4 차), 아미노, 이미노, 아미도, 이미도, 우레이도, 또는 이소시아나토와 같은 하나 이상의 작용기를 가지는 하나 이상의 질소 원자를 함유한 실란을 포함한다. 적합한 실란 커플링제의 특정한 비제한적인 예로는 아미노실란 (예컨대, 3-아미노프로필-트리에톡시실란 및 3-아미노프로필-트리하이드록시실란), 에폭시 트리알콕시실란 (예컨대, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 및 3-글리시독시프로필트리에톡시실란), 메티아크릴 트리알콕시실란 (예컨대, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 및 3-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란), 탄화수소 트리알콕시실란, 아미노 트리하이드록시실란, 에폭시 트리하이드록시실란, 메타크릴 트리하이드록시 실란, 및/또는 탄화수소 트리하이드록시실란을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 한 가지 이상의 예시적 실시형태에서, 실란은 γ-아미노프로필트리에톡시실란과 같은 아미노실란이다.
또한, 바인더 조성물에서 사용하기에 적합한 예시적 커플링제 (실란 커플링제 포함) 는 이하에 기술된다:
Figure pct00001
아크릴: 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란; 3-아크릴옥시프로필트리에톡시실란; 3-아크릴옥시프로필메틸디메톡시실란; 3-아크릴옥시프로필메틸디에톡시실란; 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란; 3-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란
아미노: 아미노프로필메틸디메톡시실란; 아미노프로필트리에톡시실란; 아미노프로필트리메톡시실란/EtOH; 아미노프로필트리메톡시실란; N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란; N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란; (2-아미노에틸)-(2-아미노에틸) 3-아미노프로필트리메톡시실란; N-페닐아미노프로필트리메톡시실란
Figure pct00003
에폭시: 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란; 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란; 3-글리시독시프로필트리에톡시실란; 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸메틸디메톡시실란; 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸메틸디에톡시실란; 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란; 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리에톡시실란
Figure pct00004
메르캅토: 3-메르캅토프로필트리메톡시실란; 3-메르캅토프로필트리에톡시실란; 3-메르캅토프로필메틸디메톡시실란; 3-메르캅토프로필메틸디에톡시실란
Figure pct00005
술파이드: 비스[3-(트리에톡시실릴)프로필]-테트라술파이드; 비스[3-(트리에톡시실릴)프로필]-디술파이드
Figure pct00006
비닐: 비닐트리메톡시실란; 비닐트리에톡시실란; 비닐 트리스(2-메톡시에톡시)실란; 비닐트리클로로실란; 트리메틸비닐실란
Figure pct00007
알킬: 메틸트리메톡시실란; 메틸트리에톡시실란; 디메틸디메톡시실란; 디메틸디에톡시실란; 테트라메톡시실란; 테트라에톡시실란; 에틸트리에톡시실란; n-프로필트리메톡시실란; n-프로필트리에톡시실란; 이소부틸트리메톡시실란; 헥실트리메톡시실란; 헥실트리에톡시실란; 옥틸트리메톡시실란; 데실트리메톡시실란; 데실트리에톡시실란; 옥틸트리에톡시실란; tert-부틸디메틸클로로실란; 사이클로헥실메틸디메톡시실란; 디사이클로헥실디메톡시실란; 사이클로헥실에틸디메톡시실란; t-부틸메틸디메톡시실란
Figure pct00008
클로로알킬: 3-클로로프로필트리에톡시실란; 3-클로로프로필트리메톡시실란; 3-클로로프로필메틸디메톡시실란
Figure pct00009
퍼플루오르: 데카플루오르-l,l,2,2-테트라하이드로데실)트리메톡시실란; ((헵타데카플루오르-1,1,2,2-테트라하이드로데실)트리메톡시실란
Figure pct00010
페닐: 페닐트리메톡시실란; 페닐트리에톡시실란; 디페닐디에톡시실란; 디페닐디메톡시실란; 디페닐디클로로실란
Figure pct00011
상기에 열거한 실란의 가수분해물
Figure pct00012
지르코네이트: 지르코늄 아세틸아세토네이트; 지르코늄 메타크릴레이트
Figure pct00013
티타네이트: 테트라-메틸 티타네이트; 테트라-에틸 티타네이트; 테트라-n-프로필 티타네이트; 테트라-이소프로필 티타네이트; 테트라-이소부틸 티타네이트; 테트라-sec-부틸 티타네이트; 테트라-tert-부틸 티타네이트; 모노 n-부틸, 트리메틸 티타네이트; 모노 에틸 트리사이클로헥실 티타네이트; 테트라-n-아밀 티타네이트; 테트라-n-헥실 티타네이트; 테트라-사이클로펜틸 티타네이트; 테트라-사이클로헥실 티타네이트; 테트라-n-데실 티타네이트; 테트라 n-도데실 티타네이트; 테트라 (2-에틸 헥실) 티타네이트; 테트라 옥틸렌 글리콜 티타네이트 에스테르; 테트라프로필렌 글리콜 티타네이트 에스테르; 테트라 벤질 티타네이트; 테트라-p-클로로 벤질 티타네이트; 테트라 2-클로로에틸 티타네이트; 테트라 2-브로모에틸 티타네이트; 테트라 2-메톡시에틸 티타네이트; 테트라 2-에톡시에틸 티타네이트.
본 발명의 특히 적합한 티타네이트 에스테르 안정제는 DuPont de Nemours & Co., Inc 에 의해 상표명 Tyzor® 로 제조된 특허 티타네이트 에스테르 조성물이 있다. 비제한적인 예는, Tyzor® TBT (테트라부틸 티타네이트), Tyzor® TPT (테트라이소프로필 티타네이트), 및 Tyzor® OG (테트라옥틸렌 글리콜 티타네이트 에스테르) 와 같이, 용액, 예로 저급 지방족 알코올에서보다는 100% 형태로 판매되는 Tyzor® 티타네이트 에스테르를 포함한다.
게다가, 바인더 조성물은 전술한 탄수화물 이외에 프로세스 보조제 (예컨대, 폴리올) 를 포함할 수도 있다. 프로세스 보조제는 섬유 형성 및 배향 프로세싱을 용이하게 하는 기능만 하면 프로세스 보조제는 특별히 제한되지 않는다. 프로세스 보조제는, 바인더 도포 분포 균일도를 개선하고, 바인더 점도를 감소시키고, 형성 후 램프 (ramp) 높이를 증가시키고, 수직 중량 분포 균일도를 개선하고, 그리고/또는 형성 프로세스 및 오븐 경화 프로세스 모두에서 바인더 탈수를 가속시키는데 사용될 수 있다. 프로세스 보조제는 약 0 중량% ~ 약 25.0 중량%, 약 1.0 중량% ~ 약 20.0 중량%, 또는 약 5.0 중량% ~ 약 15.0 중량% 의 양으로 바인더 조성물에 존재할 수도 있다.
프로세싱 보조제의 예로는 점도 조절제 (예컨대, 글리세롤, 1,2,4-부탄트리올, l,4-부탄디올, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 폴리(에틸렌 글리콜)) 및 소포제 (예컨대, 광물, 파라핀, 또는 식물성 오일의 에멀전 및/또는 분산제, 폴리디메틸실록산 (PDMS) 유체 및 폴리디메틸실록산 또는 다른 재료로 소수화된 실리카의 분산제, 및 에틸렌비스-스테아라마이드 (EBS) 또는 소수화된 실리카와 같은 아미드 왁스로 만들어진 입자) 를 포함한다. 바인더 조성물에서 이용될 수도 있는 추가 프로세스 보조제는 계면활성제이다. 바인더 무화, 적심, 및 계면 부착 (interfacial adhesion) 을 보조하도록 하나 이상의 계면활성제가 바인더 조성물에 포함될 수도 있다.
