CN101528847B - 改进的脲甲醛树脂组合物以及用于制造纤维毡的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明包含一个增强流变学特性的量的增稠剂的一种热固性脲甲醛(UF)树脂组合物，该树脂组合物在配制用于制备纤维毡的一种粘着性粘结剂的用途，以及使用该粘着性粘结剂制造的纤维毡，其中可以获得改进的毡性质以及更快的固化速度。

Description

改进的脲甲醛树脂组合物以及用于制造纤维毡的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求了美国临时专利申请第60/828,252号的优先权的利益，该申请于2006年10月5日提出，该申请的全部内容通过引用结合在此。
发明背景
1.发明领域
本发明涉及对制备一种粘结剂配制品(例如对制造纤维毡，特别是玻璃纤维毡)有用的一种改性的、热固性脲甲醛树脂组合物，涉及使用该粘结剂配制品制备这些纤维毡的一种方法，并且涉及在一种粘结剂配制品中使用该改性的脲甲醛树脂组合物制备的纤维毡。特别是，本发明涉及通过加入增强流变学特性的量的一种增稠剂改性的一种热固性脲甲醛(UF)树脂。
2.相关领域的说明
由合成纤维制成的玻璃纤维毡、纤维毡，以及由纤维混合物制成的毡，在建筑材料工业中找到了广泛应用，例如作为绝缘材料，作为用于制造复合地板的一种基质，作为用于制造屋顶瓦板的一种基质，作为用于制造板壁的一种基质(替代传统上使用木材、纤维素或石棉纤维制造的相似的板材)，作为用于印刷电路板或电池隔膜的基质，作为过滤器原料，作为磁带原料，在用于石工术的黏性以及非黏性涂层中作为加强麻织布以及作为用于叠层物品的饰面材料，例如泡沫复合材料以及石膏板。
这种纤维毡是通过缠绕通常的短的切段纤维、长的连续纤维以及它们的混合物在一定范围的厚度和密度内制造的，并且总体上被称为无纺毡。
一些无纺纤维毡，以及尤其是相对薄的无纺玻璃纤维毡，商业上通常通过一种湿铺法制造，该湿铺法在可以被看作改性的造纸机上进行。可以在多个美国专利中找到湿铺法的说明，包括美国专利号2,906,660、3,012,929、3,050,427、3,103,461、3,228,825、3,760,458、3,766,003、3,838,995、3,905,067、4,112,174、4,681,802以及4,810,576。
大体上，用于制造纤维毡的湿铺法包括在一个混合槽中在搅拌下，首先形成短尺寸纤维(通常玻璃纤维)的一种水性浆料，(在本领域被称为“白水”)，然后将该浆料进料到一个移动的网屏上，在该移动的网屏上，这些纤维被自身网入一种新制备的湿纤维毡中，同时从这些纤维毡中分离过量的水。
例如丝筒、长网成型机、真空圆网纸机(Stevens Former)、真空圆网抄纸机(Roto Former)、叠网造纸机(Inver Former)、Venti形成器的机器以及诸如此类的机器，可以用于形成该湿铺毡。在这种设备中，一个网前箱将该浆料沉积到一个移动的丝网筛上。抽吸或真空除去在该湿铺毡中产生的水。
和天然纤维(例如纤维素或石棉)不同，玻璃纤维以及一些合成纤维一般不能很好地分散在水中。为了克服这个问题，一直在进行工业实践以为这些纤维提供悬浮助剂。这些悬浮助剂或分散剂通常是增加水性介质的粘度的物质。本领域常规使用的合适的分散剂包括聚丙烯酰胺类、羟乙基纤维素(HEC)、羧甲基纤维素(CMC)、乙氧基化胺类以及胺氧化物类。其他添加剂，例如表面活性剂类、润滑剂类以及消泡剂类，也已经被常规地加入该白水中。例如，这些试剂进一步辅助这些纤维的润湿性以及分散。经验已经表明这些添加剂还经常影响湿纤维毡的强度。
