JP7703533B2 - ガラス繊維断熱製品 - Google Patents

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Description

本願は、一般に、ガラス繊維断熱製品、特に小径の繊維で作られたガラス繊維断熱製品に関する。
〔関連出願の参照〕
本願は、２０１９年１２月９日に出願された米国特許仮出願第６２／９４５，３１３号の優先権及び権益主張出願であり、この米国特許仮出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。
「繊維断熱製品」という用語は、一般に用いられており、かかる繊維断熱製品は、種々の組成物、種々の製造物品、及び種々の製造プロセスを含む。鉱物繊維（例えば、ガラス繊維）は、断熱製品及び不織マットの状態で常用されている。繊維断熱は、典型的には、ポリマー、ガラス、又は他の鉱物の溶融組成物を繊維化し、そして繊維化装置、例えば回転スピナから繊維を紡糸することによって製造される。断熱製品を成形するため、回転スピナにより作られた繊維をスピナからブロワによってコンベヤに向かって下方に引く。繊維が下方に動いているときに、バインダ材料を繊維に吹き付け、そして繊維をコンベヤ上に高ロフトの連続ブランケットの状態に集める。バインダ材料は、包装後の復元のためのレジリエンスを断熱製品に与えるとともにスチフネス及び取り扱い適性をもたらし、その結果、断熱製品を取り扱ってこれを必要に応じて建物の断熱空洞内に施すことができるようになっている。バインダ組成物はまた、フィラメント間摩滅からの保護を繊維にもたらすとともに個々の繊維相互間の適合性を促進する。
次に、バインダを塗布した繊維を含むブランケットを硬化オーブン中に通し、そしてバインダを硬化させてブランケットを所望の厚さに定める。バインダが硬化した後、繊維断熱材を所定の長さに切断して個々の断熱製品を成形し、そして断熱製品を顧客の所在地に出荷するために包装するのが良い。製造される１つの典型的な断熱製品は、断熱バット又はブランケットであり、これは、住居内の壁断熱材として又は建物内の屋根裏部屋及び床断熱空洞内の断熱材として使用するのに適している。別のありふれた断熱製品は、エアブローン又はバラ詰め断熱材であり、これは、住居及び商業用ビルならびに何らかの到達困難な場所内の側壁及び屋根裏部屋用断熱材として用いるのに適している。バラ詰め断熱材は、小さなキューブで形成されるのが良く、これらキューブは、断熱ブランケットから切断され、圧縮され、そして袋の中に包装される。
繊維断熱製品は、多くの種々の特性、例えば密度によって特徴づけられる場合がある。例えば低密度可撓性断熱バット又はブランケットは、典型的には、０．４ポンド／立方フィート（“ｐｃｆ”）（なお、１ポンドは約４５３．６ｇ、１フィートは約３０．５ｃｍである）～２．０ｐｃｆとの間の密度を有するとともに多くの場合、壁、屋根裏部屋、及び地下室内の住居用断熱材に使用される。繊維断熱製品はまた、７ｐｃｆ～１０ｐｃｆの密度を有する高密度製品、例えばボード及びパネル又は成形製品を含む。高密度断熱製品は、多くの場合、工業及び／又は商業用途で用いられ、かかる工業及び／又は商業用途としては、金属製の建物壁及び天井断熱材、パイプ又はタンク断熱材、断熱天井及び壁パネル、ダクトボードなどが挙げられるが、これらには限定されない。
本発明の一観点は、複数のランダムに配向されたガラス繊維と、ガラス繊維をひとまとめに保持するバインダ組成物とを含む繊維断熱製品に関する。繊維断熱製品は、１０から５４までの範囲にあるＲ値を有し、硬化後、非圧縮状態において０．３０ｐｃｆから２．７ｐｃｆまでの範囲にある密度を有する。さらに、繊維断熱製品は、バインダ組成物の塗布に先立って、８ＨＴ（hundred thousandths of an inch：１／１００，０００インチ）から１２ＨＴまでの範囲にある平均繊維直径及び繊維断熱製品の重量で２％から１０％までの範囲にあるバインダ量を有する。
本発明の別の観点は、複数の互いに平行であって互いに間隔を置いて配置された骨組部材と、骨組部材のうちの２つの間に受け入れられるガラス繊維断熱バットとを有する躯体に関する。ガラス繊維断熱バットは、複数のランダムに配向されたガラス繊維と、ガラス繊維をひとまとめに保持するバインダ組成物とを含む。繊維断熱バットは、１０から５４までの範囲にあるＲ値を有し、硬化後、非圧縮状態において０．３０ｐｃｆから２．７ｐｃｆまでの範囲にある密度を有する。さらに、繊維断熱バットは、バインダ組成物の塗布に先立って、８ＨＴから１２ＨＴまでの範囲にある平均繊維直径及び繊維断熱バットの重量で２％から１０％までの範囲にあるバインダ量を有する。
本発明の諸特徴及び諸利点は、以下の説明を添付の図面と共に読むと、本発明と関連した当業者には明らかになろう。
繊維断熱製品の例示の実施形態の斜視図である。 図１の繊維断熱製品を製造する製造ラインの例示の実施形態の立面図である。 繊維断熱試験片についての快適度と平均繊維直径／密度の関係を表すグラフ図である。
別段の定義がなければ、本明細書で用いられる全ての技術的及び科学的用語は、本発明の属する当業者によって一般的に理解されるのと同一の意味を有する。本明細書において説明する方法及び材料と類似し又は均等な任意の方法及び材料を本発明の実施又は試験において使用することができるが、好ましい方法及び好ましい材料を本明細書において説明する。全ての値域は、当該範囲の外側の境界内の考えられる全ての部分的範囲を含むものと理解される。かくして、例えば、０．３ｐｃｆから２．０ｐｃｆまでの密度範囲は、例えば、０．５ｐｃｆ～１．２ｐｃｆ、０．７ｐｃｆ～１．０ｐｃｆなどを開示している。
図１は、例示の実施形態としての繊維断熱製品１００を示している。繊維断熱製品１００は、種々の仕方で構成できる。繊維断熱製品は、一般に、バインダ組成物によって互いに結合されたマット状無機繊維で形成される。適当な無機繊維の例としては、ガラス繊維、ウール状ガラス繊維、セラミック繊維、石、スラグ、及びバサルトが挙げられる。オプションとして、他の強化繊維、例えば天然繊維及び／又は合成繊維、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、及び／又はポリアラミド繊維がガラス繊維に加えて断熱製品に用いられる場合がある。本発明と関連して用いられる「天然繊維」という用語は、植物の任意の部分から抽出された植物繊維を意味し、かかる植物繊維としては、茎、種、葉、根、又は師部が挙げられるが、これらには限定されない。強化繊維材料として用いられるのに適した天然繊維の例としては、綿、ジュート、バンブー、カラムシ、バガス、ヘンプ、コイア、リネン、ケナフ、サイザル、亜麻、ヘネケン、及びこれらの組み合わせが挙げられる。繊維断熱製品は、全体が１種類の繊維で作られても良く、あるいは、種々の繊維の組み合わせで形成されても良い。例えば、繊維断熱製品は、断熱に関する所望の用途に応じて、種々のガラス繊維の組み合わせ又は種々の無機繊維及び／又は天然繊維の種々の組み合わせで形成されても良い。本明細書において説明する実施形態は、全体がガラス繊維で作られた断熱製品に関する。
図示の実施形態では、繊維断熱製品１００は、全体として箱形のガラス繊維断熱バットである。しかしながら、他の実施形態では、断熱製品は、任意適当な形状又はサイズのものであって良く、例えば、圧延品又はブランケットであっても良い。断熱バット又はブランケットとして、繊維断熱製品１００は、建物の断熱空洞内に配置されるのが良い。例えば、繊維断熱製品１００は、建物の壁、屋根、又は床フレーム内の２つの互いに平行で間隔を置いて配置された骨組部材相互間の空間又は空洞内に配置されるのが良い。
繊維断熱製品１００は、不織ガラス繊維及びガラス繊維を互いにくっつけるためのバインダを有する断熱層１０２を有する。オプションとして、繊維断熱製品１００は、断熱層１０２に取り付けられ又は違ったやり方でくっつけられた面材又は化粧材（表面仕上材）１０４をさらに有するのが良い。繊維断熱製品１００は、第１の側面１０６、第１の側面１０６と反対側でこれから間隔を置いて配置された第２の側面１０８、第１の側面１０６と第２の側面１０８との間に延びる第３の側面１１０、及び第３の側面１１０と反対側にこれから間隔を置いて位置するともに第１の側面１０６と第２の側面１０８との間に延びる第４の側面１１２を有する。繊維断熱製品１００は、側面１０６，１０８，１１０，１１２を互いに連結する第１のフェース１１４及び第１のフェース１１４と反対側にこれと平行に又は全体として平行に位置しかつ側面１０６，１０８，１１０，１１２を互いに連結する第２のフェース１１６をさらに有する。繊維断熱製品１００は、非圧縮状態においては、長さＬ1、幅Ｗ1、及び厚さＴ1を有する。幾つかの実施形態では、長さＬ1は、幅Ｗ1よりも大きく、幅Ｗ1は、厚さＴ1よりも大きい。
面材１０４は、繊維断熱製品１００の第１のフェース１１４、第２のフェース１１６、又は両方のフェースの全体又は一部分を形成するよう断熱層１０２上に配置されるのが良い。面材１０４は、多種多様な形態を取ることができる。面材１０４は、材料の単一の片又は多数の互いに異なる小片もしくはシートであって良く、面材１０４は、材料の第１の層又は幾つかの層を含む場合がある。第１の例示の実施形態では、面材１０４は、側面１０６，１０８，１１０，１１２を互いに連結する材料の単一片である。
面材１０４は、多種多様な材料から構成できる。繊維断熱製品に用いられるのに適した材料であればどれでも使用することができる。例えば、面材１０４は、不織ガラス繊維及びポリマー媒体、高分子媒体から成っていても良く、織りガラス繊維及び高分子媒体から成っていても良く、外装材料、例えば高分子材料で作られた外装フィルムから成っていても良く、スクリムから成っていても良く、布から成っていても良く、織物から成っていても良く、ガラス繊維強化クラフト紙（ＦＲＫ）から成っていても良く、ホイル‐スクリム‐クラフト紙ラミネートから成っていても良く、再生紙から成っていても良く、カレンダードペーパから成っていても良い。
建物の断熱空洞内に配置される相当な量の断熱材は、断熱製品、例えば本明細書において説明する断熱製品から圧延された断熱ブランケットの形態をしている。表面仕上げされた断熱製品は、面材１０４が断熱空洞の縁上に、代表的には断熱空洞の内側上に平らに配置された状態で取り付けられる。一般に、面材が防湿層である断熱製品が暖かい内部空間を低温の外部空間から分離する壁空洞、床空洞、又は天井空洞を断熱するために一般的に用いられている。防湿層は、断熱製品を通る水蒸気に動きを遅らせ又は阻止するために断熱製品の一方の側上に配置される。