계면활성제는 특별히 제한되지 않고, 이온 계면활성제 (예컨대, 술페이트, 술포네이트, 포스페이트, 및 카르복실레이트); 술페이트 (예컨대, 알킬 술페이트, 암모늄 라우릴 술페이트, 나트륨 라우릴 술페이트 (SDS)), 알킬 에테르 술페이트, 나트륨 라우레스 술페이트, 및 나트륨 미레스 술페이트); 양쪽성 계면활성제 (예컨대, 라우릴-베타인과 같은 알킬베타인); 술포네이트 (예컨대, 디옥틸 나트륨 술포석시네이트, 퍼플루오르옥탄술포네이트, 퍼플루오르부탄술포네이트, 및 알킬 벤젠 술포네이트); 포스페이트 (예컨대, 알킬 아릴 에테르 포스페이트 및 알킬 에테르 포스페이트); 카르복실레이트 (예컨대, 알킬 카르복실레이트, 지방산 염 (비누), 나트륨 스테아레이트, 나트륨 라우로일 사르코시네이트, 카르복실레이트 플루오르계면활성제, 퍼플루오르나노에이트, 및 퍼플루오르옥타노에이트); 양이온 (라우릴아민 아세테이트와 같은 알킬아민 염); pH 의존 계면활성제 (1 차, 2 차 또는 3 차 아민); 영구 하전 4 차 암모늄 양이온 (예컨대, 알킬트리메틸암모늄 염, 세틸 트리메틸암모늄 브로마이드, 세틸 트리메틸암모늄 클로라이드, 세틸피리디늄 클로라이드, 및 벤제토늄 클로라이드); 및 쌍성 이온성 계면활성제, 4 차 암모늄 염 (예컨대, 라우릴 트리메틸 암모늄 클로라이드 및 알킬 벤질 디메틸암모늄 클로라이드), 및 폴리옥시에틸렌알킬아민과 같은 계면활성제를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
본 발명과 함께 사용될 수 있는 적합한 비이온성 계면활성제는 폴리에테르 (예컨대, 직쇄 및 분지쇄 알킬 및 알카릴 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜 에테르 및 티오에테르를 포함하는 산화 에틸렌 및 산화 프로필렌 축합물); 약 7 개 ~ 약 18 개의 탄소 원자를 함유한 알킬기를 가지고 약 4 개 ~ 약 240 개의 에틸렌옥시 단위 (예컨대, 헵틸페녹시폴리(에틸렌옥시) 에탄올, 및 노닐페녹시폴리(에틸렌옥시)에탄올) 를 가지는 알킬페녹시폴리(에틸렌옥시)에탄올; 소르비탄, 소르비드, 만니탄, 및 만니드를 포함한 헥시톨의 폴리옥시알킬렌 유도체; 부분 장쇄 지방산 에스테르 (예컨대, 소르비탄 모노라우레이트, 소르비탄 모노팔미테이트, 소르비탄 모노스테아레이트, 소르비탄 트리스테아레이트, 소르비탄 모노올레이트, 및 소르비탄 트리올레이트의 폴리옥시알킬렌 유도체); 프로필렌 글리콜과 산화 프로필렌을 축합함으로써 형성되는 소수성 염기를 갖는 산화 에틸렌의 축합물; 황 함유 축합물 (예컨대, 노닐, 도데실, 또는 테트라데실 메르캅탄과 같은 높은 알킬 메르캅탄 또는 알킬기가 약 6 개 ~ 약 15 개의 탄소 원자를 함유하는 알킬티오페놀과 산화 에틸렌을 축합함으로써 제조된 축합물; 장쇄 카르복실산 (예컨대, 톨 오일 지방산과 같은 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 및 올레산) 의 산화 에틸렌 유도체; 장쇄 알코올 (예컨대, 옥틸, 데실, 라우릴, 또는 세틸 알코올) 의 산화 에틸렌 유도체; 및 산화 에틸렌/산화 프로필렌 코폴리머를 포함한다.
적어도 하나의 예시적 실시형태에서, 계면활성제는, 에톡실화 2,4,7,9-테트라메틸-5-데신-4,7-디올 계면활성제 (펜실베니아주 앨런타운 소재의 Air Products and Chemicals, Inc. 로부터 상업적으로 이용가능함) 인 SURFONYL® 420, SURFONYL® 440, 및 SURFONYL® 465, Stanfax (나트륨 라우릴 술페이트), Surfynol 465 (에톡실화 2,4,7,9-테트라메틸 5 데신-4,7-디올), Triton™ GR-PG70 (l,4-비스(2-에틸헥실) 나트륨 술포석시네이트), 및 Triton™ CF-10(폴리(옥시-l,2-에탄디일), 알파-(페닐메틸)-오메가-(l,l,3,3-테트라메틸부틸)페녹시) 가 있다. 계면활성제는 바인더 조성물 중 총 고체의 0.0 중량% ~ 약 10 중량%, 약 0.01 중량% ~ 약 10 중량%, 또는 약 0.2 중량% ~ 약 5.0 중량% 의 양으로 바인더 조성물에 존재할 수도 있다.
바인더 조성물은 프로세스 장비의 임의의 잠재적 부식을 감소시키거나 없애기 위해서 선택적으로 부식 방지제를 포함할 수도 있다. 부식 방지제는 예를 들어, 헥사민, 벤조트리아졸, 페닐렌디아민, 디메틸에탄올아민, 폴리아닐린, 나트륨 니트라이트, 벤조트리아졸, 디메틸에탄올아민, 폴리아닐린, 나트륨 니트라이트, 신남알데히드, 알데히드 및 아민 (이민) 의 축합 생성물, 크로메이트, 니트라이트, 포스페이트, 하이드라진, 아스코르브산, 주석 옥살레이트, 주석 클로라이드, 주석 술페이트, 티오요소, 산화 아연, 및 니트릴과 같은 다양한 물질로부터 선택될 수 있다. 대안적으로, 부식성을 최소화하도록 프로세스 물 중화, 부식 성분의 제거, 및 프로세스 물 처리와 같은 프로세스 제어 규제 (abatement) 에 의해 부식이 감소되거나 제거될 수 있다. 부식 방지제는 약 0 중량% ~ 약 15.0 중량%, 약 1.0 중량% ~ 약 5.0 중량%, 또는 약 0.2 중량% ~ 약 1.0 중량% 의 양으로 바인더 조성물에 존재할 수도 있다.
또한, 유리섬유 제품에서 곰팡이 및 균류 성장을 감소시키거나 없애기 위해서 바인더 조성물은 3-요오드-2프로필-n-부틸카바메이트, 카르밤산, 부틸-3-요오드-2-프로피닐 에스테르 (IPBC), 2-브로모-2-니트로프로판-l,3-디올, 마그네슘 니트레이트, 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온, 마그네슘 클로라이드, 술팜산, N-브로모, 나트륨 염, 디요오드메틸-p-톨리술폰, 디브로모아세토니트릴, 및 2,2-디브로모-3-니트릴로프로피온아미드와 같은 하나 이상의 항균제를 또한 함유할 수도 있다. 항균제는 약 0 중량% ~ 약 10.0 중량%, 약 0.05 중량% ~ 약 1.0 중량%, 또는 0.1 중량% ~ 약 0.5 중량% 의 양으로 바인더 조성물에 존재할 수도 있다.
또한, 바인더 조성물은 탄수화물 기반 폴리에스테르 바인더의 가교도를 높이도록 적어도 하나의 가교 밀도 증가제를 선택적으로 포함할 수도 있다. 가교 밀도 증가는, 하이드록실기와 카르복실산기 사이의 에스테르화를 증가시킴으로써 그리고/또는 열경화성 수지의 강도를 높이도록 유리 라디칼 링크를 도입함으로써 달성될 수 있다. 에스테르화 가교 밀도는, 하이드록실과 카르복실산 사이의 비를 변경함으로써 그리고/또는 트리에탄올아민, 디에탄올아민, 모노 에탄올아민, l-아미노-2-프로판올, l,l'-아미노비스,-2-프로판올, l,l',l"니트릴로트리-2-프로판올, 2-메틸아미노에탄올, 2-디메틸아미노에탄올, 2-(2-아미노에톡시)에탄올, 2{(2아미노에틸)아미노}에탄올, 2-디에틸아미노에탄올, 2-부틸아미노에탄올, 2-디부틸아미노에탄올, 2사이클로헥실아미노에탄올, 2,2'-(메틸아미노)비스-에탄올, 2,2'-(부틸아미노)비스-에탄올, l-메틸아미노-2프로판올, l-디메틸아미노-2-프로판올, l-(2-아미노에틸아미노)-2-프로판올, 1,1'-(메틸이미노)비스-2-프로판올, 3-아미노-l-프로판올, 3-디메틸아미노-l프로판올, 2-아미노-1-부탄올, l-에틸아미노-2-부탄올, 4-디에틸아미노-1-부탄올, 1-디에틸아미노-2-부탄올, 3-아미노-2,2-디메틸-l-프로판올, 2,2-디메틸-3-디메틸아미노-l-프로판올, 4-디에틸아미노-2-부틴-l-올, 5-디에틸아미노-3-펜틴-2-올, 비스(2-하이드록시프로필)아민 뿐만 아니라 다른 알카놀아민, 이들의 혼합물, 및 그것의 폴리머와 같은 부가적 에스테르화 작용기를 부가함으로써 조절될 수 있다. 가교 밀도 증가를 달성하는 다른 방법은, 에스테르화 및 가교 반응을 위한 유리 라디칼 반응 양자를 사용하는 것이다. 양자의 반응에 사용될 수 있는 화학물질은 말레산 무수물, 말레산, 또는 이타콘산을 포함한다. 가교 밀도 증가제는, 약 0 중량% ~ 약 25.0 중량%, 약 1.0 중량% ~ 약 20.0 중량%, 또는 약 5.0 중량% ~ 약 15.0 중량% 의 양으로 바인더 조성물에 존재할 수도 있다.
