KR102881125B1

KR102881125B1 - 식물을 성장시키는 방법

Info

Publication number: KR102881125B1
Application number: KR1020227037881A
Authority: KR
Inventors: 프랑크 헨드리쿠스 피터 얀센; 도르테 바르트니크 요한슨; 미로슬라브 니콜릭
Original assignee: 락울 에이/에스
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2025-11-06
Anticipated expiration: 2040-04-03
Also published as: CN115943129B; CA3174400A1; JP2023520079A; WO2021197631A1; JP2025013433A; CN115943129A; CN120097645A; KR20220165259A; JP7583060B2; EP4126782A1

Abstract

본 발명은 응집성 성장 기재 제품에서 식물을 성장시키는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은,
- 경화된 수성 결합제 조성물과 결합된 인조 유리 섬유(man-made vitreous fibres: MMVF)를 포함하는 적어도 하나의 응집성 성장 기재 제품을 제공하는 단계;
- 하나 이상의 종자, 묘목, 삽수, 또는 식물을 상기 성장 기재 제품과 접촉하도록 위치시키는 단계; 및
- 상기 성장 기재 제품을 관개하는 단계를 포함하며;
이때 경화 전 상기 수성 결합제 조성물은 하기 성분들을 포함한다:
- (i) 하나 이상의 산화된 리그닌 형태의 성분;
- (ii) 하나 이상의 가교제 형태의 성분; 및
- (iii) 하나 이상의 가소제 형태의 성분.

Description

식물을 성장시키는 방법

본 발명은 응집성 성장 기재(coherent growth substrate)에서 식물을 성장시키는 방법, 응집성 성장 기재 제품, 및 응집성 성장 기재의 용도에 관한 것이다.

인조 유리 섬유(man-made vitreous fibre: MMVF)로 형성된 응집성 성장 기재에서 식물을 성장시키는 것은 수년 동안 알려져 왔다. 통상적으로 응집성 플러그(plug), 블록(block) 또는 슬래브(slab)로 제공되는, 이러한 목적을 위한 MMVF 제품은 일반적으로 제품에 구조적 무결성을 제공하기 위해 결합제를 포함한다.

역사적으로, 선택된 1차 결합제는 WO2009/090053, WO2008/009467, WO2008/009462, WO2008/009461, WO2008/009460, 및 WO2008/009465에 개시된 것과 같은 페놀-포름알데히드 수지 및 페놀-포름알데히드 우레아 수지였다. 이러한 결합제는 생산하기에 경제적이고, 우수한 기계적 취급 특성을 제공하는데, 이는 취급 시 자동 설비를 사용하고, 기재에 다량의 수분을 보유하기 때문에 식물 성장 기재에 매우 중요하다. 취급 중에 기재가 손상되거나 물을 보유할 때 기재가 강성 및 형상을 잃는 것은 바람직하지 않다.

그러나, 포름알데히드 방출을 낮추거나 없애는 것에 관한 기존 및 제안된 법률은 WO2017/114723, WO2017/114724, 및 WO2012/028650에 기술된 것과 같이, 포름알데히드가 없는 결합제의 개발로 이어졌다.

이전에 알려진 식물 성장 기재용 결합제 조성물의 적어도 대부분은 출발 물질이 화석 연료에서 유래한다. 소비자들이 재생 가능한 재료로 완전히 또는 적어도 부분적으로 생산된 제품을 선호하는 추세가 계속되고 있으며, 따라서 재생 가능한 재료로부터 적어도 부분적으로 생산되는 식물 성장 기재용 결합제를 제공할 필요가 있다.

재생 가능한 재료를 기반으로 하는 결합제 조성물은 예를 들어 WO2017/114723 및 WO2017/114724에서 이전에 제안되었다. 그러나, 이러한 결합제로 제조된 MMVF 제품은 페놀-포름알데히드 수지로 제조된 MMVF 제품과 비교할 때, 기계적 특성 측면에서 여전히 몇 가지 단점이 있다. 또한, 이러한 결합제는 종종 고가의 출발 물질로 만들어진다.

또한, 수분 보유력(water retention) 또는 높이에 따른 수분 분포와 같은 식물 성장 기재의 수분 보유 특성을 개선하려는 지속적인 욕구가 있다. 또한, 식물 성장 기재에 사용되는 결합제의 식물독성(phytotoxicity)을 감소시키려는 지속적인 욕구가 있다.

재배 과정에서 물과 영양분을 가능한 한 효율적으로 사용하고자 하는 욕구가 있다. 이는 비용 및 환경적 이유 둘 모두 때문이다. 특히, 영양분이 함유된 폐수(waste water)는 환경 법규로 인해 처리가 어렵다. 따라서 폐수(배수(drain)라고도 함)의 양이 감소하도록 수분 보유 특성을 개선하는 것이 바람직하다.

또한, 식물 성장 기재를 생산하는 데 필요한 성분들의 양 및 수를 감소시키려는 지속적인 욕구가 있다. 통상적으로 습윤제와 같은 첨가제는 친수성을 향상시키기 위해 식물 성장 기재에 첨가된다. 그러나, 환경 및 비용 효율성을 위해, 습윤제의 추가 첨가를 필요로 하지 않는 결합제를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

또한, 기계적 특성을 포함하지 않으면서 다른 결합제보다 적은 양으로 사용될 수 있는 결합제를 생산하는 것이 바람직할 것이다. 따라서, 포름알데히드가 없지만 페놀-포름알데히드 결합제와 동등하거나 우수한 기계적 취급 특성(예를 들어, 압축 강도)을 나타내는 식물 성장 기재용 결합제를 생산하는 것이 바람직할 것이다. 이러한 결합제는 개선된 수분 보유 특성(예를 들어, 수분 보유력 및 높이에 따른 수분 분포)을 가져 수분 낭비를 줄이고 식물독성을 낮추는 것이 바람직할 것이다. 또한, 이러한 결합제는 생산하기에 경제적이고, 주로 재생 가능한 공급원에 기초하는 것이 바람직할 것이다. 마지막으로, 이러한 결합제는 감소된 양으로 사용되고, 습윤제의 추가 첨가를 필요로 하지 않는 것이 바람직할 것이다.

본 발명에서 사용되는 식물 성장 기재는 상기 문제를 해결한다.

본 발명의 제1 측면에서, 응집성 성장 기재 제품에서 식물을 성장시키는 방법이 제공되며, 상기 방법은,

- 경화된 수성 결합제 조성물과 결합된 인조 유리 섬유(MMVF)를 포함하는 적어도 하나의 응집성 성장 기재 제품을 제공하는 단계;

- 하나 이상의 종자, 묘목, 삽수(cutting), 또는 식물을 상기 성장 기재 제품과 접촉하도록 위치시키는 단계;

- 상기 성장 기재 제품을 관개하는 단계를 포함하며;

이때 경화 전 상기 수성 결합제 조성물은 하기를 포함한다:

- (i) 하나 이상의 산화된 리그닌 형태의 성분;

- (ii) 하나 이상의 가교제 형태의 성분; 및

- (iii) 하나 이상의 가소제 형태의 성분.

본 발명의 제2 측면에서, 경화된 수성 결합제 조성물과 결합된 인조 유리 섬유(MMVF)를 포함하는 응집성 성장 기재 제품이 제공되며, 이때 경화 전 상기 수성 결합제 조성물은 하기를 포함한다:

- (i) 하나 이상의 산화된 리그닌 형태의 성분;

- (ii) 하나 이상의 가교제 형태의 성분; 및

- (iii) 하나 이상의 가소제 형태의 성분.

본 발명의 제3 측면에서, 2개 이상의 응집성 성장 기재 제품의 어레이가 제공되며, 이때 상기 응집성 성장 기재 제품은 경화된 수성 결합제 조성물과 결합된 인조 유리 섬유(MMVF)를 포함하고, 경화 전 상기 수성 결합제 조성물은 하기를 포함한다:

- (i) 하나 이상의 산화된 리그닌 형태의 성분;

- (ii) 하나 이상의 가교제 형태의 성분; 및

- (iii) 하나 이상의 가소제 형태의 성분.

본 발명의 제4 측면에서, 식물을 성장시키기 위한 응집성 성장 기재 제품의 용도가 제공되며, 이때 상기 응집성 성장 기재 제품은 경화된 수성 결합제 조성물과 결합된 인조 유리 섬유(MMVF)를 포함하고, 경화 전 상기 수성 결합제 조성물은 하기를 포함한다:

- (i) 하나 이상의 산화된 리그닌 형태의 성분;

- (ii) 하나 이상의 가교제 형태의 성분; 및

- (iii) 하나 이상의 가소제 형태의 성분.

본 발명의 제5 측면에서, 성장 기재 제품을 제조하는 방법이 제공되며, 상기 방법은,

(i) MMVF를 제공하는 단계;

(ii) 상기 MMVF에 수성 결합제 조성물을 분무하는 단계;

(iii) 상기 MMVF를 수집하고 고화(consolidating)시키는 단계; 및

(iv) 상기 수성 결합제 조성물을 경화하는 단계를 포함하며;

이때 경화 전 상기 수성 결합제 조성물은 하기를 포함한다:

- (i) 하나 이상의 산화된 리그닌 형태의 성분;

- (ii) 하나 이상의 가교제 형태의 성분; 및

- (iii) 하나 이상의 가소제 형태의 성분.

본 발명자들은 놀랍게도, 페놀-포름알데히드 결합제와 동등하거나 심지어 더 우수한 기계적 취급 특성(예를 들어, 압축 강도)을 갖는 성장 기재를 유도하는 포름알데히드가 없는 결합제를 생성하는 것이 가능하다는 것을 발견하였다. 본 발명자들은 또한, 식물 성장 및 발달에 매우 바람직한, 개선된 수분 보유 특성(예를 들어, 수분 보유력) 및 낮은 식물독성 수준을 갖는 성장 기재를 유도하는 결합제를 생산하였다. 그 결과 물 낭비(즉, 배수)가 줄어든다. 본 발명자들은 경제적이고, 주로 재생 가능한 공급원에 기초한 결합제를 생산하였다. 마지막으로, 이러한 결합제는 소량으로 사용될 수 있으며, 성장 기재에 습윤제를 추가할 필요가 없다.

도 1a 내지 1e는 압축 강도 테스트 결과를 도시한다.
도 2는 수분 보유력 테스트 결과를 도시한다.
도 3은 높이에 따른 물 분포 테스트 결과를 도시한다.
도 4는 가능한 리그닌 구조의 단면을 보여준다.
도 5는 리그닌 전구체와 일반적인 단위간 연결(interunit linkage)을 보여준다.
도 6은 시판되는 4가지 그룹의 기술적 리그닌(technical lignin)을 보여준다.
도 7은 기술적 리그닌의 특성을 요약한 것이다.

본 발명은 응집성 성장 기재 제품에서 식물을 성장시키는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은,

- 하나 이상의 종자, 묘목, 삽수, 또는 식물을 상기 성장 기재 제품과 접촉하도록 위치시키는 단계; 및

- 상기 성장 기재 제품을 관개하는 단계를 포함하며;

이때 경화 전 상기 수성 결합제 조성물은 하기를 포함한다:

- (i) 하나 이상의 산화된 리그닌 형태의 성분;

- (ii) 하나 이상의 가교제 형태의 성분;

- (iii) 하나 이상의 가소제 형태의 성분.

본 발명의 방법은 인조 유리 섬유(MMVF)를 포함하는 응집성 성장 기재 제품을 포함한다. 인조 유리 섬유(MMVF)는 임의의 적합한 산화물 조성을 가질 수 있다. 섬유는 유리 섬유, 세라믹 섬유, 현무암 섬유(basalt fibre), 슬래그 섬유(slag fibre), 또는 록 파이버(rock fibre) 또는 스톤 파이버(stone fibre)일 수 있다. 섬유는 일반적으로 록 파이버, 스톤 파이버 또는 슬래그 섬유로 알려진 유형이 바람직하고, 스톤 파이버가 가장 바람직하다.

스톤 파이버는 일반적으로 중량%로 다음과 같은 산화물을 포함한다:

SiO₂: 30 내지 51

CaO: 8 내지 30

MgO: 2 내지 25

FeO(Fe₂O₃ 포함): 2 내지 15

Na₂O+K₂O: 10 이하

CaO+MgO: 10 내지 30

바람직한 구현예에서, MMVF는 산화물(중량%)로 계산된, 하기 수준의 원소를 갖는다:

SiO₂: 적어도 30, 32, 35 또는 37; 51, 48, 45 또는 43 이하

Al₂O₃: 적어도 12, 16 또는 17; 30, 27 또는 25 이하

CaO: 적어도 8 또는 10; 30, 25 또는 20 이하

MgO: 적어도 2 또는 5; 25, 20 또는 15 이하

FeO(Fe₂O₃ 포함): 적어도 4 또는 5; 15, 12 또는 10 이하

FeO+MgO: 적어도 10, 12 또는 15; 30, 25 또는 20 이하

Na₂O+K₂O: 0 또는 적어도 1; 10 이하

CaO+MgO: 적어도 10 또는 15; 30 또는 25 이하

TiO₂: 0 또는 적어도 1; 6, 4 또는 2 이하

TiO₂+FeO: 적어도 4 또는 6; 18 또는 12 이하

B₂O₃: 0 또는 적어도 1; 5 또는 3 이하

P₂O₅: 0 또는 적어도 1; 8 또는 5 이하

기타: 0 또는 적어도 1; 8 또는 5 이하.

본 발명의 방법에 의해 제조된 MMVF는 바람직하게는 중량%로 하기 조성을 갖는다:

SiO₂35 내지 50

Al₂O₃12 내지 30

TiO₂2 이하

Fe₂O₃3 내지 12

CaO 5 내지 30

MgO 15 이하

Na₂O 0 내지 15

K₂O 0 내지 15

P₂O₅3 이하

MnO 3 이하

B₂O₃3 이하

MMVF에 대한 또 다른 바람직한 조성은 중량%로 다음과 같다:

SiO₂ 39-55%, 바람직하게는 39-52%

Al₂O₃ 16-27%, 바람직하게는 16-26%

CaO 6-20%, 바람직하게는 8-18%

MgO 1-5%, 바람직하게는 1-4.9%

Na₂O 0-15%, 바람직하게는 2-12%

K₂O 0-15%, 바람직하게는 2-12%

R₂O (Na₂O + K₂O) 10-14.7%, 바람직하게는 10-13.5%

P₂O₅ 0-3%, 바람직하게는 0-2%

Fe₂O₃(총 철) 3-15%, 바람직하게는 3.2-8%

B₂O₃ 0-2%, 바람직하게는 0-1%

TiO₂ 0-2%, 바람직하게는 0.4-1%

기타 0-2.0%

유리 섬유는 일반적으로 중량%로 다음과 같은 산화물을 포함한다:

SiO₂: 50 내지 70

Al₂O₃: 10 내지 30

CaO: 27 이하

MgO: 12 이하

유리 섬유는 또한 중량%로 다음과 같은 산화물을 함유할 수 있다:

Na₂O+K₂O: 8 내지 18, 특히 CaO+MgO보다 큰 Na₂O+K₂O

B₂O₃: 3 내지 12

일부 유리 섬유 조성은 Al₂O₃: 2% 미만을 함유할 수 있다.

기하 평균 섬유 직경(geometric mean fibre diameter)은 종종 1.5 내지 10 마이크론, 특히 2 내지 8 마이크론, 바람직하게는 2 내지 5 마이크론의 범위 내이다. 본 발명자들은, 이러한 범위의 기하학적 섬유 직경이 모세관 현상에 긍정적인 영향을 미치므로 높이에 따른 수분 분포 및 성장 기재의 수분 흡수를 개선한다는 것을 발견하였다.

본 발명에 따른 성장 기재는, 경화 전에, 하기를 포함하는 수성 결합제 조성물을 포함한다:

- (i) 하나 이상의 산화된 리그닌 형태의 성분;

- (ii) 하나 이상의 가교제 형태의 성분; 및

- (iii) 하나 이상의 가소제 형태의 성분.

바람직한 구현예에서, 상기 결합제는 포름알데히드가 없다.

본 출원의 목적을 위해, 용어 "포름알데히드가 없는"은 광물면(mineral wool) 제품으로부터 포름알데히드의 방출량이 5 μg/m²/h 미만, 바람직하게는 3 μg/m²/h 미만인 광물면 제품을 특징짓는 것으로 정의된다. 바람직하게는, 상기 테스트는 알데히드 방출 테스트를 위한 ISO 16000에 따라 수행된다.

성분 (i)

성분 (i)은 하나 이상의 산화된 리그닌 형태이다.

리그닌, 셀룰로오스, 및 헤미셀룰로오스는 식물 세포벽의 세 가지 주요 유기 화합물이다. 리그닌은 셀룰로오스 섬유를 함께 고정시키는 접착제로 생각할 수 있다. 리그닌은 친수성 기와 소수성 기를 모두 포함한다. 리그닌은 셀룰로오스에 버금가는, 세계에서 두 번째로 풍부한 천연 고분자이며, 전 세계적으로 10억 톤 이상인, 바이오매스에 함유된 총 탄소의 20 내지 30%를 차지하는 것으로 추산된다.

도 4는 가능한 리그닌 구조의 단면을 보여준다.

시판되는 기술적 리그닌의 그룹은 최소 4개이다. 이 4개의 그룹은 도 6에 나와 있다. 가능한 다섯 번째 그룹인, 바이오리파이너리 리그닌(Biorefinery lignin)은 추출 프로세스가 아니라 바이오리파이닝(biorefining)과 같은 프로세스 기원으로 설명되기 때문에 약간 다르며, 따라서 언급된 임의의 다른 그룹들과 유사하거나 다를 수 있다. 각 그룹은 서로 다르며, 각각 다른 응용 분야에 적합하다. 리그닌은 공급원에 따라, 최대 3개의 서로 다른 페닐 프로판 모노머로 구성된 복합적이고, 이질적인 물질이다. 침엽수(softwood) 리그닌은 대부분 코니페릴 알코올(도 5 참조) 단위로 이루어지며, 결과적으로 시린질 알코올(도 5 참조) 함량이 더 높은 활엽수(hardwood) 리그닌보다 더 균질하다. 리그닌의 모양과 일관성(consistency)은 매우 다양하며, 공정에 따라 매우 달라진다.

이러한 기술적 리그닌의 특성에 대한 요약은 도 7에 나와 있다.