図２は、繊維断熱製品１００を製造するための装置１１８の例示の実施形態を示している。繊維断熱製品１００の製造は、図２に示されているように、溶融ガラスを繊維化し、溶融ガラス繊維をバインダで被覆し、繊維ガラスパックを移動コンベヤ上に形成し、そしてバインダを硬化させて断熱ブランケットを形成することによって、連続法で実施されるのが良い。ガラスをタンク（図示せず）内で溶融させて繊維成形装置、例えば１つ以上の繊維化スピナ１１９に供給するのが良い。スピナ１１９が例示の実施形態では繊維成形装置として示されているが、理解されるように、他形式の繊維成形ユニットを用いて繊維断熱製品１００を形成しても良い。スピナ１１９を高速で回転させる。遠心力により溶融ガラスが繊維化スピナ１１９の周方向側壁に設けられている小さなオリフィス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１３０を繊維化スピナ１１９から減衰させ、そして成形チャンバ１２５内に位置決めされているブロワ１２０によって全体として下方に（すなわち、全体としてスピナ１１９の平面に垂直に）吹き飛ばすのが良い。
ブロワ１２０は、ガラス繊維１３０の向きを下方に変える。ガラス繊維１３０を成形チャンバ１２５内で下方に通過状態にあるとともに引き抜き作業に起因して依然として高温状態のままで、環状スプレーリング１３５によって水性バインダ組成物とともに吹き飛ばし、その結果、ガラス繊維１３０全体を通じてバインダ組成物の比較的均一な分布状態が得られるようにする。また、バインダ組成物の塗布に先立って、例えば吹き付けによって成形チャンバ１２５内のガラス繊維１３０に塗布してガラス繊維１３０を少なくとも部分的に冷却するのが良い。
未硬化の樹脂状バインダ組成物がくっつけられた状態のガラス繊維１３０を集めて成形チャンバ１２５内に設けられている無端成形コンベヤ１４５上に繊維パック１４０の状態に成形するのが良く、この場合、その助けとして、成形コンベヤ１４５の下から繊維パック１４０を通って真空（図示せず）を引く。成形作業中、ガラス繊維１３０及び繊維パック１４０を通る空気の流れからの残留熱は、一般に、水の大部分をバインダから揮発させるのに十分であり、その後、ガラス繊維１３０が成形チャンバ１２５を出、それによりガラス繊維１３０上のバインダ組成物の残りの成分が粘性又は半粘性ハイソリッド液体として残る。
次に、成形チャンバ内の被覆繊維パック１４０を通る空気の流れに起因して圧縮状態にある樹脂被覆繊維パック１４０を成形チャンバ１２５から出口ローラ１５０の下を通って移送ゾーン１５５に移送し、ここで、繊維パック１４０は、ガラス繊維１３０のレジリエンスに起因して垂直に膨れる。次に、例えば繊維パック１４０を硬化オーブン１６０中に運ぶことによって膨れている繊維パック１４０を加熱し、この硬化オーブン内において、加熱された空気を繊維パック１４０中に吹き込んでバインダ組成物中に残存する水があればこれを蒸発させてバインダ組成物を硬化させ、そしてガラス繊維１３０をひとまとめにしっかりと結合する。硬化オーブン１６０は、小穴のある上側オーブンコンベヤ１６５及び小穴のある下側オーブンコンベヤ１７０を有し、これらコンベヤ１６５，１７０相互間に繊維パック１４０を引き込む。加熱された空気をファン１７５によって下側オーブンコンベヤ１７０、繊維パック１４０、及び上側オーブンコンベヤ１６５中に押し込む。加熱空気は、排気装置１８０を通って硬化オーブン１６０を出る。
また、硬化オーブン１６０内において、繊維パック１４０を上側及び下側の小穴のあるオーブンコンベヤ１６５，１７０によって圧縮して繊維断熱繊維１００の断熱層１０２を形成するのが良い。上側及び下側オーブンコンベヤ１６５，１７０を用いると繊維パック１４０を圧縮して断熱層１０２にその所定の厚さＴ1を与えることができる。理解されるべきこととして、図２はコンベヤ１６５，１７０を実質的に平行な向きの状態で示しているが、これらコンベヤは、別法として、互いに対して角度をなして（図示せず）位置決めしても良い。
硬化済みのバインダ組成物は、強度及びレジリエンスを断熱層１００に与える。理解されるべきこととして、バインダ組成物の乾燥及び硬化は、一ステップか２つの別々のステップかのいずれかで実施することができる。２段（２ステップ）プロセスは、一般的に、Ｂステージングと呼ばれている。硬化オーブン１６０を１００℃～３２５℃又は２５０℃～３００℃の温度で作動させるのが良い。繊維パック１４０は、バインダ組成物を架橋し（硬化させ）て断熱層１０２を形成するのに十分な期間にわたって硬化オーブン１６０内に位置したままであるのが良い。
断熱層１０２がいったん硬化オーブン１６０を出ると、面材１９３を断熱層１０２上に配置して面材層１０４を形成するのが良い。面材１９３を結合剤（図示せず）又は他の何らかの手段（例えば、ステッチング、機械的絡み合い）によって断熱層１０２の第１のフェース１１４、第２のフェース１１６、又は両方のフェースにくっつけて繊維断熱製品１００を形成するのが良い。適当な結合剤としては、面材１９３にコーティングでき又は違ったやり方で被着できる接着剤、ポリマー樹脂、アスファルト及び瀝青質材料が挙げられる。その後、繊維断熱製品１００を保存及び／又は出荷のために巻くのが良く又は切断装置（図示せず）によって所定長さに切断するのが良い。理解されるべきこととして、幾つかの例示の実施形態では、硬化オーブン１６０から出てくる断念装置１０２を巻き取りロールに巻き付け、あるいは、所望の長さの区分に切断して面材１９３で表面仕上げしないようにする。
繊維断熱製品１００との関連で、「バインダ組成物」は、ガラス繊維１３０を三次元構造の状態に互いにくっつけるために用いられる有機作用剤又は化学薬品、多くの場合、ポリマー樹脂を意味している。バインダ組成物は、任意の形態であって良く、例えば溶液、乳濁液、又は分散液である。かくして、「バインダ分散液」又は「バインダ乳濁液」は、媒体又はビークルに入っているバインダ化学物質の混合物を意味している。本明細書で用いられる「バインダ組成物」、「水性バインダ組成物」、「バインダ調合物」、「バインダ」及び「バインダ系」は、互換的に使用でき、これらは同義語である。加うるに、本明細書で用いられる「ホルムアルデヒドフリー」又は「ホルムアルデヒド無添加」という用語は、互換的に使用でき、これらは同義語である。
多種多様なバインダ組成物を本発明のガラス繊維に使用することができる。例えば、バインダ組成物は、２つの広義の相互に排他的なクラス、すなわち、熱可塑性と熱硬化性に分類される。熱可塑性バインダ組成物と熱硬化性バインダ組成物の両方を本発明に使用することができる。熱可塑性材料を繰り返し加熱して軟化又は溶融状態にすることができ、かかる熱可塑性材料は、冷却時にその先の状態に戻る。換言すると、加熱により熱可塑性材料の物理的状態の可逆的変化を生じさせることができる（例えば、固体から液体に）が、熱可塑性材料は、非可逆的な化学反応を何ら生じることはない。繊維断熱製品１００に用いるのに適した例示の熱可塑性ポリマーとしては、ポリビニル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン又はポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ナイロン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアミド、ポリオレフィン、及びポリアクリレートのある特定のコポリマーが挙げられるが、これらには限定されない。
これとは対照的に、熱硬化性ポリマーという用語は、当初液体として存在するが、加熱時に、反応を起こして固体の高度に架橋された母材を形成するある範囲の系を意味している。かくして、熱硬化性化合物は、加熱時に非可逆的に架橋する反応体系、多くの場合、反応体のペアを含む。冷却時、熱硬化性化合物は、これらの先の液体状態に戻ることはなく、非可逆的架橋状態のままである。
熱硬化性化合物として有用な反応体は、一般に、数個の反応性官能基、例えばアミン基、アミド基、カルボキシル基又はヒドロキシル基のうちの１つ以上を含む。本明細書で用いられる「熱硬化化合物」（及び「熱硬化性化合物、「熱硬化性バインダ」又は「熱硬化バインダ」のようなその派生語）は、かかる反応体のうちの少なくとも１つを意味し、２つ以上が熱硬化性化合物に特徴的な架橋系を形成するのに必要な場合のあることは言うまでもない。熱硬化性化合物の主反応体に加えて、触媒、加工助剤、及び他の添加物が存在する場合がある。
フェノール系／ホルムアルデヒドバインダ組成物が既知の熱硬化性バインダ系である。本発明は、伝統的なフェノール系‐ホルムアルデヒドバインダ組成物と近年のホルムアルデヒドフリーのバインダ組成物の両方を意図している。ホルムアルデヒドフリーの熱硬化性バインダ系は、カルボキシル酸（例えば、ポリアクリル酸）及びポリオールポリマーを含むのが良い。一例がチェン等（Chen et al.）に付与された米国特許第６，８８４，８４９号明細書及び同第６，６９９，９４５号明細書に記載されたポリアクリル酸／ポリオール／多酸バインダ系であり、これら米国特許の各々を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。ホルムアルデヒドフリーの熱硬化性バインダ組成物の第２のカテゴリが「バイオ」又は「天然」バインダと呼ばれている。「バイオバインダ」及び「天然バインダ」は、多くの反応性機能を有する栄養化合物、例えばカルボヒドレート、プロテイン、又は脂肪で作られたバインダ組成物を意味するものとして本明細書においては区別なく用いられる。これらバインダは、栄養化合物で作られているので、環境に優しい。バイオバインダ組成物は、２０１０年１０月８日に出願されたホーキンス等（Hawkins et al.）名義の米国特許出願公開第２０１１／００８６５６７号明細書に詳細に記載されており、この米国特許出願公開を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。幾つかの例示の実施形態では、バインダは、オーエンス‐コーニン（Owens Corning）社のEco-Touch （商標）バインダ又はEcoPure（商標）バインダ、オーエンス‐コーニン社のSustaina（商標）バインダ、又はクナーフ（Knauf）社のECOSE（登録商標）バインダを含む。
熱硬化性化合物として有用な別な反応体は、Ｄ形グルコース水和物、無水クエン酸、水及びアンモニア水の混合に由来するトリアンモニウムシトレート‐Ｄ形グルコース系である。加うるに、カルボヒドレート反応体及びポリアミン反応体は、有用な熱硬化性化合物であり、かかる熱硬化性化合物は、米国特許第８，１１４，２１０号明細書、同第９，５０５，８８３号明細書及び同第９，９２６，４６４号明細書に詳細に記載されており、これら米国特許を参照により引用し、これらの記載内容全体を本明細書の一部とする。
例示の一実施形態では、繊維断熱製品１００は、マルトデキストリン、クエン酸、次亜リン酸ナトリウム、及び植物油を含むバインダ組成物を含む。例えば、マルトデキストリン、クエン酸、次亜リン酸ナトリウム、及び植物油を含むバインダ組成物の例示の実施形態が以下の表１に記載されている。