바인더는, 원하는 레벨로 pH 를 조절하기에 충분한 양으로 유기산 및/또는 무기산 및 유기염기 및/또는 무기염기를 또한 포함할 수도 있다. pH 는 의도된 적용에 따라 또는 바인더 조성물 성분의 상용성을 용이하게 하도록 조절될 수도 있다. 예시적 실시형태에서, pH 조절제는 바인더 조성물의 pH 를 산성 pH 로 조절하는데 이용된다. 적합한 산성 pH 조절제의 예로는, 황산, 인산 및 붕산과 같은 그러나 이에 제한되지 않는 무기산 및 또한 p-톨루엔술폰산, 시트르산, 아세트산 및 그것의 무수물, 아디프산, 옥살산, 및 그것의 대응하는 염과 같은 그러나 이에 제한되지 않는 모노- 또는 폴리-카르복실산과 같은 유기산을 포함한다. 또한, 무기 염은 산 전구물질일 수 있다. 산은 pH 를 조절하고, 일부 경우에, 위에서 검토한 대로, 가교제로서 역할을 한다. 선택적으로, 수산화나트륨, 수산화암모늄, 및 디에틸아민과 같은 유기 및/또는 무기염기, 및 임의의 종류의 1 차, 2 차, 또는 3 차 아민 (알카놀 아민 포함) 이 pH 조절을 위해 사용될 수 있다. 산성 상태일 때 바인더 조성물의 pH 는 약 1 ~ 약 6 의 범위에 있을 수도 있고, 일부 예시적 실시형태에서, 약 2 ~ 약 5 의 범위에 있을 수도 있고, 그 사이의 모든 양과 범위를 포함한다. 적어도 하나의 예시적 실시형태에서, 바인더 조성물의 pH 는 약 2.5 이다. 산성 바인더 조성물에서 pH 조절제는 원하는 pH 를 얻기에 충분한 양으로 바인더 조성물에 존재할 수도 있다.
바인더 조성물은, 알룸, 알루미늄 술페이트, 라텍스, 실리콘 에멀전, 폴리(오가노실록산), 소수성 폴리머 에멀전 (예컨대, 폴리에틸렌 에멀전 또는 폴리에스테르 에멀전), 및 이들의 혼합물과 같은 내습제를 또한 함유할 수도 있다. 명확성을 위해, 폴리(오가노실록산)은 -(-R1SiR2-)n- 형태의 폴리머인데 R1 과 R2 중 적어도 하나는, 예로 알킬 또는 알케닐, 페닐 등을 포함한 유기 라디칼이다. 적어도 하나의 예시적 실시형태에서, 라텍스 시스템은 수성 라텍스 에멀전이다. 라텍스 에멀전은, 전형적으로 에멀전 중합에 의해 생성되는 라텍스 입자를 포함한다. 라텍스 입자 이외에, 라텍스 에멀전은 물, 암모니아와 같은 안정제, 및 계면활성제를 포함할 수도 있다. 내습제는 바인더 조성물 중 총 고체의 0 중량% ~ 약 20 중량%, 약 5.0 중량% ~ 약 10 중량%, 또는 약 5.0 중량% ~ 약 7.0 중량% 의 양으로 바인더 조성물에 존재할 수도 있다.
부가적으로, 바인더는, 절연 재료의 추후 가공 및 설치에 악영향을 미칠 수도 있는 무기 입자 및/또는 유기 입자의 존재를 감소시키거나 없애도록 분진 억제제를 함유할 수도 있다. 분진 억제제는 임의의 종래의 광물 오일, 광물 오일 에멀전, 천연 오일 또는 합성 오일, 바이오-기반 오일, 또는 실리콘 및 실리콘 에멀전과 같은 그러나 이에 제한되지 않는 윤활유, 폴리에틸렌 글리콜 뿐만 아니라, 오븐 내부에서 오일의 증발을 최소화하도록 높은 인화점을 가지는 임의의 석유 또는 비석유 오일일 수 있다.
게다가, 바인더는 바인더의 외관을 향상시키고 그리고/또는 전체 제조 비용을 낮추도록 적어도 하나의 증량제를 선택적으로 포함할 수도 있다. 증량제는 산화 주석 또는 탄산 칼슘과 같은 무기 충전제, 리그닌, 리그닌 술포네이트, 또는 단백질 기반의 바이오매스와 같은 유기 재료일 수 있다. 예시적 실시형태에서, 증량제는 단백질 함유 바이오매스이다. 탄수화물처럼, 단백질 함유 바이오매스는 천연에 기원하고 재생 가능 자원에서 얻어진다. 예로, 단백질은 콩 (예컨대, 콩가루), 땅콩, 해바라기, 강낭콩, 호두와 같은 식물 공급원, 또는 높은 단백질 함량을 가지는 다른 식물로부터 얻을 수도 있다. 대안적으로, 단백질은 알, 혈액, 및 동물 조직 (예컨대, 쇠고기, 돼지고기, 또는 닭고기, 뿐만 아니라 생선) 과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 동물 공급원으로부터 비롯될 수도 있다. 단백질 함유 바이오매스는 최대 약 95% 의 단백질을 함유할 수도 있고, 예시적 실시형태에서, 최대 90%, 75%, 또는 50% 의 단백질을 함유할 수도 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "단백질" 은 하나 이상의 폴리펩티드로 구성된 거대분자로서 규정될 수도 있고 아미노산 서열에 상관없이 폴리펩티드의 임의의 조합물을 포함한다. 게다가, 용어 "단백질" 은, 단백질을 자연스럽게 얻을 수 있는 모든 가능한 구조 또는 반응성을 높이기 위해서 변경된 단백질을 포함하도록 되어있다. 천연 단백질 및 합성 단백질의 유도체도 또한 용어 "단백질" 의 범위 내에 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 한 가지 이상의 예시적 실시형태에서, 단백질 함유 바이오매스는 콩가루이다. 증량제는 바인더 조성물 중 총 고체의 약 0 중량% ~ 약 70.0 중량%, 약 5.0 중량% ~ 약 50.0 중량%, 또는 약 10.0 중량% ~ 약 40.0 중량% 의 양으로 바인더 조성물에 존재할 수도 있다.
바인더는, 염료, 안료, 충전제, 착색제, UV 안정제, 열적 안정제, 소포제, 산화 방지제, 유화제, 방부제 (예컨대, 벤조산 나트륨), 부식 방지제, 및 이들의 혼합물과 같은 그러나 이에 제한되지 않는 종래의 첨가제를 선택적으로 함유할 수도 있다. 프로세스 및 제품 성능을 개선하기 위해 다른 첨가제들이 바인더 조성물에 첨가될 수도 있다. 이런 첨가제는 윤활유, 습윤제, 계면활성제, 대전 방지제, 및/또는 방수제를 포함한다. 첨가제는, 미량 (예로, 바인더 조성물의 약 0.1 중량% 미만) 으로부터 바인더 조성물 중 총 고체의 최대 약 10.0 중량% 까지 바인더 조성물에 존재할 수도 있다. 일부 예시적 실시형태에서, 첨가제는 바인더 조성물 중 총 고체의 약 0.1 중량% ~ 약 5.0 중량%, 약 1.0 중량% ~ 약 4.0 중량%, 또는 약 1.5 중량% ~ 약 3.0 중량% 의 양으로 존재한다.
바인더는 보강 섬유 상에 적용하기 위해 활성 고체를 용해 또는 분산시키도록 물을 추가로 포함한다. 물은, 보강 섬유에 적용하기에 적합한 점도로 수성 바인더 조성물을 희석시키고 섬유에서 원하는 고체 함량을 달성하기에 충분한 양으로 첨가될 수도 있다. 특히, 바인더 조성물은 바인더 조성물 중 총 고체의 약 50 중량% ~ 약 98.0 중량% 의 양으로 물을 함유할 수도 있다.
바인더 조성물은 혼합물을 형성하도록 물에 가교제를 용해 또는 분산함으로써 만들어질 수도 있다. 다음에, 탄수화물은 바인더 조성물을 형성하기 위해서 혼합물 중 가교제와 혼합될 수도 있다. 바람직하다면, 경화 촉진제 (예컨대, 촉매) 가 바인더 조성물에 첨가될 수도 있다. 바인더 조성물은 원하는 양의 고체를 얻기 위해서 물로 추가로 희석될 수도 있다. 필요하다면, 혼합물의 pH 는 유기산과 무기산 및 유기염기와 무기염기를 이용해 원하는 pH 레벨로 조절될 수도 있다.
본 발명의 가장 광범위한 양태에서, 탄수화물 기반 바인더 조성물은 탄수화물 (예컨대, 말토덱스트린) 및 가교제 (예컨대, 폴리아크릴산 또는 시트르산) 로 형성된다. 본 발명의 실시형태에 따른 본 발명의 바인더 조성물에 사용된 성분의 범위가 표 1 에 제시된다.
Figure pct00014
프로세스 보조제 (예컨대, 글리세롤) 또는 저분자량 탄수화물을 포함하는 본 발명의 다른 예시적 실시형태에 따른 수성 바인더 조성물이 표 2 에 제시된다.
Figure pct00015
프로세스 보조제 및 촉매/경화 촉진제를 포함하는 본 발명의 추가 예시적 실시형태에 따른 수성 바인더 조성물이 표 3 에 제시된다.
