従来のアスファルトルーフィングシングル(asphalt roofing shingle)は、アスファルトコーティングをガラス繊維ウェブに適用し、まだ軟らかい間に砂又は他のルーフィンググラニュールをアスファルトコーティングの中に埋め込み、次に、アスファルトが硬化するとそのように形成されたウェブを個々のシングルに細分することによって製造される。ガラス繊維ウェブは、通常は、適切な樹脂バインダによって一緒に結合されたガラス繊維から作られている。更に、通常は、コストを削減し、シングルの耐熱変形性を改善し、且つアスファルトUV劣化を減少させるために、アスファルトコーティングの中に微細に粉砕された微粒子無機充填剤が含まれている。
共同譲渡された米国特許第7,951,240号明細書には、このようにして製造されたルーフィングシングルの引裂強度がアスファルトコーティング中に含有する微粒子充填剤のタイプによって影響され得ることが示されており、この明細書の全体の開示内容は本明細書に援用されている。特に、この特許には、ドロマイト、シリカ、スレート粉、高炭酸マグネシウム(high magnesium carbonate)等の硬質充填剤が用いられる場合には、そのようなルーフィングシングルの引裂強度が損なわれ得ることが示されている。
A conventional asphalt roofing shingle applies an asphalt coating to a glass fiber web and embeds sand or other roofing granules in the asphalt coating while still soft, and then as the asphalt hardens. Are produced by subdividing the web formed into individual singles. Glass fiber webs are usually made from glass fibers bonded together by a suitable resin binder. In addition, finely ground particulate inorganic fillers are typically included in asphalt coatings to reduce cost, improve single heat distortion resistance, and reduce asphalt UV degradation.
Co-assigned U.S. Pat.No. 7,951,240 shows that the tear strength of a roofing single produced in this way can be influenced by the type of particulate filler contained in the asphalt coating. The entire disclosure of the specification is hereby incorporated by reference. In particular, this patent, dolomite, silica, slate powder, if hard fillers such as high magnesium carbonate (high magnesium carbonate) is used, it is shown that such a tear strength of roofing single can impair ing.
更に他の例示的実施態様において、複数のガラス繊維及び個々のガラス繊維を一緒に保持する樹脂バインダから構成されるガラス繊維ルーフィングマット及びガラス繊維ルーフィングマットを覆っているアスファルトコーティングを備えている改良されたアスファルトルーフィングシングルが提供される。アスファルトコーティングには、微粒子無機充填剤が含まれ得る。アスファルトコーティングは、更に、その中に埋め込まれたルーフィンググラニュールを含有し得る。いくつかの例示的実施態様において、ガラス繊維ルーフィングマットの樹脂バインダには、ゴムコア-シェルナノ粒子が含まれている。樹脂バインダには、バインダ中の樹脂の全量に基づいて、0.1〜20質量%のゴムコア-シェルナノ粒子、又は0.5〜10質量%のゴムコア-シェルナノ粒子が含まれてもよい。ゴムコア-シェルナノ粒子の平均粒径は、250nm以下であってもよい。樹脂バインダは、尿素ホルムアルデヒド樹脂、アクリル樹脂又はこれらの混合物から形成され得る。ゴムコア-シェルナノ粒子のコアは、スチレン/ブタジエン、ポリブタジエン、シリコーンゴム(シロキサン)、アクリルゴム及びこれらの混合物からなる群より選ばれる合成ポリマーゴムから作られ得る。アスファルトコーティングには、充填されたアスファルトの全体の質量に基づいて、30〜80質量%の、ドロマイト、シリカ、スレート粉及び高炭酸マグネシウムからなる群より選ばれる微粒子無機充填剤が含まれてもよい。
In yet another exemplary embodiment, an improved comprising a glass fiber roofing mat comprised of a plurality of glass fibers and a resin binder that holds the individual glass fibers together and an asphalt coating covering the glass fiber roofing mat. Asphalt roofing singles are provided. The asphalt coating can include a particulate inorganic filler. The asphalt coating may further contain a roofing granule embedded therein. In some exemplary embodiments, the resin binder of the glass fiber roofing mat includes rubber core-shell nanoparticles. The resin binder may include 0.1 to 20 wt% rubber core-shell nanoparticles, or 0.5 to 10 wt% rubber core-shell nanoparticles based on the total amount of resin in the binder. The average particle size of the rubber core-shell nanoparticles may be 250 nm or less. The resin binder can be formed from urea formaldehyde resin, acrylic resin or a mixture thereof. The core of the rubber core-shell nanoparticles can be made from a synthetic polymer rubber selected from the group consisting of styrene / butadiene, polybutadiene, silicone rubber (siloxane), acrylic rubber, and mixtures thereof. The asphalt coating may include 30-80% by weight, based on the total weight of the filled asphalt, particulate inorganic filler selected from the group consisting of dolomite, silica, slate powder and high magnesium carbonate. .