通常通过抽吸和/或真空装置，通过除去水，将沉积在该移动筛或圆筒上的纤维浆料处理成一个片状的纤维毡，并且接着将一种粘着性粘结剂配制品应用到该毡上。在纤维毡的生产中，除基本的干拉伸以及湿拉伸性质之外，在成品毡中，高度柔性以及撕裂强度是希望的。因此一种粘着性粘结剂配制品被用于将该纤维毡保持在一起。将该粘结剂配制品直接浸渍到纤维毡中并且此后立即使其凝固或固化(通常通过将该毡通过一个干燥箱来施加热)以提供希望的毡完整性。
该粘结剂配制品通过将该毡浸泡在一种过量的粘结剂溶液或悬浮液中而施加，或更通常地通过借助于一种粘结剂敷料器(例如作为举例通过一个辊涂机、帘幕涂覆机、浸渍和挤压敷料器或喷涂机等等)用该粘着性粘结剂配制品浸渍该毡而施加。用于常规的纤维毡机器的主要的粘结剂敷料器之一是降膜帘幕涂覆机。还经常使用抽吸装置以进一步除去水以及过量粘结剂，并且用来保证粘结剂贯穿该纤维毡的全部厚度的彻底的施加。
用于制造纤维毡，尤其玻璃纤维毡的一种广泛使用的粘结剂配制品是基于一种热固性脲甲醛(UF)树脂，该树脂经常是由一种乳液聚合物进行加强。因为UF树脂相对便宜，所以对它们的使用已很常见。除了该粘结剂配制品赋予该最终固化的毡的毡强度特性之外，当该粘结剂从其最初的结构传送至并且通过该固化炉时，该粘结剂还在改进该未固化的湿铺毡的强度上起作用。需要有这种初期预固化的强度以避免由该无端毡断裂引起的处理延迟以及停止。
照此掺入的粘着性粘结剂配制品被干燥并且热固化，典型地是在一个烘箱中在提高的温度下。总体上，在加热步骤中，使用了约200℃到400℃的范围内的一个温度。可以按本领域内已知的任何方式提供必须的热能，包括直接燃烧炉、对流炉，或通过射频(RF)或介电加热。正常地，单独进行热处理会影响该粘结剂的固化。有催化剂辅助的固化是一种可任选的替代方案，例如它是通过向该粘结剂组合物添加一种酸性催化剂(例如，氯化铵或对甲苯磺酸)来完成。通常是将所得到的固化的毡缠绕成卷，将其包装并且运输至一个使用地点。
因为用一种粘着性粘结剂配制品(主要地包含一种UF树脂)制造的纤维毡经常是脆性的，或因为这些毡制备后，它们的强度性质可能略微恶化，尤其是当这些毡经受湿条件时，所以基于UF树脂的粘着性粘结剂配制品已经常常用大量的乳胶(乳液)聚合物(通常是一种聚乙酸乙烯酯、乙烯基丙烯酸或苯乙烯-丁二烯聚合物)通过加强该UF树脂而改性。一些乳胶已经显示出在纤维毡中提供了增加的拉伸强度以及撕裂强度。经苯乙烯-丁二烯加强的乳胶、脲甲醛树脂组合物在制备用于制造玻璃纤维毡的一种粘着性粘结剂配制品中的用途披露在例如，美国专利号4,258,098、4,560,612以及4,917,764中。
美国专利号4,917,764强调了有时在纤维毡的生产中遇到的另一个问题，尤其是当使用降膜帘幕涂覆机粘着性粘结剂施加技术时。特别的，常规的基于UF树脂的粘着性粘结剂配制品有时不足以提供该粘着性粘结剂配制品在该毡上的一个均匀的沉积。该粘着性粘结剂配制品到该毡的这种不均匀施加促成了不均匀的毡性质。
现在，申请人已确定该问题涉及这种基于UF树脂的粘着性粘结剂配制品的流变学行为。特别的，申请人已经发现通过用少量的一种增稠剂对一种热固性UF树脂组合物进行改性，使用该热固性UF树脂组合物制造的一种粘着性粘结剂配制品的流变学特性显著地改进，使得该粘着性粘结剂配制品即便使用一个帘幕涂覆机也能在高的毡生产速度下均匀地施加。
发明的简要说明
本发明指向已经通过加入增强流变学特性的量的一种增稠剂进行改性的一种热固性脲甲醛(UF)树脂。本发明还指向一种水性粘结剂配制品，该水性粘结剂配制品包含照此改性的热固性UF树脂作为其主要组分。此外，本发明还指向使用该粘结剂配制品制备一种纤维毡、特别是一种玻璃纤维毡的一种方法，并且指向通过该方法生产的纤维毡。关于这一点，本发明尤其指向使用湿铺法制备纤维毡的一种方法，其中使用一个帘幕涂覆机施加该粘着性粘结剂。使用基于本发明的改性的热固性UF树脂的一种粘结剂配制品制造的薄毡是有用的，例如作为在屋顶瓦板以及复合地板的生产中的基质。