Figure pct00016
바이오-기반 바인더를 갖는 섬유 제품
일 예시적 실시형태에서, 바인더 조성물은 섬유 제품, 전형적으로 절연 제품을 형성하는데 사용된다. 일반적으로, 섬유 제품은 경화된 열경화성 폴리머 재료에 의해 함께 결합된 매트화되는 무기 섬유로 형성된다. 적합한 무기 섬유의 예는 유리 섬유, 울 유리 섬유, 및 세라믹 섬유를 포함한다. 선택적으로, 다른 보강 섬유, 예로 천연 섬유 및/또는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 아라미드, 및/또는 폴리아라미드 섬유와 같은 합성 섬유가 유리 섬유와 더불어 절연 제품에 존재할 수도 있다. 본 발명과 함께 사용되는 바와 같은 용어 "천연 섬유" 는, 줄기, 씨, 잎, 뿌리 또는 체관부 (phloem) 를 포함하지만 이에 제한되지 않는 식물의 임의의 부분으로부터 추출된 식물 섬유를 말한다. 보강 섬유 재료로서 사용하기에 적합한 천연 섬유의 예는 현무암, 면, 황마, 대나무, 저마, 버개스 (bagasse), 대마, 코이어 (coir), 리넨, 양마, 사이잘 (sisal), 아마, 헤네켄 (henequen), 및 이들의 조합물을 포함한다. 절연 제품은 한 가지 타입의 섬유로 전부 형성될 수도 있고, 또는 절연 제품은 여러 타입의 섬유 조합물로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 절연 제품은 절연을 위한 원하는 적용에 따라 다양한 타입의 유리 섬유의 조합물 또는 다른 무기 섬유 및/또는 천연 섬유의 다양한 조합물로 형성될 수도 있다. 본원에 설명한 실시형태들은 주로 유리 섬유로 형성된 절연 제품을 참조로 한다.
용어 "섬유 제품" 은 일반적인 것으로 다양한 조성물, 제조 물품, 및 제조 프로세스를 포함한다. "섬유 제품" 은 많은 다른 성질: 예를 들어 제품에 따라 약 0.2 파운드/입방 피트 ("pcf") 내지 약 10 pcf 까지 넓은 범위에 있을 수도 있는 밀도로 특징짓고 분류될 수도 있다. 저밀도 가요성 절연 배트 및 블랭킷은 약 0.2 pcf ~ 약 5 pcf, 보다 일반적으로 약 0.3 pcf ~ 약 4 pcf 의 밀도를 전형적으로 갖는다. 섬유 제품은 약 1 pcf ~ 약 10 pcf, 보다 전형적으로 약 2 pcf 또는 3 pcf ~ 약 8 pcf 의 밀도를 가지는 더 높은 밀도의 제품, 예로 보드 및 패널 또는 성형 제품을 또한 포함한다. 더 높은 밀도의 절연 제품은, 금속 건축 절연재, 파이프 또는 탱크 절연재, 절연용 천장 및 벽 패널, 덕트 보드 및 HVAC 절연재, 가전제품 및 자동차 절연재 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 산업용 및/또는 상업용 적용에 이용될 수도 있다.
분류에 유용한 다른 성질은 제품의 강성 (rigidity) 이다. 주거용 절연 배트는 전형적으로 매우 가요성이고 그것은 감압시 그것의 "로프트" 를 회복하면서 롤 또는 배트로 압축될 수 있다. 대조적으로, 몇 가지 예를 들어, 천장 타일, 벽 패널, 기초 보드 및 임의의 파이프 절연재와 같은 다른 섬유 제품은 설계상 상당히 강성이고 잘 구부러지지 않는다. 이 제품들은 매우 적게 굴곡될 것이고 특정 공간에 적합하게 되거나 맞추어지지 않을 것이다.
형상은 다른 중요한 성질이다. 일부 섬유 제품은 지적한 바와 같이 가요성이고 강제로 일치하는 형상을 취하도록 될 수 있고, 반면에 다른 섬유 제품은 특정 용도를 위해 형성되고 형상화된다. 일부 실시형태에서, 형상은 덕트 보드, 천장 타일 및 일부 벽 절연재에서처럼 실질적으로 평평하다. 다른 실시형태에서, 섬유 절연 제품은 특정 크기의 도관, 파이프 또는 탱크에 적합한 특정 형상 (예컨대, 실린더형) 으로 제조된다. 다른 경우에서, 특정 형상 및 흔히 다이 커팅되는 컷아웃은 임의의 가전제품 절연 제품, 자동차 절연 제품 등에 포함된다. 끝으로, 다른 형상은 부직 직물 절연 제품으로 만들어질 수도 있다.
섬유 절연 제품의 다른 분류는 제조 방법을 포함할 수 있다. 유리 섬유 절연재의 제조는, 용융 유리를 회전식 섬유화하고, 즉시 이동 컨베이어 상에 유리 섬유 팩을 형성하고, 도 1 에 도시된 대로 절연 블랭킷을 형성하도록 유리 섬유 절연 배트에서 바인더를 경화함으로써 연속 프로세스로 수행될 수도 있다. 유리는 탱크 (미도시) 에서 용융될 수도 있고 섬유화 스피너 (15) 와 같은 섬유 형성 기기로 공급될 수도 있다. 스피너 (15) 는 고속으로 회전한다. 원심력은, 용융 유리를 섬유화 스피너 (15) 의 원주 측벽의 관통홀로 통과시켜 유리 섬유를 형성한다. 랜덤한 길이의 유리 섬유 (30) 는 섬유화 스피너 (15) 로부터 감쇠되고 형성 챔버 (25) 내부에 위치한 블로어 (20) 에 의해 일반적으로 아래로, 즉 스피너 (15) 의 평면에 일반적으로 직각으로 블로잉된다. 유리 섬유 (30) 는 동일한 타입의 유리일 수도 있고, 또는 유리 섬유는 다른 타입의 유리로 형성될 수도 있음을 이해해야 한다. 또한, 섬유화 스피너 (15) 로부터 형성된 적어도 하나의 섬유 (30) 는 이중 유리 섬유이고, 각각의 개별 섬유는 두 가지 다른 유리 조성물로 형성되는 것은 본 발명의 범위에 속한다.
블로어 (20) 는 섬유 배트 (40) 를 형성하도록 섬유 (30) 를 하향 선회시킨다. 유리 섬유 (30) 는 약 2 미크론 ~ 약 9 미크론, 또는 약 3 미크론 ~ 약 6 미크론의 직경을 가질 수도 있다. 유리 섬유 (30) 의 작은 직경은 최종 절연 제품에 부드러운 촉감과 가요성을 제공하는데 도움을 준다.
형성 챔버 (25) 에서 이송 중에 있고 드로잉 작동으로부터 여전히 뜨거운 상태로 있는 유리 섬유는, 유리 섬유의 형성 절연 팩 (40) 전체에 걸쳐 바인더 조성물을 분포시키도록 환형 분무 링 (35) 에 의해 본 발명의 수성 바인더 조성물로 분무된다. 유리 섬유 (30) 를 적어도 부분적으로 냉각시키도록 수성 바인더 조성물을 도포하기 전, 예로 분무에 의해, 물은 형성 챔버 (25) 내 유리 섬유 (30) 에 또한 적용될 수도 있다. 바인더는 총 섬유 제품의 약 1 중량% ~ 30 중량%, 보다 일반적으로 약 2% ~ 약 20% 또는 약 3% ~ 약 14% 의 양으로 존재할 수도 있다. 섬유 제품의 바인더 함량은 경화된 제품의 강열감량, 즉 "LOI" 에 의해 전형적으로 측정된다.
유리 섬유에 부착된 미경화된 수지 바인더를 가지는 유리 섬유 (30) 는, 형성 컨베이어 (45) 아래에서부터 섬유 팩 (40) 을 통하여 생성된 진공 (미도시) 의 보조로 형성 챔버 (25) 내에서 무단 형성 컨베이어 (45) 상의 미경화된 절연 팩 (40) 으로 모여 형성될 수도 있다. 형성 작동 중 유리 섬유 (30) 로부터의 잔열과 섬유 팩 (40) 을 통과하는 공기의 유동은, 유리 섬유 (30) 가 형성 챔버 (25) 를 나가기 전, 바인더로부터 물의 대부분을 휘발시키기에 일반적으로 충분하여, 점성의 또는 반점성의 높은 고체 액체로서 섬유 (30) 에 바인더의 남아 있는 성분을 남긴다.
형성 챔버 (25) 에서 팩 (40) 을 통과하는 공기의 유동으로 인해 압축된 상태로 있는 코팅된 섬유 팩 (40) 은 그 후 형성 챔버 (25) 밖으로 배출 롤러 (50) 아래로 이송 구간 (55) 으로 이송되고 이송 구간에서 팩 (40) 은 유리 섬유의 탄력성으로 인해 수직으로 팽창된다. 그 후, 예로 팩 (40) 을 경화 오븐 (60) 을 통하여 운반함으로써 팽창된 절연 팩 (40) 은 가열되고 경화 오븐에서 가열된 공기는 절연 팩 (40) 을 통하여 블로잉되어서 바인더에서 임의의 남아 있는 물을 증발시키고, 바인더를 경화시키고, 섬유를 함께 견고하게 결합한다. 가열된 공기는 팬 (75) 을 통하여 하부 오븐 컨베이어 (70), 절연 팩 (40), 상부 오븐 컨베이어 (65) 를 강제로 통과하고 배기 장치 (80) 를 통하여 경화 오븐 (60) 밖으로 강제로 이동된다. 경화된 바인더는 절연 블랭킷 (10) 에 강도 및 탄력성을 부여한다. 바인더의 건조 및 경화는 1 단계로 또는 2 개의 다른 단계로 수행될 수도 있음을 이해해야 한다. 2 스테이지 (2 단계) 프로세스는 통상적으로 B-스테이징 (B-staging) 으로 알려져 있다.