表１：バインダ組成物実施例１
Figure 0007703533000001
別の例示の実施形態では、少なくとも１つの長鎖ポリオール、少なくとも１つの一次架橋剤、及び少なくとも１つの短鎖ポリオールを含む少なくとも１つの二次架橋剤を含む繊維断熱製品１００は、ホルムアルデヒドフリーの水性バインダ組成物を含む。
長鎖ポリオールは、少なくとも２，０００ダルトンの数平均分子量、例えば３，０００ダルトン～４，０００ダルトンの分子量を持つ少なくとも２つのヒドロキシル基を備えたポリオールを含むのが良い。幾つかの例示の実施形態では、長鎖ポリオールは、部分的に又は全体的に加水分解される場合がある良い高分子ポリヒドロキシ化合物、例えばポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、又はこれらの混合物のうちの１つ以上を含む。一例として、部分加水分解ポリビニルアセテートがポリヒドロキシ化合物として役立つ場合、８０％～８９％の加水分解ポリビニルアセテート、例えばPoval（登録商標）３８５（クラレー・アメリカ・インコーポレイテッド（Kuraray America, Inc.））及びSevol（商標）５０２（セキスイ・スペシャリティ・ケミカルズ・アメリカ・エルエルシー（Sekisui Specialty Chemicals America, LLC））を利用するのが良く、これらは共に、約８５％（Poval（登録商標）３８５）及び８８％（Sevol（商標）５０２）加水分解されている。
長鎖ポリオールは、水性バインダ組成物中に全固形分の重量で最高約３０％までの量で存在するのが良く、かかる量は、全固形分の重量で最高約２８％まで、２５％まで、２０％まで、１８％まで、１５％まで、及び１３％までが挙げられる。例示の実施形態のいずれに関しても、長鎖ポリオールは、水性バインダ組成物中に全固形分の重量で２．５％～３０％の量で存在するのが良く、かかる量は、全固形分の重量で５％～２５％、８％～２０％、９％～１８％、及び１０％～１６％が挙げられる。
一次架橋剤は、ポリオールを架橋するのに適した任意の化合物であって良い。例示の実施形態のうちのいずれに関しても、一次架橋剤は、９０ダルトン超、約９０ダルトン～約１０，０００ダルトン、又は約１９０ダルトン～５，０００ダルトンの数平均分子量を有するのが良い。例示の実施形態のうちのいずれに関しても、架橋剤は、約２，０００ダルトン～５，０００ダルトン又は４，０００ダルトンの数平均分子量を有するのが良い。適当な架橋剤の非限定的な例としては、１つ以上のカルボン酸基（‐ＣＯＯＨ）を有する物質、例えば、ポリカルボン酸（及びこれらの塩）、無水物、無水物を含む単量体、重合体ポリカルボキシル酸（すなわち、混合無水物）、及びアクリル酸のホモポリマー又はコポリマー、例えばポリアクリル酸（及びこれらの塩）及びポリアクリル酸を主成分とする樹脂、例えば両方共ザ・ダウ・ケミカル・カンパニー（The Dow Chemical Company）から市販されているQR-1692S及びAcumer 9932 が挙げられる。Acumer 9932 は、約４０００の分子量及び重量で６～７％の次亜リン酸ナトリウム含有量を有するポリアクリル酸／次亜リン酸ナトリウム樹脂である。QR-1692Sは、ポリアクリル酸／グリセリン混合物である。
一次架橋剤は、幾つかの場合において、中和剤であらかじめ中和されるのが良い。かかる中和剤としては、有機及び／又は無機塩基、例えば水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム、及びジエチルアミン、及び任意種類の第一、第二、又は第三アミン（アルカノールアミン）が挙げられる。種々の例示の実施形態では、中和剤は、水酸化ナトリウム及びトリエタノールアミンのうちの少なくとも一方を含むのが良い。
幾つかの例示の実施形態では、一次架橋剤は、水性バインダ組成物中に水性バインダ組成物の全固形分に基づいて少なくとも５０重量％の状態で存在し、かかる量としては、少なくとも５５重量％、少なくとも６０重量％、少なくとも６３重量％、少なくとも６５重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも７３重量％、少なくとも７５重量％、少なくとも７８重量％及び少なくとも８０重量％が挙げられるが、これらには限定されない。幾つかの例示の実施形態では、一次架橋剤は、水性バインダ組成物中に水性バインダ組成物の全固形分に基づいて５０重量％～８５重量％の量で存在し、かかる量としては、６０重量％～８０重量％、６２重量％～７８重量％、及び６５重量％～７５重量％が挙げられるが、これらには限定されない。
水性バインダ組成物は、短鎖ポリオールをさらに含むのが良い。短鎖ポリオールは、２，０００ダルトン以下（７５０ダルトン未満、５００ダルトン未満を含む）の分子量及び複数のヒドロキシル（‐ＯＨ）基を有する水溶性化合物を含むのが良い。適当な短鎖ポリオール成分としては、糖アルコール、ペンタエリスリトール、第一アルコール、２，２‐ビス（メチロール）プロピオン酸、トリ（メチロール）プロパン（ＴＭＰ）、１，２，４‐（ブタンエトリオール）、トリメチロールプロパン、及び少なくとも３つのヒドロキシル基を含む短鎖アルカノールアミン、例えばトリエタノールアミンが挙げられる。本明細書において開示する実施形態のいずれに関しても、ポリオールは、少なくとも４つのヒドロキシル基又は少なくとも５つのヒドロキシル基を含むのが良い。
幾つかの例示の実施形態では、短鎖ポリオールは、粘度低下剤として働き、粘度低下剤は、長鎖ポリオール分子（例えば、ポリビニルアルコール）相互間の分子水素間結合を壊し、かくして組成物の粘度を低下させる。しかしながら、これら短鎖ポリオール分子は、長鎖ポリオールと類似した構造を有するので、かかる短鎖ポリオールは、架橋剤と同様に反応することができ、かくしてバインダ及び製品性能にマイナスの影響を及ぼすことはない。
糖アルコールは、糖のアルド又はケト基を対応のヒドロキシル基に還元したときに得られる化合物を意味していると理解されたい。開始糖は、単糖類、オリゴ糖類、及び多糖類、ならびにこれら生成物の混合物、例えばシロップ、糖液及びスターチ加水分解物の中から選択されることになる。開始糖はまた、糖の脱水型であっても良い。糖アルコールは、開始糖に酷似しているが、糖ではない。かくして、例えば、糖アルコールは、還元能力を持っておらず、還元剤に特有のメイラード反応に参加することができない。幾つかの例示の実施形態では、糖アルコールとしては、グリセロール、エリトリトール、アラビトール、キシリトール、ソルビトール、マルチトール、マンニトール、イジトール、イソマルチトール、ラクチトール、セロビトール、パラチニトール、マルトトリトール、これらのシロップ及びこれらの混合物が挙げられる。種々の例示の実施形態では、糖アルコールは、グリセロール、ソルビトール、キシリトール、及びこれらの混合物から選択される。幾つかの例示の実施形態では、二次架橋剤は、糖アルコールの二量体又はオリゴマー縮合生成物である。種々の例示の実施形態では、糖アルコールの縮合生成物は、イソソルビドである。幾つかの例示の実施形態では、糖アルコールは、ジオール又はグリコールである。
幾つかの例示の実施形態では、短鎖ポリオールは、水性バインダ組成物中に全固形分の重量で最高約３０％までの量で存在するのが良く、かかる量は、全固形分の重量で最高約２５％まで、２０％まで、１８％まで、１５％まで、１３％、１１％、及び１０％までが挙げられる。幾つかの例示の実施形態に関し、短鎖ポリオールは、水性バインダ組成物中に全固形分の重量で２％～３０％の量で存在するのが良く、かかる量は、全固形分の重量で０％～３０％、３％～２５％、５％～２０％、８％～１８％、及び９％～１５％が挙げられる。
種々の例示の実施形態では、長鎖ポリオール、架橋剤、及び短鎖ポリオールは、カルボキシル酸基、無水物基、又はこれらの塩のモル当量の数とヒドロキシル基のモル当量の数の比が約１／０．０８～約１／５、例えば約１／０．０５～約１／２．０、約１／０．１～約１／１．５、及び約１／０．３～約１／０．６６であるような量で存在する。しかしながら、驚くべきこととして、この比に収まった状態で、長鎖ポリオールと短鎖ポリオールの比がバインダ組成物の性能、例えば硬化後におけるバインダの引張強度及び水溶性に影響を与えることが発見された。例えば長鎖ポリオールと短鎖ポリオールの比が約０．１／０．９～約０．９／０．１、例えば約０．３／０．７～０．７／０．３、又は約０．４／０．６～０．６／０．４である場合にこの比が所望の機械的特性と物理的色特性のバランスをもたらすことが発見された。種々の例示の実施形態では、長鎖ポリオールと短鎖ポリオールの比は、ほぼ０．５／０．５である。長鎖ポリオールと短鎖ポリオールの比は、最終使用用途の必要性に応じて特定の特性を最適化するよう最適化されるのが良い。
幾つかの例示の実施形態では、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ソルビトール、及び次亜リン酸ナトリウムが含まれる。例えば、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ソルビトール、及び次亜リン酸ナトリウムを含むバインダ組成物の例示の実施形態が以下の表２に記載されている。
表２：バインダ組成物実施例２
Figure 0007703533000002
別の例示の実施形態では、繊維断熱製品１００は、上述したような少なくとも１つの一次架橋剤及び少なくとも１つの短鎖ポリオールを含むが、長鎖ポリオールをさらに含むことはないホルムアルデヒドフリーの水性バインダ組成物を含む。
かかる水性バインダ組成物では、架橋剤は、水性バインダ組成物中に水性バインダ組成物の全固形分に基づいて少なくとも３０重量％の状態で存在し、かかる量としては、少なくとも４０重量％、少なくとも４５重量％、少なくとも５０重量％、少なくとも５２．０重量％、少なくとも５４．０重量％、少なくとも５６．０重量％、少なくとも５８．０重量％、及び少なくとも６０．０重量％が挙げられるが、これらには限定されない。本明細書に開示する実施形態のうちのいずれに関しても、架橋剤は、水性バインダ組成物中に水性バインダ組成物の全固形分に基づいて３０重量％～８５重量％の量で存在し、かかる量としては、５０．０重量％～７０．０重量％、５０重量％超～６５重量％、５２．０重量％～６２．０重量％、５４．０重量％～６０．０重量％、及び５５．０重量％～５９．０重量％が挙げられるが、これらには限定されない。