本发明是基于以下发现：将增强流变学特性的量的一种增稠剂加入一种热固性脲甲醛(UF)树脂组合物，该热固性脲甲醛(UF)树脂组合物然后被用于生产一种粘着性粘结剂配制品，例如，通过将水以及其他常规的粘结剂添加剂加入到该照此改性的UF树脂中，产生粘着性粘结剂配制品，该粘结剂配制品当用于生产湿铺无纺毡时呈现出改进的加工特征。
特别的，用照此改性的UF树脂组合物制造的粘着性粘结剂配制品使用一个降膜帘幕涂覆机甚至在目前的无纺毡形成设备的高速生产条件下比用该未改性的UF树脂组合物制成的配制品可以更加均匀地施加到一个无纺纤维毡上。这些机器常规地以超过每秒10英尺并且尤其是以超过每秒15英尺的速度运转。因此，使用照此改性的热固性UF树脂组合物配制的一种粘着性粘结剂制备的纤维毡在该机器方向以及交叉机器方向上呈现更均匀的结构特性，例如拉伸强度以及撕裂强度的特性。
在生产根据本发明的纤维毡中，将纤维，例如无机纤维例如玻璃纤维或矿物纤维，或合成纤维，例如聚烯烃纤维，或纤维混合物浆化成一种水性介质，在本领域中称为“白水”。如以上所指出，该水性介质典型地还包含用于促进该纤维浆料形成的一种分散剂。分散剂是常见的，例如聚丙烯酰胺类、羟乙基纤维素、乙氧基化胺类以及胺氧化物类，虽然本发明不应被限制于用于这种白水的任何特定的分散剂/粘度增强剂的组合。
然后将照此形成的纤维浆料在一个多孔的表面或网屏上脱水，以便形成一种湿的、无纺的纤维毡。用水以及可任选的其他成份来稀释本发明的改性的、热固性UF树脂粘结剂而制成的一种粘着性粘结剂配制品，之后例如通过一个降膜帘幕涂覆机在一个湿毡通过一个干燥(固化)烘箱之前施加到该湿毡上。在该干燥烘箱中，干燥该无纺纤维毡并且固化任何结合的粘着性粘结剂(包含该热固性UF树脂组合物)。如通过随后的实例部分地证明，根据本发明生产的纤维毡呈现出改进的毡强度，包括干和湿拉伸强度以及撕裂强度以及在一些例子中一个更快的固化速率。
发明的详细说明
如此处所使用，术语“纤维”、“纤维的”以及诸如此类旨在包括具有一种形态上狭长的材料，这些材料呈现大于100、总体上大于500并且经常是大于1000的长径比(长度比厚度)的。通常，这些纤维具有在0.25英寸和5.0英寸之间的长度。
如此处所使用，术语“耐热纤维”以及诸如此类旨在包括适合于经受提高的温度的纤维，例如矿物纤维、芳族聚酰胺纤维、陶瓷纤维、金属纤维、碳纤维、聚酰亚胺纤维、某些聚酯纤维、粘胶纤维以及尤其是玻璃纤维。这些纤维基本上不受暴露于约120℃之上的温度所影响。
如此处所使用，“水性的”是指水以及基本上由水组成的混合物。
如此处所使用，“固化”、“固化的”以及类似的术语旨在包括结构上和/或形态学上的变化，该变化发生于基于一种热固性脲甲醛树脂的一种水性粘着性粘结剂配制品，例如像，通过共价化学反应(交联)、离子相互作用或簇集，改进的对基质的粘合，相转变或相转化，以及当干燥并且加热树脂以引起一种柔性的、多孔的基质(例如一种纤维毡，已经将有效量的粘结剂施加到该纤维毡)的特性发生改变时的氢键合。
贯穿本说明书并且在权利要求中，术语例如“固化的粘结剂”以及诸如此类是指热固性脲甲醛树脂，该脲甲醛树脂将一种纤维产物的纤维键合在一起。总体上，该键合发生在重叠纤维的交叉处。
形成一种无纺纤维毡，并且尤其是一种耐热纤维毡，例如一种玻璃纤维毡的方法，根据本发明，为了预期的应用，一般是从具有合适长度和直径的纤维开始，例如剁碎的玻璃束。当下文提到使用剁碎的玻璃束时，也可以使用其他纤维类型，例如矿物纤维、合成纤维，例如聚乙烯、聚丙烯、聚酯以及尼龙纤维，以及不同纤维类型的混合物，以及其他形式的纤维，例如连续的股。
总体上，具有约1/4英寸至5英寸(约6mm至约140mm)长度以及约3微米至25微米直径的纤维大多是用于无纺毡的应用中。可以将短和长纤维混合以便形成纤维缠结度增加的一个毡网。可能包含从约20到500、或更多的这种纤维的玻璃纤维束是从Owens-CorningFiberglass以及John8-Manville(Schuller)可商购的。