또한, 경화 오븐 (60) 에서, 절연 팩 (40) 은 섬유 절연 블랭킷 (10) 을 형성하도록 상하 소공 (foraminous) 오븐 컨베이어들 (65, 70) 에 의해 압축될 수도 있다. 절연 블랭킷 (10) 은 상부면 및 하부면을 가진다는 것을 이해해야 한다. 특히, 절연 블랭킷 (10) 은 2 개의 주요면, 전형적으로 상단면과 바닥면, 및 2 개의 부 (minor) 또는 측면을 가지고 섬유 블랭킷 (10) 은 주요면이 실질적으로 수평 배향을 가지도록 배향된다. 상부 및 하부 오븐 컨베이어 (65, 70) 는, 절연 블랭킷 (10) 에 미리 정해진 두께를 제공하도록 절연 팩 (40) 을 압축하는데 사용될 수도 있다. 비록 도 1 은 실질적으로 평행한 배향으로 컨베이어 (65, 70) 를 도시하지만, 컨베이어는 대안적으로 서로에 대해 비스듬히 위치결정될 수도 있음을 (미도시) 이해해야 한다.
경화 오븐 (60) 은 약 100 ℃ ~ 약 325 ℃, 또는 약 250 ℃ ~ 약 300 ℃ 의 온도에서 작동될 수도 있다. 절연 팩 (40) 은 바인더를 가교 (경화) 하고 절연 블랭킷 (10) 을 형성하기에 충분한 기간 동안 오븐 내에서 유지될 수도 있다. 본 발명의 바인더 조성물은 종래의 포름알데히드 바인더의 경화 온도보다 낮은 온도에서 경화한다. 이런 낮은 경화 온도는 절연 팩, 및 이하 상세히 설명되는 부직 촙트 스트랜드 매트를 가열하는데 더 적은 에너지를 필요로 하는데, 이것은 제조 비용을 더 낮춘다.
페이싱 재료 (93) 는 그 후 페이싱 층 (95) 을 형성하도록 절연 블랭킷 (10) 상에 배치될 수도 있다. 적합한 페이싱 재료 (93) 의 비제한적인 예로는 크라프트지, 포일-스크림-크라프트지 라미네이트, 재생지, 및 캘린더지를 포함한다. 페이싱된 절연 제품 (97) 을 형성하도록 페이싱 재료 (93) 는 결합제 (미도시)에 의해 절연 블랭킷 (10) 의 표면에 부착될 수도 있다. 적합한 결합제는 페이싱 재료 (93) 에 코팅되거나 그렇지 않으면 도포될 수 있는 접착제, 폴리머 수지, 아스팔트, 및 역청 (bituminous) 재료를 포함한다. 페이싱된 섬유 절연재 (97) 는 그 후에 저장 및/또는 수송을 위해 감길 수도 있고, 또는 절단 기기 (미도시) 에 의해 미리 정해진 길이로 절단될 수도 있다. 이런 페이싱된 절연 제품은, 예를 들어, 지하층 마감 시스템에서 패널로서, 덕트랩, 덕트보드로서, 페이싱된 주거용 절연재로서, 파이프 절연재로서 사용될 수도 있다. 일부 예시적 실시형태에서, 오븐 (60) 으로부터 나오는 절연 블랭킷 (10) 은 권취 롤로 감기거나 원하는 길이를 가지는 섹션으로 절단되고 페이싱 재료 (94) 로 페이싱되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 선택적으로, 절연 블랭킷 (10) 은 슬리팅 (slitting) 기기에 의해 층으로 슬리팅될 수도 있고 그 후 원하는 길이 (미도시) 로 절단될 수도 있다.
건축물의 절연 공동에 배치된 절연재의 상당 부분은, 전술한 바와 같이, 절연 제품으로부터 감긴 절연 블랭킷의 형태이다. 페이싱된 절연 제품은, 페이싱이 절연 공동의 가장자리에, 전형적으로 절연 공동의 내부측에 평평하게 배치되면서 설치된다. 페이싱이 수분 차단재 (vapor retarder) 인 절연 제품은, 따뜻한 내부 공간을 차가운 외부 공간으로부터 분리하는 벽, 마루, 또는 천장 공동을 절연하는데 통상적으로 사용된다. 수분 차단재는 절연 제품을 통과하는 수증기의 이동을 지연 또는 금지시키도록 절연 제품의 일측에 배치된다.
절연 제품 (10) 에서 물, 분진, 및/또는 다른 미생물 영양소의 존재는 미생물 유기체의 성장 및 증식을 지원할 수도 있다. 절연 제품에서 박테리아 및/또는 곰팡이 성장은 절연 제품 (10) 의 악취, 변색, 및 열화, 예로, 예를 들어 크라프트지 페이싱의 방습층 (vapor barrier) 성질의 열화를 초래할 수도 있다. 절연 제품 (10) 에서 박테리아, 균류, 및/또는 곰팡이와 같은 원치 않는 미생물의 성장을 금하도록, 절연 팩 (40) 은 한 가지 이상의 항미생물제, 살균제, 및/또는 항균제로 처리될 수도 있다. 항미생물제, 살균제, 및/또는 항균제는 절연 제품 (10) 의 제조 중 또는 후 제조 프로세스에서 첨가될 수도 있다. 본 발명의 바인더 조성물을 사용하는 절연 제품은 도시된 대로 유리섬유 배트이거나, 완충 절연재, 덕트보드, 덕트라이너, 또는 파이프 랩 (도면에 도시되지 않음) 일 수 있음을 이해해야 한다.
형성되거나 형상화된 제품은, 제품을 그것의 특정한 최종 형상으로 몰딩하거나 형상화하는 추가 단계를, 선택적으로 경화 중에, 포함할 수도 있다. 강성 보드는 형상화된 제품 타입으로, 이 형상은 평면이다. 다른 형상화된 제품은, 다이 또는 몰드 또는 다른 형성 장치에 의해 형성될 수도 있다. 더 높은 밀도의 섬유의 사용에 의해 그리고/또는 더 높은 레벨의 바인더 적용에 의해 강성이 부여될 수도 있다. 회전식 섬유화의 대안으로서, 일부 섬유 절연 제품, 특히 더 높은 밀도의, 부직포 절연 제품은, 랜덤한 배향으로 산포되고 제품을 형성하도록 바인더와 접촉되는 유리, 기타 광물 또는 폴리머의 미리 만들어진 섬유를 사용해 에어-레이드 또는 습식-레이드 프로세스에 의해 제조될 수도 있다.
다른 실시형태의 제조에서, 바인더 조성물은 부직 촙트 스트랜드 매트를 형성하기 위해서 미리 제조된 섬유와 조합하여 사용될 수도 있다. 특히, 바인더는 습식-레이드 또는 에어-레이드 매트 프로세싱 라인에서 촙트 스트랜드 매트를 형성하는 동안 첨가되는데, 여기에서 섬유는 물 (또는 공기) 유체에 의해 분산된다. 커플링제를 촙트 스트랜드 매트에 별도로 첨가하는 한 가지 예시적 프로세스가 도 3 에 도시된다. 비록 촙트 스트랜드 매트는 비유리 섬유로 형성되거나 포함할 수 있지만 본원에서는 유리 섬유가 참조된다는 것을 이해해야 한다. 촙트 유리 섬유 (100) 는, 섬유를 분산하고 촙트 유리 섬유 슬러리 (미도시) 를 형성하도록 다양한 계면활성제, 점도 조절제, 소포제, 및/또는 다른 화학 작용제를 교반하며 포함하는 혼합 탱크 (116) 로 운반하기 위해 저장 컨테이너 (114) 에 의해 컨베이어 (112) 와 같은 운반 장치로 제공될 수도 있다. 유리 섬유 슬러리는 헤드 박스 (118) 로 이송될 수도 있고 헤드 박스에서 슬러리는 이동 스크린 또는 소공 컨베이어 (120) 와 같은 운반 장치에 침적되고 슬러리로부터 물의 상당 부분이 제거되어 맞물린 섬유의 웨브 (매트; 122) 를 형성한다. 물은 종래의 진공 또는 공기 흡입 시스템 (미도시) 에 의해 웨브 (122) 로부터 제거될 수도 있다.
본 발명의 바인더 (124) 는 적합한 바인더 도포구, 예로 분무 도포구 (126) 또는 커튼 코팅기 (미도시) 에 의해 웨브 (122) 에 도포된다. 일단 바인더 (124) 가 매트 (122) 에 도포되고 나면, 바인더 코팅된 매트 (128) 가 적어도 하나의 건조 오븐 (130) 으로 통과하여 임의의 남아 있는 물을 제거하고 바인더 조성물 (124) 을 경화시킨다. 오븐 (130) 에서 나오는 형성된 부직 촙트 스트랜드 매트 (132) 는, 랜덤하게 배향되고, 분산된, 개별 유리 섬유의 어셈블리이다. 촙트 스트랜드 매트 (132) 는 도시된 대로 이후 사용을 위해 저장하기 위해 권취 롤 (134) 에 감길 수도 있다. 부직포 매트는, 지상 차량 및 항공기에서, 필터로서, 지붕, 마루, 천장, 벽 적용에 사용될 수 있다.
일부 경우에, 심지어, E-유리와 같은 연속 섬유 스크랩을 사용하고 그것을 유체 분산 제조 프로세스에 적합한 길이로 절단할 수 있다. 직물 파이프 절연재의 일 실시형태에서, E-유리 스크랩의 길이는 약 0.5 인치 ~ 약 6 인치 범위, 공칭 약 2 인치 길이로 절단된다. 이것은 유체 (물 또는 공기) 에 의해 분산되고, 유체가 제거되고, 섬유는 앞서와 같이 경화되는 바이오-기반 바인더로 분무된다.