これらの成分に加えて、本発明に用いられるアスファルトコーティング組成物には、微粒子無機充填剤も含まれる。このために、アスファルトルーフィングシングルを製造するのに用いるために知られているか又は知られるようになる任意の微粒子無機充填剤が使用し得る。例えば、カルサイト(粉砕石灰石)、ドロマイト、シリカ、スレート粉、高炭酸マグネシウム、粉砕石灰石以外の岩粉等が使用し得る。アスファルトコーティングの全体の質量に基づいて、30〜80質量%程度の濃度が使用し得るが、約40〜70質量%或いは約50〜70質量%の濃度がより典型的である。
上記のように、これらの微粒子無機充填剤の一部は、これらの材料と製造されるアスファルトルーフィングシングルの引裂強度に悪影響を及ぼすことが知られている。特に、高い硬度(すなわち、約3Mohより大きい硬度)を示す無機充填剤、例えばドロマイト、シリカ、スレート粉、高炭酸マグネシウム等は、より軟質の無機充填剤、例えばカルサイト(粉砕石灰石)等から製造されたそれ以外は同一のシングルより引裂強度が小さいアスファルトシングルを製造することが知られている。それ故、少なくとも優れた引裂強度のアスファルトシングルが望まれる場合、アスファルト充填剤としてカルサイト又は他の軟質無機微粒子を用いることがこの業界においては一般的である。引裂強度が強風によって破壊されるか或いは屋根基体から引き裂かれる取り付けられたシングルの能力を反映することから、引裂強度は重要な特性である。少なくともアスファルトルーフィングシングル及びガラス繊維マットが作られるものにおいて、引裂強度と引張強度は、通常は、相互に関連しないので、引張強度について同じことが言えなくてもよい。実際に、引裂強度と引張強度は、これらの製品の一部において反比例することさえあり得る。
In addition to these components, the asphalt coating composition used in the present invention also includes a particulate inorganic filler. For this purpose, any particulate inorganic filler known or becoming known for use in producing asphalt roofing singles can be used. For example, calcite (ground limestone), dolomite, silica, slate powder, high magnesium carbonate, rock powder other than ground limestone can be used. Based on the total weight of the asphalt coating, a concentration on the order of 30-80% by weight can be used, but a concentration of about 40-70% by weight or about 50-70% by weight is more typical.
As noted above, some of these particulate inorganic fillers are known to adversely affect the tear strength of these materials and manufactured asphalt roofing singles. In particular, inorganic fillers that exhibit high hardness (i.e., greater than about 3 Moh), such as dolomite, silica, slate powder, high magnesium carbonate, etc. are manufactured from softer inorganic fillers such as calcite (ground limestone). Otherwise, it is known to produce asphalt singles that have a lower tear strength than the same singles. Therefore, it is common in the industry to use calcite or other soft inorganic particulates as the asphalt filler, at least when an asphalt single with excellent tear strength is desired. Tear strength is an important property because it reflects the ability of an attached single to be broken by strong winds or torn from the roof substrate. Since at least asphalt roofing singles and glass fiber mats are made, tear strength and tensile strength are usually not interrelated, so the same may not be true for tensile strength. Indeed, tear strength and tensile strength can even be inversely proportional in some of these products.