ポリオールは、水性バインダ組成物中に、水性バインダ組成物中に全固形分の重量で最高約７０％までの量で存在し、かかる量は、全固形分の重量で最高約６０％まで、５５％まで、５０％まで、４０％まで、３５％まで、３３％まで、３０％まで、２７％まで、２５％まで、及び２０％までが挙げられる。幾つかの例示の実施形態では、ポリオールは、水性バインダ組成物中に全固形分の重量で２．０％～６５．０％の量で存在するのが良く、かかる量は、全固形分の重量で５．０％～４０．０％、８．０％～３７．０％、１０．０％～３４．０％、１２．０％～３２．０％、１５．０％～３０．０％、及び２０．０％～２８．０％が挙げられる。
種々の例示の実施形態では、架橋剤及びポリオールは、カルボキシル酸基、無水物基、又はこれらの塩のモル当量の数とヒドロキシル基のモル当量の数の比が約０．６／１～約１／０．６、例えば約０．８／１～約１／０．８、又は約０．９／１～約１／０．９であるような量で存在する。
本明細書において開示する実施形態のうちのいずれかに関し、水性バインダ組成物は、３つ未満のヒドロキシル基を含むポリオールのないもしくは実質的にないもの、あるいは４つ未満のヒドロキシル基を含むポリオールのない又は実質的にないものであって良い。本明細書において開示する実施形態のうちのいずれかに関し、水性バインダ組成物は、２，０００ダルトン以上の数平均分子量、例えば３，０００ダルトン～４，０００ダルトンの分子量を有するポリオールを含まず又は実質的に含まない。したがって、本明細書において開示する実施形態のうちのいずれかに関し、水性バインダ組成物は、ジオール、例えばグリコール、トリオール、例えばグリセロール及びトリエタノールアミン、及び／又は部分的に又は完全に加水分解されるのが良い高分子ポリヒドロキシ化合物、例えばポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート又はこれらの混合物を含まず又は実質的に含まない。ポリビニルアルコールが既知のフィルム皮膜形成剤であり、これにより、水分が迅速になくなり、それにより皮膜が形成される。
本明細書において開示する実施形態のいずれかに関し、水性バインダ組成物は、高分子ポリカルボキシル酸基を主成分とする架橋剤及びカルボキシル酸基とヒドロキシル基ＯＨ基の比が０．６０／１～１／０．６である少なくとも４つのヒドロキシル基を備えた単量体ポリオールを含み又はこれらから成るのが良い。
表３：バインダ組成物実施例３
Figure 0007703533000003
本明細書において開示する水性バインダ組成物のうちのいずれかに関し、カルボキシル酸の酸機能性の全て又は一部分は、保護剤の使用により一時的に遮断されるのが良く、保護剤は、酸機能性が鉱物ウール繊維と錯化するのを一時的に阻止し、この保護剤は、その後、硬化プロセス中、バインダ組成物を少なくとも１５０℃の温度に加熱し、酸機能性をなくしてポリオール成分と架橋し、そしてエステル化プロセスを完了させることによって除去される。例示の実施形態のうちのいずれかに関し、カルボン酸官能基の１０％～１００％を保護剤で一時的に遮断することができ、１０％～１００％とは、約２５％～約９９％、約３０％～約９０％、約４０％～８５％が挙げられ、しかもこれらの数値相互間の全ての部分範囲及び範囲の組み合わせが挙げられる。例示の実施形態のうちのいずれかに関し、酸官能基の最低４０％を保護剤で一時的に遮断することができる。
保護剤は、架橋剤のカルボキシル酸基に可逆的に結合することができる。例示の実施形態のうちのいずれかに関し、保護剤は、単一の酸官能基と少なくとも１つの可逆的イオン結合を形成することができる分子を含む任意の化合物を含む。本明細書において開示する例示の実施形態のうちのいずれかに関し、保護剤は、窒素を主成分とする保護剤、例えばアンモニアを主成分とする保護剤、アミンを主成分とする保護剤、又はこれらの混合物を含むのが良い。例示のアンモニアを主成分とする保護剤としては、水酸化アンモニウムが挙げられる。例示のアミンを主成分とする保護剤としては、アルキルアミン及びジアミン、例えばエチレンイミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、アルカノールアミン、例えばエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、エチレンジアミン‐Ｎ‐Ｎ′‐ジコハク酸（ＥＤＤＳ）、エチレンジアミン酢酸（ＥＤＴＡ）など又はこれらの混合物が挙げられる。加うるに、アルカノールアミンは、保護剤と硬化バインダ中にエステルを形成するための架橋反応中の参加剤との両方として使用できる。かくして、アルカノールアミンは、保護剤とエステル化を介してポリカルボキシル酸と架橋するためのポリオールの二重の機能を有する。
保護剤は、従来型ｐＨ調整剤とは異なる機能を示す。本明細書で定義される保護剤は、重合体ポリカルボキシル酸成分中の酸官能基を一時的にしかも可逆的に遮断するだけである。これとは対照的に、従来型ｐＨ調整剤、例えば水酸化ナトリウムは、酸官能基を永続的に終端させ、それにより、遮断された酸官能基に起因する酸とカルボキシル基との架橋が阻止される。かくして、伝統的なｐＨ調節剤、例えば水酸化ナトリウムを含有することにより、酸官能基を一時的に遮断する所望の作用効果が得られず、他方、エステル化を介して架橋を可能にするため硬化中、これら官能基を後で遊離させる。したがって、本明細書において開示する例示の実施形態のうちのいずれかに関し、バインダ組成物は、従来型ｐＨ調節剤、例えば水酸化ナトリウム及び水酸化カルシウムを含まず又は実質的に含まないのが良い。高温用途向けのかかる従来型のｐＨ調整剤は、カルボキシル酸基と永続的に結合し、そして架橋エステル化を可能にするようカルボキシル酸基機能性をなくすことを自由にすることはない。
本明細書において開示する水性バインダ組成物のうちの任意のものは、バインダの粘着性を減少させることによってバインダ組成物の加工性を向上させる１つ以上の加工助剤を含む添加剤ブレンドをさらに含むのが良く、その結果、引張強度及び疎水性の増大により一様な断熱製品が得られる。バインダ組成物の粘着性を減少させることができる添加剤には種々のものがあるが、従来型添加剤は、性状が親水性であり、したがって、かかる添加剤を含有することによりバインダ組成物の全体的吸水率が増大する。添加剤ブレンドは、１つ以上の加工助剤を含むのが良い。加工助剤の例としては、界面活性剤、グリセロール、１，２，４‐ブタントリオール、１，４‐ブタンジオール、１，２‐プロパンジオール、１，３‐プロパンジオール、ポリ（エチレングリコール）（例えば、Carbowax（商標））、モノオレエートポリエチレングリコール（ＭＯＰＥＧ）、シリコーン、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の分散液、鉱物、パラフィン、又は植物油の乳濁液及び／又は分散液、ワックス、例えばアミドワックス（例えば、エチレンビス‐ステアアミド（ＥＢＳ））及びカルバナワックス（例えば、ＭＬ‐１５５）、疎水化シリカ、リン酸アンモニウム、又はこれらの組み合わせが挙げられる。界面活性剤としては、非イオン性界面活性剤が挙げられ、かかる非イオン性界面活性剤としては、アルコール官能基を備えた非イオン性界面活性剤が挙げられる。例示の界面活性剤としては、Surfynol（登録商標）、アルキルポリグルコシド（例えば、Glucopon（登録商標））、及びアルコールエトキシレート（例えば、Lutensol（登録商標））が挙げられる。
添加剤ブレンドは、単一の加工助剤、少なくとも２種類の加工助剤の混合物、少なくとも３種類の加工助剤の混合物、又は少なくとも４種類の加工助剤の混合物を含むのが良い。本明細書において開示する実施形態のうちの任意のものに関し、添加剤ブレンドは、グリセロールとポリジメチルシロキ酸の混合物を含むのが良い。
添加剤ブレンドは、バインダ組成物中に、バインダ組成物中の全固形分の含有量に基づいて、１．０重量％～２０重量％、１．２５重量％～１７．０重量％、１．５重量％～１５．０重量％、約３．０重量％～１２．０重量％、又は５．０重量％～１０．０重量％の量で存在するのが良い。例示の実施形態のうちの任意のもののうち、バインダ組成物は、バインダ組成物中の全固形分に基づいて、少なくとも７．０重量％の添加剤ブレンドを含むのが良く、かかる量としては、少なくとも８．０重量％及び少なくとも９重量％が挙げられる。したがって、例示の実施形態のうちの任意のものに関し、水性バインダ組成物は、バインダ組成物中の全固形分に基づいて、７．０％重量％～１５重量％の添加剤ブレンドを含むのが良く、かかる量としては、８．０重量％～１３．５重量％、９．０重量％～１２．５重量％が挙げられる。
添加剤ブレンドがグリセロールを含む実施形態では、グリセロールは、バインダ組成物中の全固形分に基づいて、少なくとも５．０重量％、少なくとも６．０重量％、少なくとも７．０重量％、又は少なくとも７．５重量％の量で存在するのが良い。例示の実施形態のうちのいずれに関しても、バインダ組成物は、バインダ組成物中の全固形分に基づいて、５．０％重量％～１５重量％のグリセロールを含むのが良く、かかる量としては、６．５重量％～１３．０重量％、７．０重量％～１２．０重量％、又は７．５重量％～１１．０重量％が挙げられる。
添加剤ブレンドがポリジメチルシロキサンを含む実施形態では、ポリジメチルシロキサンは、バインダ組成物中の全固形分に基づいて、少なくとも０．２重量％、少なくとも０．５重量％、少なくとも０．８重量％、又は少なくとも１．０重量％、少なくとも１．５重量％、又は少なくとも２．０重量％の量で存在するのが良い。例示の実施形態のうちのいずれに関しても、バインダ組成物は、バインダ組成物中の全固形分に基づいて、０．５％重量％～５．０重量％のポリジメチルシロキサンを含むのが良く、かかる量としては、１．０重量％～４．０重量％、１．２重量％～３．５重量％、１．５重量％～３．０重量％、及び１．６重量％～２．３重量％が挙げられる。
本明細書において開示する実施形態のうちのいずれに関しても、添加剤ブレンドは、グリセロールとポリジメチルシロキサンの混合物を含むのが良く、バインダ組成物の全固形分に基づいて、グリセロールは、バインダ組成物の重量で５．０～１５％を占め、ポリジメチルシロキサンは、バインダ組成物の重量で０．５～５．０％を占める。本明細書において開示する実施形態のうちのいずれに関しても、添加剤ブレンドは、グリセロールとポリジメチルシロキサンの混合物を含むのが良く、バインダ組成物の全固形分に基づいて、グリセロールは、バインダ組成物の重量で７．０～１２％を占め、ポリジメチルシロキサンは、バインダ組成物の重量で１．２～３．５％を占める。
本明細書において開示する実施形態のうちの任意のものに関し、添加剤ブレンドは、濃度を増大させたシラン結合剤を含むのが良い。従来型バインダ組成物は、一般に、バインダの組成物の全固形物の含有量に基づいて、０．５重量％未満のシラン及びより一般的には約０．２重量％以下のシランを含む。したがって、本明細書において開示する実施形態のうちの任意のものに関し、シラン結合剤は、バインダ組成物中に、バインダ組成物中の全固形分の重量で０．５％～５．０％の量で存在するのが良く、０．５重量％～５．０重量％は、約０．７重量％～２．５重量％、０．８５重量％～２．０重量％、又は０．９５重量％～１．５重量％を含む。本明細書において開示する実施形態のうちの任意のものに関し、シラン結合剤は、バインダ組成物中に、最高１．０重量％までの量で存在するのが良い。