아황산염 펄프화 공정에서 나오는 리그노설포네이트는 용량이 140만 톤으로, 상업적 이용가능성이 가장 큰 리그닌 공급원이다. 그러나 이를 제쳐두고, 크래프트 공정(kraft process)이 현재 가장 많이 사용되는 펄프화 공정으로, 점차 아황산염 공정을 대체하고 있다. 전 세계적으로 연간 약 7,800만 톤의 리그닌이 크래프트 펄프 생산에 의해 생성되지만, 이의 대부분은 증기와 에너지를 위해 태워진다. 현재 크래프트 회수 능력은 160,000톤으로 추산되지만, 소식통에 따르면 현재 회수량은 약 75,000톤에 불과하다. 크래프트 리그닌은 황산염 또는 크래프트 공정에서 이미 사용된 액체인 흑액(black liquour)에서 발생된다. 현재, 다음과 같은 잘 알려진 3가지 공정이 크래프트 리그닌을 생산하는 데 사용된다: 리그노부스트(LignoBoost), 리그노포스(LignoForce), 및 SLRP. 이 3가지 공정은 pH를 9-10으로 낮추기 위해 CO₂를 첨가한 다음 pH를 약 2로 더 낮추기 위해 산성화를 수반한다는 점에서 유사하다. 마지막 단계는 재 및 기타 오염물질을 제거하기 위한 세척, 침출 및 여과의 몇몇 조합을 포함한다. 세 가지 프로세스는 전 세계적으로 다양한 상용화 단계에 있다.

크래프트 공정은 일부 탄수화물이 남아 있는 동안 티올 기, 스틸벤을 도입한다. 황산나트륨도, 황산과 함께 액체에서 리그닌이 침전되기 때문에 불순물로 존재하지만, 잠재적으로 리그닌이 분리되는 방식을 변경하여 피할 수 있다. 크래프트 공정은 다량의 페놀성 하이드록실 기를 생성하며, 이 리그닌은 이러한 기가 이온화될 때 물에 용해된다(pH 약 10 초과).

시판 크래프트 리그닌은 일반적으로 리그노설포네이트보다 순도가 더 높다. 분자량은 1000 내지 3000 g/mol이다.

소다 리그닌은 밀짚, 버개스(bagasse) 및 아마에 주로 사용되는, 수산화나트륨 펄프화 공정에서 유래한다. 소다 리그닌 특성은 용해도 및 T_g 측면에서 크래프트 리그닌 특성과 유사하다. 이 공정은 황을 사용하지 않으며, 공유 결합된 황이 없다. 재 수준은 매우 낮다. 소다 리그닌은 중성 및 산성 매질에서 용해도가 낮지만, pH 12 이상에서는 완전히 용해된다.

리그노설포네이트 공정은 다량의 설포네이트 기를 도입하여, 리그닌을 물뿐만 아니라 산성 수용액에도 용해시킨다. 리그노설포네이트는 설포네이트로서 최대 8%의 황을 함유하는 반면, 크래프트 리그닌은 1-2%의 황을 함유하며, 이는 대부분 리그닌에 결합되어 있다. 리그노설포네이트의 분자량은 15.000 내지 50.000 g/mol이다. 이 리그닌은 다른 유형에 비해 더 많은 잔여 탄수화물을 함유하고 있으며, 평균 분자량이 더 높다. 리그닌의 일반적인 소수성 코어는, 많은 수의 이온화된 설포네이트 기와 함께, 이 리그닌을 계면활성제로 매력적으로 만들고, 종종 시멘트 분산 등에 적용된다.

사용 가능한 리그닌의 추가 그룹은 탄수화물이 풍부한 분획을 생성하기 위해 화학적 또는 생화학적 공정에 의해 탄수화물이 리그닌으로부터 분리되는 바이오리파이닝 공정에서 생성된 리그닌이다. 이 남은 리그닌을 바이오리파이너리 리그닌이라고 한다. 바이오리파이너리는 에너지 생산에 중점을 두고 있으며, 화석 연료와 석유화학물질에서 얻은 생산물, 뿐만 아니라 리그닌의 대체재를 생산한다. 이 공정에서 나오는 리그닌은 일반적으로, 열 연소에 주로 사용되거나 하급 사료로 사용되거나 또는 다른 방식으로 폐기되는 저가 산물 또는 심지어 폐기물로 간주된다.

오가노솔브(organosolv) 리그닌 가용성은 여전히 파일럿 규모로 고려된다. 이 공정에는 다양한 유기 용매(대부분 에탄올) 및 일부 유기산과 함께 물을 사용하여 리그닌을 추출하는 과정이 포함된다. 이 공정의 이점은 얻은 리그닌의 순도가 높다는 점이지만, 다른 기술적 리그닌에 비해 훨씬 많은 비용이 들고, 물이 아닌 유기 용매에 용해된다.

광물 섬유(mineral fibre)용 결합제 조성물을 위한 염기성 화합물로서 리그닌을 사용하려는 이전의 시도는, 경화된 광물면 제품의 바람직한 기계적 특성을 달성하는 동시에 유해한 및/또는 부식성 성분을 피할 수 있는 적합한 가교제를 찾는 것이 어려운 것으로 입증되었기 때문에 실패했다. 현재 리그닌은 결합제 용도 또는 역청에서 페놀 수지의 페놀과 같은 오일 유래 화학물질을 대체하는 데 사용된다. 또한, 리그닌은 시멘트 및 콘크리트 첨가제로 사용되며, 일부 측면에서는 분산제로도 사용된다.

일반적으로 폴리머의 가교는 기계적 저항성, 화학적 저항성, 및 내열성 등과 같은 개선된 특성을 제공해야 한다. 리그닌은 특히 페놀성 및 지방족 하이드록실 기가 풍부하며, 이러한 기는 반응하여 리그닌의 가교 구조로 이어질 수 있다. 다른 리그닌도 잠재적으로 사용될 수 있는 다른 이용 가능한 작용기를 가질 것이다. 이러한 다른 기들의 존재는 공급원에 따라 리그닌이 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스(크래프트 리그닌의 티올, 리그노설포네이트의 설포네이트 등)에서 분리되는 방식에 의해 크게 좌우된다.

산화된 리그닌을 사용함으로써, 우수한 특성의 광물 섬유 제품이 생성될 수 있도록 하는 광물 섬유용 결합제 조성물이 제조될 수 있음이 밝혀졌다.

일 구현예에서, 성분 (i)은 하나 이상의 산화된 크래프트 리그닌 형태이다.

일 구현예에서, 성분 (i)은 하나 이상의 산화된 소다 리그닌 형태이다.

일 구현예에서, 성분 (i)은 하나 이상의 암모니아 산화된 리그닌 형태이다. 본 발명의 목적을 위해, 용어 "암모니아 산화된 리그닌"은 암모니아의 존재 하에 산화제에 의해 산화된 리그닌으로 이해되어야 한다. "암모니아 산화된 리그닌"이라는 용어는 AOL로 축약된다.

대안적인 구현예에서, 암모니아는 알칼리 금속 수산화물, 특히 수산화나트륨 및/또는 수산화칼륨으로 부분적으로 또는 완전히 대체된다.

산화된 리그닌을 제조하는 데 사용되는 대표적인 산화제는 과산화수소이다.

일 구현예에서, 암모니아 산화된 리그닌은 암모니아, 아민, 수산화물, 또는 이들의 임의의 염들의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다.

일 구현예에서, 성분 (i)은, 성분 (i)의 건조 중량을 기준으로, 카복실산 기 함량이 0.05 내지 10 mmol/g, 예를 들어, 0.1 내지 5 mmol/g, 예를 들어, 0.20 내지 1.5 mmol/g, 예를 들어, 0.40 내지 1.2 mmol/g, 예를 들어, 0.45 내지 1.0 mmol/g이다.

일 구현예에서, 성분 (i)은 평균 카복실산 기 함량이 성분 (i)의 거대분자당 1.5개 초과의 기, 예를 들어, 2개 초과의 기, 예를 들어, 2.5개 초과의 기이다.

산화된 리그닌의 카복실산 기 함량은 본 발명에 따른 광물 섬유용 수성 결합제 조성물의 놀라운 이점에서 중요한 역할을 하는 것으로 여겨진다. 특히, 산화된 리그닌의 카복실산 기는 가교 특성을 개선하고, 따라서 경화된 광물 섬유 제품의 기계적 특성을 보다 우수하게 만드는 것으로 여겨진다.

성분 (ii)

성분 (ii)는 하나 이상의 가교제 형태이다.

일 구현예에서, 성분 (ii)는 일 구현예에서 β-하이드록시알킬아미드-가교제 및/또는 옥사졸린-가교제로부터 선택된 하나 이상의 가교제를 포함한다.

β-하이드록시알킬아미드-가교제는 산 작용성 거대분자를 위한 경화제이다. 이는 단단하고, 내구성이 있는, 내부식성 및 내용제성 가교 폴리머 네트워크를 제공한다. β-하이드록시알킬아미드 가교제는 에스테르화 반응을 통해 경화되어 다중 에스테르 결합을 형성하는 것으로 여겨진다. β-하이드록시알킬아미드-가교제의 하이드록시 작용기는 최적의 경화 반응을 얻기 위해 평균 적어도 2개, 바람직하게는 2개 초과, 보다 바람직하게는 2 내지 4개여야 한다.

옥사졸린 기 함유 가교제는 분자당 하나 이상의 옥사졸린 기를 함유하는 폴리머로, 일반적으로 옥사졸린 함유 가교제는 옥사졸린 유도체를 중합함으로써 쉽게 얻을 수 있다. 특허 US6818699 B2는 이러한 공정에 대한 개시를 제공한다.

일 구현예에서, 성분 (ii)는 지방산 트리글리세라이드를 기반으로 하는 에폭시화된 오일이다.

지방산 트리글리세라이드를 기반으로 하는 에폭시화된 오일은 위험한 것으로 간주되지 않으며, 따라서 본 발명에 따른 결합제 조성물에 이러한 화합물을 사용하는 것은 이러한 조성물을 취급하기에 안전하지 않게 만들지 않는다는 점에 주목한다.

일 구현예에서, 성분 (ii)는 3개 이상의 에폭시 기를 갖는 분자이다.

일 구현예에서, 성분 (ii)는 반응성 작용기, 예를 들어, 카보디이미드 기, 예를 들어, 무수물 기, 예를 들어, 옥사졸린 기, 예를 들어, 아미노 기, 예를 들어, 에폭시 기를 함유하는 하나 이상의 가요성 올리고머 또는 폴리머, 예를 들어, 저 Tg 아크릴계 폴리머, 예를 들어, 저 Tg 비닐계 폴리머, 예를 들어, 저 Tg 폴리에테르이다.

일 구현예에서, 성분 (ii)는 하이드록시알킬아미드, 알칸올아민, 알칸올아민과 폴리카복실산의 반응 생성물과 같은 경화 반응에 참여하는 가교제들로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 알칸올아민과 폴리카복실산의 반응 생성물은 US6706853B1에서 찾을 수 있다.

임의의 특정 이론에 구속되기를 원하지 않고, 본 발명자들은 수성 결합제 조성물의 매우 유리한 특성이 성분 (i)로서 사용되는 산화된 리그닌과 상기 언급된 가교제의 상호작용에 기인하는 것으로 여겨진다고 믿는다. 산화된 리그닌에 카복실산 기의 존재는 산화된 리그닌의 매우 효과적인 가교를 가능하게 하는 것으로 여겨진다.

일 구현예에서, 성분 (ii)는 다작용성 유기 아민, 예를 들어, 알칸올아민, 디아민, 예를 들어, 헥사메틸디아민, 트리아민으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가교제이다.

일 구현예에서, 성분 (ii)는 폴리에틸렌 이민, 폴리비닐 아민, 및 지방 아민으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가교제이다.

일 구현예에서, 성분 (ii)는 하나 이상의 지방 아미드이다.

일 구현예에서, 성분 (ii)는 디메톡시에탄알, 글리콜알데히드, 및 글리옥살산으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가교제이다.

일 구현예에서, 성분 (ii)는 폴리카프로락톤과 같은 폴리에스테르 폴리올로부터 선택된 하나 이상의 가교제이다.

일 구현예에서, 성분 (ii)는 전분, 변성 전분, 및 CMC로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가교제이다.

일 구현예에서, 성분 (ii)는 지방족 다작용성 카보디이미드 형태의 하나 이상의 가교제이다.

일 구현예에서, 성분 (ii)는 헥사키스(메틸메톡시)멜라민(hexakis(methylmethoxy)melamine: HMMM) 기반 가교제와 같은 멜라민 기반 가교제로부터 선택된 하나 이상의 가교제이다.

이러한 화합물들의 예로는 Picassian XL 701, 702, 725(Stahl Polymers), 예를 들어, ZOLDINE® XL-29SE(Angus Chemical Company), 예를 들어, CX300(DSM), 예를 들어, Carbodilite V-02-L2(Nisshinbo Chemical Inc.)가 있다.

성분 (ii)는 또한 상기 언급된 화합물들의 임의의 혼합물일 수 있다.

일 구현예에서, 본 발명에 따른 결합제 조성물은, 성분 (i)의 건조 중량을 기준으로, 1 내지 40 중량%, 예를 들어, 4 내지 20 중량%, 예를 들어, 6 내지 12 중량%의 양으로 성분 (ii)을 포함한다.

성분 (iii)

성분 (iii)은 하나 이상의 가소제의 형태이다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 폴리올, 예를 들어, 탄수화물, 수소화된 당(hydrogenated sugar), 예를 들어, 소르비톨, 에리트리올, 글리세롤, 모노에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 에테르, 폴리에테르, 프탈레이트 및/또는 산, 예를 들어, 아디프산, 바닐산, 락트산 및/또는 페룰산, 아크릴 폴리머, 폴리비닐 알코올, 폴리우레탄 분산액, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 락톤, 락탐, 락티드, 유리 카복시 기를 갖는 아크릴계 폴리머 및/또는 유리 카복시 기를 갖는 폴리우레탄 분산액, 폴리아미드, 카바미드/우레아와 같은 아미드, 또는 이들의 임의의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제의 형태이다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 카보네이트, 예를 들어, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 락톤, 락탐, 락티드, 바닐린과 같이 리그닌과 유사한 구조를 갖는 화합물, 아세토시린곤(acetosyringone), 유착제(coalescing agent)로 사용되는 용매 예컨대 알코올 에테르, 폴리비닐 알코올로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제 형태이다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 에테르, 폴리에테르, 수소화된 당, 프탈레이트 및/또는 기타 에스테르, 유착제로 사용되는 용매, 예컨대 알코올 에테르, 아크릴 폴리머, 폴리비닐 알코올로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 비반응성 가소제 형태이다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 카보네이트, 예를 들어, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 락톤, 락탐, 락티드, 디카복실산 또는 트리카복실산, 예를 들어, 아디프산, 또는 락트산, 및/또는 바닐산 및/또는 페룰산, 폴리우레탄 분산액, 유리 카복시 기를 갖는 아크릴계 폴리머, 바닐린과 같이 리그닌과 유사한 구조를 갖는 화합물, 및 아세토시링곤으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 반응성 가소제이다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 지방 알코올, 모노하이드록시 알코올, 예를 들어, 펜탄올, 및 스테아릴 알코올로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제 형태이다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 폴리에틸렌 글리콜, 및 폴리에틸렌 글리콜 에테르로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제를 포함한다.

본 발명의 또 다른 특별한 놀라운 측면은 100℃ 초과, 특히 140 내지 250℃의 비점을 갖는 가소제의 사용이 본 발명에 따른 광물 섬유 제품의 기계적 특성을 강력하게 개선한다는 것이지만, 이의 비점을 고려할 때, 이러한 가소제는 광물 섬유와 접촉하고 있는 수성 결합제의 경화 동안 적어도 부분적으로 증발할 가능성이 있다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 100℃ 초과, 예를 들어, 110 내지 280℃, 보다 바람직하게는 120 내지 260℃, 더욱 바람직하게는 140 내지 250℃의 비점을 갖는 하나 이상의 가소제를 포함한다.

수성 결합제 조성물에서 이러한 가소제의 유효성은 경화 공정 동안 산화된 리그닌의 이동성(mobility)을 증가시키는 효과와 관련이 있는 것으로 여겨진다. 경화 공정 동안 리그닌 또는 산화된 리그닌의 증가된 이동성은 효과적인 가교를 촉진하는 것으로 여겨진다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 평균 분자량이 150 내지 50000 g/mol, 특히 150 내지 4000 g/mol, 보다 특히 150 내지 1000 g/mol, 바람직하게는 150 내지 500 g/mol, 보다 바람직하게는 200 내지 400 g/mol인 하나 이상의 폴리에틸렌 글리콜을 포함한다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 평균 분자량이 4000 내지 25000 g/mol, 특히 4000 내지 15000 g/mol, 보다 특히 8000 내지 12000 g/mol인 하나 이상의 폴리에틸렌 글리콜을 포함한다.

일 구현예에서 성분 (iii)은 경화 공정 동안 성분 (i) 및/또는 성분 (ii)과 공유 결합을 형성할 수 있다. 이러한 성분은 증발되지 않고 조성물의 일부로 남아있지만, 경화된 생성물에서 수분 흡수와 같은 원치 않는 부작용이 도입되지 않도록 효과적으로 변경될 것이다. 이러한 성분의 비제한적인 예로는 카프로락톤 및 유리 카복실 기를 갖는 아크릴계 폴리머이다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 지방 알코올, 모노하이드록시 알코올, 예를 들어, 펜탄올, 및 스테아릴 알코올로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 알콕실레이트, 예를 들어, 에톡실레이트, 예를 들어, 부탄올 에톡실레이트, 예를 들어, 부톡시트리글리콜로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제로부터 선택된다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 하나 이상의 프로필렌 글리콜로부터 선택된다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 하나 이상의 글리콜 에스테르로부터 선택된다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 아디페이트, 아세테이트, 벤조에이트, 사이클로벤조에이트, 시트레이트, 스테아레이트, 소르베이트, 세바케이트, 아젤레이트, 부티레이트, 발레레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제로부터 선택된다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 알킬 또는 아릴 치환된 페놀과 같은 페놀 유도체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제로부터 선택된다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 실라놀, 및 실록산으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제로부터 선택된다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 설페이트, 예를 들어, 알킬 설페이트, 설포네이트, 예를 들어, 알킬 아릴 설포네이트, 예를 들어, 알킬 설포네이트, 및 포스페이트, 예를 들어, 트리폴리포스페이트, 예를 들어, 트리부틸포스페이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제로부터 선택된다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 하나 이상의 하이드록시 산으로부터 선택된다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 모노머 아미드, 예를 들어, 아세트아미드, 벤즈아미드, 및 지방산 아미드, 예를 들어, 톨유 아미드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제로부터 선택된다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 4급 암모늄 화합물, 예를 들어, 트리메틸글리신, 및 디스테아릴디메틸암모늄클로라이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제로부터 선택된다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 피마자유, 팜유, 아마인유, 톨유, 및 대두유와 같은 식물성 오일로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제로부터 선택된다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 수소화된 오일, 및 아세틸화된 오일로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제로부터 선택된다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 하나 이상의 지방산 메틸 에스테르로부터 선택된다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은 알킬 폴리글루코시드, 글루코나미드, 아미노글루코스아미드, 수크로스 에스테르, 및 소르비탄 에스테르로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제로부터 선택된다.