将这些纤维加入一种水性分散剂介质以便形成一种水性浆料，在本领域已知为“白水”。该白水典型地包含按重量计约0.5％的纤维。任何粘度改性剂或分散剂，包括过去常用的那些，可以用于本发明的操作中，包括羟乙基纤维素、乙氧基化胺类、聚丙烯基酰胺类、胺氧化物类以及诸如此类。此外，本发明不限于任何特性粘度改性剂。用于制造纤维分散体的粘度改性剂的量应该有效地提供将这些纤维悬浮在白水中所需要的粘度，该白水是操作形成该湿铺毡所使用的方法所需要的。总体上，该白水粘度是在1cps至20cps，优选1.5cps至8cps的范围内。然后，搅拌该纤维浆料以便形成具有合适稠度的纤维的一种可操作的、均匀的分散体。该粘度改性剂还可以包含本领域已知的其他常规添加剂。这些包括分散助剂、表面活性剂、润滑剂、消泡剂、杀虫剂以及诸如此类。
然后将该纤维/水分散体通过一个形成毡的机器，该形成毡的机器典型地包括一个形成毡的网屏。在到该网屏的路线上，经常将该分散体进一步用水稀释到一个较低的纤维浓度。这些纤维在该网屏上以一种湿纤维毡的形式收集，并且通过重力或，更经常地，以一种常规的方式由真空辅助装置除去过量的水。
然后，将通过用水稀释本发明的一种改性的热固性UF树脂组合物而制造的一种粘着性粘结剂配制品施加到该重力或真空辅助的脱水的湿纤维毡上。该粘结剂组合物的施加可以通过任何常规的手段完成，例如通过在一种过量的粘结剂溶液或悬浮液中浸湿该毡，或通过借助于一个粘结剂敷料器、尤其是通过使用一个降膜帘幕涂覆机用粘结剂涂覆该毡的表面。
用作该粘着性粘结剂配制品的主要组分的热固性脲甲醛(UF)树脂是由尿素和甲醛单体以及UF预冷凝物以本领域技术人员熟知的方式来制备。制造基础UF树脂的方法不包括在本发明的部分中。合适的树脂是可商购的并且有利地，可以将本发明应用到所有热固性UF树脂组合物上，这些热固性UF树脂组合物适合于制造用于生产纤维毡的粘结剂组合物。熟练的技术人员认为尿素和甲醛反应物是能以多种形式商购的。可以与其他反应物反应并且不引入对希望的反应以及反应产物有害的外来部分的任何形式可以在对本发明有用的脲甲醛树脂的制备中使用。
用于在制备根据本发明的一种粘着性粘结剂配制品中使用的热固性UF树脂的一种有用的种类在美国专利号5,362,842中披露，其披露内容通过引用结合在此。
本领域的那些技术人员还很好地了解，用于制造一种合适的热固性UF树脂的甲醛能以多种形式得到，聚甲醛(固体，聚合的甲醛)以及福尔马林溶液(甲醛的水溶液，有时带有少量的甲醇，以37％、44％或50％甲醛的浓度)是通常使用的形式。甲醛还能作为一种气体得到。这些形式中的任一种均合适用于在本发明的操作中制备一种热固性UF树脂。典型地，因为易于处理和使用，优选福尔马林溶液作为甲醛源。
类似地，尿素能以多种形式得到。固体尿素，如球粒，以及尿素溶液，典型地水溶液，是可商购的。另外，尿素可以与另外一个部分(moiety)结合，最典型地是甲醛以及脲甲醛加合物，经常是在水溶液中。任何形式的尿素或与甲醛结合的尿素均适合于用于本发明的操作。尿素球粒和结合的脲甲醛产物两者都是优选的，例如脲甲醛浓缩剂或UFC 85。这些类型的产物披露在例如美国专利号5,362,842以及5,389,716中，并且是技术人员所熟知的。
可以使用任一种使主要的尿素和甲醛组分反应以形成一种水性热固性UF树脂组合物的宽泛种类的过程，例如单体的分级加入、催化剂的分级加入、pH的控制、胺的改性以及诸如此类。本发明不应限于用于制造纤维毡的一个有限种类的UF树脂。总体上，尿素和甲醛是以甲醛比尿素在约1.1∶1至4∶1的范围内的摩尔比进行反应，并且更经常地是F∶U在约2.1∶1至3.2∶1之间的摩尔比进行反应。总体上，该UF树脂如果不是水溶性的，则它是用水可高度稀释的。