シラン濃度は、さらに、繊維断熱製品中の繊維に被着されたシランの量によって特徴づけられる場合がある。代表的には、ガラス繊維断熱製品は、ガラス繊維に被着された０．００１重量％～０．０３重量％のシラン結合剤を含む。しかしながら、繊維に被着された状態で含まれるシラン結合剤の量を増大させることによって、ガラス繊維に被着されるシランの量は、少なくとも０．１０重量％まで増大する。
変形例として、バインダ組成物は、もし存在すれば従来の量のシラン結合剤を含んでも良い。かかる実施形態では、シラン結合剤は、バインダ組成物中に、バインダ組成物中の全固形分の重量で０重量％～０．５重量％未満の量で存在するのが良く、０重量％～０．５重量％未満は、０．０５重量％～０．４重量％、０．１重量％～０．３５重量％、又は０．１５重量％～０．３重量％を含む。
バインダ組成物中に使用できるシラン結合剤の非限定的な例は、官能基、例えばアルキル基、アリル基、アミノ基、エポキシ基、ビニル基、メタアクリルロキシ基、ウレイド基、イソシアナト基、及びメルカプロ基によって特徴づけられる場合がある。例示の実施形態では、シラン結合剤としては、１つ以上の官能基、例えばアミン基（一次、二次、三次、及び四次）、アミノ基、イミノ基、アミド基、イミド基、ウレイド基、又はイソシアナト基を有する１つ以上の窒素元素を含むシランを含む。適当なシラン結合剤の特定の非限定的な例としては、アミノシラン（例えば、トリエトキシアミノプロピルシラン、３‐アミノプロピル‐トリエトキシシラン及び３‐アミノプロピル‐トリヒドロキシシラン）、エポキシトリアルコキシシラン（例えば、３‐グリシドオキシプロピルトリメトキシシラン及び３‐グリシドオキシプロピルトリエトキシシラン）、メチルアクリルトリアルコキシシラン（例えば、３‐メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン及び３‐メトアクリロオキシプロピルトリエトキシシラン）、ヒドロカーボントリアルコキシシラン、アミノトリヒドロキシシラン、エポキシトリヒドロキシシラン、メタクリルトリヒドロキシシラン、及び／又はハイドロカーボントリヒドロキシシランが挙げられるが、これらには限定されない。１つ以上の例示の実施形態では、シランは、アミノシラン、例えばγ‐アミノプロピルトリエトキシシランである。
本明細書において開示する水性バインダ組成物のうちの任意のものは、硬化促進剤とも呼ばれているエステル化触媒をさらに含むのが良い。触媒としては、無機塩、ルイス酸（すなわち、塩化アンモニウム又は三フッ化ホウ素）、ブレンステッド酸（すなわち、硫酸、ｐ‐トルエンスルホン酸及びホウ酸）有機金属錯体（すなわち、カルボン酸リチウム、カルボン酸ナトリウム）及び／又はルイス塩基（すなわち、ポリエチレンイミン、ジエチルアミン、又はトリエチルアミン）が含まれ得る。さらに、触媒には、リン含有有機酸のアルカリ金属塩、特にリン酸、次亜リン酸、又はポリリン酸のアルカリ金属塩が含まれ得る。そのようなリン触媒の例としては、これらに限定されないが、次亜リン酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、ピロリン酸二ナトリウム、ピロリン酸四ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、リン酸カリウム、トリポリリン酸カリウム、トリメタリン酸ナトリウム、テトラメタリン酸ナトリウム、及びそれらの混合物が挙げられる。さらに、触媒又は硬化促進剤は、フルオロボレート化合物、例えばフルオロホウ酸、テトラフルオロホウ酸ナトリウム、テトラフルオロホウ酸カリウム、テトラフルオロホウ酸カルシウム、テトラフルオロホウ酸マグネシウム、テトラフルオロホウ酸亜鉛、テトラフルオロホウ酸アンモニウム及びそれらの混合物であってもよい。さらに、触媒は、リン化合物とフルオロボレート化合物の混合物であってもよい。他のナトリウム塩、例えば硫酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、炭酸ナトリウムもまた、又は代替的に、触媒として使用することができる。
触媒は、水性バインダ組成物中に水性バインダ組成物の全固形分の重量で約０％～約１０％の量で存在するのが良く、かかる量としては、約１重量％～約５重量％、約２重量％～約４．５重量％、約２．８重量％～約４．０重量％、又は約３．０重量％～約３．８重量％が挙げられるが、これらには限定されない。
オプションとして、水性バインダ組成物は、少なくとも１つの結合剤を含むのが良い。少なくとも１つの例示の実施形態では、結合剤は、シラン結合剤である。結合剤は、水性バインダ組成物中に水性バインダ組成物の全固形分の重量で約０．０１％～約５％、約０．０１重量％～約２．５重量％、約０．０５重量％～約１．５重量％、又は約０．１重量％～約１．０の量で存在するのが良い。
バインダ組成物中に使用できるシラン結合剤の非限定的な例は、官能基、例えばアルキル基、アリル基、アミノ基、エポキシ基、ビニル基、メタアクリルロキシ基、ウレイド基、イソシアナト基、及びメルカプロ基によって特徴づけられる場合がある。例示の実施形態では、シラン結合剤としては、１つ以上の官能基、例えばアミン基（一次、二次、三次、及び四次）、アミノ基、イミノ基、アミド基、イミド基、ウレイド基、又はイソシアナト基を有する１つ以上の窒素元素を含むシランを含む。適当なシラン結合剤の特定の非限定的な例としては、アミノシラン（例えば、トリエトキシアミノプロピルシラン、３‐アミノプロピル‐トリエトキシシラン及び３‐アミノプロピル‐トリヒドロキシシラン）、エポキシトリアルコキシシラン（例えば、３‐グリシドオキシプロピルトリメトキシシラン及び３‐グリシドオキシプロピルトリエトキシシラン）、メチルアクリルトリアルコキシシラン（例えば、３‐メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン及び３‐メトアクリロオキシプロピルトリエトキシシラン）、ヒドロカーボントリアルコキシシラン、アミノトリヒドロキシシラン、エポキシトリヒドロキシシラン、メタクリルトリヒドロキシシラン、及び／又はハイドロカーボントリヒドロキシシランが挙げられるが、これらには限定されない。１つ以上の例示の実施形態では、シランは、アミノシラン、例えばγ‐アミノプロピルトリエトキシシランである。
水性バインダ組成物は、加工助剤をさらに含むのが良い。加工助剤は、加工助剤が繊維成形及び配向の処理を容易にするよう機能する限り、本発明を特に限定するわけではない。加工助剤を用いると、バインダ塗布分布一様性を向上させ、バインダ粘度を減少させ、成形後のランプ高さを増大させ、垂直重量分布一様性を向上させるとともに／あるいは成形及びオーブン硬化プロセスの両方においてバインダの脱水を促進することができる。加工助剤は、バインダ組成物中に、バインダ組成物中の全固形分に基づいて、０～約１０．重量％、約０．１重量％～約５．０重量％、約０．３重量％～約２．０重量％、また約０．５重量％～１．０重量％の量で存在するのが良い。幾つかの例示の実施形態では、水性バインダ組成物には、いかなる加工助剤も実質的に又は完全にない。
加工助剤の例としては、脱泡剤、例えば鉱物、パラフィン、又は植物油の乳濁液及び／又は分散液、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）流体及びポリジメチルシロキサン又は他の物質で疎水化されたシリカの分散液が挙げられる。別の加工助剤は、アミドワックス、例えばエチレンビス‐ステアラミド（ＥＢＳ）又は疎水化シリカで作られた粒子を含むのが良い。バインダ組成物中に利用できる別の加工助剤は、界面活性剤である。バインダ原子化、湿潤及び界面接着を助けるために１種類以上の界面活性剤がバインダ組成物中に含まれるのが良い。
界面活性剤は、特に限定されず、種々の界面活性剤を含み、これら界面活性剤としては、例えば、イオン性界面活性剤（例えば、スルフェート、スルホネート、ホスフェート及びカルボキシレート）、スルフェート（例えば、アルキルスルフェート、ラウリル硫酸アンモニウム、ラウリル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、アルキルエーテルスルフェート、ラウレス硫酸ナトリウム及びミレス硫酸ナトリウム）、両性界面活性剤（例えば、アルキルベタイン、例えばラウリル‐ベタイン）、スルホネート（例えば、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ペルフルオロオクタンスルホネート、ペルフルオロブタンスルホネート及びアルキルベンゼンスルホネート）、ホスフェート（例えば、アルキルアリールエーテルホスフェート及びアルキルエーテルホスフェート）、カルボキシレート（例えば、アルキルカルボキシレート、脂肪酸塩（石けん）、ステアリン酸ナトリウム、ラウロイルサルコシンナトリウム、カルボキシレートフッ素系界面活性剤、ペルフルオロナノエート及びペルフルオロオクタノエート）、カチオン（例えば、アルキルアミン塩、例えばラウリルアミン酢酸塩）、ｐＨ依存性界面活性剤（第一、第二又は第三アミン）、永続的に荷電した第四アンモニウムカチオン（例えば、アルキルトリメチルアンモニウム塩、セチルトリメチルアンモニウムブロミド、セチルトリメチルアンモニウムクロリド、セチルピリジニウムクロリド及びベンゼトニウムクロリド）ならびに双性イオン性界面活性剤、第四アンモニウム塩（例えば、ラウリルトリメチルアンモニウムクロリド及びアルキルベンジルジメチルアンモニウムクロリド）ならびにポリオキシエチレンアルキルアミンが上げられるが、これらにはで限定されない。