놀랍게도, 수성 결합제 조성물에 가소제를 포함시키는 것은 본 발명에 따른 성장 기재의 기계적 특성을 강력하게 개선시킨다는 것이 밝혀졌다.

가소제라는 용어는 재료를 더 부드럽고 유연하게 만들고(유리 전이 온도 Tg를 낮춤으로써) 가공하기 쉽게 만들기 위해 재료에 첨가되는 물질을 의미한다.

성분 (iii)은 또한 상기 언급된 화합물들의 임의의 혼합물일 수 있다.

일 구현예에서, 성분 (iii)은, 성분 (i)의 건조 중량을 기준으로, 0.5 내지 50, 바람직하게는 2.5 내지 25, 보다 바람직하게는 3 내지 15 중량%의 양으로 존재한다.

성분 (i) 및 (iia)를 포함하는 광물 섬유용 수성 결합제 조성물

일 구현예에서, 본 발명은 하기를 포함하는 광물 섬유용 수성 결합제 조성물에 관한 것이다:

- (i) 하나 이상의 산화된 리그닌 형태의 성분, 및

- (iia) 하나 이상의 개질제 형태의 성분.

본 발명자들은, 우수한 결합제 특성이 (i) 하나 이상의 산화된 리그닌 형태의 성분, 및 (iia) 하나 이상의 개질제 형태의 성분, 및 선택적으로 위와 아래에 언급된 임의의 기타 성분들을 포함하는 2성분 시스템에 의해서도 달성될 수 있음을 발견하였다.

일 구현예에서, 성분 (iia)는 지방산 트리글리세리드를 기초로 하는 에폭시화된 오일로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 화합물 형태의 개질제이다.

일 구현예에서, 성분 (iia)는 3개 이상의 에폭시 기들을 갖는 분자로부터 선택된 하나 이상의 화합물 형태의 개질제이다.

일 구현예에서, 성분 (iia)는 반응성 작용기, 예를 들어, 카보디이미드 기, 예를 들어, 무수물 기, 예를 들어, 옥사졸린 기, 예를 들어, 아미노 기, 예를 들어, 에폭시 기를 함유하는 하나 이상의 가요성 올리고머 또는 폴리머, 예를 들어, 저 Tg 아크릴계 폴리머, 예를 들어, 저 Tg 비닐계 폴리머, 예를 들어, 저 Tg 폴리에테르 형태의 개질제이다.

일 구현예에서, 성분 (iia)는 폴리에틸렌 이민, 폴리비닐 아민, 및 지방 아민으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 개질제이다.

일 구현예에서, 성분 (iia)는 지방족 다작용성 카보디이미드로부터 선택된 하나 이상의 개질제이다.

성분 (iia)는 또한 상기 언급된 화합물들의 임의의 혼합물일 수 있다.

임의의 특정 이론에 구속되기를 원하지 않고, 본 발명자들은, 성분 (i) 및 (iia), 및 선택적인 추가 성분들을 포함하는 광물 섬유용 결합제 조성물에 의해 달성되는 우수한 결합제 특성이 적어도 부분적으로, 성분 (iia)로서 사용된 개질제가 가소제 및 가교제의 기능을 적어도 부분적으로 제공하는 효과에 기인한다고 믿는다.

일 구현예에서, 수성 결합제 조성물은, 성분 (i)의 건조 중량을 기준으로, 1 내지 40 중량%, 예를 들어, 4 내지 20 중량%, 예를 들어, 6 내지 12 중량%의 양으로 성분 (iia)를 포함한다.

추가 성분들

일부 구현예에서, 수성 결합제 조성물은 추가 성분들을 포함한다.

일 구현예에서, 수성 결합제 조성물은 무기산, 예를 들어, 황산, 설팜산, 질산, 붕산, 차아인산, 및/또는 인산, 및/또는 이들의 임의의 염들, 예를 들어, 차아인산나트륨, 및/또는 암모늄 염, 예를 들어, 황산, 설팜산, 질산, 붕산, 차아인산, 및/또는 인산의 암모늄 염으로부터 선택된 촉매를 포함한다. 이러한 촉매의 존재는 수성 결합제 조성물의 경화 특성을 개선시킬 수 있다.

일 구현예에서, 수성 결합제 조성물은 ZnCl₂, Mg (ClO4)₂, 및 Sn [N(SO₂-n-C8F17)₂]₄와 같이, 공여체 화합물로부터 전자쌍을 받아들여 루이스 부가물을 형성할 수 있는 루이스 산으로부터 선택된 촉매를 포함한다.

일 구현예에서, 수성 결합제 조성물은 KCl, MgCl₂, ZnCl₂, FeCl₃ 및 SnCl₂와 같은 금속 염화물로부터 선택된 촉매를 포함한다.

일 구현예에서, 수성 결합제 조성물은 티타네이트계 촉매 및 주석계 촉매와 같은 유기금속 화합물로부터 선택된 촉매를 포함한다.

일 구현예에서, 수성 결합제 조성물은 전이 금속, 예를 들어, 철 이온, 크롬 이온, 망간 이온, 및 구리 이온과 같은 킬레이트제로부터 선택된 촉매를 포함한다.

일 구현예에서, 수성 결합제 조성물은 하나 이상의 실란 형태의 추가 성분 (iv)를 추가로 포함한다.

일 구현예에서, 수성 결합제 조성물은 유기작용성(organofunctional) 실란과 같은 하나 이상의 커플링제 형태의 추가 성분 (iv)를 포함한다.

일 구현예에서, 성분 (iv)는 유기작용성 실란, 예를 들어, 1급 또는 2급 아미노 작용화된 실란, 에폭시 작용화된 실란, 예를 들어, 폴리머 또는 올리고머 에폭시 작용화된 실란, 메타크릴레이트 작용화된 실란, 알킬 및 아릴 작용화된 실란, 우레아 작용화된 실란, 또는 비닐 작용화된 실란으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

일 구현예에서, 수성 결합제 조성물은 암모니아, 아민 또는 이들의 임의의 염들의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 성분 형태의 성분 (v)를 추가로 포함한다.

본 발명자들은, 암모니아, 아민 또는 이들의 임의의 염들을 추가 성분으로서 포함시키는 것이 특히 산화된 리그닌이 성분 (i)에 사용될 때 유용할 수 있으며, 상기 산화된 리그닌은 암모니아가 존재하는 경우 산화되지 않았음을 발견하였다.

일 구현예에서, 수성 결합제 조성물은, 성분 (i)의 건조 중량을 기준으로, 특히 5 내지 40 중량%, 예를 들어, 10 내지 30 중량%, 15 내지 25 중량%의 양으로 우레아 형태의 추가 성분을 추가로 포함한다.

일 구현예에서, 수성 결합제 조성물은 수크로스, 환원당, 특히 덱스트로스, 다탄수화물(polycarbohydrate), 및 이들의 혼합물, 바람직하게는 덱스트린 및 말토덱스트린, 보다 바람직하게는 글루코스 시럽, 보다 바람직하게는 덱스트로스 당량 값(dextrose equivalent value)이 DE = 30 내지 100 미만, 예를 들어, DE = 60 내지 100 미만, 예를 들어, DE = 60-99, 예를 들어, DE = 85-99, 예를 들어, DE = 95-99인 글루코스 시럽으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 탄수화물 형태의 추가 성분을 추가로 포함한다.

일 구현예에서, 수성 결합제 조성물은 수크로스 및 환원당으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 탄수화물 형태의 추가 성분을, 성분 (i)의 건조 중량을 기준으로, 5 내지 50 중량%, 예를 들어, 5 내지 50 중량% 미만, 예를 들어, 10 내지 40 중량%, 예를 들어, 15 내지 30 중량%의 양으로 추가로 포함한다.

본 발명의 맥락에서, 결합제 성분들의 총 건조 중량을 기준으로, 50 중량% 이상의 당 함량을 갖는 결합제 조성물이 당계 결합제로 간주된다. 본 발명의 맥락에서, 결합제 성분들의 총 건조 중량을 기준으로, 50 중량% 미만의 당 함량을 갖는 결합제 조성물은 비-당계 결합제로 간주된다.

일 구현예에서, 수성 접착제는 비이온성 및/또는 이온성 유화제 형태, 예를 들어, 폴리옥시에틸렌 (4) 라우릴 에테르, 예를 들어, 대두 레시틴, 예를 들어, 나트륨 도데실 설페이트인 하나 이상의 계면활성제 형태의 추가 성분을 추가로 포함한다.

일 구현예에서, 수성 결합제 조성물은,

- 카복실산 기 함량이, 성분 (i)의 건조 중량을 기준으로, 0.05 내지 10 mmol/g, 예를 들어, 0.1 내지 5 mmol/g, 예를 들어, 0.20 내지 1.5 mmol/g, 예를 들어, 0.40 내지 1.2 mmol/g, 예를 들어 0.45 내지 1.0 mmol/g인 (i) 하나 이상의 암모니아 산화된 리그닌 형태의 성분;

- β-하이드록시알킬아미드-가교제 및/또는 옥사졸린-가교제로부터 선택된 하나 이상의 가교제, 및/또는 다작용성 유기 아민, 예를 들어, 알칸올아민, 디아민, 예를 들어, 헥사메틸디아민, 및 트리아민으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 (ii) 하나 이상의 가교제 형태의 성분; 및

- 평균 분자량이 150 내지 50000 g/mol, 특히 150 내지 4000 g/mol, 보다 특히 150 내지 1000 g/mol, 바람직하게는 150 내지 500 g/mol, 보다 바람직하게는 150 내지 300 g/mol인 하나 이상의 폴리에틸렌 글리콜, 또는 평균 분자량이 4000 내지 25000 g/mol, 특히 4000 내지 15000 g/mol, 보다 특히 8000 내지 12000 g/mol인 (iii) 하나 이상의 폴리에틸렌 글리콜 형태의 성분을 포함하고; 이때 바람직하게는 수성 결합제 조성물은, 성분 (i)의 건조 중량을 기준으로, 1 내지 40 중량%, 예를 들어, 4 내지 20 중량%, 6 내지 12 중량%의 양으로 성분 (ii)를 포함하고, 성분 (iii)은, 성분 (i)의 건조 중량을 기준으로, 0.5 내지 50, 바람직하게는 2.5 내지 25, 보다 바람직하게는 3 내지 15 중량%의 양으로 존재한다.

일 구현예에서, 수성 결합제 조성물은,

- 카복실산 기 함량이, 성분 (i)의 건조 중량을 기준으로, 0.05 내지 10 mmol/g, 예를 들어, 0.1 내지 5 mmol/g, 예를 들어, 0.20 내지 1.5 mmol/g, 예를 들어, 0.40 내지 1.2 mmol/g, 예를 들어, 0.45 내지 1.0 mmol/g인 (i) 하나 이상의 암모니아 산화된 리그닌 형태의 성분; 및

- 지방산 트리글리세리드에 기초한 에폭시화된 오일로부터 선택된 (iia) 하나 이상의 개질제 형태의 성분를 포함한다.

일 구현예에서, 수성 결합제 조성물은,

- 평균 카복실산 기 함량이 성분 (i)의 거대분자당 1.5개 초과의 기, 예를 들어, 2개 초과의 기, 예를 들어, 2.5개 초과의 기인 (i) 하나 이상의 암모니아-산화된 리그닌 형태의 성분;

일 구현예에서, 수성 결합제 조성물은,

- 평균 카복실산 기 함량이 성분 (i)의 거대분자당 1.5개 초과의 기, 예를 들어, 2개 초과의 기, 예를 들어, 2.5개 초과의 기인 (i) 하나 이상의 암모니아-산화된 리그닌 형태의 성분; 및

일 구현예에서, 수성 결합제 조성물은 하기 성분들로 필수적으로 이루어진다:

- (i) 하나 이상의 산화된 리그닌 형태의 성분;

- (ii) 하나 이상의 가교제 형태의 성분;

- (iii) 하나 이상의 가소제 형태의 성분;

- (iv) 유기작용성 실란과 같은 하나 이상의 커플링제 형태의 성분;

- 선택적으로 암모니아, 아민 또는 이들의 임의의 염들의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 화합물 형태의 성분;

- 선택적으로 우레아 형태의 성분;

- 선택적으로 하나 이상의 반응성 또는 비반응성 실리콘 형태의 성분;

- 선택적으로 탄화수소 오일;

- 선택적으로 하나 이상의 계면활성제; 및

- 물.

- (i) 하나 이상의 산화된 리그닌 형태의 성분;

- (iia) 지방산 트리글리세리드에 기초한 에폭시화된 오일로부터 선택된 하나 이상의 개질제 형태의 성분;

- 선택적으로 우레아 형태의 성분;

- 선택적으로 탄화수소 오일;

- 선택적으로 하나 이상의 계면활성제; 및

- 물.

바람직하게는 성장 기재는, 성장 기재의 중량을 기준으로, 1.0 중량% 내지 6.0 중량%의 경화된 결합제 조성물, 바람직하게는 2.0 중량% 내지 4.5 중량%, 가장 바람직하게는 2.5 중량% 내지 3.5 중량%의 경화된 결합제 조성물을 포함한다. 결합제 함량의 측정은 DS/EN13820:2003에 따라 수행된다. 결합제 함량은 발화 손실(loss on ignition)로 간주된다. 결합제 함량에는 모든 결합제 첨가제가 포함된다.

수성 결합제 조성물에서 상기 기재된 산화된 리그닌은 다음과 같이 제조될 수 있다.

산화된 리그닌을 제조하는 방법 I

본 발명에 사용되는 결합제를 위한 성분으로 사용될 수 있는 산화된 리그닌은 하기 성분들을 접촉시키는 것을 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다:

- (a) 하나 이상의 리그닌을 포함하는 성분,

- (b) 암모니아, 하나 이상의 아민 성분, 및/또는 이의 임의의 염을 포함하는 성분, 및

- (c) 하나 이상의 산화제를 포함하는 성분.

성분 (a)

성분 (a)는 하나 이상의 리그닌을 포함한다.

일 구현예에서, 성분 (a)는 하나 이상의 크래프트 리그닌, 하나 이상의 소다 리그닌, 하나 이상의 리그노설포네이트 리그닌, 하나 이상의 오가노솔브 리그닌, 리그노셀룰로오스 공급원료의 바이오리파이닝 공정에서 유래하는 하나 이상의 리그닌, 또는 이들의 임의의 혼합물을 포함한다.

일 구현예에서, 성분 (a)는 하나 이상의 크래프트 리그닌을 포함한다.

성분 (b)

일 구현예에서, 성분 (b)는 암모니아, 하나 이상의 아미노 성분, 및/또는 이들의 임의의 염들을 포함한다. 임의의 특정 이론에 구속되기를 원하지 않고, 본 발명자들은, 이전에 알려진 리그닌의 산화 공정에 사용된 알칼리 수산화물을 암모니아, 하나 이상의 아미노 성분 및/또는 이들의 임의의 염들로 대체하는 것이 본 발명의 방법에 따라 제조된 산화 리그닌의 개선된 특성에 중요한 역할을 한다고 믿는다.

본 발명자들은 놀랍게도, 암모니아 또는 아민의 존재 하에 산화제에 의해 산화된 리그닌이 산화된 리그닌 구조의 일부로 상당한 양의 질소를 함유한다는 것을 발견하였다. 임의의 특정 이론에 구속되기를 원하지 않고, 본 발명자들은, 본원에 기재된 방법에 의해 제조된 산화 리그닌이 결합제 조성물에 포함되는 제품에 사용되는 경우, 상기 산화된 리그닌의 개선된 내화 특성이 적어도 부분적으로는 산화된 리그닌 구조의 질소 함량에 기인한다고 믿는다.

일 구현예에서, 성분 (b)는 암모니아 및/또는 이의 임의의 염을 포함한다.

임의의 특정 이론에 구속되기를 원하지 않고, 본 발명자들은, 본 발명에 따라 제조된 유도체화된 리그닌의 개선된 안정성 특성이 적어도 부분적으로는, 암모니아가 휘발성 화합물이므로 최종 생성물로부터 증발되거나 쉽게 제거되어 재사용될 수 있다는 사실에 기인한다고 믿는다. 이와 달리, 기존에 알려진 산화 공정에서 사용된 알칼리 수산화물의 잔류량은 제거하기 어려운 것으로 입증되었다.

그럼에도 불구하고, 성분 (b)는, 암모니아, 하나 이상의 아미노 성분, 및/또는 이들의 임의의 염들 외에, 비교적 소량의 알칼리 및/또는 알칼리 토금속 수산화물, 예를 들어, 수산화나트륨 및/또는 수산화칼륨을 또한 포함하는 것이 본 방법에서 유리할 수 있다.

성분 (b)가 암모니아, 하나 이상의 아미노 성분 및/또는 이들의 임의의 염들 이외에 성분으로서 알칼리 및/또는 알칼리 토금속 수산화물, 예를 들어, 수산화나트륨 및/또는 수산화칼륨을 포함하는 구현예에서, 알칼리 및/또는 알칼리 토금속 수산화물의 양은 일반적으로 소량, 예를 들어, 암모니아를 기준으로, 5 내지 70 중량부, 예를 들어, 10 내지 20 중량부의 알칼리 및/또는 알칼리 토금속 수산화물이다.

성분 (c)

본원에 기재된 방법에서, 성분 (c)는 하나 이상의 산화제를 포함한다.

일 구현예에서, 성분 (c)는 과산화수소, 유기 또는 무기 과산화물, 분자 산소, 오존, 공기, 할로겐 함유 산화제, 또는 이들의 임의의 혼합물 형태의 하나 이상의 산화제를 포함한다.

산화의 초기 단계에서, 산화제의 활성 라디칼은 통상적으로 결합이 리그닌에서 가장 낮은 해리 에너지를 갖기 때문에 페놀 기로부터 양성자를 끌어당길 것이다. 메소메리 현상(mesomerism)을 통해 라디칼을 안정화시키는 리그닌의 잠재력으로 인해, 여러 경로가 열려 반응이 계속되고(그러나 또한 종료되기도 함) 다양한 중간 및 최종 생성물이 얻어진다. 평균 분자량은 이러한 복잡성(및 선택된 조건)으로 인해 증가 및 감소할 수 있으며, 본 발명자들은, 이들의 실험에서, 통상적으로 약 30%의 평균 분자량의 적당한 증가를 관찰하였다.

일 구현예에서, 성분 (c)는 과산화수소를 포함한다.