본 발명에 따른 바이오-기반 바인더를 사용해 제조될 수 있는 일부 예시적 섬유 제품은 이하 표 A 에 도시된 것들을 포함한다.
[표 A]
Figure pct00017
* 위의 표 A 에서, 바인더 조성물의 각 성분은 바인더 조성물의 건조 중량 퍼센트의 전형적인 값의 범위로 주어진다.
실시예 4, 실시예 5, 실시예 7, 및 실시예 12 는 가요성의, 가벼운 밀도의 주거용 절연재에 관련되는 반면에, 실시예 8, 실시예 9 및 실시예 10 은 전형적 가요성 주거용 절연재 이외의 상업용 섬유 제품을 추가로 보여준다. 본 발명에 따른 바이오-기반 바인더 조성물을 사용해 제조될 수 있는 비주거용 절연 섬유 제품의 보다 완전한 목록은 이하 표 B 에 제시되어 있다.
[표 B]
Figure pct00018

본 발명의 바인더 배합물에 의해 제공되는 많은 장점들이 있다. 예를 들어, 종래의 요소-포름알데히드 바인더와 달리, 본 발명의 바인더는 (저밀도 제품으로) 경화 후 연한 색상을 갖는다. 게다가, 탄수화물은 천연에 기원하고 재생 가능 자원으로부터 얻어진다. 포름알데히드 배출을 낮추거나 제거함으로써, 작업공간에서 배출되는 전체 휘발성 유기 화합물 (VOCs) 이 감소된다. 부가적으로, 탄수화물은 비교적 저렴하므로, 절연 제품 또는 촙트 섬유 매트는 적은 비용으로 제조될 수 있다. 또한, 바인더는 악취가 적거나 없어서, 작업하기에 보다 바람직하다.
본 발명을 일반적으로 설명하였으므로, 단지 예시를 위해 제공되고 달리 명시되지 않는다면 모두 포함하거나 제한하는 것으로 의도되지 않는 이하 예시된 임의의 특정 실시예를 참조함으로써 더 이해할 수 있다.
실시예
실시예 1:
표 4 에 나타낸 바인더 배합물은 이하 상세히 설명한 방식으로 핸드시트를 형성하는데 이용되었다. 부직 유리섬유 핸드시트는 400 ℉ 에서 3 분 동안 건조되고 경화되었다. 각 샘플에 대한 인장 강도, 강열감량 (LOI), 및 LOI 로 나눈 인장 강도 (인장 강도/LOI) 가 주위 (ambient) 조건 및 스팀 조건 하에 결정되었다. 인장 강도는 인스트론 (Instron) 을 사용해 측정되었다. 보강 섬유의 강열감량 (LOI) 은, 섬유로부터 유기 크기 (organic size) 를 연소하거나 열분해하기에 충분한 온도로 섬유를 가열한 후 섬유가 겪는 중량 감소이다. 강열감량은, Fiberglass Mats (2006) 의 TAPPI T-1013 OM06, 강열감량에 제시한 절차에 따라 측정되었다. 스팀 환경에 핸드시트를 배치하도록, 핸드시트는 30 분 동안 400 psi ~ 500 psi 의 압력에서 240 ℉ 로 오토클레이브에 배치되었다.
핸드시트는 다음 절차에 따라 만들어졌다. 먼저, 물이 버킷 (대략 5 리터) 에 첨가된다. 이 물에, 8 방울의 NALCO 분산제 01NM 159 가 첨가되었다. 공압 교반기는 버킷으로 내려가고 교반하되 기포를 생성하지 않도록 저속으로 세팅되었다. 이 교반 혼합물에, 젖은 촙트 유리 섬유 (8 그램) 가 첨가되었고 5 분 동안 교반하도록 허용되었다. 스크린 캐치는 12 X 12 X 12 인치의 40 리터 윌리엄즈 표준 펄프 테스팅 장치 (a.k.a.a 데클 (deckle) 박스) 에 배치되었고 박스는 폐쇄되었다. 데클 박스는 그 후 물로 "3" 마크까지 채워졌고 플레이트 교반기는 데클 박스에 배치되었다. 데클 박스 내 물에, 폴리아크릴아미드, NALCO 7768 의 0.5 중량% 용액 (80 그램) 이 첨가되었고 플레이트 교반기를 사용해 용해될 때까지 혼합되었다. 유리 섬유 물이 5 분 동안 교반된 후, 폴리아크릴아미드, NALCO 7768 의 0.5 중량% 용액 (80 그램) 이 첨가되었고 1 분 동안 저속으로 교반되었고, 그 후 교반 속도는 최고 설정값으로 세팅되었고 부가적인 2 분 동안 교반되도록 허용되었다. 유리 섬유 용액은 그 후 즉시 데클 박스로 덤핑되었고 10 래피드 스트로크 (rapid strokes) 동안 플레이트 교반기로 교반된다. 여기에서, 데클 박스가 비워질 때까지 데클 박스의 밸브가 눌러졌다. 데클 박스가 배수된 후, 박스는 개방되었고 스크린의 대향한 모서리를 잡아줌으로써 핸드시트를 구비한 스크린은 베이스로부터 제거되었다. 스크린은 그 후 목재 프레임에 배치되었고 바이오-기반 바인더는 롤 코팅기를 사용해 핸드시트에 도포되었다. 여분의 바인더는 그 후 제거되었다. 바인더 코팅된 핸드시트는 경화를 위해 오븐 안으로 배치되었고 1 인치 스트립으로 절단되었다. 이 스트립들은 하룻밤 동안 데시케이터 (desiccator) 에 배치되었다.
이 실험의 결과는 표 5 에 나타나 있다. 표 4 에서 중량은 그램 (g) 으로 표현된다는 점에 주목해야 한다.
Figure pct00019
(1) Acumer 9932: The Dow Chemical Company 로부터 상업적으로 이용가능한 폴리아크릴산 수지 (46% 고체).
(2) QXRP 1734: The Dow Chemical Company 로부터 상업적으로 이용가능한 폴리아크릴산 수지.
Figure pct00020
표 4 및 표 5 에 나타난 데이터로부터, 현재 상업적으로 이용가능한 제품의 인장 강도와 비교해 바인더 배합물은 동일하거나 보다 양호한 인장 강도를 보여주는 것으로 결론이 내려졌다.
실시예 2:
표 6 에 제시된 바인더 배합물은 실시예 1 에서 제시된 절차에 따라 핸드시트를 형성하는데 이용되었다. 부직 유리섬유 핸드시트는 400 ℉ 에서 3 분 동안 건조 및 경화되었다. 각각의 샘플에 대한 인장 강도, 강열감량 (LOI), 및 LOI 로 나눈 인장 강도 (인장 강도/LOI) 가 주위 조건 및 스팀 조건 하에서 결정되었다. 스팀 조건은 실시예 1 에 제시된 스팀 조건과 동일하였다. 게다가, 각 샘플의 강열감량 및 인장 강도는 실시예 1 에 설명된 절차에 따라 측정되었다. 그 결과는 표 7 에 나타나 있다. 표 6 에서 중량은 그램 (g) 으로 표현된다는 점에 주목해야 한다.
Figure pct00021
(1) QXRP 1734: The Dow Chemical Company 로부터 상업적으로 이용가능한 폴리아크릴산 수지.
Figure pct00022
표 6 및 표 7 에 제공된 데이터로부터, 다른 덱스트로오스 당량 (DE) 을 가지는 말토덱스트린을 함유한 바인더 배합물은 상업적으로 이용가능한 제품보다 더 양호하거나 비슷한 인장 강도, LOI, 및 스팀 에이징 후 LOI 를 달성한 것으로 결론이 내려졌다.
실시예 3:
표 8 에 제시된 바인더 배합물은 실시예 1 에 제시된 절차에 따라 핸드시트를 형성하는데 이용되었다. 부직 유리섬유 핸드시트는 400 ℉ 에서 3 분 동안 건조 및 경화되었다. 각각의 샘플에 대한 인장 강도, LOI, 및 인장 강도/LOI 는 주위 조건 및 스팀 조건 하에서 결정되었다. 스팀 조건은 실시예 1 에 제시된 스팀 조건과 동일하였다. 게다가, 각 샘플의 강열감량 및 인장 강도는 실시예 1 에 설명된 절차에 따라 측정되었다. 그 결과는 표 9 에 나타나 있다. 표 8 에서 중량은 그램 (g) 으로 표현된다는 점에 주목해야 한다.
Figure pct00023
**MD = 말토덱스트린, CA = 시트르산, SHP = 차아인산 나트륨
Figure pct00024
표 8 및 표 9 에 제시된 데이터로부터, 다른 촉매를 함유한 바이오-기반 바인더 배합물은 현재 상업적으로 이용가능한 제품의 인장 강도와 비슷한 인장 강도를 달성한 것으로 결론내렸다.
실시예 4:
표 10 에 제시된 바인더 배합물은 본 기술분야의 당업자들에 의해 공지된 방식으로 R-19 유리섬유 절연 배트를 형성하는데 이용되었다. R-19 유리섬유 절연 배트는 목표 6% LOI 를 가졌고 510 ℉ 에서 경화되었다. 라인의 끝에서 배트의 기계적 성질은 주위 조건 하에 결정되었다. 그 결과는 표 11 에 나타나 있다.