バインダ組成物とともに使用することができる好適な非イオン性界面活性剤としては、ポリエーテル（例えば、エチレンオキシド及びプロピレンオキシドの縮合物、これには直鎖及び分岐鎖アルキル及びアルカリールポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコールエーテル及びチオエーテルが含まれる）、約７～約１８個の炭素原子を含むアルキル基を有し、約４～約２４０個のエチレンオキシ単位を有するアルキルフェノキシポリ（エチレンオキシ）エタノール（例えば、ヘプチルフェノキシポリ（エチレンオキシ）エタノール及びノニルフェノキシポリ（エチレンオキシ）エタノール）、ソルビタン、ソルビド、マンニタン及びマンニドを含むヘキシトールのポリオキシアルキレン誘導体、部分長鎖脂肪酸エステル（例えば、ソルビタンモノラウエート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリステアレート、ソルビタンモノオレエート及びソルビタントリオレエートのポリオキシアルキレン誘導体）、エチレンオキシドと疎水性塩基の縮合物であって、塩基がプロピレンオキシドとプロピレングリコールを縮合することによって形成される、縮合物、硫黄含有縮合物（例えば、エチレンオキシドと高級アルキルメルカプタン、例えばノニル、ドデシル、もしくはテトラデシルメルカプタンを、又はアルキルチオフェノールを縮合することによって調製される縮合物、ここでアルキル基は約６～約１５個の炭素原子を含む）、長鎖カルボン酸（例えば、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸及びオレイン酸、例えばトール油脂肪酸）のエチレンオキシド誘導体、長鎖アルコール（例えば、オクチル、デシル、ラウリル又はセチルアルコール）のエチレンオキシド誘導体、ならびにエチレンオキシド／プロピレンオキシドのコポリマーが挙げられる。
少なくとも１つの例示の実施形態では、界面活性剤は、２，５，８，１１‐テトラメチル‐６‐ドデシン‐５，８‐ジオールであるDynol 607、エトキシ化２，４，７，９‐テトラメチル‐５‐デシン‐４，７‐ジオール界面活性剤であるSURFONYL（登録商標）420、SURFONYL（登録商標）440及びSURFONYL（登録商標）465（エボニック・コーポレイション（Evonik Corporation（ペンシルベニア州アレンタウン所在）から市販されている）、Stanfax（ラウリル硫酸ナトリウム）、Surfynol 465（エトキシ化２，４，７，９‐テトラメチル５デシン‐４，７‐ジオール）、Triton（商標）GR-PG70（１，４‐ビス（２‐エチルヘキシル）スルホコハク酸ナトリウム）、及びTriton（商標）CF-10（ポリ（オキシ‐１，２‐エタンジイル）、アルファ‐（フェニルメチル）‐オメガ‐（１，１，３，３‐テトラメチルブチル）フェノキシ）のうちの１つ以上を含む。
オプションとして、水性バインダ組成物は、絶縁材料のその後の製作及び取付けに悪影響を及ぼす可能性がある無機及び／又は有機粒子の存在を低減し又はなくすための粉塵抑制剤を含むのが良い。粉塵抑制剤は、任意の従来の鉱物油、鉱物油エマルション、天然又は合成油、バイオベース油、又は潤滑油、例えば、シリコーン及びシリコーンエマルション、ポリエチレングリコール（これらに限定されない）、ならびにオーブン内の油の蒸発を最小限に抑えるように引火点が高い任意の石油系又は非石油系油であって良い。
水性バインダ組成物は、最高約１５質量％の粉塵抑制剤を含むのが良く、かかる量としては、最高約１４重量％、又は最高約１３重量％が挙げられる。本明細書に開示する実施形態のうちのいずれに関しても、水性バインダ組成物は、１．０重量％～１５重量％の粉塵抑制剤を含むのが良く、かかる量としては、例えば約３．０重量％～約１３．０重量％、又は約５．０重量％～約１２．８重量％が挙げられる。
バインダ組成物は、オプションとして、ｐＨを所望のレベルに調整するのに十分な量で、ｐＨ調整剤として有機及び／又は無機酸ならびに塩基を含んでも良い。ｐＨは、バインダ組成物の材料の適合性を促進するためにあるいは種々のタイプの繊維と一緒になって機能するために、意図した用途に応じて調整可能である。幾つかの例示の実施形態では、ｐＨ調整剤は、バインダ組成物のｐＨを酸性ｐＨに合わせるよう調整される。適当な酸性ｐＨ調整剤の例としては、無機酸、例えば硫酸、リン酸及びホウ酸（これらには限定されない）、さらに有機酸、例えばｐ‐トルエンスルホン酸、モノ又はポリカルボン酸、例えばクエン酸、酢酸及びこれらの無水物、アジピン酸、シュウ酸、及びこれらの対応する塩（これらには限定されない）が挙げられる。また、酸前駆体であっても良い無機塩が用いられる。酸は、ｐＨを調整し、幾つかの場合、上述したように、架橋剤として働く。有機及び／又は無機塩基が、バインダ組成物のｐＨを上昇させるために含まれる場合がある。塩基は、揮発性塩基であっても不揮発性塩基であっても良い。例示の揮発性塩基としては、例えば、アンモニア及びアルキル置換アミン、例えばメチルアミン、エチルアミン又は１‐アミノプロパン、ジメチルアミン及びエチルメチルアミンが挙げられる。例示の不揮発性塩基としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、及びｔ‐ブチルアンモニウムヒドロキシドが挙げられる。
未硬化状態では、バインダ組成物のｐＨは、その間のすべての量及び範囲を含めて約２．０から約５．０までの範囲（これらの間にある全ての量及び範囲を含む）にあるのが良い。諸実施形態のうちのいずれに関しても、バインダ組成物のｐＨは、未硬化状態で約２．２～４．０であり、かかる範囲としては、約２．５～３．８、及び約２．６～３．５が挙げられる。硬化後、バインダ組成物のｐＨは、少なくとも５．０のｐＨに上昇する場合があり、かかるレベルとしては、約６．５～８．８、又は約６．８～８．２が挙げられる。
バインダは、活性固形物を溶解又は分散させて補強繊維へ塗布するために水をさらに含む。水は、水性バインダ組成物を、補強繊維に塗布するために、さらに繊維での所望の固形分を達するのに適する粘度に希釈するのに十分な量で添加されるのが良い。本発明のバインダ組成物は、伝統的なフェノール系‐尿素ホルムアルデヒド又は炭水化物系バインダ組成物よりも低い固形分を含むのが良いことが見いだされた。特に、バインダ組成物は、５重量％～３５重量％のバインダ固形分を含むのが良く、かかる量としては、バインダ固形分の重量で１０重量％～３０重量％、１２重量％～２０重量％、及び１５重量％～１９重量％が挙げられる。固形分のこのレベルから、本発明のバインダ組成物が従来のバインダ組成物よりも多く水を含むことができるということが分かる。
幾つかの例示の実施形態では、バインダ組成物を高ランプ水分レベル（約８％～１０％）で処理することができ、このバインダ組成物は、伝統的なバインダ組成物よりも必要な水分除去量が少ない。しかしながら、幾つかの例示の実施形態では、バインダ組成物は、低い粘度を有する場合があり、それにより、ランプ水分レベルの減少が可能である。幾つかの例示の実施形態では、水性バインダ組成物は、２５℃の温度では、２５℃において７０ｃＰ以下の粘度及び４０％以下の固形分を示し、例えば、６５ｃＰ以下、６０ｃＰ以下、５５ｃＰ以下、又は５０ｃＰ以下の粘度を示す。バインダ粘度が低いと、ランプ水分の減少を８％未満、７％未満、６％未満、５％未満、４％未満、３％未満、２％未満又は１％未満のランプ水分レベルに減少させることができる。幾つかの例示の実施形態では、ランプ水分は、ゼロ又は本質的にゼロであり、このことは、ランプ水分レベルが０．５％以下であることを意味している。高濃度で塗布された可能な限り低い粘度を有するバインダ組成物は、ランプ上の高い水分量の除去を可能にし、それにより脆弱性のない強靱なバインダ調製が可能である。
他の例示の実施形態では、水性バインダ組成物は、２５℃の温度において、２５℃における２００ｃｐ～６００ｃＰの粘度及び４０％の固形分を示し、かかる粘度及び固形分は、２５℃において３００ｃＰ～５００ｃＰ及び４０％固形分、２５℃において３５０ｃＰ～４５０ｃＰ及び４０％固形分を含む。
バインダ含有量を強熱減量（ＬＯＩ）として測定することができる。本明細書に開示する実施形態のうちのいずれに関しても、ＬＯＩは、１％～２０％であり、かかる量としては、５．５％～１７％、８％～１５％、及び１０％～１４．５％が挙げられる。製品の特定のＬＯＩは、主として、製造対象の製品の種類で決まる。
バインダ組成物は、繊維断熱製品１００の重量で１０％以下又は繊維断熱製品１００の重量で８％以下、又は繊維断熱製品１００の重量で６％以下の量で存在するのが良い。例示の一実施形態では、繊維断熱製品１００は、ひとまとまりとしての不織ガラス繊維及び１０重量％未満のホルムアルデヒドフリーのバインダを含む。幾つかの例示の実施形態では、硬化済みの繊維断熱製品１００は、２重量％から１０重量％までの範囲にあるバインダ組成物を含む。幾つかの例示の実施形態では、硬化後繊維断熱製品１００は、３．５重量％から６重量％までの範囲にあるバインダ組成物、又は３．５重量％から４重量％までの範囲にあるバインダ組成物を含む。バインダの量が比較的少ないことは、最終断熱製品の柔軟性に寄与する。
例示の実施形態では、繊維断熱製品１００は、例えば回復力、スチフネス、取扱性などを備えた住居用断熱製品、例えば断熱バットとして形成でき、これら特性は、住居用断熱材として使用するのに適している。しかしながら、繊維断熱製品１００は、従来型の住居用ガラス繊維断熱製品で用いられるガラス繊維よりも直径が小さいガラス製品１３０を利用しており、従来型の住居用ガラス繊維断熱製品は、典型的には４μｍを超える繊維直径（１５．７ＨＴ）を有する。具体的に言えば、例示の繊維断熱製品１００は、バインダ組成物の塗布に先立って、２．０３μｍ（８．０ＨＴ）から３．０４μｍ（１２．０ＨＴ）までの範囲、２．２９μｍ（９．０ＨＴ）から３．０４μｍ（１２．０ＨＴ）までの範囲、又は２．０３μｍ（８．０ＨＴ）から２．７９μｍ（１１．０ＨＴ）までの範囲にある平均繊維直径を有するガラス繊維１３０を含むのが良い。
ガラス繊維１３０の繊維直径を測定するために用いられる手順では、繊維直径を直接測定するための走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）が利用される。一般に、繊維断熱製品１００の試験片を加熱していかなる有機材料（例えば、バインダ組成物）を除去し、次に、試験片からのガラス繊維の長さを減少させてこれをＳＥＭでこの写真を撮る。次に、繊維の直径をＳＥＭと関連したイメージングソフトウェアによって保存された画像から測定する。
具体的に言えば、繊維断熱製品１００の試験片を最短３０分間８００°Ｆ（４２６．７℃）まで加熱する。試験片を必要ならばこれよりも長く加熱してどのような有機材料であってもこれらの除去を確実にしても良い。次に、試験片を室温まで冷却し、そしてガラス繊維の長さを減少させ、その目的は、ＳＥＭプランシェット上に装着することにある。ガラス繊維の長さを任意適当な方法で減少させることができ、例えば、鋏によって切断し、レーザブレードによって切断し、又は臼と杵で挽くことができる。次に、ガラス繊維をＳＥＭプランシェットの表面にくっつけて繊維がオーバラップすることがなく又は遠すぎるほど間隔を置いて配置されないようにする。