과산화수소는 저렴한 가격, 우수한 효율, 및 상대적으로 낮은 환경 영향의 조합으로 인해 아마도 가장 일반적으로 사용되는 산화제일 것이다. 촉매 없이 과산화수소를 사용하는 경우, 라디칼 형성을 유도하는 다음 반응으로 인해 알칼리 조건 및 온도가 중요하다:

본 발명자들은, 본 명세서에 기재된 방법으로 제조된 유도체화된 리그닌이 산화 공정의 결과로서 증가된 양의 카복실산 기를 함유한다는 것을 발견하였다. 임의의 특정 이론에 구속되기를 원하지 않고, 본 발명자들은, 본 공정에서 제조된 산화 리그닌의 카복실산 기 함량이 본원에 기재된 방법에 의해 제조된 유도체화된 리그닌의 바람직한 반응성 특성에서 중요한 역할을 한다고 생각한다.

산화 공정의 또 다른 이점은 산화된 리그닌이 보다 친수성이라는 것이다. 친수성이 높을수록 물에 대한 용해도가 향상되고 광물 섬유와 같은 극성 기재에 대한 접착이 촉진될 수 있다.

추가 성분들

일 구현예에서, 산화된 리그닌을 제조하는 방법은 바람직하게는 추가 성분들, 특히 하나 이상의 전이 금속 촉매, 예를 들어, 황산철, 예를 들어, 망간, 팔라듐, 셀레늄, 텅스텐 함유 촉매와 같은 산화 촉매 형태의 성분 (d)를 포함한다.

이러한 산화 촉매는 반응 속도를 증가시켜 산화된 리그닌의 특성을 향상시킬 수 있다.

성분들의 질량비

당업자는 원하는 리그닌 산화도가 달성되는 상대적인 양으로 성분 (a), (b) 및 (c)를 사용할 것이다.

일 구현예에서,

- 성분 (a)는 하나 이상의 리그닌을 포함하고,

- 성분 (b)는 암모니아를 포함하며,

- 성분 (c)는 과산화수소 형태의 하나 이상의 산화제를 포함하고,

이때 리그닌, 암모니아 및 과산화수소의 질량비는, 리그닌의 건조 중량을 기준으로, 암모니아의 양이 0.01 내지 0.5 중량부, 예를 들어, 0.1 내지 0.3, 예를 들어, 0.15 내지 0.25 중량부의 암모니아가 되도록 하고, 과산화수소의 양은, 리그닌의 건조 중량을 기준으로, 0.025 내지 1.0 중량부, 예를 들어, 0.05 내지 0.2 중량부, 예를 들어, 0.075 내지 0.125 중량부의 과산화수소이다.

공정

원하는 산화 반응을 달성하기 위해 성분들 (a), (b) 및 (c)를 접촉시킬 가능성이 한 번 이상 있다.

일 구현예에서, 본 방법은 하기 단계들을 포함한다:

- 성분 (a)를 하나 이상의 리그닌의 수용액 및/또는 분산액 형태로 제공하는 단계로서, 상기 수용액의 리그닌 함량은, 상기 수용액의 총 중량을 기준으로, 1 내지 50 중량%, 예를 들어, 5 내지 25 중량%, 예를 들어, 15 내지 22 중량%, 예를 들어, 18 내지 20 중량%인 것인, 단계;

- 암모니아, 하나 이상의 아민 성분, 및/또는 이의 임의의 염의 수용액을 포함하는 성분 (b)을 첨가함으로써 pH를 조정하는 단계; 및

- 산화제를 포함하는 성분 (c)를 첨가함으로써 산화시키는 단계.

일 구현예에서, pH 조정 단계는 생성된 수용액 및/또는 분산액의 pH가 9 이상, 예를 들어, 10 이상, 예를 들어, 10.5 이상이 되도록 수행된다.

일 구현예에서, pH 조정 단계는 생성된 수용액 및/또는 분산액의 pH가 10.5 내지 12의 범위 내에 있도록 수행된다.

일 구현예에서, pH 조정 단계는 온도가 25℃ 이상으로 상승하도록 한 다음, 25 내지 50℃, 예를 들어, 30 내지 45℃, 예를 들어, 35 내지 40℃의 범위 내에서 제어되도록 수행된다.

일 구현예에서, 산화 단계 동안, 온도는 35℃ 이상 상승하도록 한 다음, 35 내지 150℃, 예를 들어, 40 내지 90℃, 예를 들어, 45 내지 80℃의 범위 내에서 제어된다.

일 구현예에서, 산화 단계는 1초 내지 48시간, 예를 들어, 10초 내지 36시간, 예를 들어, 1분 내지 24시간, 예를 들어, 2 내지 5시간의 시간 동안 수행된다.

산화된 리그닌을 제조하는 방법 II

본 발명에 사용되는 결합제를 위한 성분으로 사용되는 산화된 리그닌은 하기 성분들을 접촉시키는 것을 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다:

- (a) 하나 이상의 리그닌을 포함하는 성분,

- (b) 암모니아 및/또는 하나 이상의 아민 성분, 및/또는 이의 임의의 염, 및/또는 알칼리 및/또는 알칼리 토금속 수산화물, 예를 들어, 수산화나트륨 및/또는 수산화칼륨을 포함하는 성분,

- (c) 하나 이상의 산화제를 포함하는 성분, 및

- (d) 하나 이상의 가소제 형태의 성분.

성분 (a)

성분 (a)는 하나 이상의 리그닌을 포함한다.

산화된 리그닌을 제조하는 방법의 일 구현예에서, 성분 (a)는 하나 이상의 크래프트 리그닌, 하나 이상의 소다 리그닌, 하나 이상의 리그노설포네이트 리그닌, 하나 이상의 오가노솔브 리그닌, 리그노셀룰로오스 공급원료의 바이오리파이닝 공정에서 유래하는 하나 이상의 리그닌, 또는 이들의 임의의 혼합물을 포함한다.

성분 (b)

산화된 리그닌을 제조하는 일 구현예에서, 성분 (b)는 암모니아, 하나 이상의 아미노 성분, 및/또는 이들의 임의의 염들, 및/또는 알칼리 및/또는 알칼리 토금속 수산화물, 예를 들어, 수산화나트륨 및/또는 수산화칼륨을 포함한다.

"암모니아 산화된 리그닌"은 암모니아의 존재 하에 산화제에 의해 산화된 리그닌으로 이해되어야 한다. "암모니아 산화된 리그닌"이라는 용어는 AOL로 축약된다.

임의의 특정 이론에 구속되기를 원하지 않고, 본 발명자들은, 성분 (b)가 암모니아 및/또는 이의 임의의 염인 본 발명에 따라 제조된 유도체화된 리그닌의 개선된 안정성 특성이 적어도 부분적으로는, 암모니아가 휘발성 화합물이므로 최종 생성물에서 증발되거나 쉽게 제거되어 재사용될 수 있다는 사실에 기인한다고 믿는다.

그럼에도 불구하고, 산화된 리그닌을 제조하는 방법의 이 구현예에서, 성분 (b)는, 암모니아, 하나 이상의 아미노 성분, 및/또는 이들의 임의의 염들 외에, 비교적 소량의 알칼리 및/또는 알칼리 토금속 수산화물, 예를 들어, 수산화나트륨 및/또는 수산화칼륨을 또한 포함하는 것이 본 방법에서 유리할 수 있다.

성분 (c)

산화된 리그닌을 제조하는 방법에서, 성분 (c)는 하나 이상의 산화제를 포함한다.

산화의 초기 단계에서, 산화제의 활성 라디칼은 통상적으로 결합이 리그닌에서 가장 낮은 해리 에너지를 갖기 때문에 페놀 기로부터 양성자를 끌어당길 것이다. 메소메리 현상을 통해 라디칼을 안정화시키는 리그닌의 잠재력으로 인해, 여러 경로가 열려 반응이 계속되고(그러나 또한 종료되기도 함) 다양한 중간 및 최종 생성물이 얻어진다. 평균 분자량은 이러한 복잡성(및 선택된 조건)으로 인해 증가 및 감소할 수 있으며, 본 발명자들은, 이들의 실험에서, 통상적으로 약 30%의 평균 분자량의 적당한 증가를 관찰하였다.

일 구현예에서, 성분 (c)는 과산화수소를 포함한다.

본 발명자들은, 본 명세서에 기재된 방법으로 제조된 유도체화된 리그닌이 산화 공정의 결과로서 증가된 양의 카복실산 기를 함유한다는 것을 발견하였다. 임의의 특정 이론에 구속되기를 원하지 않고, 본 발명자들은, 본 발명에 따른 방법에서 제조된 산화 리그닌의 카복실산 기 함량이 본원에 기재된 방법에 의해 제조된 유도체화된 리그닌의 바람직한 반응성 특성에 중요한 역할을 한다고 믿는다.

성분 (d)

성분 (d)는 하나 이상의 가소제를 포함한다.

일 구현예에서, 성분 (d)는 폴리올, 예를 들어, 탄수화물, 수소화된 당, 예를 들어, 소르비톨, 에리트리올, 글리세롤, 모노에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 에테르, 폴리에테르, 프탈레이트 및/또는 산, 예를 들어, 아디프산, 바닐산, 락트산 및/또는 페룰산, 아크릴 폴리머, 폴리비닐 알코올, 폴리우레탄 분산액, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 락톤, 락탐, 락티드, 유리 카복시 기를 갖는 아크릴계 폴리머 및/또는 유리 카복시 기를 갖는 폴리우레탄 분산액, 폴리아미드, 카바미드/우레아와 같은 아미드, 또는 이들의 임의의 혼합물 형태의 하나 이상의 가소제를 포함한다.

본 발명자들은 하나 이상의 가소제 형태로 성분 (d)를 포함하는 것이, 산화된 리그닌을 생성하는 데 매우 효율적인 방법을 가능하게 하는 반응 혼합물의 점도를 감소시킨다는 것을 발견하였다.

본 발명에 따른 일 구현예에서, 성분 (d)는 폴리올, 예를 들어, 탄수화물, 수소화된 당, 예를 들어, 소르비톨, 에리트리올, 글리세롤, 모노에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 알코올, 유리 카복시 기를 갖는 아크릴계 폴리머 및/또는 유리 카복시 기를 갖는 폴리우레탄 분산액, 폴리아미드, 아미드, 예를 들어, 카바미드/우레아, 또는 이들의 임의의 혼합물 형태의 하나 이상의 가소제를 포함한다.

본 발명에 따른 일 구현예에서, 성분 (d)는 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 알코올, 우레아 또는 이들의 임의의 혼합물의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제를 포함한다.

추가 성분들

일 구현예에서, 산화된 리그닌을 제조하는 방법은 바람직하게는 추가 성분들, 특히 하나 이상의 전이 금속 촉매, 예를 들어, 황산철, 예를 들어, 망간, 팔라듐, 셀레늄, 텅스텐 함유 촉매와 같은 산화 촉매 형태의 성분 (v)를 포함한다.

이러한 산화 촉매는 반응 속도를 증가시켜 상기 방법에 의해 제조된 산화 리그닌의 특성을 향상시킬 수 있다.

성분들의 질량비

당업자는 원하는 리그닌 산화도가 달성되는 상대적인 양으로 성분 (a), (b), (c) 및 (d)를 사용할 것이다.

일 구현예에서, 상기 방법은,

- 성분 (a)가 하나 이상의 리그닌을 포함하고,

- 성분 (b)가 암모니아를 포함하며,

- 성분 (c)가 과산화수소 형태의 하나 이상의 산화제를 포함하고,

- 성분 (d)가 폴리에틸렌 글리콜의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제를 포함하도록 수행되며,

이때 리그닌, 암모니아, 과산화수소 및 폴리에틸렌 글리콜의 질량비는, 리그닌의 건조 중량을 기준으로, 암모니아의 양이 0.01 내지 0.5 중량부, 예를 들어, 0.1 내지 0.3, 예를 들어, 0.15 내지 0.25 중량부의 암모니아(수 중 25 중량% 용액)가 되도록 하고, 과산화수소(수 중 30 중량% 용액)의 양은, 리그닌의 건조 중량을 기준으로, 0.025 내지 1.0 중량부, 예를 들어, 0.07 내지 0.50 중량부, 예를 들어, 0.15 내지 0.30 중량부의 과산화수소이고, 폴리에틸렌 글리콜의 양은, 리그닌의 건조 중량을 기준으로, 0.03 내지 0.60 중량부, 예를 들어, 0.07 내지 0.50 중량부, 예를 들어, 0.10 내지 0.40 중량부이다.

본 발명의 목적을 위해, "리그닌의 건조 중량"은 바람직하게는 공급된 형태의 리그닌 중량으로 정의된다.

공정

원하는 산화 반응을 달성하기 위해 성분 (a), (b), (c) 및 (d)를 접촉시킬 가능성이 한 번 이상 있다.

일 구현예에서, 본 방법은 하기 단계들을 포함한다:

- 성분 (a)를 하나 이상의 리그닌의 수용액 및/또는 분산액 형태로 제공하는 단계로서, 상기 수용액의 리그닌 함량은, 상기 수용액의 총 중량을 기준으로, 5 내지 90 중량%, 예를 들어, 10 내지 85 중량%, 예를 들어, 15 내지 70 중량%인 것인, 단계;

- 성분 (b)를 첨가하여 pH를 조절하는 단계;

- 성분 (d)를 첨가하는 단계; 및

일 구현예에서, pH 조정 단계는 생성된 수용액 및/또는 분산액의 pH가 9.5 내지 12의 범위 내에 있도록 수행된다.

일 구현예에서, 산화 단계는 1초 내지 24시간, 예를 들어, 1분 내지 12시간, 예를 들어, 10분 내지 8시간, 예를 들어, 5분 내지 1시간의 시간 동안 수행된다.

본 발명자들은, 본원에 기재된 방법을 통해 건조 물질 함량이 높은 반응 생성물이 생성될 수 있으므로 본 발명에 따른 방법에서 높은 처리량(throughput)이 가능하며, 이는 산화된 리그닌 형태의 반응 생성물이 광물 섬유 제품과 같은 산업용 대량 생산 제품의 성분으로 사용될 수 있음을 발견하였다.

일 구현예에서, 상기 방법은 반응 혼합물의 건조 물질 함량이 20 내지 80 중량%, 예를 들어, 40 내지 70 중량%가 되도록 수행된다.

일 구현예에서, 상기 방법은 산화된 리그닌의 점도가 100 cP 내지 100.000 cP의 값, 예를 들어, 500 cP 내지 50.000 cP의 값, 예를 들어, 1.000 cP 내지 25.000 cP의 값을 갖도록 수행된다.

본 발명의 목적을 위해, 점도는 동적 점도이고, 형태의 변화 또는 서로에 대한 이웃 부분의 움직임에 대한 액체/페이스트의 저항으로 정의된다. 점도는 센티포아즈(centipoise: cP)로 측정되며, 이는 1 mPa·s(밀리파스칼 초)에 해당한다. 점도는 점도계를 사용하여 20℃에서 측정된다. 본 발명의 목적을 위해, 동적 점도는 Cone Plate Wells Brookfield Viscometer에 의해 20℃에서 측정될 수 있다.

일 구현예에서, 상기 방법은, 상기 방법이 회전자(rotator)-고정자(stator) 장치를 포함하도록 수행된다.

일 구현예에서, 상기 방법은, 상기 방법이 연속 또는 반연속 공정으로 수행되도록 수행된다.

상기 방법을 수행하기 위한 장치

본 발명은 또한 상기 기재된 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.

일 구현예에서, 상기 방법을 수행하기 위한 장치는 하기를 포함한다:

- 회전자-고정자 장치,

- 성분 (a), (b), 및 (d)를 위한 예비혼합 장치,

- 물, 성분 (a), (b), (c) 및 (d)를 위한 하나 이상의 유입구, 및

- 산화된 리그닌을 위한 하나 이상의 배출구.

일 구현예에서, 상기 장치는 성분 (a), (b) 및 (d)의 예비혼합을 위한 유입구가 회전자-고정자 장치 쪽에 있는 방식으로 구성되며, 상기 장치는 챔버를 더 포함하고,

상기 챔버는 성분 (c)를 위한 유입구가 있으며,

상기 챔버는 산화된 리그닌을 위한 배출구가 있다.

회전자-고정자 장치는 기어 링(gear ring)이 장착된 내부 콘으로 구성된 고정자를 포함하는 재료 처리 장치이다. 고정자는 허브에서 돌출된 암(arm)들을 갖는 회전자와 협력한다. 이러한 암들 각각에는 고정자의 기어 링 톱니와 맞물리는 톱니가 있다. 로터가 회전할 때마다 처리될 재료가 한 단계 더 바깥쪽으로 이동하면서 집중적인 전단 효과, 혼합 및 재분배를 거치게 된다. 수직 장치의 로터 암과 아래에 있는 컨테이너 챔버는 내부에서 외부로 재료의 영구적인 재배열을 허용하고, 건조 및/또는 고점도 물질의 다중 처리를 제공하여 장치가 집중적인 혼합, 반죽, 피브릴화(fibrillating), 분해 및 산업 생산에 중요한 유사한 공정에서 탁월한 효용성을 갖도록 한다. 하우징의 수직 배열은 재료가 주변부에서 장치의 중심 쪽으로 다시 가는 것(falling back)을 용이하게 한다.

일 구현예에서, 본 발명에 따른 방법에 사용되는 회전자-고정자 장치는 기어 링이 있는 고정자, 및 고정자의 톱니와 맞물리는 톱니가 있는 회전자를 포함한다. 이 구현예에서, 회전자-고정자 장치는 다음과 같은 특징을 갖는다: 로터의 암들 사이에는 위에서 유입되는 재료 흐름을 컨테이너의 중앙 영역으로 집중시키는 가이딩 깔때기(guiding funnel)가 돌출되어 있다. 가이딩 깔때기의 외부 표면은 재료 흐름을 조절하는 환형 갭을 한정한다. 로터에는 장치의 작업 영역을 향해 재료를 나르는 이송 나사(feed screw)가 제공되어 있다. 가이딩 깔때기는 장치의 활동 영역에서 제품을 유지시키고, 이송 나사는 중앙에서 재료 압력을 증가시킨다.

상기 방법의 일 구현예에서 사용되는 회전자-고정자 장치에 대한 자세한 내용은 참조로 포함된 US　2003/0042344　A1을 참조한다.

일 구현예에서, 상기 방법은, 상기 방법이 하나의 회전자-고정자 장치를 사용하도록 수행된다. 이 구현예에서, 성분들의 혼합 및 성분들의 반응은 동일한 회전자-고정자 장치에서 수행된다.

일 구현예에서, 상기 방법은, 상기 방법이 2개 이상의 회전자-고정자 장치를 사용하도록 수행되며, 이때 적어도 하나의 회전자-고정자 장치는 성분들을 혼합시키는 데 사용되고, 적어도 하나의 회전자-고정자 장치는 성분들을 반응시키는 데 사용된다.