可以用于本发明的操作中的多种热固性脲甲醛树脂组合物是可商购的。也可以使用脲甲醛树脂，例如由Georgia Pacific Resins，Inc.所售的用于玻璃纤维毡应用的类型(可得到的如GP-2928、GP-2948、GP-2981以及GP-2997)，由Borden Chemical Co.，以及由Dynea所售的那些。这些树脂是根据先前传授的内容制备并且包含反应性的羟甲基基团，这些羟甲基基团在固化时形成亚甲基或醚的连接。这种含羟甲基的加合物可以包含N，N′-二羟甲基、二羟基羟甲基亚乙基；N，N′二(甲氧基甲基)、N，N′-二羟甲基亚丙基；5，5-二甲基-N，N′二羟甲基亚乙基；N，N′-二羟甲基亚乙基；以及诸如此类。
总体上，在本发明的操作中有用的热固性脲甲醛树脂包含按重量计45％至75％，并且优选地按重量计50％至65％的不挥发物(经常被简称为固态物)，总体上具有约100cp s至300cps的粘度(在根据本发明进行改性之前)，通常呈现7.0至9.0的pH，优选约7.5至8.5，并且经常具有不大于约3.0％，经常小于1％的游离甲醛水平以及1∶1至100∶1，优选5∶1及以上的水可稀释度。
用于制造该UF树脂的这些反应物也可以包括少量的树脂改性剂，例如铵类、烷醇胺类或聚胺类，例如一种烷基伯二胺，例如乙二胺(EDA)。附加的改性剂，例如三聚氰胺、亚乙基脲类以及伯、仲和叔胺类，例如双氰胺，也可以结合入在本发明中使用的UF树脂。在该反应混合物中的这些改性剂的浓度经常从该UF树脂固态物的按重量计0.05％至15.0％变化。这些类型的改性剂促进水解抵抗力、聚合物柔性以及在固化的树脂中的较低的甲醛排出。为了清除甲醛或作为一种稀释剂，还可以使用其他尿素加入物。
根据本发明，该热固性UF树脂是通过加入一种增稠剂进行改性。该增稠剂以一个增强流变学特性的量加入到该热固性UF树脂中。如此处所使用，短语“增强流变学特性的量”旨在包括使该热固性脲甲醛树脂的粘度增加至少约5％的增稠剂的量。优选地通过加入该增稠剂使粘度增加10％并且最优选使粘度增加至少15％。
如以上所指出，本发明是基于以下发现：通过向一种常规热固性UF树脂组合物添加此增强流变学特性的量的一种增稠剂，其中该树脂然后用于制造用于一种无纺纤维毡的一种粘着性粘结剂配制品，当用于生产湿铺无纺毡时，照此制备的粘着性粘结剂配制品的加工性能显著地改进。特别的，照此改性的热固性UF树脂，随后用水稀释并且加入其他常规的粘结剂添加剂，产生具有改进的流变学性质的一种粘着性粘结剂配制品，使得该粘结剂更均匀地施加至一种无纺纤维毡，特别地当通过使用一个降膜帘幕涂覆敷料机施加时，并且尤其是在对常规毡生产操作常见的高机器速度时。确实，在使用经本发明的改性的UF树脂组合物配制的并且用一种帘幕涂覆机施加的一种粘着性粘结剂的试验中，在超过每秒10英尺的机器速度下已经观察到在该纤维毡上的一个更均匀的粘结剂涂层。
在本发明的背景下，增稠剂是聚合物型的材料，这些聚合物型的材料至少部分是水溶性的并且当将它们加入一种热固性UF树脂组合物中时，增加了该树脂的粘度而未实质性地改变其他的树脂特性。这类增稠剂的代表物是多糖类，例如黄原胶、瓜尔胶、改性淀粉以及诸如此类；中和的聚丙烯酸，例如聚丙烯酸钠，一种纤维素衍生物，例如羧甲基纤维素以及羟乙基纤维素(以及它们的可溶盐类)，聚丙烯酰胺类，以及聚乙烯醇类。总体上，该增稠剂具有至少约100,000以及总体上低于约2,000,000的重均分子量，更通常的是该增稠剂具有至少约200,000并且总体上低于约1,000,000的重均分子量。
通常，将该增稠剂加入该热固性UF树脂组合物之中(其中该树脂组合物具有按重量计45％至75％，并且优选按重量计50％至65％的不挥发物(通常被称为固态物)的含量)，其量值为按该UF树脂不挥发物含量(即，在每种固态物基础上的一种固态物)的重量计约为0.005％至0.3％，并且更通常地其量值按该UF树脂不挥发物含量的重量计约为0.01％至0.2％。如此处所使用，一种组合物的固态物含量是通过测量在约105℃将少量(例如1克-5克)组合物样品加热约3h时的重量损失来确定。