試験片をイメージング用にいったん調製すると、通常の操作手順を用いてＳＥＭ内に取り付け、そして測定対象の繊維の直径サイズに適当な倍率でＳＥＭによって写真にする。十分な数の画像を収集して記憶し、それにより十分な量の繊維が測定のために利用できるようにする。例えば、１０～１３個の画像を必要とする場合があり、この場合、２５０～３００本の繊維が測定される。次に、ＳＥＭ画像分析ソフトウェアプログラム、例えばスカンジウムＳＩＳイメージングソフトウェアを用いて繊維直径を測定する。次に、試験片の平均繊維直径を測定した繊維の本数から算定する。繊維断熱製品の試験片は、ひとまとめに融着されるガラス繊維を含むのが良い（すなわち、２本以上の繊維がこれらの長さに沿って接合される）。本開示において試験片の平均繊維直径を計算する目的のため、融着繊維を単一の繊維として取り扱う。
ガラス繊維１３０の平均繊維直径を測定するために用いられる別の手順は、試験片中のランダムに分布した繊維の平均又は「有効」繊維直径を間接的に求めるために空気流れ抵抗を測定する装置を利用する。具体的に言えば、別の手順の一実施例では、繊維断熱製品１００の試験片を３０分間８００～１０００°Ｆ（４２６．７～５３７．８℃）まで加熱する。試験片を必要ならばこれよりも長く加熱し、それによりどのような有機材料であってもこれらを除去するようにする。次に、試験片を室温まで冷却し、そして重量が約７．５０グラムの試験片を装置のチャンバ内に装入する。一定の空気流をチャンバ中に導入し、そして空気流がいったん安定化すると、差圧又は圧力降下を上記の装置によって測定する。空気流量及び差圧に基づき、この装置は、試験片の平均繊維直径をコンピュータ計算することができる。
細いガラス繊維１３０を上述したように利用して、例示の繊維断熱製品１００を例えば１０～５４までの範囲にある適当なＲ値及び例えば２インチ（５．１ｃｍ）から１８インチ（４５．７ｃｍ）までの範囲にある厚さを有するバット又はブランケットとして形成するのが良く、それにより製品のある特定の特性、例えば、繊維直径、密度（ｐｃｆ）製品面積あたりの重量（１平方フィート当たりのポンド）、及びバインダ含有量を個別調節することによって住居用又は商業用の断熱材として使用できる。例えば、密度（ｐｃｆ）及び製品面積あたりの重量（１平方フィート当たりのポンド）を特定の繊維直径及びバインダ含有量に適合させることによって４μｍ以下の平均繊維直径を有するガラス繊維１３０を利用して厚さ３．５インチ（８．９ｃｍ）、Ｒ値が１１の断熱バットを形成することができる。
繊維断熱製品１００の密度は、互いに異なる実施形態において様々であって良い。本願で用いられる繊維断熱製品の密度は、バインダ組成物を硬化させ、そして硬化済みの製品が自由状態になった（すなわち、圧縮状態又は伸張状態にはない）後の密度である。種々の実施形態では、繊維断熱製品１００の密度は、０．３ｐｃｆから２．７ｐｃｆまでの範囲にある。表４は、２．０３μｍ（８．０ＨＴ）から３．０４μｍ（１２．０ＨＴ）までの範囲にある細い繊維を含む繊維断熱製品１００の種々の例示の実施形態について元の密度をｐｃｆの単位で記載している。表４では、繊維直径は、上述の空気流抵抗法によって測定されたバインダ組成物の塗布前における平均繊維直径を意味している。厚さ及び元の密度は、バインダ組成物を硬化させ、そして硬化済みの製品が自由状態になった（すなわち、圧縮状態又は伸張状態にはない）後の製品の厚さ及び密度を意味している。
表４：繊維直径当たりの元の密度（ｐｃｆ）、Ｒ値、バインダ含有量、及び厚さ
Figure 0007703533000004
表４のデータは、平均繊維直径が２．０３μｍ（８．０ＨＴ）から３．０４μｍ（１２．０ＨＴ）までの範囲にあり、元の密度が０．３２６ｐｃｆから１．０９７ｐｃｆまでの範囲にあり、６重量％以下のバインダ組成物を含む状態で作られたＲ値が１１から４９までの繊維断熱製品を示している。例示の実施形態では、繊維断熱製品は、非圧縮状態の厚さが３．５インチ（８．９ｃｍ）以下、Ｒ値が１１以上、元の密度が０．４１ｐｃｆ以下、非圧縮状態の厚さが３．５インチ以下、Ｒ値が１３以上、元の密度が０．６３ｐｃｆ以下、非圧縮状態の厚さが３．５インチ以下、Ｒ値が１５以上、元の密度が１．１ｐｃｆ以下、非圧縮状態の厚さが６．２５インチ（１５．８８ｃｍ）以下、Ｒ値が１９以上、元の密度が０．３８ｐｃｆ以下、非圧縮状態の厚さが５．５インチ（１３．９７ｃｍ）以下、Ｒ値が２０以上、元の密度が０．５９ｐｃｆ以下、非圧縮状態の厚さが５．５インチ以下、Ｒ値が２１以上、元の密度が０．６８ｐｃｆ以下、非圧縮非圧縮状態の厚さが９．５インチ（２４．１３ｃｍ）以下、Ｒ値が３０以上、元の密度が０．４１ｐｃｆ以下、非圧縮状態の厚さが１２．０インチ（３０．４８ｃｍ）以下、Ｒ値が３８以上、元の密度が０．４１ｐｃｆ以下、非圧縮状態の厚さが１４．０インチ以下、Ｒ値が４９以上、元の密度が０．５２ｐｃｆ以下を有するバットであるのが良い。別の例示の実施形態では、繊維断熱製品は、非圧縮状態の厚さが３．５インチ以下、Ｒ値が１６以上、平均繊維直径が２．０３μｍ（８．０ＨＴ）から３．０４μｍ（１２．０ＨＴ）までの範囲にあり、３．５重量％以下のバインダを含み、元の密度が１．９０ｐｃｆ以下又は２．０ｐｃｆ以下のバットであるのが良い。他の例示の実施形態では、繊維断熱製品は、平均繊維直径が２．０３μｍ（８．０ＨＴ）から３．０４μｍ（１２．０ＨＴ）までの範囲にあり、１０重量％以下のバインダを含むバットであるのが良い。
表５は、２．０３μｍ（８．０ＨＴ）から３．０４μｍ（１２．０ＨＴ）までの範囲にある細い繊維を有する繊維断熱製品１００の例示の実施形態の元の単位表面当たりの重量を１平方フィート当たりのポンド（ｐｓｆ）の単位で示している。表５では、繊維直径は、上述の空気流抵抗法によって測定されたバインダ組成物の塗布前における平均繊維直径を意味している。厚さ及び元の密度は、バインダ組成物を硬化させ、そして硬化済みの製品が自由状態になった（すなわち、圧縮状態又は伸張状態にはない）後の製品の厚さ及び密度を意味している。
表５：繊維直径当たりの元の密度（ｐｃｆ）、Ｒ値、バインダ含有量、及び厚さ
Figure 0007703533000005
表５のデータは、平均繊維直径が１５ＨＴ以下であり、原面積当たりの重量が０．１０３ｐｓｆから０．６０１ｐｓｆまでの範囲にあり、６重量％以下のバインダ組成物を含む状態で作られたＲ値が１１～４９の繊維断熱製品を示している。
幾つかの実施形態では、平均繊維直径が２．０３μｍ（８．０ＨＴ）から３．０４μｍ（１２．０ＨＴ）までの範囲にあり、密度が０．３ｐｓｆから２．０ｐｓｆまでの範囲にあり、１０重量％以下のバインダ組成物を含む状態で作られた本発明のガラス繊維断熱製品は、同様なバインダ組成物を含むが、１５ＨＴを超える平均繊維直径を有する繊維を含んだ状態で製造された従来型ガラス繊維断熱製品よりもスチフネスが小さいと言える。
幾つかの例示の実施形態では、開示したガラス繊維断熱製品１００は、７５°以下、６０°以下、４５°以下、又は３０°以下のスチフネスを有する。ガラス繊維断熱製品１００のスチフネスは、ガラス繊維断熱製品の試験片を中心支持体上に吊り下げ、そして試験片の端部が下方にそらされている角度を測定することによって測定される。この手順は、面材が施された断熱製品及び面材が施されていない断熱製品ならびに長さが約４８インチ（１２２．０ｃｍ）、幅が最大約２４インチ（６１．０ｃｍ）に寸法決めされた試験片に利用できる。具体的に言えば、この手順は、床に平行に配置された長さ２４インチの２×６ビーム（幅が５．５インチ（１４．０ｃｍ））を利用している。断熱製品１００の長さ４８インチの試験片を試験片の中間部の中心が２×６ビーム上に位置し、試験片の２つの端部がビームの各側に沿って自由に垂れ下がることができるように床に平行に２×６ビームの頂部上に寝かせる。次に、試験片の各端部の角度を例えば２×６ビームに垂直にかつこの下に９０°角度計を設けることによって試験片が２×６ビーム上で自由にぶら下がっているときに測定して各端部の角度を視覚的に求める。スチフネスの大きな断熱製品は、断熱製品１００の２つの自由端部が中心に関して２×６ビームによって自由に支持されたときに床と平行なままであるときに０°に近いスチフネス角度を有する。スチフネスの小さな製品は、２×６ビームの幅全体にわたって垂れ下がり、端部は、９０°に近いスチフネス角度で床に垂直になる。
例示の実施形態では、繊維断熱製品１００は、バインダ組成物によってひとまとめに保持された複数にランダムに配向されているガラス繊維を有するバットとして形成される。ガラス繊維は、２．０３μｍ（８．０ＨＴ）から３．０４μｍ（１２．０ＨＴ）までの範囲にある平均繊維直径を有し、繊維断熱製品は、１０重量％未満のホルムアルデヒドフリーのバインダを有する。例示の一実施形態では、繊維断熱製品１００は、３．０重量％から４．０重量％の範囲にあるホルムアルデヒドフリーのバインダを有する。
幾つかの例示の実施形態では、バットは、１１．２５インチ（２８．５８ｃｍ）から２４．２５インチ（６１．６０ｃｍ）までの範囲にある幅、４７インチ（１１９．３８ｃｍ）から１０６インチ（２６９．２４ｃｍ）までの範囲にある長さ、及び３インチ（７．６２ｃｍ）から４インチ（１０．１６ｃｍ）までの範囲にある厚さを有する。例示の一実施形態では、バットは、非カプセル化状態にある（カバー、すなわち蒸気バリアによって包囲されていない）。バットは、４．６以上の１インチ当たりの最大Ｒ値及び３０°以下のスチフネスを有する。
幾つかの例示の実施形態では、繊維断熱製品１００は、既知の同等な繊維断熱製品よりも小さいプリックルを生じさせるよう設計されている。本願で用いられる「プリックル」は、人の皮膚の神経末端の機械的刺激を意味している。プリックルと関連した特定の神経末端は、皮膚表面に垂直に加えられる十分な力によってトリガされる。皮膚表面の単位面積あたり比較的僅かな数のかかる刺激が存在することは、プリックルの感覚をトリガするのに十分である。例えば、繊維断熱製品を形成する繊維の端部は、繊維断熱製品の表面から突き出ている場合がある。繊維のこれら端部は、人、例えば設置者の皮膚に接触すると、オイラーロッドとして機械的に働く。繊維端部が座屈前に十分に大きな力に耐えることができる場合、これら端部は、神経末端をトリガすることができ、それによりプリックルが生じる。かくして、繊維の直径、繊維のスチフネス及び突き出た繊維端部の数は、プリックルに影響を及ぼす場合のある変数のうちのものである。
繊維断熱製品のプリックル生成傾向は、インターナショナル・ウール・テキスタイル・オーガニゼーション（International Wool Textile Organization：ＩＷＴＯ）試験規格ＩＷＴＯ‐６６‐２０１７に準拠してウール・コンフォート・メータ（Wool Comfort Meter：ＷＣＭ）によって測定できる。ＷＣＭは、試験片を測定し、単一の数値で表わされる快適度（comfort factor：ＣＦ）の値を生じさせる。快適度は、試験片上の５つの互いに異なる場所で測定され、平均の読みが試験片についての快適度値として記録される。快適度の値が小さいことは、プリックルを生じさせる傾向が低いことを表す。