コア-シェルガラス繊維マット
本発明の種々の態様によれば、従来のアスファルトルーフィングシングルの不充分な引裂強度の問題が、コア-シェルゴム粒子を本発明のアスファルトルーフィングシングルが製造されるガラス繊維マットを作るために用いられる樹脂バインダに組み込むことによって解決され得るか或いは取り除かれ得ることがわかった。それ故、本発明の種々の態様によれば、硬質無機充填剤、例えばドロマイト、シリカ、スレート粉、高炭酸マグネシウム等がそのアスファルトコーティング組成物中に含まれるとしても優れた引裂強度を示すアスファルトルーフィングシングルが製造され得る。
本発明のアスファルトコーティング組成物が本発明のガラス繊維マットに適用されると、例えば従来の方法で、従来のルーフィンググラニュール、例えば砂等をまだ軟らかい間にこのアスファルトコーティングに適用し且つこの中に埋め込まれる。次にアスファルトコーティングを硬化させ、次にそのように形成された硬化したウェブを個々のルーフィングシングルに細分する。
ガラス繊維マット用のバインダとしてこれらのゴムコア-シェルナノ粒子のラテックスを用いることはすでに提案されている。例えば、上記の欧州特許出願公開第2 053 083 A1号明細書、欧州特許第5 830 086 B2号明細書及び米国特許出願第2005/0214534号明細書を参照のこと。しかしながら、そのような使用において、ガラス繊維バインダは、完全にこれらのゴムコア-シェルナノ粒子から構成されている。対照的に、本発明のいくつかの例示的な態様において、これらのゴムコア-シェルナノ粒子は、樹脂バインダの本体を形成するポリマー樹脂の特性を改善する添加剤として、少量であるが適当量で組み込まれてもよい。本発明のいくつかの態様によれば、ガラス繊維マットの樹脂バインダに含められるこれらのゴムコア-シェルナノ粒子の量は、バインダの他のポリマー樹脂の全量に基づいて、すなわち、ゴムコア-シェルナノ粒子自体の質量を除いて、約0.1〜20質量%、より典型的には約0.5〜10質量%或いは約1〜4質量%である。
Core-Shell Glass Fiber Mat According to various aspects of the present invention, the problem of insufficient tear strength of conventional asphalt roofing singles is that the core-shell rubber particles are made from the glass fiber mat from which the asphalt roofing single of the present invention is produced. It has been found that it can be solved or removed by incorporation into the resin binder used to make. Therefore, according to various aspects of the present invention, asphalt roofing exhibits excellent tear strength even when hard inorganic fillers such as dolomite, silica, slate powder, high magnesium carbonate, etc. are included in the asphalt coating composition. Singles can be manufactured.
When the asphalt coating composition of the present invention is applied to the glass fiber mat of the present invention, a conventional roofing granule, such as sand, is applied to the asphalt coating while still soft, for example, in a conventional manner and into it. Embedded. The asphalt coating is then cured, and the cured web so formed is then subdivided into individual roofing singles.
It has already been proposed to use latexes of these rubber core-shell nanoparticles as a binder for glass fiber mats. See, for example, the above-mentioned European Patent Application Publication No. 2 053 083 A1, European Patent No. 5 830 086 B2, and US Patent Application No. 2005/0214534. However, in such use, the glass fiber binder is composed entirely of these rubber core-shell nanoparticles. In contrast, in some exemplary embodiments of the present invention, these rubber core-shell nanoparticles are incorporated in small but appropriate amounts as additives to improve the properties of the polymer resin that forms the body of the resin binder. May be. According to some embodiments of the present invention, the amount of these rubber core-shell nanoparticles included in the resin binder of the glass fiber mat is based on the total amount of other polymer resins of the binder, i.e. of the rubber core-shell nanoparticles themselves. Excluding the mass, it is about 0.1 to 20% by mass, more typically about 0.5 to 10% by mass or about 1 to 4% by mass.