이 공정은 두 단계로 나눠질 수 있다:

1. 리그닌 덩어리(mass) (a)+(b)+(d)의 제조, 및

2. 리그닌 덩어리의 산화.

통상적으로, 두 가지 유형의 회전자/고정자 기계가 사용된다:

1. 리그닌 분말을 매우 높은 농도(30 내지 50 중량%)로 물에 혼합하기에 적합한 개방형 회전자/고정자 기계. 덜 집중적인 혼합이지만 고점도 재료를 처리하기 위한 특수 보조 장치(유입구 깔때기, 나사 등)가 있음. 보다 낮은 원주 속도(최대 15 m/s). 상기 기계는 배치 시스템 또는 연속으로 사용될 수 있다.

2. 훨씬 더 높은 전단력 - 최대 55 m/s의 원주 속도 -을 갖고 매우 빠른 화학 반응을 위한 유리한 조건을 생성하는 인라인 회전자/고정자 기계. 상기 기계는 연속적으로 사용해야 한다.

개방형 회전자/고정자 시스템에서는 고농축(45 내지 50중량) 리그닌/물 덩어리가 제조된다. 정확한 양의 수성 암모니아 및/또는 알칼리 염기가 첨가된 온수(30 내지 60℃)에 리그닌 분말을 천천히 첨가한다. 이는 배치 모드에서 수행되거나 재료가 간헐적으로/연속적으로 추가되어 다음 단계로 덩어리의 연속적인 흐름을 생성한다.

생성된 덩어리는 점도를 가능한 한 낮게 유지하여 재료를 펌핑할 수 있도록 약 60℃의 온도에서 유지되어야 한다. 이어서, pH 9 내지 12의 뜨거운 리그닌/물 덩어리는 적절한 펌프, 예를 들어, 프로그레시브 캐비티 펌프(progressive cavity pump) 또는 다른 정량 펌프(volumetric pump)를 사용하여 산화 단계로 옮겨진다.

일 구현예에서 산화는 연속 인라인 반응에서 폐쇄형 회전자/고정자 시스템에서 수행된다. 암모니아 및/또는 알칼리 염기의 수용액은 가장 높은 난류(turbulence)/전단 지점에서 회전자/고정자 챔버 내로 주입 펌프를 사용하여 주입된다. 이는 빠른 산화 반응을 보장한다. 산화된 물질(AOL)은 인라인 반응기를 떠나 적절한 탱크에 수집된다.

반응 생성물

본 발명자들은 놀랍게도, 제조된 산화 리그닌이 매우 바람직한 반응성 특성을 갖는 동시에 산화된 리그닌이 결합제 조성물에 포함된 제품에 사용될 때 개선된 내화 특성을 나타내고, 기존에 알려진 산화된 리그닌에 비해 개선된 장기간 안정성을 나타낸다는 것을 발견하였다.

산화된 리그닌은 또한 향상된 친수성을 나타낸다.

제조된 산화 리그닌의 반응성에 대한 중요한 파라미터는 산화된 리그닌의 카복실산 기 함량이다.

일 구현예에서, 제조된 산화 리그닌의 카복실산 기 함량은, 성분 (a)의 건조 중량을 기준으로, 0.05 내지 10 mmol/g, 예를 들어, 0.1 내지 5 mmol/g, 예를 들어, 0.20 내지 2.0 mmol/g, 예를 들어, 0.40 내지 1.5 mmol/g, 예를 들어, 0.45 내지 1.0 mmol/g이다.

카복실산 기 함량을 기술하는 또 다른 방법은 다음 공식에 따라 리그닌 거대분자당 평균 카복실산 기 함량을 사용하는 것이다:

일 구현예에서, 제조된 산화 리그닌의 평균 카복실산 기 함량은 성분 (a)의 거대분자당 1.5개 초과의 기, 예를 들어, 2개 초과의 기, 예를 들어, 2.5개 초과의 기이다.

산화된 리그닌을 제조하는 방법 III

본 발명에 사용되는 결합제를 위한 성분으로 사용되는 산화된 리그닌은,

- (a) 하나 이상의 리그닌을 포함하는 성분,

- (c) 하나 이상의 산화제를 포함하는 성분, 및

- (d) 선택적으로 하나 이상의 가소제 형태의 성분을 접촉시키고,

산화된 혼합물이 생성되는 혼합/산화 단계에 이어 산화 단계를 허용하는 것을 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있으며, 이때 산화된 혼합물은 1초 내지 10시간의 체류 시간(dwell time), 예를 들어, 10초 내지 6시간, 예를 들어, 30초 내지 2시간의 체류 시간 동안 계속 반응되도록 한다.

성분 (a), (b), (c) 및 (d)는 위의 산화된 리그닌을 제조하는 방법 II에서 정의된 바와 같다.

일 구현예에서, 상기 공정은 성분들이 서로 접촉하게 되도록 하는 예비혼합 단계를 포함한다.

예비혼합 단계에서 다음 성분들이 서로 접촉될 수 있다:

- 성분 (a) 및 성분 (b), 또는

- 성분 (a) 및 성분 (b) 및 성분 (c), 또는

- 성분 (a) 및 성분 (b) 및 성분 (d), 또는

- 성분 (a) 및 성분 (b) 및 성분 (c) 및 성분 (d).

일 구현예에서, 예비혼합 단계가 별도의 단계로서 수행되고, 혼합/산화 단계가 예비혼합 단계에 후속하여 수행되는 것이 가능하다. 본 발명의 이러한 구현예에서 성분 (a) 및 성분 (b), 및 선택적으로 성분 (d)를 예비혼합 단계에서 서로 접촉시키는 것이 특히 유리하다. 그 다음, 후속 혼합/산화 단계에서 성분 (c)를 예비혼합 단계에서 생성된 예비혼합물에 첨가한다.

일 구현예에서, 예비혼합 단계가 혼합/산화 단계에 해당하는 것이 가능하다. 본 발명의 이러한 구현예에서, 성분들, 예를 들어 성분 (a), 성분 (b) 및 성분 (c)가 혼합되고, 동시에 산화 공정이 시작된다. 혼합/산화 단계를 수행하는 데 사용된 것과 동일한 장치에서 후속 체류 시간이 수행될 수 있다. 본 발명의 이러한 구현은 성분 (c)가 공기인 경우 특히 유리하다.

본 발명자들은, 바람직하게는 반응 혼합물이 계속 혼합되지 않는 산화 단계가 뒤따르는 혼합/산화 단계를 허용함으로써, 산화 속도를 매우 효율적인 방식으로 제어할 수 있음을 발견하였다. 동시에, 혼합/산화 단계에 뒤이은 산화 단계가 덜 복잡한 장비를 필요로 하기 때문에 상기 방법을 수행하기 위한 비용이 감소한다.

또 다른 이점은 생성되는 산화 리그닌이 특히 안정하다는 것이다. 또 다른 놀라운 이점은 생성된 산화 리그닌이 점도 측면에서 매우 잘 조절된다는 것이다. 또 다른 놀라운 이점은 산화된 리그닌의 농도가 매우 높을 수 있다는 것이다.

일 구현예에서, 체류 시간은 산화 반응이 원하는 완료 수준에 도달하도록, 바람직하게는 완전히 완료되도록 선택된다.

방법 III을 수행하기 위한 시스템 I

일 구현예에서, 상기 방법을 수행하기 위한 시스템은 하기를 포함한다:

- 적어도 하나의 회전자-고정자 장치,

- 물과 성분 (a) 및 (b)를 위한 하나 이상의 유입구,

- 회전자-고정자 장치의 하나 이상의 배출구, 및

- 적어도 하나 이상의 배출구에 대한 공정 흐름 방향에서 하류에 배열되는 적어도 하나의 반응 장치, 특히 적어도 하나의 반응 튜브.

일 구현예에서, 상기 시스템은 성분 (c) 및/또는 성분 (d)에 대한 하나 이상의 유입구를 포함한다.

일 구현예에서, 상기 시스템은 예비혼합 장치를 포함한다.

예비혼합 장치는 물 및/또는 성분 (a) 및/또는 성분 (b) 및/또는 성분 (c) 및/또는 성분 (d)를 위한 하나 이상의 유입구를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서, 예비혼합 장치는 물 및 성분 (a) 및 성분 (b)를 위한 유입구를 포함한다.

예비혼합 단계에서, 성분 (c)도 언급된 3가지 성분들(물, 성분 (a) 및 성분 (b))과 혼합될 수 있다. 이때 예비혼합 장치에 성분 (c)를 위한 추가 유입구가 있을 수 있다. 성분 (c)가 공기인 경우, 예비혼합 장치가 개방형 혼합 용기에 의해 형성되므로 이 경우 성분 (c)가 용기의 개구부를 통해 다른 성분들(물, 성분(a) 및 성분 (b))과 이미 접촉되어 있을 수 있다. 또한, 본 발명의 이 구현예에서, 예비혼합 장치가 성분 (d)를 위한 유입구를 선택적으로 포함하는 것이 가능하다.

일 구현예에서, 상기 시스템은

성분 (a), (b) 및 (d)를 위한 유입구가 예비혼합 장치, 특히 개방형 회전자-고정자 장치의 유입구가 되도록 구성되며,

이때 상기 시스템은 추가 회전자-고정자 장치를 더 포함하고,

상기 추가 회전자-고정자 장치는 성분 (c)를 위한 유입구를 가지며, 상기 추가 회전자-고정자 장치는 산화된 리그닌을 위한 배출구를 갖는다.

예비혼합 단계와 혼합/산화 단계를 동시에 수행하는 것이 가능하다. 이 경우, 예비혼합 장치와 혼합/산화 장치는 단일 장치, 즉 회전자-고정자 장치이다.

일 구현예에서, 본 발명에 따른 방법에 사용되는 하나의 회전자-고정자 장치는 기어 링이 있는 고정자 및 고정자의 톱니와 맞물리는 톱니를 갖는 회전자를 포함한다. 이 구현예에서, 회전자-고정자 장치는 다음과 같은 특징을 갖는다: 로터의 암들 사이에는 위에서 유입되는 재료 흐름을 컨테이너의 중앙 영역으로 집중시키는 가이딩 깔때기(guiding funnel)가 돌출되어 있다. 가이딩 깔때기의 외부 표면은 재료 흐름을 조절하는 환형 갭을 한정한다. 로터에는 장치의 작업 영역을 향해 재료를 나르는 이송 나사가 제공되어 있다. 가이딩 깔때기는 장치의 활동 영역에서 제품을 유지시키고, 이송 나사는 중앙에서 재료 압력을 증가시킨다.

방법 III을 수행하기 위한 시스템 II

- 물, 성분 (a) 및 (b)를 위한 하나 이상의 유입구,

- 하나 이상의 배출구가 있는 적어도 하나의 혼합 및 산화 장치, 및

- 적어도 하나 이상의 배출구에 대한 공정 흐름 방향에서 하류에 배열된 적어도 하나의 혼합기/열교환기 - 상기 혼합기/열교환기는 온도 제어 장치를 포함함 -.

일 구현예에서, 상기 시스템은 성분 (c) 및/또는 성분 (d)에 대한 추가의 하나 이상의 유입구를 포함한다.

일 구현예에서, 상기 시스템은 예비혼합 장치를 포함한다.

일 구현예에서, 예비혼합 장치는 물 및 성분 (a) 및 성분 (b)를 위한 유입구를 포함한다.

일 구현예에서, 상기 시스템은 성분 (a), (b) 및 (d)에 대한 유입구가 개방형 회전자-고정자 장치의 유입구인 방식으로 구성되며,

이때 상기 시스템은 성분 (c)를 위한 유입구 및 산화된 리그닌을 위한 배출구를 갖는 혼합기/열교환기를 더 포함한다.

예비혼합 단계와 혼합/산화 단계를 동시에 수행하는 것이 가능하다. 이 경우, 예비혼합 장치와 혼합/산화 장치는 단일 장치이다.

물론 다른 장치도 예비혼합 장치로 사용될 수 있다. 또한, 예비혼합 단계는 혼합 및 산화 장치에서 수행될 수 있다.

일 구현예에서, 혼합 및 산화 장치는 정적 혼합기(static mixer)이다. 정적 혼합기는 성분들을 이동시키지 않고 유체 재료를 연속적으로 혼합하는 장치이다. 정적 혼합기의 한 설계는 판형 혼합기이고, 또 다른 일반적인 장치 유형은 원통형(튜브) 또는 사각형 하우징에 포함된 혼합기 요소로 이루어진다.

일 구현예에서, 혼합기/열교환기는 혼합 요소들을 갖는 다중관 열교환기로 구성된다. 혼합 요소는 바람직하게는 혼합물이 통과해야 하는 고정 설비로, 혼합은 통과의 결과로 수행된다. 혼합기/열교환기는 플러그 흐름 반응기(plug flow reactor)로 구성될 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 성장 기재 제품은 성장 기재의 총 고체 함량의 적어도 90 중량%의 인조 유리 섬유를 포함한다. 성장 기재 제품에 이러한 양의 섬유가 존재하는 것의 이점은, 성장 기재 제품이 삽수를 위한 물과 영양분을 보유할 수 있도록 섬유들 사이에 충분한 기공들이 형성되는 동시에, 식물의 뿌리가 성장 기재 제품에 침투할 수 있는 능력을 유지한다는 것이다. 나머지 고형분은 주로 결합제로 구성될 수 있다.

성장 기재 제품은 응집성 덩어리 형태이다. 즉, 성장 기재는 일반적으로 인공 유리 섬유의 응집성 매트릭스로, 이는 그 자체로 생산되지만, 광물면 슬래브를 과립화하고 과립화된 물질을 고화시켜 형성될 수도 있다. 응집성 기재는 단일의 통합된 기재이다.

본 발명에 따른 성장 기재 제품은 선택적으로 습윤제를 포함할 수 있다.

습윤제는 당업계에서 통상적인 의미를 가지며, 양이온성, 음이온성, 또는 비이온성 계면활성제일 수 있다.

성장 기재 제품은 Rewopal®과 같은 비이온성 습윤제를 포함할 수 있다.

성장 기재 제품은 이온성 계면활성제, 보다 바람직하게는 알킬 에테르 설페이트 계면활성제 습윤제를 포함할 수 있다. 습윤제는 알칼리 금속 알킬 에테르 설페이트 또는 암모늄 알킬 에테르 설페이트일 수 있다. 바람직하게는, 습윤제는 나트륨 알킬 에테르 설페이트이다. 알킬 에테르 설페이트 계면활성제 습윤제는 상업적으로 입수가능하다. 또한, 습윤제는 선형 알킬 벤젠 설포네이트 음이온성 계면활성제일 수 있다.

일부 비이온성 습윤제는 시간이 지남에 따라 MMVF 기재에서 씻겨 나갈 수 있다. 따라서, 이온성 습윤제, 특히 선형 알킬 벤젠 설포네이트와 같은 음이온성 습윤제를 사용하는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 성장 기재 제품은 0.01 내지 1 중량%의 습윤제, 바람직하게는 0.05 내지 0.5 중량%의 습윤제, 보다 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 습윤제를 포함한다.

그러나, 본 발명자들은, 습윤제가 본 발명에 따른 성장 기재 제품에 필수적이지 않다는 것을 발견하였다. 이는 결합제 조성물의 특성에 기인하는 것으로 여겨진다. 따라서, 바람직하게는 성장 기재는 어떠한 습윤제도 포함하지 않는다. 이는 성장 기재가 바람직하게는 습윤제를 포함하지 않음, 즉 0 중량% 습윤제를 포함함을 의미한다.

이는 몇 가지 이점이 있다. 첫째, 성장 기재 제품에서 첨가제 수를 줄여 환경적으로 유리하고, 또한 비용을 절감한다. 종종 습윤제는 재생 불가능한 공급원에서 만들어지므로 이의 사용을 피하는 것이 유익하다. 추가로, 습윤제는 성장 기재 제품에서 씻겨져 나갈 수 있다. 이는 습윤제가 상수도(water supply)를 오염시킬 수 있고, 환경 규정에 따라 적절하게 폐기되어야 하기 때문에 문제가 된다. 습윤제가 씻겨 나가면, 성장 기재 제품의 특성도 변경되어 재배 과정에서 불일치가 발생할 수 있다. 또한, 습윤제는 사용 중에 제품에서 거품이 방출되도록 할 수 있다는 단점이 있다. 습윤제의 사용을 피하면 이러한 문제도 피할 수 있다.

MMVF 기재 샘플의 친수성은 샘플의 침강 시간(sinking time)을 결정함으로써 측정될 수 있다. 100x100x65 mm 크기의 MMVF 기재 샘플이 침강 시간을 결정하는 데 필요하다. 최소 크기가 200x200x200 mm인 용기를 물로 채웠다. 침강 시간은, 샘플이 수면에 처음 접촉한 때부터 시험편이 완전히 잠길 때까지의 시간이다. 샘플은 100x100 mm의 단면이 먼저 물에 닿는 식으로 물과 접촉하도록 배치된다. 그 후, 샘플이 완전히 잠기려면 65 mm가 조금 넘는 거리를 가라앉혀야 할 것이다. 샘플이 더 빨리 가라앉을수록, 샘플은 더 친수성이다. 침강 시간이 120초 미만인 경우 MMVF 기재는 친수성으로 간주된다. 바람직하게는, 침강 시간은 60초 미만이다. 실제로, MMVF 기재는 침강 시간이 10초 미만과 같이 몇 초일 수 있다.

성장 기재 제품의 친수성은 물과의 접촉각 측면에서 정의될 수 있다. 바람직하게는, 성장 기재 제품의 MMVF는 물과의 접촉각이 90° 미만이다. 접촉각은 고착 낙하(sessile drop) 측정 방법으로 측정된다. 예를 들어, 접촉각 각도계(contact angle goniometer)와 같은 모든 고착 낙하 방법을 사용할 수 있다. 실제로, 액적은 고체 표면에 배치되고, 액적의 이미지는 시간 경과에 따라 기록된다. 이때, 정적 접촉각은 액적 주위에서 Young-Laplace 방정식을 피팅하여 정의된다. 접촉각은 계산된 방울 형상 함수와 샘플 표면 사이의 각도로 주어지며, 방울 이미지에서 이의 투영을 기준선이라고 한다. 평형 접촉각은 Owens, Wendt, Rabel 및 Kaeble 방법을 사용하는 표면 자유 에너지의 추가 평가 및 계산에 사용된다. 물질과 물 사이의 접촉각을 계산하는 방법은 숙련가에게 잘 알려져 있다.

본 발명에 따른 방법에서, 성장 기재 제품은 밀도가 40 내지 100 kg/m³, 바람직하게는 45 내지 80 kg/m³의 범위 내이다. 이 밀도 범위는, 뿌리가 침투할 수 있고, 제품이 취급 중에 손상되지 않도록 하는, 뿌리 성장과 제품 취급에 최적인 것으로 밝혀졌다.