Figure pct00025
(1) Acumer 9932: The Dow Chemical Company 로부터 상업적으로 이용가능한 폴리아크릴산 수지 (46% 고체).
**MD = 말토덱스트린, CA = 시트르산, PA = 폴리아크릴산, SHP = 차아인산 나트륨
Figure pct00026
표 10 및 표 11 에 제공된 데이터로부터, 폴리아크릴산과 말토덱스트린 또는 다른 비의 말토덱스트린과 시트르산을 함유한 바인더 배합물이 전형적인 제조 조건 하에 경화될 수 있고 현재 상업적으로 이용가능한 제품의 제품 성능과 비슷한 제품 성능을 달성한 것으로 결론내렸다.
실시예 5:
표 12 에 제시된 바인더 배합물은 본 기술분야의 당업자들에 의해 공지된 종래의 방식으로 R-19 유리섬유 절연 배트를 형성하는데 이용되었다. R-19 유리섬유 절연 배트는 6% 의 목표 강열감량 (LOI) 을 가졌다. 배트의 기계적 성질은 주위 조건 하에 결정되었다. 그 결과는 표 13 에 나타나 있다.
Figure pct00027
** MD = 말토덱스트린, G = 글리세롤, CA = 시트르산, SHP = 차아인산 나트륨
Figure pct00028
** MD = 말토덱스트린, CA = 시트르산, G= 글리세롤, SHP = 차아인산 나트륨
표 12 및 표 13 에 제시된 데이터로부터, 가변 레벨로 프로세스 보조제 (예컨대, 글리세린) 를 함유한 바인더 배합물은 현재 상업적으로 이용가능한 제품의 제품 성능과 비슷한 제품 성능을 달성한 것으로 결론내렸다. 또한, 오븐으로 들어가기 전 미경화된 블랭킷 램프 높이는 바인더 조성물에 존재하는 글리세린의 퍼센트에 비례하여 개선된 것으로 관찰되었다. 예를 들어, 조성물에 존재하는 글리세린의 퍼센트가 5% 에서 15% 로 상승함에 따라 램프 높이는 15% 에서 50% 로 증가되었다.
실시예 6:
표 14 및 표 16 에 제시된 바인더 배합물은 실시예 1 에 제시된 절차에 따라 핸드시트를 형성하는데 이용되었다. 부직 유리섬유 핸드시트는 400 ℉ 에서 3 분 동안 건조 및 경화되었다. 각각의 샘플에 대한 인장 강도, LOI, 및 인장 강도/LOI 는 주위 조건 및 스팀 조건 하에 결정되었다. 스팀 조건은 실시예 1 에 제시된 스팀 조건과 동일하였다. 게다가, 각 샘플의 강열감량 및 인장 강도는 실시예 1 에 설명된 절차에 따라 측정되었다. 그 결과는 표 15 및 표 17 에 나타나 있다. 표 15 및 표 17 에서 중량은 그램 (g) 으로 표현된다는 점에 주목해야 한다.
Figure pct00029
** MD = 말토덱스트린, CA = 시트르산, TEOA = 트리에탄올아민, DEOA = 디에탄올아민, SHP = 차아인산 나트륨
Figure pct00030
Figure pct00031
** MD = 말토덱스트린, CA = 시트르산, TEOA = 트리에탄올아민, DEOA = 디에탄올아민, SHP = 차아인산 나트륨
Figure pct00032
표 14 내지 표 17 에 제시된 데이터로부터, 가교 증가제로서 첨가된 알카놀 아민을 함유한 바인더 배합물은 현재 상업적으로 이용가능한 제품의 인장 강도 및 LOI 와 비슷하거나 보다 양호한 인장 강도 및 LOI 를 달성한 것으로 결론내렸다.
실시예 7:
표 18 및 표 20 에 제시된 바인더 배합물은 본 기술분야의 당업자들에 의해 공지된 종래의 방식으로 R-21 유리섬유 절연 배트를 형성하는데 이용되었다. R-21 유리섬유 절연 배트는 5.5% 의 목표 강열감량 (LOI) 을 가졌다. 라인의 끝에서 배트의 기계적 성질은 주위 조건 하에 결정되었다. 그 결과는 표 19 및 표 20 에 나타나 있다.
Figure pct00033
** MD = 말토덱스트린, CA = 시트르산, G= 글리세롤, TEOA = 트리에탄올아민, DEOA = 디에탄올아민, SHP = 차아인산 나트륨
Figure pct00034
Figure pct00035
** MD = 말토덱스트린, CA = 시트르산, G = 글리세롤, TEOA = 트리에탄올아민, DEOA = 디에탄올아민, SHP = 차아인산 나트륨
Figure pct00036
표 18 내지 표 21 에 나타난 것처럼, 바이오-기반 바인더로 글리세롤, 디에탄올아민, 및/또는 트리에탄올아민을 첨가하면 허용할 수 있는 강성도/처짐과 같은 양호한 성능 성질을 가지는 유리섬유 절연 제품을 생성하였다. 게다가, 촉매 없이 말토덱스트린과 시트르산의 혼화물 (blend) 을 함유한 바인더 배합물은 전형적인 제조 조건 하에 경화되었고 허용할 수 있는 강성도/처짐 성능을 발생시켰다.
실시예 8:
표 22 에 제시된 바인더 배합물은 본 기술분야의 당업자들에 의해 공지된 종래의 방식으로 유리섬유의 5 pcf, 1 인치 두께의 천장 보드를 형성하는데 이용되었다. 천장 보드는 13% 의 목표 강열감량 (LOI) 을 가졌다. 천장 보드의 기계적 성질은 주위 조건 하에 결정되었다. 그 결과는 표 23 에 나타나 있다. 비교 샘플 1 내지 샘플 3 은 표 22 에 제공되고 비록 표 22 에서는 구체적으로 식별되지 않지만 이 실험에서 제어된 샘플 4 는 오웬스 코닝의 5 파운드/입방 피트 (pcf), 1 인치 두께의 천장 보드로, 상업적으로 이용가능한 제품이다.
Figure pct00037
** MD = 말토덱스트린, CA = 시트르산, G= 글리세롤, TEOA = 트리에탄올아민, SHP = 차아인산 나트륨
Figure pct00038
(1) 오웬스 코닝 5 파운드/입방피트 (pcf) 1 인치 두께 천장 보드, 상업적으로 이용가능한 제품.
표 22 및 표 23 에 나타난 것처럼, 바이오-기반 바인더는 양호한 성능 성질, 예로 개선된 (또는 등가의) 굴곡 탄성계수 및 개선된 압축 하중 변형을 가지는 천장 보드를 생성하였다.
실시예 9:
표 24 에 제시된 바인더 배합물은 본 기술분야의 당업자들에 의해 공지된 종래의 방식으로 R-6 유리섬유 가요성 덕트 매체 (FDM) 를 형성하는데 이용되었다. 가요성 덕트 매체는 6% 의 목표 LOI 를 가졌다. 가요성 덕트 매체의 기계적 성질은 주위 조건 하에 결정되었다. 그 결과는 표 25 에 나타나 있다.
Figure pct00039
** MD = 말토덱스트린, CA = 시트르산, SHP = 차아인산 나트륨
Figure pct00040
표 24 및 표 25 에 나타난 것처럼, 바이오-기반 바인더는 기존의 R-6 가요성 덕트 매체 절연 상업용 제품의 인장 강도와 비슷한 인장 강도를 소유한 R-6 가요성 덕트 매체 절연재를 생성하였다.
실시예 10:
표 26 에 제시된 바인더 배합물은, 본 기술분야의 당업자들에 의해 공지된 종래의 방식으로 R-13 유리섬유 금속 건축 절연재 (MBI) 를 형성하는데 이용되었다. 천장 보드는 6.5% 의 목표 LOI 를 가졌다. 금속 건축 절연재의 기계적 성질은 주위 조건 하에 결정되었다. 그 결과는 표 27 에 나타나 있다.
Figure pct00041
** MD = 말토덱스트린, CA = 시트르산, SHP = 차아인산 나트륨
Figure pct00042
표 26 및 표 27 에 나타난 것처럼, 바이오-기반 바인더는 상업적으로 이용가능한 R-13 금속 건축 절연 제품의 두께와 비슷한 두께를 가지는 R-13 금속 건축 절연재를 생성하였다.
실시예 11:
바인더 표면 장력을 낮추고, 바인더 분무 무화를 개선하고, 바인더 분포 균일도를 개선하고, 바인더 적심 및 섬유-섬유 접합부로 바인더의 이동을 개선하는 계면활성제를 함유한 바이오-기반 바인더의 표면 장력이 페놀/요소/포름알데히드 바인더 표준과 비교되었다. 본 발명의 바이오-기반 바인더 조성물의 표면 장력은 표면 장력계 6000 (Chem-Dyne Research Group 의 SensaDyne Instrument Division 에 의해 제조) 을 사용해 측정되었다. 계기는 탈이온수로 보정되었다. 데이터는 5 초마다 기록되었다. 시스템이 안정화되고 테스팅이 개시된 후, 1 분 테스팅 기간 동안 평균값이 각 샘플에 대해 얻어졌다. 그 결과는 표 28 에 나타나 있다.