本発明の実施態様をいくつか上に記載してきたが、多くの変更が本発明の精神と範囲から逸脱することなく行われ得ることは認識されなければならない。例えば、本発明のコア-シェルゴムナノ粒子技術とガラス繊維補強ポリマー複合体を製造する他の技術とを組み合わせることは可能であり、いくつかの例においては望ましくさえある。
例えば、上述の共同譲渡された米国特許第5,840,370号明細書には、ガラス/ポリマープリプレグを製造する方法が記載されており、最終的なガラス繊維補強ポリマー複合体を形成するマトリックスポリマーの一部又は全部の適用が、ガラス製造プロセスの一部として「インライン」で適用されている。その技術は、第1の本発明のコア-シェルゴムナノ粒子を適用し、続いてそのように形成された被覆されたガラス繊維を第2のポリマー複合体のマトリックスポリマーに含浸することによって本発明の技術と組み合わせることができる。
すべてのこのような変更は、本発明の範囲内に及び本発明の関連した一般概念の範囲内に含まれることを意図し、以下の特許請求の範囲によってのみ制限されるべきである。
本発明の好ましい態様は以下の通りである。
１．複数の個々のガラス繊維及び樹脂バインダを含むガラス繊維補強ポリマー複合体であって、コア-シェルゴムナノ粒子が、複合体の樹脂バインダの中に組み込まれていることを特徴とする、ガラス繊維補強ポリマー複合体。
２．前記個々のガラス繊維が、樹脂バインダによって一緒に保持されたガラス繊維マットを形成している、上記1に記載のガラス繊維補強ポリマー複合体。
３．樹脂バインダが、バインダ中の樹脂の全量に基づいて、0.1〜20質量%のゴムコア-シェルナノ粒子を含む、上記1に記載のガラス繊維補強ポリマー複合体。
４．ゴムコア-シェルナノ粒子の平均粒径が、250nm以下である、上記1に記載のガラス繊維補強ポリマー複合体。
５．樹脂バインダが、尿素ホルムアルデヒド樹脂、アクリル樹脂又はこれらの混合物から形成される、上記1に記載のガラス繊維補強ポリマー複合体。
６．ゴムコア-シェルナノ粒子のコアが、スチレン/ブタジエン、ポリブタジエン、シリコーンゴム(シロキサン)、アクリルゴム及びこれらの混合物からなる群より選ばれる合成ポリマーゴムから作られている、上記1に記載のガラス繊維補強ポリマー複合体。
７．前記複合体が、アスファルトルーフィングシングルである、上記1に記載のガラス繊維補強ポリマー複合体。
８．アスファルトルーフィングシングルを製造するのに用いるための改良されたルーフィングマットであって、改良されたルーフィングマットが、複数のガラス繊維と個々のガラス繊維を一緒に保持する樹脂バインダとから構成されるガラス繊維マットを備え、樹脂バインダが、ゴムコア-シェルナノ粒子を含むことを特徴とする、ルーフィングマット。
９．樹脂バインダが、バインダ中の樹脂の全量に基づいて、0.1〜20質量%のゴムコア-シェルナノ粒子を含む、上記8に記載のルーフィングマット。
１０．樹脂バインダが、尿素ホルムアルデヒド樹脂、アクリル樹脂又はこれらの混合物から形成される、上記8に記載のルーフィングマット。
１１．ゴムコア-シェルナノ粒子のコアが、スチレン/ブタジエン、ポリブタジエン、シリコーンゴム(シロキサン)、アクリルゴム及びこれらの混合物からなる群より選ばれる合成ポリマーゴムから作られている、上記8に記載のルーフィングマット。
１２．複数のガラス繊維及び個々のガラス繊維を一緒に保持する樹脂バインダから構成されたガラス繊維ルーフィングマットを備える改良されたアスファルトルーフィングシングルであって、ガラス繊維ルーフィングマットをアスファルトコーティングが覆っており、アスファルトコーティングがその中に微粒子無機充填剤を含み、アスファルトコーティングがその中に埋め込まれたルーフィンググラニュールを更に含有し、ガラス繊維ルーフィングマットの樹脂バインダが、ゴムコア-シェルナノ粒子を含むことを特徴とする、アスファルトルーフィングシングル。
１３．樹脂バインダが、バインダ中の樹脂の全量に基づいて、0.1〜20質量%のゴムコア-シェルナノ粒子を含む、上記12に記載のアスファルトルーフィングシングル。
１４．樹脂バインダが、尿素ホルムアルデヒド樹脂、アクリル樹脂又はこれらの混合物から形成される、上記12に記載のアスファルトルーフィングシングル。
１５．ゴムコア-シェルナノ粒子のコアが、スチレン/ブタジエン、ポリブタジエン、シリコーンゴム(シロキサン)、アクリルゴム及びこれらの混合物からなる群より選ばれる合成ポリマーゴムから作られている、上記12に記載のアスファルトルーフィングシングル。
１６．アスファルトコーティングが、充填されたアスファルトの全質量に基づいて、30〜80質量%の、ドロマイト、シリカ、スレート粉及び高炭酸マグネシウムからなる群より選ばれる微粒子無機充填剤を含む、上記12に記載のアスファルトルーフィングシングル。