본 발명의 방법에서, 성장 기재 제품은 바람직하게는 0.003 내지 87 리터, 예를 들어 0.005 내지 30 리터, 바람직하게는 0.008 내지 20 리터 범위 내의 부피를 갖는다. 성장 기재 제품은 통상적으로 플러그로 알려진 제품 형태, 또는 통상적으로 블록으로 알려진 제품 형태, 또는 통상적으로 슬래브로 알려진 제품 형태일 수 있다.

바람직하게는, 성장 기재 제품의 높이는 10 mm 내지 200 mm의 범위 내이다.

성장 기재 제품은 일반적으로 플러그로 알려진 제품 유형에 대해 통상적인 치수를 가질 수 있다. 따라서 성장 기재 제품은 높이가 20 내지 35 mm, 종종 25 내지 28 mm이고, 길이와 폭이 15 내지 25 mm의 범위 내이고, 종종 약 20 mm일 수 있다. 이 경우, 상기 기재는 종종 실린더의 단부 표면이 성장 기재의 상부면과 하부면을 형성하는 실질적으로 원통형이다.

플러그 형태의 성장 기질 제품의 부피는 바람직하게는 150 cm³ 이하이다. 일반적으로 플러그 형태의 성장 기재 제품의 부피는 3 내지 150 cm³의 범위 내, 바람직하게는 100 cm³ 이하, 보다 바람직하게는 80 cm³ 이하, 특히 75 cm³ 이하, 가장 바람직하게는 70 cm³ 이하이다. 플러그의 상부면과 하부면 사이의 최소 거리는 바람직하게는 60 mm 미만, 보다 바람직하게는 50 mm 미만, 특히 40 mm 미만이다.

플러그의 또 다른 구현예에서 높이는 30 내지 50 mm, 종종 약 40 mm이고, 길이 및 폭은 20 내지 40 mm의 범위 내, 종종 약 30 mm이다. 이 경우 성장 기재는 종종 직육면체 형태이다. 이 첫 번째 경우에 성장 기재의 부피는 종종 50 cm³ 이하, 바람직하게는 40 cm³ 이하이다.

성장 기재는 본 출원인의 공개 WO2010/003677에서 제1 응집성 MMVF 성장 기재로 기술된 플러그 유형일 수 있다. 이 경우, 성장 기재 제품의 부피는 가장 바람직하게는 10 내지 40 cm³의 범위 내이다.

성장 기재 제품은 일반적으로 블록으로 알려진 제품 유형에 대해 통상적인 치수를 가질 수 있다. 따라서 성장 기재 제품은 높이가 5 내지 20 cm, 종종 6 내지 15 cm이고, 길이와 폭이 4 내지 30 cm, 종종 10 내지 20 cm의 범위 내일 수 있다. 이 경우 상기 기재는 종종 실질적으로 직육면체이다. 블록 형태의 성장 기재 제품의 부피는 바람직하게는 64 내지 8000 cm³의 범위 내이다.

성장 기재 제품은 일반적으로 슬래브로 알려진 제품 유형에 대해 통상적인 치수를 가질 수 있다. 따라서, 성장 기재 제품은 높이가 5 내지 15 cm, 종종 7.5 내지 12.5 cm이고, 폭이 5 내지 30 cm, 종종 12 내지 24 cm의 범위 내이고, 길이가 30 내지 240 cm, 종종 40 내지 200 cm의 범위 내일 수 있다. 이 경우 상기 기재는 종종 실질적으로 직육면체이다. 슬래브 형태의 성장 기재 제품의 부피는 바람직하게는 750 내지 86,400 cm³의 범위 내이다.

성장 기재 제품의 부피는 3 내지 300 cm³의 범위 내일 수 있다. 성장 기재 제품은 4 cm x 4 cm x 4 cm 크기의 입방체일 수 있다. 성장 기재 제품은 또한 원통형일 수 있다. 바람직하게는, 성장 기재 제품은 길이가 50 mm이고, 직경이 46 mm이거나, 길이가 40 mm이고, 직경이 36 mm이거나, 또는 길이가 27 mm이고, 직경이 22 mm이다.

일반적으로, 성장 기재 제품은 원통형, 직육면체 및 입방체를 비롯한 임의의 적절한 형상일 수 있다. 일반적으로 상부면과 하부면은 실질적으로 평면이다.

본 발명에서, "높이"라는 용어는 기재가 사용 중일 때 하부면에서 상부면까지의 거리를 의미한다. 상부면은 제품을 사용 의도대로 위치시켰을 때 위쪽을 향하는 면이고, 하부면은 제품을 사용 의도대로 위치시켰을 때 아래쪽을 향하는(그리고 제품이 놓이는) 면이다. "길이"라는 용어는 양쪽면 사이의 가장 긴 거리, 즉 기재가 사용 중일 때 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지의 거리를 의미한다. "폭"이라는 용어는 길이에 수직인 양쪽면 사이의 거리이다. 이러한 용어는 당업계에서 통상적인 의미를 갖는다.

본 발명에 따른 성장 기재 제품은 종자 구멍(seed hole)을 가질 수 있다. 대안적으로, 성장 기재 제품에는 종자 구멍이 없을 수도 있다. 종자 구멍이라는 용어는, 당업계에서 통상적인 의미를 가지며, 식물 구멍 또는 공동(cavity)으로도 불릴 수 있다. 종자 구멍은 종자, 묘목, 삽수, 또는 식물이 놓이는 성장 기재의 상부면에 있는 움푹 들어간 곳(indentation)이다.

바람직하게는, 성장 기재 제품은 기재의 적어도 측면을 둘러싸는 액체 불투과성 덮개(liquid impermeable covering)를 포함한다. 바람직하게는 액체 불투과성 덮개는 플라스틱이다. 성장 기재 제품은 전체 기재를 감싸는 액체 불투과성 덮개를 포함할 수 있으며, 이때 상기 덮개에는 배수 구멍을 위한 적어도 하나의 개구부, 및 성장 기재와 추가 성장 기재 사이의 접촉을 허용하는 상부면 상의 적어도 하나의 개구부가 있다.

종자, 묘목, 삽수, 및 식물이라는 용어는 당업계에서 통상적인 의미를 갖는다. 종자, 묘목, 삽수, 및 식물은 오이, 토마토, 가지, 단고추(sweet pepper), 딸기, 상추, 다년생 식물, 예를 들어 장미; 거베라(gerbera) 또는 약용 대마초(medicinal cannabis)의 것일 수 있다.

본 발명의 방법에서, 성장 기재 제품은 관개된다. 바람직하게는 성장 기재 제품은 물과 영양분으로 관개된다. 이는 숙련가에게 공지된 임의의 방법들을 사용하여 수행될 수 있다.

본 발명에서, 종자, 묘목, 삽수, 또는 식물은 성장 기재 제품과 접촉하도록 배치된다. 이는 종자, 묘목, 삽수, 또는 식물이, 예를 들어, 종자 구멍과 같이 기재에 직접 놓일 수 있음을 의미한다. 대안적으로, 이는, 예를 들어, 추가 성장 기재로부터 기재 내로 성장하도록 위치될 수 있다. 종자, 묘목, 삽수, 또는 식물의 모든 부분은 성장 기재 제품의 모든 부분과 접촉할 수 있다.

본 발명은 또한 경화된 결합제 조성물과 결합된 인조 유리 섬유(MMVF)를 포함하는 응집성 성장 기재 제품에 관한 것으로, 이때 경화 전 결합제 조성물은 하기 성분들을 포함한다:

- (i) 하나 이상의 산화된 리그닌 형태의 성분;

- (ii) 하나 이상의 가교제 형태의 성분; 및

- (iii) 하나 이상의 가소제 형태의 성분.

응집성 성장 기재 제품은 상기 기재된 바와 같다. 이 구현예는 본 발명의 방법에 대해 상기 기재된 임의의 바람직한 특징들을 가질 수 있다.

본 발명은 또한 2개 이상의 응집성 성장 기재 제품의 어레이에 관한 것으로, 이때 응집성 성장 기재 제품은 경화된 결합제 조성물과 결합된 인조 유리 섬유(MMVF)를 포함하고, 경화 전 상기 결합제 조성물은 하기 성분들을 포함한다:

- (i) 하나 이상의 산화된 리그닌 형태의 성분;

- (ii) 하나 이상의 가교제 형태의 성분; 및

- (iii) 하나 이상의 가소제 형태의 성분.

이 구현예에서, 응집성 성장 기재 제품 중 하나 이상은 본 발명의 방법에 대해 상기 기재된 임의의 바람직한 특징들을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 어레이에서, 적어도 2개의 응집성 성장 기재 제품은 동일할 수 있다. 예를 들어, 두 개의 동일한 응집성 성장 기재 제품이 서로 옆에 위치할 수 있다. 대안적으로, 적어도 2개의 성장 기재 제품은 동일하지 않을 수 있다.

바람직하게는, 어레이는 제2 성장 기재 제품과 접촉하여 위치된 하나의 성장 기재 제품을 포함한다. 바람직하게는, 하나의 성장 기재는, 예를 들어, 플러그/블록, 블록/슬래브, 블록/블록, 플러그/블록/슬래브 또는 플러그/블록/블록 배열로 제2 성장 기재의 상부면에 위치한다. 플러그/블록 배열에서, 위에서 플러그로 기술된 기재는 위에서 블록으로 기술된 기재와 접촉하여 위치된다. 예를 들어, 플러그는 블록의 공동에 삽입될 수 있다. 블록/슬래브 배열에서, 위에서 블록으로 기술된 기재는 위에서 슬래브로 기술된 기재와 접촉하여 위치된다. 예를 들어, 블록은 슬래브의 상부면에 위치된다. 블록, 블록 배열에서 블록은 다른 블록과 접촉하여 위치되며, 예를 들어, 다른 블록의 상부면에 위치할 수 있다. 플러그, 블록, 슬래브 배열에서, 플러그는 블록과 접촉하여 위치되며, 블록은 차례로 슬래브와 접촉하여 위치된다. 이는 플러그/블록/블록 배열과 유사하며; 플러그는 다른 블록과 접촉하여 위치되고, 이는 차례로 블록과 접촉하여 위치된다.

본 발명은 또한 식물을 성장시키기 위한 응집성 성장 기재 제품의 용도에 관한 것으로, 이때 응집성 성장 기재 제품은 경화된 수성 결합제 조성물과 결합된 인조 유리 섬유(MMVF)를 포함하고, 경화 전 상기 수성 결합제 조성물은 하기 성분들을 포함한다:

- (i) 하나 이상의 산화된 리그닌 형태의 성분;

- (ii) 하나 이상의 가교제 형태의 성분; 및

- (iii) 하나 이상의 가소제 형태의 성분.

본 발명의 이 구현예는 본 발명의 방법에 대해 상기 기재된 임의의 추가 특징들을 가질 수 있다.

본 발명은 또한 성장 기재 제품을 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은,

(i) MMVF를 제공하는 단계;

(ii) 상기 MMVF에 수성 결합제 조성물을 분무하는 단계;

(iii) 상기 MMVF를 수집하고 고화시키는 단계; 및

(iv) 상기 수성 결합제 조성물을 경화하는 단계를 포함하고;

이때 경화 전 상기 수성 결합제 조성물은 하기 성분들을 포함한다:

- (i) 하나 이상의 산화된 리그닌 형태의 성분;

- (ii) 하나 이상의 가교제 형태의 성분; 및

- (iii) 하나 이상의 가소제 형태의 성분.

본 발명의 이 구현예는 본 발명의 방법 또는 본 발명의 성장 기재에 대해 상기 기재된 임의의 추가 특징들을 가질 수 있다.

인공 유리 섬유는 광물 용융물(mineral melt)로부터 제조될 수 있다. 광물 용융물은 광물성 재료를 제공하고, 이를 노(furnace)에서 용융시킴으로써 통상적인 방식으로 제공된다. 이 노는, 예를 들어, 용선로(cupola furnace), 탱크로(tank furnace), 또는 사이클론 연소로(cyclone furnace)와 같은 고로(shaft furnace)와 같이, MMVF용 광물 용융물의 생산을 위해 알려진 임의의 유형의 노일 수 있다.

섬유화(fiberization)에 의해 광물 용융물로부터 MMVF를 형성하기 위해 임의의 적합한 방법이 사용될 수 있다. 섬유화는 용융물이 회전 컵(방적 컵, 내부 원심분리로도 공지됨)의 벽에 있는 오리피스를 통해 원심력으로 압출되는 회전 컵 공정에 의해 이루어질 수 있다. 대안적으로, 섬유화는 용융물을 하나의 섬유화 회전자의 외부 표면에 투영하고, 이를 스핀오프(spin off)함으로써, 또는 실질적으로 수평 축(캐스케이드 스피너)을 중심으로 회전하는 복수의 섬유화 회전자의 캐스케이드를 스핀오프함으로써 원심 섬유화에 의해 이루어질 수 있다.

따라서, 용융물은 공기 중에 혼입된 섬유들의 구름(cloud of fibres entrained in air)으로 형성되며, 섬유들은 컨베이어에서 웹으로 수집되어 섬유화 장치에서 멀리 운반된다. 이어서, 섬유들의 웹을 고화시키는데, 여기에는 교차 래핑(cross-lapping) 및/또는 세로 압축(longitudinal compression) 및/또는 수직 압축(vertical compression) 및/또는 파이프 단열재를 위한 원통형 제품을 생산하기 위해 맨드릴(mandrel)을 둘러싼 권취(winding)가 포함될 수 있다. 다른 고화 공정들도 수행될 수 있다.

결합제 조성물은 바람직하게는 섬유가 공기 중에 혼입된 구름일 때 섬유에 적용된다. 대안적으로, 결합제 조성물은 컨베이어에서 수집한 후 적용될 수 있지만 이는 덜 선호된다.

고화 후, 고화된 섬유들의 웹은 결합제를 경화시키기 위해 경화 장치로 전달된다.

일 구현예에서, 경화는 100 내지 300℃, 예를 들어, 170 내지 270℃, 예를 들어, 180 내지 250℃, 예를 들어, 190 내지 230℃의 온도에서 수행된다.

바람직한 구현예에서, 경화는 바람직하게는 150 내지 300℃, 예를 들어, 170 내지 270℃, 예를 들어, 180 내지 250℃, 예를 들어, 190 내지 230℃의 온도에서 작동하는, 광물면 생산을 위한 통상적인 경화 오븐에서 일어난다.

일 구현예에서, 경화는 30초 내지 20분, 예를 들어, 1 내지 15분, 예를 들어, 2 내지 10분의 시간 동안 일어난다.

통상적인 구현예에서, 경화는 30초 내지 20분의 시간 동안 150 내지 250℃의 온도에서 일어난다.

경화 공정은 섬유에 결합제를 적용한 직후에 시작할 수 있다. 경화는 결합제 조성물이 물리적 및/또는 화학적 반응을 겪는 과정으로 정의되며, 화학 반응의 경우에, 일반적으로 결합제 조성물에 있는 화합물들의 분자량을 증가시켜, 일반적으로 결합제 조성물이 고체 상태에 도달할 때까지 결합제 조성물의 점도를 증가시킨다. 경화된 결합제 조성물은 섬유들을 결합시켜 구조적으로 응집력 있는 섬유들의 매트릭스를 형성한다.

일 구현예에서, 광물 섬유와 접촉하고 있는 결합제의 경화는 열 프레스(heat press)에서 일어난다.

열 프레스에서 광물 섬유와 접촉하고 있는 결합제의 경화는 고밀도 제품의 생산을 가능하게 하는 특별한 이점이 있다.

일 구현예에서 경화 공정은 압력에 의한 건조를 포함한다. 압력은 광물 섬유와 결합제의 혼합물을 통해/위에 공기 또는 가스를 불어 넣어 가해질 수 있다.

실시예

실시예 1 - 식물독성

본 발명에 따른 결합제의 식물독성을 PUF 결합제와 비교하였다. 각 결합제는 다양한 농도로 영양액(nutrient solution)에 희석되었다. 그 다음, 이 용액을 사용하여 오이 식물을 재배했다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

이 테스트에서는 오이 묘목의 처음 두 잎의 길이를 측정하였다. 이 잎 쌍의 길이를 떡잎 길이라고 한다. 결합제를 첨가하지 않은 기준을 측정하여 100%로 설정하였다. 첨가된 결합제가 식물의 성장을 감소시키는 경우, 잎 쌍의 길이는 더 줄어들 것이고, 길이의 감소가 계산된다(성장 억제 열 참조).

본 발명의 결합제는 다음과 같이 제조되었다:

- AOL(암모니아 산화된 리그닌): 1000 kg(284 kg 리그닌 UPM BioPiva 100, 57 kg H₂O₂(35%), 53 kg NH₄OH(24.7%), 506 kg 물)

- 가소제(PEG200): 44 kg

- 가교제(EMS-Chemie AG에 의해 공급되는 Primid XL552 - β-하이드록시알킬-아미드(HAA) 가교제): 22 kg

PUF 결합제는 다음과 같이 제조되었다:

- 페놀 우레아 포름알데히드 수지: 329 리터

- 물 1337 리터

- 암모니아수: 13 리터

- 황산암모늄: 30.5 리터

- Momentive의 아미노실란 VS-142: 1.6 리터

Primid XL552의 구조는 다음과 같다:

결과에서, 사용된 모든 희석액에 대한 pH는 테스트된 두 결합제 유형에 대해 유사하므로 pH 효과가 없었음을 알 수 있다. 따라서, 결과를 직접 비교할 수 있다.

식물독성과 관련하여, 본 발명의 테스트된 모든 희석액에서의 성장은 PUF 결합제보다 더 우수하였다.

값이 높을수록 성장 억제가 커진다. 예를 들어, 4% PUF를 첨가하면 성장 억제가 100%이므로, 식물이 발아하지 않았다. 4%의 신규 결합제에서 성장 억제는 31.7%이며, 이는 잎 쌍의 길이가 기준 식물 잎 길이의 68.3%임을 의미하며; 따라서 PUF에 비해 크게 개선되었다.

더 높은 농도에서의 식물독성은 본 발명의 결합제에서 더 낮다. 6% 및 4% 희석액 둘 다에서 성장이 관찰되었다. 그러나, PUF 결합제는 이들 희석액들에 대해 전혀 성장을 나타내지 않는다.

더 낮은 농도에서는, 본 발명의 결합제가 PUF 결합제에 비해 약간 더 우수한 성능을 보인다.

실시예 2 - 압축 강도

6개의 다른 기재를 준비하고, 압축 강도를 분석하였다.