为制备该改性的UF树脂组合物，通常以希望的量并且在环境条件下，将该增稠剂简单地加入一种先前制备的水性热固性UF树脂组合物中。替代地，还有可能在该UF树脂组合物制备的时间段的过程中的某一点将该增稠剂包括进该反应混合物中，例如在羟甲基化步骤的过程中，在该UF合成的缩合部分或稍后采取步骤以减少游离甲醛的过程中。该水性的、照此改性的UF树脂，在不挥发物(固态物)含量为按重量计45％至70％时，典型地具有在150cps至450cps范围内的Brookfield粘度。如本领域的那些技术人员所已知，当用来制备用于制造纤维毡的一种粘着性粘结剂时，该热固性UF树脂在使用之前典型地是用水稀释，经常是到大致5％至35％的固态物(按重量计)并且更通常到20％至30％的固态物(按重量计)。
为了保证该照此改性的热固性UF树脂组合物在该UF树脂用于粘着性粘结剂配制品时具有合适的储藏稳定性以及适当的性能，希望的是将该水性粘结剂配制品的pH调整到约6至9、并且更优选约7和8.5之间的范围内的一个pH。太低的一个pH可能引起该UF树脂的过早固化以及两种组分的不相容性；而太高的一个pH可能在该组合物使用时延迟加热时它的固化。
该粘着性粘结剂配制品也可以包含多种其他已知的添加剂，例如为增强耐火性的一种二氧化硅胶体、消泡剂、杀虫剂、颜料以及诸如此类，它们通常相对于该改性的UF树脂组合物为很小的比例。如以上所指出，随后的该UF树脂的合成以及作为本发明的粘结剂组合物的配制品的一部分，还通常向该树脂组合物回加额外的尿素。可以使用任何形式的尿素，包括UF浓缩物。也预期有其他已知的辅助剂，例如美国5,914,365的苯乙烯-马来酸酐(SMA)共聚物、美国5,518,586的不溶于水的阴离子磷酸酯以及一种脂肪醇，美国专利号5,851,933的自身交联的乙烯基丙烯酸/聚乙酸乙烯酯共聚物以及补充有美国6,544,911的一种聚硅氧烷的苯乙烯/丙烯酸酯/丙烯腈聚合物改性剂，所有这些通过引用结合在此，也可以加入来制造该粘着性粘结剂配制品而具有改进的结果。
施加到该无纺毡的粘着性粘结剂配制品的量也可以在本发明的宽泛的操作中相当大的变化，但会发现，基于该键合的毡的干重，按重量计在约3％到约45％的范围内，优选按重量计约10％到约40％，并且更通常的是按重量计约15％到约30％的不挥发粘结剂固态物的负载在制备用于和结构相关的应用中的薄毡时是有利的。对于无机纤维毡，该值通常是可以通过测量该无纺纤维毡产物的灼烧失量(LOI)百分比来确定。对其他纤维材料评估该粘着性粘结剂负载的方法对技术人员是显而易见的。
如在前面所表明，使用本发明的改性的UF树脂制造的粘着性粘结剂配制品可以与种类宽泛的纤维中的任一种使用，这些纤维能以任何合适的方式形成毡。这些纤维可以是有机或无机的，优选使用无机纤维。无机纤维包括，但不限于，玻璃纤维、矿物纤维、陶瓷纤维、石墨纤维、金属纤维以及金属涂覆的玻璃或石墨纤维。还可以使用石棉纤维，但由于健康的原因通常是不希望的。有机纤维包括，但不限于，丙烯酸纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚酯纤维、纤维素纤维，以及聚烯烃纤维。总体上优选的是无机纤维并且尤其是玻璃纤维。
该粘着性粘结剂配制品在低于该UF树脂的分解温度的提高的温度下凝固或固化。正常地，该粘着性粘结剂的凝固或固化可以在从约135℃到约300℃，优选从约135℃到约275℃的温度下发生。在这些温度下，该粘结剂将典型地在从约2秒至约60秒范围的时间内干燥并且固化。尽管该粘结剂在更高的温度下可以更快地固化，但过高的温度可能引起该粘结剂或该毡的纤维的退化，这进而又引起该键合的毡的物理以及官能特性的退化。当然，如果希望的话，也可以使用更低的温度和/或更长的时间。