Figure pct00043
(1) Stanfax - 나트륨 라우릴 술페이트
(2) Surfynol 465 - 에톡실화 2,4,7,9-테트라메틸 5 데신-4,7-디올
(3) Triton™ GR-PG70 - l,4-비스(2-에틸헥실) 나트륨 술포석시네이트
(4) Triton™ CF-10 - 폴리(옥시-l,2-에탄디일), 알파-(페닐메틸)-오메가-(l,1,3,3- 테트라메틸부틸)페녹시
** MD = 말토덱스트린, CA = 시트르산, SHP = 차아인산 나트륨
표 28 에 나타난 결과를 관찰하면, 계면활성제를 첨가함으로써 바이오-기반 바인더의 표면 장력이 감소되는 것으로 결론이 내려졌다.
Figure pct00044
** MD = 말토덱스트린, CA = 시트르산, SHP = 차아인산 나트륨
Figure pct00045
** MD = 말토덱스트린, CA = 시트르산, SHP = 차아인산 나트륨
표 29 및 표 30 에 제시된 데이터로부터, 상이한 커플링제를 함유한 바이오-기반 배합물은 현재 상업적으로 이용가능한 제품의 인장 강도와 비슷한 인장 강도를 달성하는 것으로 결론이 내려졌다.
실시예 12:
바이오-기반 바인더는 제품 및 경화 조건에 따라 아로마 (aroma) 를 배출할 수도 있다. 바람직하지 못한 아로마의 배출을 최소화하도록, 다양한 알카놀 아민이 바인더 조성물에 첨가되었고 R-20 제품은 전형적인 (종래의) 제조 조건 하에 생산되었다. 생산된 재료는 8 X 8 (인치2) 로 절단되었고, 지퍼 백 안에 배치되어, 밀봉되었다. 10 명의 검사원들은 새로운 샘플 백을 제공받았고 검사원들은 개별적으로 가장 강한 아로마 (더 높은 수) 로부터 가장 약한 아로마 (더 낮은 수) 로 각각의 샘플의 순위를 매겼다. 그 결과는 표 31 에 제공된다.
Figure pct00046
** MD = 말토덱스트린, CA = 시트르산, TEOA = 트리에탄올아민, DEOA = 디에탄올아민, SHP = 차아인산 나트륨
표 31 에 제시된 데이터에 근거하여, 경화된 절연 제품에 의해 발생되는 아로마는 알카놀 아민을 함유한 본 발명의 바이오-기반 바인더를 사용해 감소되는 것으로 결론이 내려졌다.
실시예 13:
표 32 에 열거된 내습 첨가제와 조합되는 표 18 에 제시된 샘플 1 및 샘플 2 의 바인더 배합물은, 본 기술분야의 당업자들에 의해 공지된 종래의 방식으로 유리섬유 R-13 절연 제품을 형성하는데 이용되었다. R-13 제품은 6.5% 의 목표 LOI 를 가졌다. 내습 첨가제가 첨가된 바이오 바인더의 기계적 성질은 주위 조건 하에 결정되었다. 그 결과는 표 32 에 나타나 있다.
Figure pct00047
** MD = 말토덱스트린, CA = 시트르산, SHP = 차아인산 나트륨
표 32 에 제시된 데이터에 근거하여, 상이한 내습 첨가제를 함유한 바이오-기반 바인더 배합물은 상업적으로 이용가능한 유리 섬유 절연 제품의 성능 능력과 비슷한 성능 능력을 가지는 유리 섬유 절연 제품을 얻은 것으로 결론이 내려졌다.
실시예 14:
환경 배출물 테스트는, 단독으로 또는 기존의 유화된 광물 분진 제거 오일과 함께 표 18 의 샘플 1 로 제시된 기본 배합물을 사용하였다. 테스트는 제어되는 것을 포함해 각각의 배합물에 대해 R-19 절연 제품을 만들도록 종래의 생산 라인을 사용해 적어도 5 시간의 기간 동안 수행되었다. 전형적인 배출물 샘플링 분석 절차가 뒤따랐고 여과된 미립자 배출물 및 포름알데히드 배출물이 표 33 에 열거되었다.
Figure pct00048
표 33 에 제시된 데이터로부터, 종래의 유리 섬유 절연재 제조 프로세스에 적용될 때 바이오-기반 바인더는 형성 미립자 배출물을 18% 이상만큼 감소시켰고 절연재를 형성하는 동안 포름알데히드 배출물을 거의 없앤 것으로 결론이 내려졌다. 검출된 소량의 포름알데히드는 포름알데히드 바인더 잔류물 또는 일부 다른 오염물로부터 파생되었음에 주목한다.
본원의 발명은 일반적으로 그리고 특정 실시형태들에 대해 모두 전술되었다. 본 발명은 바람직한 실시형태로 생각되는 것으로 기술되었지만, 본 기술분야의 당업자들이 알 수 있는 매우 다양한 대안예들이 일반적 개시 내에서 선택될 수 있다. 하기 기술되는 청구항에서 설명되는 경우를 제외하고, 본 발명은 그 외에는 제한되지 않는다.

Claims (17)

  1. 섬유 절연 제품으로서,
    랜덤하게 배향된 복수의 섬유; 및
    섬유들의 적어도 일부에 도포되는 바인더 조성물로서,
    2 ~ 20 의 덱스트로오스 당량 수를 가지는 적어도 하나의 탄수화물; 및
    적어도 하나의 가교제
    의 반응 생성물을 포함하는, 상기 바인더 조성물을 포함하는, 섬유 절연 제품.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 바인더 조성물은, 경화된 상태에서, 적어도 하나의 폴리에스테르를 포함하는, 섬유 절연 제품.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 탄수화물은, 펙틴, 덱스트린, 말토덱스트린, 전분, 변성 전분, 전분 유도체, 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택된 수용성 다당류인, 섬유 절연 제품.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가교제는, 폴리카르복실산, 폴리카르복실산의 염, 무수물, 무수물을 가진 모노머 카르복실산, 무수물을 가진 폴리카르복실산, 시트르산, 시트르산의 염, 아디프산, 아디프산의 염, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산의 염, 폴리아크릴산 기반 수지, 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는, 섬유 절연 제품.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 제품은 첨가된 포름알데히드가 없는, 섬유 절연 제품.
  6. 부직포 섬유 제품으로서,
    제 1 주요면 (major surface) 과 제 2 주요면을 가지는 매트의 형태로 랜덤하게 배향된 복수의 유리 섬유; 및
    상기 매트의 상기 제 1 주요면을 적어도 부분적으로 코팅하는 바인더 조성물로서,
    2 ~ 20 의 덱스트로오스 당량 수를 가지는 적어도 하나의 탄수화물; 및
    적어도 하나의 가교제
    의 반응 생성물을 포함하는, 상기 바인더 조성물을 포함하는, 부직포 섬유 제품.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 바인더 조성물은, 경화된 상태에서, 적어도 하나의 폴리에스테르를 포함하는, 부직포 매트.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 탄수화물은, 펙틴, 덱스트린, 말토덱스트린, 전분, 변성 전분, 전분 유도체 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택된 수용성 다당류인, 부직포 매트.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 가교제는, 폴리카르복실산, 폴리카르복실산의 염, 무수물, 무수물을 가진 모노머 카르복실산, 무수물을 가진 폴리카르복실산, 시트르산, 시트르산의 염, 아디프산, 아디프산의 염, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산의 염, 폴리아크릴산 기반 수지, 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는, 부직포 매트.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 바인더 조성물은, 커플링제, 프로세스 보조제, 증량제, pH 조절제, 촉매, 가교 밀도 증가제 (crosslinking density enhancer), 탈취제, 산화 방지제, 분진 억제제, 항균제 및 내습제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 구성요소 (member) 를 더 포함하는, 부직포 매트.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 부직포 매트는 첨가된 포름알데히드가 없는, 부직포 매트.
  12. 섬유 제품으로서:
    랜덤하게 배향된 복수의 유리 섬유; 및
    섬유들의 적어도 일부에 도포되는 포름알데히드가 없는 열경화성의 바이오-기반 바인더 조성물로서,
    반응성 하이드록실기를 가지는 적어도 하나의 탄수화물; 및
    반응성 카르복실산기를 가지는 적어도 하나의 가교제를 포함하는, 상기 바인더 조성물을 포함하는, 섬유 제품.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 섬유 제품은 회전식 섬유화 프로세스에 의해 만들어진, 약 0.3 pcf ~ 약 4 pcf 의 밀도를 가지는 가요성의 저밀도 제품인, 섬유 제품.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 섬유 제품은 약 1.5 pcf ~ 약 10 pcf 의 밀도를 가지는 강성 제품인, 섬유 제품.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 섬유 제품은 약 3 pcf ~ 약 8 pcf 의 밀도를 가지는, 섬유 제품.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 섬유 제품은 약 1.5 pcf ~ 약 10 pcf 의 밀도를 가지는 강성 제품이고, 파이프의 섹션 주위에 끼워맞춰지도록 실린더형으로 형상화되는, 섬유 제품.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 섬유 제품은 에어-레이드 (air-laid) 프로세스에 의해 만들어진 부직포 제품이고, 상기 제품은 약 0.8 pcf ~ 약 4 pcf 의 밀도를 가지는, 섬유 제품.
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