제품 1: 본 발명에 따른 2.1 중량%의 포름알데히드가 없는 결합제를 포함하는 MMVF 성장 기재; 밀도 76 kg/m³; 습윤제(Texapon®) 3.5 리터/톤(0.15 중량%). 이 제품의 결합제는 실시예 1에 대해 상기 기재된 바와 같이 제조되었다.

제품 2: 본 발명에 따른 2.1 중량%의 포름알데히드가 없는 결합제를 포함하는 MMVF 성장 기재; 밀도 76 kg/m³; 습윤제 없음. 이 제품의 결합제는 제품 1에 대해 상기 기재된 것과 동일하다.

비교 제품 1: 2.6 중량% PUF 결합제를 포함하는 MMVF 성장 기재; 밀도 77 kg/m³; 5.7 리터/톤의 습윤제(선형 알킬 설포네이트). 이 제품의 결합제는 위의 실시예 1에 기재된 바와 같이 제조되었다.

비교 제품 2: 2.6 중량% PUF 결합제를 포함하는 MMVF 성장 기재; 밀도 77 kg/m³; 습윤제(Texapon®) 3.5 리터/톤. 이 제품의 결합제는 비교 제품 1에 대해 상기 기재된 것과 동일하다.

비교 제품 3: 2.8 중량%의 포름알데히드가 없는 결합제를 포함하는 MMVF 성장 기재; 밀도 78 kg/m³; 6.7 리터/톤의 습윤제(선형 알킬 설포네이트). 이 제품의 결합제는 하기 성분들을 함께 반응시켜 제조되었다:

AAA 수지 185 kg: 덱스트로스 239 kg: 물 575 kg: 실란 1.1 kg.

AAA 수지는 다음과 같이 제조되었다:

디에탄올아민(DEA) 90 kg을 400L 반응기에 채우고, 60℃로 가열한다. 이어서, 테트라하이드로프탈산 무수물(THPA) 75 kg을 첨가한다. 온도를 높이고 130℃에서 1시간 동안 유지한 후, 트리멜리트산 무수물(TMA) 50 kg을 첨가한다. 반응 혼합물을 95℃로 냉각시키고, 물을 첨가하고, 혼합물을 1시간 동안 교반하였다.

비교 제품 4: 2.8 중량%의 포름알데히드가 없는 결합제를 포함하는 MMVF 성장 기재; 밀도 78 kg/m³; 습윤제(Texapon®) 3.5 리터/톤. 이 제품의 결합제는 비교 제품 3에 대해 상기 기재된 것과 동일하다.

결과를 도 1a 내지 1d에 나타냈다. 압축은 1996년부터 표준 EN826에 따라 단열재에 대해 습식 및 건식 모두에 대해 측정되었으며, 이때 다음과 같은 편차가 있었다:

· EN 826에서 초기 변형 X₀및 임계 압축 강도 σ_c 및 σ_e는 계산되지 않는다.

· 단열재에 대한 EN 표준은 시험편을 (23±5)℃에서 보관하고 측정할 것을 요구한다. 분쟁이 있는 경우, 보관 및 측정은 (23±2)℃ 및 (50±5)% R.H.에서 수행되어야 하는데, 그 이유는 이 조건이 광물면에 어떠한 영향도 미치지 않는 것으로 간주되기 때문이다.

본 발명의 제품 1 및 2에 사용된 결합제의 양은 비교 제품 1 내지 4에 사용된 양보다 현저히 적다. 그러나, 이에도 불구하고, PUF 결합제, 및 다른 포름알데히드가 없는 결합제와 비교할 때 유사한 압축 결과가 나타난다. 따라서, 더 적은 양의 본 발명의 결합제를 사용하여 동등한 압축 강도가 달성된다. 본 발명의 결합제 양을 2.8 중량%로 증가시키면 압축 강도가 개선될 것으로 예상된다. 그러나, 더 적은 양으로 유사한 압축 결과를 나타내는 것은 제품에서 결합제의 총량을 감소시키는 부가적인 이점을 제공한다.

실시예 3 - 수분 보유력

위의 실시예 2에서 정의된 6가지 제품을 수분 보유력에 대해 테스트했다. 제품 1, 제품 2, 비교 제품 1, 비교 제품 2, 비교 제품 3, 및 비교 제품 4.

수분 보유력은 하기 테스트 방법에 따라 측정되었다.

정의:

수분 함량, WC: 물의 함량(부피%)

(초기) 포화도, WC _-½h : "반두께 물기둥(half-thickness-water column)"과 동일한 부압(underpressure)에서 완전히 포화된 시험편을 2시간 동안 누출시킨 후의 물 함량(부피%).

WC _-10 : 완전히 포화된 시험편이 10 cm 물기둥과 동일한 부압에서 안정화된 후의 물 함량(부피%).

재포화: 50 부피% 시험편을 0.5 cm 물에 24시간 동안 재포화한 후의 물 함량(부피%).

물기둥: 시험편 또는 블록 두께의 절반에서 시작하는 물기둥의 높이.

기구:

- pF 결정용 샌드박스(pF 0 내지 2.0(0 내지 100 cm) 범위, 정확도: 영점 설정 2 mm/평탄도 6 mm/눈금 1 mm)

사용된 모래 유형은 통상적으로 샌드블래스트(sandblast) 품질(FEPA 등급 F100)이다.

- 디지털 고도계(높이)(정확도 0.1 mm, 범위 0 내지 200 mm)

- 저울(정확도 A: 0.5에서 600g까지 ± 0.01 g, B: 600에서 3000g까지 ± 0.01g)

- 띠톱(Band saw)

- 버킷(Bucket) 25 리터 이상

- 플라스틱 용기

- 배수 그리드(Drainage grid)

- 젖은 스톤 울 기둥 높이 1000 mm, 폭 200 mm

방법:

담수 직후의 무게(m_wet) 및 높이(h_wet)를 측정한다.

압력 0(레벨 컨트롤러 100)에서 샌드박스에 사용자 방향으로 시험편을 놓는다. 물기둥의 수위는 모래 표면과 같은 높이에 있어야 한다. 2시간 후 샘플의 무게를 측정한다.

사용자 방향으로 샌드박스에 시험편을 다시 놓고, 24 ± 2시간 동안 10 cm 물기둥과 동일한 부압을 가한다. 부압의 적용은 3단계(대략 동일)로 수행되어야 하며, 각 단계 이후에는 5분의 안정화 시간이 이어질 것이다. 레벨 컨트롤러의 높이는 샘플 높이에 따라 달라진다.

결과는 도 2에 나와 있다.

제품 1과 제품 2의 결과는 비슷하므로, 습윤제를 추가해도 수분 보유력에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 보인다.

WC-10까지, 본 발명에 따른 제품 1 및 제품 2는 PUF 함유 제품(비교 제품 1 및 2)에 비해 훨씬 더 많은 수분을 보유한다.

제품 1 및 2의 수분 특성은 비교 제품 3 및 4의 다른 포름알데히드가 없는 결합제와 비슷하다.

테스트된 모든 제품의 재포화도는 거의 동일하다.

따라서, 본 발명의 제품은 PUF 결합제와 비교하여 개선된 수분 보유력, 및 다른 포름알데히드가 없는 결합제와 비교하여 유사한 수분 보유력을 나타낸다.

실시예 4- 높이에 따른 수분 분포

위의 실시예 1에서 정의된 6가지 제품을 높이에 따른 수분 분포에 대해 테스트했다. 결과는 도 3에 나와 있다. 수분 분포는 하기 방법에 따라 측정되었다.

샘플을 수돗물(20℃ ± 1℃)이 들어 있는 용기에 담근다. 그 다음, 스톤 울 기둥과 저울을 사용하여 샘플의 수분 함량이 50%(v/V)가 되도록 한다. 50%(v/v)의 무게는 샘플의 부피를 기준으로, 젖은 샘플의 무게와 높이를 사용하여 계산된다.

수분 함량 센서와 핸드리더(handreader)를 사용하여 샘플 높이에서 1.5 cm 간격으로 수분 함량을 측정한다.

도면에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제품에 대한 높이에 따른 수분 분포는 PUF 결합제, 또는 다른 포름알데히드가 없는 결합제가 포함된 제품과 동등하였다.

실시예 5

본 발명의 성장 기재에 사용된 결합제는 다음과 같이 제조되었다:

6000L 반응기에 물 3267 kg을 채운 다음 암모니아수(24.7%) 287 kg을 넣었다. 그 다음, 리그닌 UPM BioPiva 100 1531 kg을 30분에서 45분에 걸쳐 천천히 첨가한다. 혼합물을 40℃로 가열하고, 이 온도에서 1시간 동안 유지한다. 1시간 후 불용화 리그닌을 확인한다. 이는 유리판 또는 Hegman 게이지에서 용액을 확인하여 수행된다. 불용화 리그닌은 갈색 결합제에서 작은 입자로 보인다. 용해 단계 동안 리그닌 용액은 갈색에서 윤기 나는 흑색으로 색이 바뀔 것이다.

리그닌이 완전히 용해된 후, 거품 완충제(NCÅ-Verodan의 Skumdaemper 11-10) 1 리터를 첨가한다. 배치의 온도는 40℃로 유지된다.

그 다음, 35% 과산화수소 307.5 kg 첨가를 시작한다. 과산화수소는 200 내지 300 리터/시간의 속도로 투여된다. 과산화수소의 처음 절반은 200 L/h의 속도로 첨가되고, 그 후 투여 속도는 300 리터/시간으로 증가된다.

과산화수소를 첨가하는 동안, 반응 혼합물의 온도는 65℃의 최종 반응 온도에 도달하는 방식으로 가열 또는 냉각에 의해 조절된다.

65℃에서 15분간 반응시킨 후 반응 혼합물을 50℃ 미만의 온도로 냉각시킨다. 이로써 COOH 값이 1.2 mmol/g 고체인 수지가 얻어진다.

270 kg의 폴리에틸렌 글리콜 200 및 433 kg의 31% Primid XL-552 수용액을 첨가하여 상기 언급된 AOL 수지로부터 결합제를 제형화하였다.

최종 결합제를 분석한 결과 다음과 같은 데이터가 얻어졌다:

고체 함량: 18.9%; pH: 9.7; 점도: 25.5 mPas.s; 밀도: 1.066 kg/L

리그닌 산화 예

실시예 I

실시예 IA - 과산화수소에 의한 암모니아 수용액에서의 리그닌 산화:

실시예 IA에 따라 사용된 성분들의 양은 표 IA 1.1 및 IA 1.2에 제공되어 있다.

크래프트 리그닌은 상대적으로 높은 pH에서 물에 용해되지만, 특정 중량%에서 용액의 점도가 크게 증가하는 것으로 알려져 있다. 통상적으로 점도 증가의 원인은 강한 수소 결합과 리그닌에 존재하는 수많은 방향족 고리의 π-전자 상호작용의 조합에 있다고 여겨진다. 크래프트 리그닌의 경우, 물에서 약 21 내지 22 중량% 정도로 점도의 급격한 증가가 관찰되었으며, 제시된 실시예에서는 19 중량%의 크래프트 리그닌이 사용되었다.

암모니아 수용액은 pH 조정 단계에서 염기로 사용되었다. 양은 총 반응 중량을 기준으로 4 중량%로 고정되었다. pH 조정 단계 후 및 산화 초기의 pH는 10.7이었다.

표 IA2는 크래프트 리그닌 산화 전과 후의 CHNS 원소 분석 결과를 나타낸다. 분석 전에 샘플을 160℃에서 열처리하여 흡착된 암모니아를 제거했다. 분석 결과, 산화 과정 동안 소정량의 질소가 산화된 리그닌 구조의 일부가 된 것으로 나타났다.

배치 실험에서 테스트하는 동안, 장기간에 걸쳐 소량의 과산화물을 첨가하는 것과 달리 짧은 시간 간격 동안 전량의 과산화수소를 첨가하는 것이 산화에 유익한 것으로 판단되었다. 본 실시예에서는 총 반응 중량을 기준으로 2.0 중량%의 H₂O₂를 사용하였다.

산화는 발열 반응이며, 과산화물을 첨가하면 온도가 증가한다. 이 실시예에서는 3시간의 반응 동안 온도를 60℃로 유지했다.

산화 후, ³¹P NMR 및 수성 적정(aqueous titration)에 의해 측정된 바와 같이 샘플 1g당 리그닌 작용기의 양이 증가하였다. ^31PNMR에 대한 샘플 준비는 2-클로로-4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사포스폴란(TMDP)을 포스피틸화 시약으로 사용하고 콜레스테롤을 내부 표준으로 사용하여 수행했습니다. 산화 전과 후의 크래프트 리그닌의 NMR 스펙트럼을 생성하고, 그 결과를 표 IA3에 요약하였다.

COOH 기의 변화를 하기 공식을 사용하여 수성 적정에 의해 결정하였다:

상기 식에서, V _2s 및 V _1s 는 샘플의 종점 부피이고, V _2b 및 V _1b 는 블랭크의 부피이다. 이 경우에 C _산 은 0.1M HCl이고, m _s 는 샘플의 중량이다. 산화 전과 후에 수성 적정에서 얻은 값은 표 IA4에 나와 있다.

평균 COOH 작용기는 또한 1g 리그닌을 비누화하는 데 필요한 KOH의 mg 수를 나타내는 비누화 값으로 정량화될 수 있다. 이러한 방법은 AOCS 공정 분석법(Official Method) Cd 3-25에서 찾을 수 있다.

평균 분자량도 PSS PolarSil 컬럼(0.05M LiBr이 있는 9:1(v/v) 디메틸 설폭사이드/물 용리액) 및 280nm에서 UV 검출기를 사용하여 산화 전과 후에 결정되었다. 또한, COOH 농도와 평균 분자량의 조합을 통해 리그닌 거대분자당 평균 카복실산 기 함량을 계산할 수 있었으며, 이러한 결과는 표 IA5에 나와 있다.

실시예 IB- 과산화수소에 의한 암모니아에서의 리그닌 산화를 파일럿 규모로 확장

과산화수소를 사용한 리그닌 산화는 발열 과정으로, 실험실 규모(lab-scale)에서도 과산화물을 첨가하면 상당한 온도 상승이 나타났다. 생성된 열의 양은 3승 차원(부피)과 관련이 있는 반면, 냉각은 일반적으로 제곱 차원(면적)으로만 증가하기 때문에 화학 공정을 확장할 때 이는 자연스러운 문제이다. 또한, 접착제 중간체의 점도가 높기 때문에, 공정 장비를 신중하게 선택하거나 설계해야 한다. 따라서, 규모 확장은 신중하게 설계되었으며 여러 단계로 수행되었다.

첫 번째 규모 확장 단계는 매우 효율적인 기계적 혼합과 함께 스테인리스강 내의 전문 믹서를 사용하여 1L(실험실 규모)에서 9L로 수행되었다. 규모 확장은 실험실 규모에서 얻은 것보다 약간 더 높은 최종 온도를 초래했는데, 이는 반응기의 효율적인 공기 냉각과 과산화수소의 느린 첨가에 기인한다.

다음 규모 확장 단계는 효율적인 물 재킷(water jacket)과 효율적인 프로펠러 교반기(propeller stirrer)가 있는 폐쇄된 200L 반응기에서 수행되었다. 규모는 이번에 180L였고, 과산화수소는 대략 30분 간격으로 2단계로 첨가되었다. 이러한 규모 확장은 비교적 잘 진행되었지만, 부분적으로는 높은 수준의 반응기 충전으로 인해 많은 양의 거품이 발생하는 문제가 있었다. 거품을 제어하기 위해 소량의 식품 등급 소포제를 거품에 분무했다. 가장 중요한 것은 외부 수냉법(water-cooling)을 사용하여 온도를 제어할 수 있고, 최종 온도가 70℃ 미만이었다는 것이다.

파일럿 규모 반응은 수냉식 재킷 및 트윈 블레이드 프로펠러 교반이 있는 800L 반응기에서 수행되었다. 건조 물질 함량이 67 중량%인 리그닌(UPM LignoBoost™ BioPiva 100) 158kg을 덩어리를 제거하고, 물 224kg에 현탁하고, 교반하여 균질한 현탁액을 형성하였다. 계속 교반하면서 수중 25% 암모니아 103kg을 반응기로 펌핑하고, 추가로 2시간 동안 교반하여 리그닌의 어두운 점성 용액을 형성하였다.

교반된 리그닌 용액에 20 내지 25℃에서 7.5 중량%의 과산화수소 140kg을 15분에 걸쳐 첨가하였다. 온도와 거품 수준은, 허용 가능한 거품 수준과 분당 4℃ 미만의 온도 상승, 및 70℃ 미만의 최종 온도를 유지하기 위해 냉각 재킷에 과산화수소 및 냉각수를 첨가하는 동안과 첨가한 후에 주의 깊게 모니터링되었다. 온도 상승이 멈춘 후, 냉각을 멈추고, 생성물 혼합물을 운반 용기로 옮기기 전에 2시간 더 교반하였다.

규모 확장 실험에 근거하여, 반응은 발열 반응이지만 반응열의 대부분은 실제로 실온에서 약 60℃로 올라가는 물의 열용량에 의해 균형을 이루고, 마지막 부분만 냉각으로 제거하면 된다고 결론지을 수 있다. 이것과 짧은 반응 시간으로 인해, 이 공정은 인라인 믹서, 관형 반응기, 또는 CSTR 유형 반응기와 같은 연속 반응기를 사용하는 규모 확대 및 공정 강화(process intensification)에 이상적일 것이라는 점에 유의해야 한다. 이는 우수한 온도 제어와 보다 잘 정의된 반응 과정을 보장할 것이다.

규모 확장 배치의 테스트에서는 생산된 산화 리그닌이 실험실에서 생산된 배치에 따른 특성을 가짐을 나타냈다.

[표 IA 1.1]

[표 IA 1.2]

[표 IA 2]

[표 IA 3]

[표 IA 4]

[표 IA 5]

실시예 II

다음 실시예에서, 몇몇 산화된 리그닌이 제조되었다. 산화된 리그닌에 대해 다음 특성이 결정되었다:

성분 고체 함량:

주어진 산화 리그닌 용액 중 각 성분들의 함량은 성분의 무수 질량을 기준으로 하거나 아래에 명시된 바와 같다.

크래프트 리그닌은 건조 분말로서 BioPiva100™으로 UPM에 의해 공급되었다. NH₄OH 25%는 Sigma-Aldrich에서 공급되었으며, 공급된 형태로 사용하였다. H₂O₂, 30%(Cas no 7722-84-1)는 Sigma-Aldrich에서 공급되었으며, 공급된 형태로 사용하거나 물로 희석하여 사용하였다. PEG 200은 Sigma-Aldrich에서 공급되었으며, 단순히 무수로 가정하고 그대로 사용하였다. PVA(Mw 89.000-98.000, Mw 85.000-124.000, Mw 130.000, Mw 146.000-186.000)(Cas no 9002-89-5)는 Sigma-Aldrich에서 공급되었으며, 단순히 무수물로 가정하고 그대로 사용하였다. 우레아(Cas no 57-13-6)는 Sigma-Aldrich에서 공급되었으며, 공급된 형태로 사용하거나 물로 희석하였다. 글리세롤(Cas no 56-81-5)은 Sigma-Aldrich에서 공급되었으며, 단순히 무수물로 가정하고 그대로 사용하였다.