总体上，该最终处理后的纤维毡产物包含按重量计约55％和97％之间的纤维(通常是玻璃纤维)，以及按重量计约3％和45％之间的固化的粘结剂，最正常的是15％-30％的粘结剂。该无纺毡典型地具有每100平方英尺1.5磅至2.5磅的基础重量以及在5密耳和50密耳之间的厚度。
本发明的照此改性的UF树脂粘结剂也可以在生产纤维玻璃绝缘体中应用。
纤维玻璃绝缘体典型地是通过将该树脂粘结剂的一个稀释的水溶液喷涂到一个移动的毡上或无纺玻璃纤维的毯上而制成，刚形成时是经常是热的，并且然后在一个烘箱中将该毡或毯加热到一个提高的温度以便固化该树脂。
在本发明的宽泛的操作中，纤维产物可以作为一个相对薄的产物形成，例如具有约10密耳至50密耳的厚度的一个毡；或它们可以作为一个相对厚的产物形成，例如12英寸至14英寸或更多的一个毯。对于任何具体的纤维产物，固化的时间和温度将部分取决于在最终结构中粘结剂的量以及形成的结构的厚度和密度，并且可以由本领域中熟练的技术人员仅使用常规试验即可确定。对于具有从10密耳到1.5英寸范围的厚度的一种结构来说，在175℃至300℃的范围内的固化温度下，从几秒至1-5分钟范围的固化时间通常将是足够的。
以下实例旨在仅为说明性的而不限制所要求保护的本发明的范围。
实例1
在此实例中，通过将0.15份的可从Hercules，Inc.得到的3794水溶性聚合物悬浮液(
Figure G2007800369616D00152
3794Water SolublePolymer Suspension)作为一种增稠剂加入到99.85份的一种按重量计57％的固态物UF树脂(可从Georgia-Pacific Resins，Inc.以491G56得到)来制备一种改性的热固性UF树脂。将该增稠剂以四(4)等份加入，同时搅拌该UF树脂并且保持在约20℃的温度。所加入的增稠剂使该树脂的粘度增加了至少25％。
实例2
当分别将按重量计0.02％和0.05％(基于UF树脂固态物)的Paragum 289聚丙烯酸钠固态物(以按重量计8.7％的水溶液供给，具有1100cps的粘度)加入该树脂时，具有185cps的初始粘度的一种UF树脂的粘度被增加至201cps(样品A)以及220cps(样品B)。将该树脂/增稠剂混合物使用DI水稀释至约18％的固态物并且用作一种粘结剂组合物，以用于一个实验室规模的手抄纸研究。
将稀释的树脂/增稠剂混合物施加到玻璃纤维的一种无纺毡上，这是通过将该粘结剂喷洒到一个玻璃毡上，该玻璃毡是由本行业典型使用的、分散在包含一种聚丙烯酰胺的水中的玻璃纤维(例如，JM1371英寸纤维)形成，从这些玻璃纤维中真空处理掉过量的粘结剂并且然后在维持在250℃的一个烘箱内固化该薄片一段时间(如下表中所表明)以便生产具有等量百分比的灼烧失重(％LOI)的毡。
一种对照粘结剂也是通过用DI水等量地稀释相同的UF树脂来制备并且被用于制备对照样品。
对于每种树脂组合物，至少制造三个11″x11″手抄纸样品(近似地相同的基础重量(BW))、将它们固化并且测试干拉伸强度、热/湿(HW)拉伸强度(两者都使用QC1000拉伸测试器-Thwing-Albert测量)以及撕裂强度(使用Elmendorf撕裂测试器-Thwing-Albert测量)。
使用这些粘结剂组合物制备的毡的干拉伸强度是通过使用QC-1000材料测试器(来自Thwing Albert Instrument Co.)，使由以下概述的方式制备的3英寸乘以5英寸的手抄纸样品经受断裂来测量。
然后，使用这些粘结剂组合物制备的毡的热/湿拉伸强度通过将这些手抄纸在185°F(85℃)的水中浸湿10分钟来测量。然后，使这些手抄纸的样品(3英寸乘以5英寸)在该相同的拉伸测试器(QC-1000材料测试器，来自Thwing Albert Instrument Co.)上经受断裂，同时它们仍是热的和湿的。