１７．マトリックスポリマー及びそのマトリックスポリマーに分散させたガラス繊維を含むガラス繊維補強ポリマー複合体であって、ガラス繊維の表面がコア-シェルゴムナノ粒子のコーティングを備えていることを特徴とする、ガラス繊維補強ポリマー複合体。
１８．ガラス繊維の表面が、コア-シェルゴムナノ粒子とフィルム形成ポリマーの混合物を含むコーティングを備えている、上記17に記載のガラス繊維補強ポリマー複合体。
１９．ガラス繊維が、複数の細いガラスフィラメントを一緒に合わせて、個々の繊維を形成することによって作られており、更に、個々のガラスフィラメントを合わせる前に、個々のガラスフィラメントに初期サイズ組成物を適用する、上記17に記載のガラス繊維補強ポリマー複合体。
２０．ガラス繊維の表面が、個々のガラスフィラメントを合わせた後に繊維製造の間に繊維に適用される第2の初期サイズ組成物の第2のコーティングを備え、第2の初期サイズ組成物が、追加のコア-シェルゴムナノ粒子及びフィルム形成ポリマーを含んでいる、上記17に記載のガラス繊維補強ポリマー複合体。
While several embodiments of the present invention have been described above, it should be recognized that many modifications can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. For example, it is possible to combine the core-shell rubber nanoparticle technology of the present invention with other technologies for producing glass fiber reinforced polymer composites, and in some instances even desirable.
For example, the co-assigned U.S. Pat.No. 5,840,370 described above describes a method of making a glass / polymer prepreg, part of the matrix polymer that forms the final glass fiber reinforced polymer composite All applications are applied “in-line” as part of the glass manufacturing process. The technique is based on the invention by applying the core-shell rubber nanoparticles of the first invention and subsequently impregnating the matrix polymer of the second polymer composite with the coated glass fibers so formed. Can be combined with other technologies.
All such modifications are intended to be included within the scope of the present invention and the related general concepts of the present invention, and should be limited only by the following claims.
Preferred embodiments of the present invention are as follows.
1. Glass fiber reinforced polymer composite comprising a plurality of individual glass fibers and a resin binder, wherein core-shell rubber nanoparticles are incorporated into the resin binder of the composite Polymer composite.
2. 2. The glass fiber reinforced polymer composite according to claim 1, wherein the individual glass fibers form a glass fiber mat held together by a resin binder.