산화된 리그닌 고형분

1시간 동안 200℃로 가열한 후 산화된 리그닌의 함량을 "건조 고형물"이라고 하며, 가열 후 남은 중량의 백분율로 표시된다.

디스크 모양의 스톤 울 샘플(직경: 5cm; 높이 1cm)을 스톤 울에서 잘라낸 후 580℃에서 적어도 30분 동안 열처리하여 모든 유기물을 제거했다. 결합제 혼합물의 고형분은 결합제 혼합물의 샘플(약 2g)을 주석 호일 용기 내의 열처리된 스톤 울 디스크에 분배하여 측정되었다. 스톤 울 디스크를 포함하는 주석 호일 용기의 중량을, 결합제 혼합물을 첨가하기 전과 첨가 직후에 칭량하였다. 주석 호일 용기에 이러한 결합제 혼합물이 적재된 스톤 울 디스크 2개를 생성한 다음 200℃에서 1시간 동안 가열하였다. 실온에서 10분 동안 냉각 및 보관한 후, 샘플의 무게를 측정하고, 두 결과의 평균으로 건조 고형물을 계산했다.

COOH 기 함량

COOH 기 함량의 변화를 또한 하기 공식을 사용하여 수성 적정에 의해 결정하였다:

상기 식에서, V _2s 및 V _1s 는 샘플의 종점 부피이고, V _2b 및 V _1b 는 빈 샘플의 부피이다. 이 경우에 C _산 은 0.1M HCl이고, m _s,g 는 샘플의 중량이다.

산화된 리그닌을 제조하는 방법:

1) 응축기 및 온도 기록 장치가 연결된, 교반 동안 실온(20 내지 25℃)의 수욕에서 물과 리그닌을 3구 유리 바닥 플라스크에서 혼합하였다. 1시간 동안 교반하였다.

2) 교반하는 동안 암모니아를 한 번에 첨가하였다.

3) 암모니아와의 약간의 발열 반응으로 온도가 상승하지 않는 경우, 가열하여 온도를 35℃까지 높였다.

4) pH를 측정하였다.

5) 가소제 PEG200을 첨가하고 10분 동안 교반하였다.

6) 1시간 후에 리그닌이 완전히 용해된 후, 30% H2O2를 한 번에 천천히 첨가하였다.

7) H2O2 첨가에 의한 발열 반응은 유리 바닥 플라스크의 온도를 높였고, 반응 온도가 60℃ 미만인 경우, 온도를 60℃로 높이고, 샘플을 60℃에서 1시간 동안 방치하였다.

8) 그 다음, 둥근 바닥 플라스크를 수욕에서 제거하고, 실온으로 냉각시켰다.

9) 건조 고형물, COOH, 점도, 밀도, 및 pH를 측정하기 위해 샘플을 취했다.

산화된 리그닌 조성물

다음에서 산화된 리그닌 실시예의 항목 번호는 표 II에 사용된 항목 번호와 동일하다.

실시예 IIA

리그닌 UPM Biopiva 100 71.0g을 20℃에서 물 149.0g에 용해시키고, 25% NH₄OH 13.3g을 첨가하고, 자기 교반기로 1시간 동안 교반한 후, 30% H₂O₂ 16.8g을 교반하는 동안 천천히 첨가하였다. 수욕에서 온도를 60℃로 높였다. 1시간 산화시킨 후, 수욕을 냉각시켜 반응을 멈췄다. 생성된 물질을 COOH, 건조 고형물, pH, 점도, 및 밀도에 대해 분석했다.

실시예 IIE

리그닌 UPM Biopiva 100 71.0g을 20℃에서 물 88.8g에 용해시키고, 25% NH₄OH 13.3g을 첨가하고, 자기 교반기로 1시간 동안 교반하였다. PEG 200, 22.8g을 첨가하고, 10분 동안 교반한 후, 30% H₂O₂ 16.7g을 교반하는 동안 천천히 첨가하였다. 수욕에서 온도를 60℃로 높였다. 1시간 산화시킨 후, 수욕을 냉각시켜 반응을 멈췄다. 생성된 물질을 COOH, 건조 고형물, pH, 점도, 및 밀도에 대해 분석했다.

실시예 IIC

리그닌 UPM Biopiva 100 71.0g을 20℃에서 물 57.1g에 용해시키고, 25% NH₄OH 13.3g을 첨가하고, 기계적 교반기로 1시간 동안 교반한 후, 30% H₂O₂ 16.6g을 교반하는 동안 천천히 첨가하였다. 수욕에서 온도를 60℃로 높였다. 1시간 산화시킨 후, 수욕을 냉각시켜 반응을 멈췄다. 생성된 물질을 COOH, 건조 고형물, pH, 점도, 및 밀도에 대해 분석했다.

실시예 IIF

리그닌 UPM Biopiva 100 71.0g을 20℃에서 물 57.1g에 용해시키고, 25% NH₄OH 13.3g을 첨가하고, 기계적 교반기로 1시간 동안 교반하였다. PEG 200, 19.0g을 첨가하고, 10분 동안 교반한 후 30% H₂O₂ 16.6g을 교반하는 동안 천천히 첨가하였다. 수욕에서 온도를 60℃로 높였다. 1시간 산화시킨 후, 수욕을 냉각시켜 반응을 멈췄다. 생성된 물질을 COOH, 건조 고형물, pH, 점도, 및 밀도에 대해 분석했다.

[표 IIA]

실시예 III:

뜨거운 물(50℃) 8.5L와 NH₄OH(24.7%) 1.9L를 혼합한 후 리그닌(UPM biopiva 100) 9.0kg을 고속으로 교반(660 rpm, 44 Hz)하면서 10분에 걸쳐 천천히 첨가했다.

높은 전단력에 의해 온도가 상승했다. 30분 후, 뜨거운 물 4L를 첨가하고, 재료를 추가로 15분 동안 교반한 후 나머지 뜨거운 물(5L)을 첨가하였다. Hegman 저울 및 pH 측정을 사용하여 용해되지 않은 리그닌을 분석하기 위해 샘플을 취했다.

그 다음, 이 예비혼합물을 회전자-고정자 장치 및 반응 장치로 옮기는데, 여기에서 H2O2(17.5 부피%)를 사용하는 산화가 일어났다. 이 경우에 사용되는 반응 장치는 적어도 부분적으로 반응 튜브 및 반응 용기를 갖는다. 예비혼합물의 투여량은 150L/h이고, H2O2는 18L/h로 투여되었다.

현재의 경우, 혼합/산화 단계를 수행하기 위해 Cavitron CD1000 회전자-고정자 장치가 사용되었다. 회전자-고정자 장치는 2 bar의 역압(counter pressure)으로 250 Hz(55 m/s 원주 속도)에서 작동되었다. 반응 튜브에서의 체류 시간은 3.2분이었고, 반응 용기에서의 체류 시간은 2시간이었다.

예비혼합물의 온도는 62℃였고, 산화 단계는 온도를 70℃로 상승시켰다.

최종 생성물을 COOH 기 함량, 건조 고형물, pH, 점도, 및 남아 있는 H2O2에 대해 분석하였다.

[표 III]

실시예 IV:

뜨거운 물(70℃) 484L 및 NH₄OH(24.7%) 47.0L를 혼합한 후, 리그닌(UPM biopiva 100) 224.0kg을 고속으로 교반하면서 15분에 걸쳐 천천히 첨가하였다. Hegman 저울 및 pH 측정을 사용하여 용해되지 않은 리그닌을 분석하기 위해 샘플을 취했다.

그 다음, 이 예비혼합물을 정적 혼합기 및 혼합기/열교환기로 옮기는데, 여기에서 H2O2(35 부피%)를 사용하는 산화가 일어났다. 예비혼합물의 투여량은 600L/h이고, H2O2는 17.2L/h로 투여되었다. 혼합기/열교환기에서의 체류 시간은 20분이었다.

혼합물의 온도는 산화 단계 동안 95℃까지 상승하였다.

이 AOL을 기반으로 결합제를 제조하였다. AOL(19.0% 고체) 49.3g, primid XL552(100% 고체) 0.8g, 및 PEG200(100% 고체) 2.4g을 물 0.8g과 혼합하여 19% 고체를 생성한 다음; 이를 막대 테스트(bar test)에서 기계적 특성을 테스트하는 데 사용하였다.

막대 테스트

결합제의 기계적 강도는 막대 테스트에서 테스트되었다. 각 결합제에 대해, 스톤 울 방적 생산에서 결합제와 스톤 울 샷(stone wool shot)의 혼합물로부터 16개의 막대를 제조하였다.

15% 건조 고형물(16.0g)을 갖는 이 결합제 용액의 샘플을 샷(80.0g)과 잘 혼합하였다. 그 다음, 생성된 혼합물을 작은 막대를 만들기 위한 내열성 실리콘 형태의 4개의 슬롯에 채웠다(형태당 4x5 슬롯; 슬롯 상단 치수: 길이 = 5.6cm, 폭 = 2.5cm; 슬롯 바닥 치수: 길이 = 5.3cm, 폭 = 2.2cm, 슬롯 높이 = 1.1cm). 그 다음, 슬롯에 넣은 혼합물을 적절한 크기의 평평한 금속 막대로 눌러 균일한 막대 표면을 생성했다. 이러한 방식으로 각 결합제로부터 16개의 막대가 만들어졌다. 그 다음, 생성된 막대를 200℃에서 경화했다. 경화 시간은 1시간이었다. 실온으로 냉각시킨 후, 막대를 용기에서 조심스럽게 꺼냈다. 막대들 중 5개는 80℃의 수욕에서 3시간 동안 에이징되었다.

1 내지 2일 동안 건조한 후, 에이징된 막대, 및 5개의 에이징되지 않은 막대를 3점 굽힘 테스트로 Bent Tram 기계에서 파단(테스트 속도: 10.0mm/분, 파단 수준: 50%, 공칭 강도: 30N/mm², 지지대 거리: 40mm, 최대 편향 20mm; 공칭 e-모듈 10000N/mm²)하여 기계적 강도를 조사하였다. 막대는 "상단면"이 위로 향하도록(즉, 치수 길이 = 5.6cm, 폭 = 2.5cm인 면) 상기 기계에 배치하였다.

Claims

응집성 성장 기재 제품(coherent growth substrate product)에서 식물을 성장시키는 방법으로서, 상기 방법은,
- 경화된 수성 결합제 조성물과 결합된 인조 유리 섬유(man-made vitreous fibres: MMVF)를 포함하는 적어도 하나의 응집성 성장 기재 제품을 제공하는 단계;
- 하나 이상의 종자, 묘목, 삽수(cutting), 또는 식물을 상기 성장 기재 제품과 접촉하도록 위치시키는 단계; 및
- 상기 성장 기재 제품을 관개(irrigating)하는 단계를 포함하며;
이때 경화 전 상기 수성 결합제 조성물은,
- (i) 하나 이상의 산화된 리그닌 형태의 성분;
- (ii) 하나 이상의 가교제 형태의 성분; 및
- (iii) 하나 이상의 가소제 형태의 성분을 포함하는 것인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 성분 (i)은 하나 이상의 암모니아 산화된 리그닌(ammonia-oxidized lignin: AOL) 형태인 것인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 성분 (ii)는 β-하이드록시알킬아미드-가교제 및 옥사졸린-가교제로부터 선택된 하나 이상의 가교제를 포함하는 것인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 성분 (ii)는,
- 폴리에틸렌 이민, 폴리비닐 아민, 및 지방 아민으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가교제;
- 지방 아미드 형태의 하나 이상의 가교제;
- 디메톡시에탄알, 글리콜알데히드, 및 글리옥살산으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가교제;
- 폴리에스테르 폴리올로부터 선택된 하나 이상의 가교제;
- 전분, 변성 전분, 및 CMC로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가교제;
- 지방족 다작용성 카보디이미드 형태의 하나 이상의 가교제; 및
- 멜라민 기반 가교제로부터 선택된 하나 이상의 가교제
중 하나 이상을 포함하는 것인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 방법은 상기 성분 (ii)를, 상기 성분 (i)의 건조 중량을 기준으로, 1 내지 40 중량%의 양으로 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 성분 (iii)은 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 에테르, 폴리에테르, 수소화된 당, 프탈레이트, 산, 아크릴 폴리머, 폴리비닐 알코올, 폴리우레탄 분산액, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 락톤, 락탐, 락티드, 유리 카복시 기를 갖는 아크릴계 폴리머 및 유리 카복시 기를 갖는 폴리우레탄 분산액으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제를 포함하는 것인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 성분 (iii)은,
- 지방 알코올 및 모노하이드록시 알코올로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제;
- 알콕실레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제;
- 프로필렌 글리콜 형태의 하나 이상의 가소제;
- 글리콜 에스테르 형태의 하나 이상의 가소제;
- 아디페이트, 아세테이트, 벤조에이트, 사이클로벤조에이트, 시트레이트, 스테아레이트, 소르베이트, 세바케이트, 아젤레이트, 부티레이트, 및 발레레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제;
- 페놀 유도체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제;
- 실라놀, 및 실록산으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 가소제;
- 설페이트, 설포네이트, 및 포스페이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제;
- 하이드록시 산 형태의 하나 이상의 가소제;
- 모노머 아미드 및 지방산 아미드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제;
- 4급 암모늄 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제;
- 식물성 오일로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제;
- 수소화된 오일, 및 아세틸화된 오일로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제;
- 산 메틸 에스테르로부터 선택된 하나 이상의 가소제;
- 알킬 폴리글루코시드, 글루코나미드, 아미노글루코스아미드, 수크로스 에스테르, 및 소르비탄 에스테르로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제; 및
- 폴리에틸렌 글리콜, 및 폴리에틸렌 글리콜 에테르로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가소제
중 하나 이상을 포함하는 것인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 성분 (iii)은, 상기 성분 (i)의 건조 중량을 기준으로, 0.5 내지 50 중량%의 양으로 존재하는 것인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 수성 결합제 조성물은 하나 이상의 커플링제 형태의 추가 성분 (iv)를 포함하는 것인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 수성 결합제 조성물은 암모니아, 아민, 또는 이들의 임의의 염들의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 성분 형태의 성분 (v)를 포함하는 것인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 수성 결합제 조성물은, 상기 성분 (i)의 건조 중량을 기준으로, 5 내지 40 중량%의 양으로 우레아 형태의 추가 성분을 포함하는 것인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 결합제 조성물은 하기 성분들을 포함하는 것인, 방법:
- (i) 하나 이상의 산화된 리그닌 형태의 성분;
- (ii) 하나 이상의 가교제 형태의 성분;
- (iii) 하나 이상의 가소제 형태의 성분;
- (iv) 하나 이상의 커플링제 형태의 성분;
- 선택적으로 암모니아, 아민 또는 이들의 임의의 염들의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 화합물 형태의 성분;
- 선택적으로 우레아 형태의 성분;
- 선택적으로 하나 이상의 반응성 또는 비반응성 실리콘(silicone) 형태의 성분;
- 선택적으로 탄화수소 오일;
- 선택적으로 하나 이상의 계면활성제; 및
- 물.
제1항에 있어서, 상기 응집성 성장 기재 제품은 물과의 접촉각이 90° 미만인 인조 유리 섬유를 포함하는 것인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 응집성 성장 기재 제품은 기하 평균 섬유 직경(geometric mean fibre diameter)이 1.5 내지 10 마이크론 범위 내인 인조 유리 섬유를 포함하는 것인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 성장 기재 제품의 부피는 0.003 리터 내지 87 리터 범위 내인 것인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 응집성 성장 기재 제품은 액체 불투과성 덮개(liquid-impermeable covering)를 포함하는 것인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 응집성 성장 기재 제품의 높이는 10 mm 내지 150 mm인 것인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 응집성 성장 기재 제품은 어떠한 습윤제도 포함하지 않는 것인, 방법.
경화된 수성 결합제 조성물과 결합된 인조 유리 섬유(MMVF)를 포함하는 응집성 성장 기재 제품으로서, 경화 전 상기 수성 결합제 조성물은 하기 성분들을 포함하는 것인, 응집성 성장 기재 제품:
- (i) 하나 이상의 산화된 리그닌 형태의 성분;
- (ii) 하나 이상의 가교제 형태의 성분; 및
- (iii) 하나 이상의 가소제 형태의 성분.
제19항에 있어서, 상기 제품은 제2항 내지 제18항 중 어느 한 항에 기재된 특징들을 추가로 포함하는, 응집성 성장 기재 제품.
2개 이상의 응집성 성장 기재 제품의 어레이로서, 상기 응집성 성장 기재 제품은 경화된 수성 결합제 조성물과 결합된 인조 유리 섬유(MMVF)를 포함하고, 경화 전 상기 수성 결합제 조성물은 하기 성분들을 포함하는 것인, 어레이:
- (i) 하나 이상의 산화된 리그닌 형태의 성분;
- (ii) 하나 이상의 가교제 형태의 성분; 및
- (iii) 하나 이상의 가소제 형태의 성분.
식물을 성장시키기 위한 응집성 성장 기재 제품의 사용 방법으로서, 상기 응집성 성장 기재 제품은 경화된 수성 결합제 조성물과 결합된 인조 유리 섬유(MMVF)를 포함하고, 경화 전 상기 수성 결합제 조성물은 하기 성분들을 포함하는 것인, 사용 방법:
- (i) 하나 이상의 산화된 리그닌 형태의 성분;
- (ii) 하나 이상의 가교제 형태의 성분; 및
- (iii) 하나 이상의 가소제 형태의 성분.
제22항에 있어서, 상기 응집성 성장 기재는 제2항 내지 제18항 중 어느 한 항에 기재된 특징들을 추가로 포함하는 것인, 사용 방법.
성장 기재 제품을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은,
(i) MMVF를 제공하는 단계;
(ii) 상기 MMVF에 수성 결합제 조성물을 분무하는 단계;
(iii) 상기 MMVF를 수집하고 고화(consolidating)시키는 단계; 및
(iv) 상기 수성 결합제 조성물을 경화하는 단계를 포함하고;
이때 경화 전 상기 수성 결합제 조성물은 하기 성분들을 포함하는 것인, 방법:
- (i) 하나 이상의 산화된 리그닌 형태의 성분;
- (ii) 하나 이상의 가교제 형태의 성분; 및
- (iii) 하나 이상의 가소제 형태의 성분.