表６は、５つの先行技術の繊維断熱試験片（Ａ１～Ａ５）及び本発明に係る繊維断熱製品の５つの例示の実施形態（Ｂ１～Ｂ５）に関する快適度値を示している。試験片を幾つかの小規模な改造を施した状態でＩＷＴＯ‐６６‐２０１７に従って試験した。小規模な試験片調製改造を行ってＷＣＭで可能な限り最も大きなサイズの断熱試験片を試験した。具体的に言えば、断熱試験片をＬ１５．７５インチ（４０．０１ｃｍ）×Ｗ８．６７インチ（２２．０２ｃｍ）に切断し、次に、厚さ１．５インチ（３．８１ｃｍ）二等分し、それによりＷＣＭ試験ヘッドの下に納めた。これは、３００ｍｍ×３００ｍｍ試験片（１１．８インチ×１１．８インチ）及びファブリックについての通常の厚さを用いるＩＷＴＯ‐６６‐２０１７に関して長さ及び幅に対する僅かな改造である。必要とされている機器改造としては、ＷＣＭの試験片ステージを比較的厚い１．５インチの試験片を試験ヘッドの下に納めるために除去することだけであった。試験方法又は試験機器に対して他の改造は行われなかった。
表６はまた、記載した試験片についての平均繊維直径／密度の値（Ｆｄ／Ｄ）を示している。繊維直径がＨＴ単位で記載され、密度がｐｃｆ単位で記載されている。平均繊維直径を上述のＳＥＭ方法により測定した。密度は、バインダ組成物が硬化され、硬化済みの製品が自由状態（すなわち、圧縮状態又は伸張状態にはない）になった後に測定されている。
表６：Ｒ値、平均繊維直径／密度比、及び快適度
Figure 0007703533000006
図３を参照すると、快適度が表５のデータについて平均Ｆｄ／Ｄとの関係でプロットされている。図３に示されているように、試験片Ａ１～Ａ５についての最小二乗回帰線ＬＡ及び試験片Ｂ１～Ｂ５についての最小二乗回帰線ＬＢは、一般的に言って、快適度がＦｄ／Ｄの値の増大に連れて増大していることを示している。最小二乗回帰線ＬＢは、方程式ＣＦ＝３．４１７（Ｆｄ／Ｄ）－４．８によって定められ、９０％の決定係数（Ｒ２）及び０．００４以下のｐ値を有する。図３は、本発明に係る繊維断熱製品の例示の実施形態についての快適度の値を表す第１のゾーンを示している。第１のゾーンは、破線Ｚ１によって示されているように４０ＨＴ／ＰＣの最大Ｆｄ／ＤのところでＸ軸上で境界づけられるとともに方程式ＣＦ＝３．４１７（Ｆｄ／Ｄ）＋６０によって定められた破線Ｚ２によってＹ軸上に境界づけられ、この破線Ｚ２は、最小二乗回帰線ＬＢに平行な線である。図３に示されているように、第１のゾーンは、試験片Ｂ１～Ｂ５の全てを含むが、この第１のゾーンには先行技術の繊維断熱試験片（Ａ１～Ａ５）の全てが入っていない。
本発明のガラス繊維断熱材料は、開示した特性及び本明細書において開示した特性の範囲の任意のコンビネーション又はサブコンビネーションを有することができる。本発明をその実施形態の説明によって例示したが、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲をかかる細部に制限し又はいかなる仕方においても制限することは本出願人の意図ではない。追加の利点及び追加の改造が当業者には容易に明らかであろう。繊維断熱製品を可撓性バット又はブランケットとして本明細書において例示したが、他の形態及び他の幾何学的形状を用いることができる。さらに、繊維断熱製品を種々の仕方で使用することができ、かかる繊維断熱製品は、任意の特定の用途には限定されない。したがって、本発明は、その広い観点において、特定の細部、代表的な装置、及び図示するとともに説明した例示の実施例には限定されない。したがって、一般的な本発明の技術的思想の精神及び範囲から逸脱することなく、かかる細部からの変形を行うことができる。

Claims (19)

  1. 繊維断熱バットであって、
    複数のランダムに配向されたガラス繊維と、
    前記ガラス繊維をひとまとめに保持する硬化済みのバインダ組成物と、を含み、
    前記バインダ組成物は、水性バインダ組成物として形成され、この水性バインダ組成物は、高分子ポリカルボキシル酸基を主成分とする架橋剤と、少なくとも４つのヒドロキシル基を備えた単量体ポリオールと、を含み、前記単量体ポリオールの前記ヒドロキシル基に対する、前記架橋剤のカルボキシル酸基のモル比が０．６０／１～１／０．６であり、硬化前の前記バインダ組成物は、酸性ｐＨと、２５℃の温度で３００ｃＰ～５００ｃＰの粘度と、を有し、
    前記バインダ組成物の量は、前記繊維断熱バットの重量で２％から６％までの範囲にあり、
    前記繊維断熱バットのＲ値は、１０から５４までの範囲にあり、
    前記ガラス繊維は、８ＨＴ（２．０３μｍ）から１２ＨＴ（３．０４μｍ）までの範囲にある平均繊維直径を有し、
    前記繊維断熱バットは、硬化後、非圧縮状態において０．３０ｐｃｆ（０．００６ｇ／ｃｍ 3 ）から２．７ｐｃｆ（０．０５４ｇ／ｃｍ 3 ）までの範囲にある密度を有する、繊維断熱バット。
  2. 前記繊維断熱バットは、２インチ（５．１ｃｍ）から１８インチ（４５．７２ｃｍ）までの範囲にある厚さを有し、前記繊維断熱バットは、前記ランダムに配向されたガラス繊維の単一のプライで形成されている、請求項１記載の繊維断熱バット。
  3. 前記繊維断熱バットは、２インチ（５．１ｃｍ）から１８インチ（４５．７２ｃｍ）までの範囲にある厚さを有し、前記繊維断熱バットは、前記ランダムに配向されたガラス繊維の２枚以下のプライで形成されている、請求項１記載の繊維断熱バット。
  4. 前記水性バインダ組成物は、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ソルビトール及び次亜リン酸ナトリウムを含む、請求項１記載の繊維断熱バット。
  5. 前記繊維断熱バットのＲ値は、１０から１６までの範囲にある、請求項１記載の繊維断熱バット。
  6. 前記繊維断熱バットのＲ値は、３２から５４までの範囲にある、請求項１記載の繊維断熱バット。
  7. 前記繊維断熱バットは、非圧縮状態厚さが２インチ（５．１ｃｍ）から３．５インチ（８．９ｃｍ）までの範囲にあるバットであり、前記バットのＲ値は、１１以上であり、前記バットの密度は、０．４４ｐｃｆ（０．００８８ｇ／ｃｍ 3 ）以下である、請求項１記載の繊維断熱バット。
  8. 前記繊維断熱バットは、非圧縮状態厚さが２インチ（５．１ｃｍ）から３．５インチ（８．９ｃｍ）までの範囲にあるバットであり、前記バットのＲ値は、１３以上であり、前記バットの密度は、０．６９ｐｃｆ（０．０１３８ｇ／ｃｍ 3 ）以下である、請求項１記載の繊維断熱バット。
  9. 前記繊維断熱バットは、非圧縮状態厚さが２インチ（５．１ｃｍ）から３．５インチ（８．９ｃｍ）までの範囲にあるバットであり、前記バットのＲ値は、１５以上であり、前記バットの密度は、１．４１ｐｃｆ（０．０２８２ｇ／ｃｍ 3 ）以下である、請求項１記載の繊維断熱バット。
  10. 前記繊維断熱バットは、非圧縮状態厚さが２インチ（５．１ｃｍ）から６．２５インチ（１５．８８ｃｍ）までの範囲にあるバットであり、前記バットのＲ値は、１９以上であり、前記バットの密度は、０．４１ｐｃｆ（０．００８２ｇ／ｃｍ 3 ）以下である、請求項１記載の繊維断熱バット。
  11. 前記繊維断熱バットは、非圧縮状態厚さが２インチ（５．１ｃｍ）から５．５インチ（１４．０ｃｍ）までの範囲にあるバットであり、前記バットのＲ値は、２０以上であり、前記バットの密度は、０．６５ｐｃｆ以下（０．０１３ｇ／ｃｍ 3 ）である、請求項１記載の繊維断熱バット。
  12. 前記繊維断熱バットは、非圧縮状態厚さが２インチ（５．１ｃｍ）から５．５インチ（１４．０ｃｍ）までの範囲にあるバットであり、前記バットのＲ値は、２１以上であり、前記バットの密度は、０．７５ｐｃｆ（０．０１５ｇ／ｃｍ 3 ）以下である、請求項１記載の繊維断熱バット。
  13. 前記繊維断熱バットは、非圧縮状態厚さが２インチ（５．１ｃｍ）から９．５インチ（２４．１ｃｍ）までの範囲にあるバットであり、前記バットのＲ値は、３０以上であり、前記バットの密度は、０．４５ｐｃｆ（０．００９ｇ／ｃｍ 3 ）以下である、請求項１記載の繊維断熱バット。
  14. 前記繊維断熱バットは、非圧縮状態厚さが１２．０インチ（３０．４８ｃｍ）のバットであり、前記バットのＲ値は、３８以上であり、前記バットの密度は、０．４５ｐｃｆ（０．００９ｇ／ｃｍ 3 ）以下である、請求項１記載の繊維断熱バット。
  15. 前記繊維断熱バットは、非圧縮状態厚さが２インチ（５．１ｃｍ）から１４．０インチ（３５．６ｃｍ）までの範囲にあるバットであり、前記バットのＲ値は、４９以上であり、前記バットの密度は、０．５７ｐｃｆ（０．０１１４ｇ／ｃｍ 3 ）以下である、請求項１記載の繊維断熱バット。
  16. 前記繊維断熱バットは、非圧縮状態厚さが２インチ（５．１ｃｍ）から３．５インチ（８．９ｃｍ）までの範囲にあるバットであり、前記バットのＲ値は、１１以上であり、前記バットの密度は、０．１３ｐｃｆ（０．００２６ｇ／ｃｍ 3 ）以下である、請求項１記載の繊維断熱バット。
  17. 前記繊維断熱バットは、３０°以下のスチフネスを有するバットである、請求項１記載の繊維断熱バット。
  18. 躯体であって、
    複数の互いに平行であって互いに間隔を置いて配置された骨組部材と、
    前記骨組部材のうちの２つの間に受け入れられるガラス繊維断熱バットと、を有し、前記ガラス繊維断熱バットは、
    複数のランダムに配向されたガラス繊維と、
    前記ガラス繊維をひとまとめに保持する硬化済みのバインダ組成物と、を含み、
    前記バインダ組成物は、水性バインダ組成物として形成され、この水性バインダ組成物は、高分子ポリカルボキシル酸基を主成分とする架橋剤と、少なくとも４つのヒドロキシル基を備えた単量体ポリオールと、を含み、前記単量体ポリオールの前記ヒドロキシル基に対する、前記架橋剤のカルボキシル酸基のモル比が０．６０／１～１／０．６であり、硬化前の前記バインダ組成物は、酸性ｐＨと、２５℃の温度で３００ｃＰ～５００ｃＰの粘度と、を有し、
    前記ガラス繊維は、８ＨＴ（２．０３μｍ）から１２ＨＴ（３．０４μｍ）までの範囲にある平均繊維直径を有し、
    前記繊維断熱バットは、硬化後、非圧縮状態において０．３０ｐｃｆ（０．００６ｇ／ｃｍ 3 ）から２．７ｐｃｆ（０．０５４ｇ／ｃｍ 3 ）までの範囲にある密度、及び、４５°以下のスチフネスを有し、
    前記バインダ組成物の量は、前記繊維断熱バットの重量で２％から１０％までの範囲にあり、
    前記繊維断熱バットのＲ値は、１０から５４までの範囲にある、躯体。
  19. 前記ガラス繊維断熱バットは、非圧縮状態厚さが２インチ（５．１ｃｍ）から３．５インチ（８．９ｃｍ）までの範囲にあり、前記ガラス繊維断熱バットのＲ値は、１１以上であり、前記ガラス繊維断熱バットの密度は、０．４４ｐｃｆ（０．００８８ｇ／ｃｍ 3 ）以下である、請求項１９記載の躯体。
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