3. 2. The glass fiber reinforced polymer composite according to 1 above, wherein the resin binder comprises 0.1 to 20% by mass of rubber core-shell nanoparticles based on the total amount of resin in the binder.
4). 2. The glass fiber reinforced polymer composite according to 1 above, wherein the rubber core-shell nanoparticles have an average particle size of 250 nm or less.
5. 2. The glass fiber reinforced polymer composite according to the above 1, wherein the resin binder is formed from urea formaldehyde resin, acrylic resin or a mixture thereof.
6). 2. The glass fiber reinforced polymer according to 1 above, wherein the core of the rubber core-shell nanoparticles is made of a synthetic polymer rubber selected from the group consisting of styrene / butadiene, polybutadiene, silicone rubber (siloxane), acrylic rubber, and mixtures thereof. Complex.
7). 2. The glass fiber reinforced polymer composite according to the above 1, wherein the composite is an asphalt roofing single.
8). An improved roofing mat for use in making asphalt roofing singles, wherein the improved roofing mat comprises a plurality of glass fibers and a resin binder that holds the individual glass fibers together A roofing mat comprising a mat, wherein the resin binder comprises rubber core-shell nanoparticles.
9. 9. The roofing mat according to 8 above, wherein the resin binder contains 0.1 to 20% by mass of rubber core-shell nanoparticles based on the total amount of resin in the binder.
10. 9. The roofing mat according to 8 above, wherein the resin binder is formed from urea formaldehyde resin, acrylic resin or a mixture thereof.
11. 9. The roofing mat as described in 8 above, wherein the core of the rubber core-shell nanoparticles is made of a synthetic polymer rubber selected from the group consisting of styrene / butadiene, polybutadiene, silicone rubber (siloxane), acrylic rubber, and mixtures thereof.
12 An improved asphalt roofing single comprising a glass fiber roofing mat composed of a plurality of glass fibers and a resin binder that holds the individual glass fibers together, with the glass fiber roofing mat covered by the asphalt coating, An asphalt comprising: a particulate inorganic filler therein; and an asphalt coating further comprising a roofing granule embedded therein; and the resin binder of the glass fiber roofing mat includes rubber core-shell nanoparticles. Roofing single.
13. 13. The asphalt roofing single according to 12 above, wherein the resin binder contains 0.1 to 20% by mass of rubber core-shell nanoparticles based on the total amount of resin in the binder.
14 13. The asphalt roofing single according to 12, wherein the resin binder is formed from urea formaldehyde resin, acrylic resin or a mixture thereof.
15. 13. The asphalt roofing single according to claim 12, wherein the core of the rubber core-shell nanoparticles is made of a synthetic polymer rubber selected from the group consisting of styrene / butadiene, polybutadiene, silicone rubber (siloxane), acrylic rubber, and mixtures thereof.
16. 13. The asphalt coating of claim 12, wherein the asphalt coating comprises 30-80% by weight, based on the total weight of the filled asphalt, a particulate inorganic filler selected from the group consisting of dolomite, silica, slate powder and high magnesium carbonate. Asphalt roofing single.
17. A glass fiber reinforced polymer composite comprising a matrix polymer and glass fibers dispersed in the matrix polymer, wherein the glass fiber surface is provided with a coating of core-shell rubber nanoparticles. Polymer composite.
18. 18. A glass fiber reinforced polymer composite as described in 17 above, wherein the glass fiber surface comprises a coating comprising a mixture of core-shell rubber nanoparticles and film-forming polymer.
19. Glass fibers are made by combining multiple thin glass filaments together to form individual fibers, and further applying an initial size composition to the individual glass filaments before combining the individual glass filaments. 18. The glass fiber reinforced polymer composite as described in 17 above.
20. The surface of the glass fiber comprises a second coating of a second initial size composition that is applied to the fiber during fiber manufacture after combining the individual glass filaments, the second initial size composition being an additional 18. A glass fiber reinforced polymer composite as described in 17 above, comprising core-shell rubber nanoparticles and a film-forming polymer.