平均结果在下表中给出。表1
 样品   BW，1bs/100ft2   ％LOI   粘结剂固化时间(分钟)250℃   平均干拉伸(N/3英寸)   平均HW拉伸(N/3英寸)   撕裂，gf   ％停留(HW/干)
 Control对照   1.82   20.2   1.5   429   258   587   60.1
 A   1.85   19.5   2.0   426(-3)   246   766(+179)   57.7
 B   1.86   20.7   1.5   492(+63)   301   701(+114)   61.1
95％的置信区间，对于拉伸为62N并且撕裂为146gf。
如所示出的，这些增稠的样品呈现出改进的撕裂强度以及等效的或改进的拉伸强度。
实例3
通过将不同量的CMC作为一种增稠剂加入到一种标准UF树脂中并且然后在DMA分析之前将这些不同混合物的每一种稀释至50％固态物来制备树脂混合物。在DMA分析中，受测试的每一种样品利用了相应混合物中每一种的一个等效的量。
该DMA分析在一台TA仪器2980动态机械分析器上用一种双悬臂夹紧系统进行。该操作要求使用叠加并且夹紧入该装置的三个(3)夹具(其中这些夹具的螺杆拧紧到10牛顿)的一种纤维玻璃辫的四个(4)辫。使用一个注射管将0.3mL的树脂或粘结剂递送到该纤维玻璃辫，其中0.15mL加入夹具1和2之间，并且0.15mL加入夹具2和3之间。该样品尺寸设定为20mm的长度，16.15mm的宽度，以及1.2mm的高度。该仪器设定到20mm的振幅以及20Hz的频率。该样品以每分钟10℃加热到300℃同时记录储能模量以及损耗模量对比温度。这些测试结果报告在下表中。表2
  树脂混合物   固化开始(℃)   固化结束(℃)
  UF树脂+0.08％CMC   157   212
  UF树脂+0.14％CMC   147   210
  UF树脂+0.20％CMC   150   200
因为这些样品中的每一个实质上是相同的，渐减的固化结束温度表示随着附加的增稠剂的加入的一个渐增的固化速率。
虽然本发明已经通过引用某些优选的实施方案进行描述并且就其进行了例证，本领域的熟练的技术人员应理解到无需偏脱离本发明的精神即可以进行不同的变化、替换、改更以及省略。相应地，在此旨在使本发明的范围仅受限于以下权利要求。除非另有确切的说明，所有百分数均是基于UF树脂固态物。贯穿本说明书并且在权利要求书中，术语“约”旨在包括+或-5％。

Claims (22)

1.一种具有按重量计45％至75％的不挥发物含量的热固性脲甲醛树脂组合物，所述树脂组合物包含一种增稠剂，该增稠剂选自多糖类；羧甲基纤维素；羟乙基纤维素；中和的聚丙烯酸类；聚丙烯酰胺类；聚乙烯醇类以及它们的混合物，其中该增稠剂以按重量计0.005％到0.3％的脲甲醛树脂固态物的量存在于该树脂组合物中。
2.权利要求1所述的热固性脲甲醛树脂组合物，其中该增稠剂以按重量计0.01％到0.2％的脲甲醛树脂固态物的量存在于该树脂组合物中。
3.权利要求1所述的热固性脲甲醛树脂组合物，其中该增稠剂是选自下组，其构成为：多糖类；中和的聚丙烯酸类；聚丙烯酰胺类；聚乙烯醇类以及它们的混合物。
4.权利要求1所述的热固性脲甲醛树脂组合物，其中存在该多糖，并且是选自下组，其构成为：黄原胶、瓜尔胶、改性淀粉类以及它们的混合物。
5.权利要求1所述的热固性脲甲醛树脂组合物，其中存在该中和的聚丙烯酸，并且是聚丙烯酸钠。
6.权利要求1所述的热固性脲甲醛树脂组合物，其中存在所述纤维素类增稠剂，并且是羧甲基纤维素。
7.权利要求1所述的热固性脲甲醛树脂组合物，其中所述增稠剂选自聚丙烯酰胺；聚乙烯醇和它们的混合物。
8.权利要求1所述的热固性脲甲醛树脂组合物，其中所述增稠剂包括聚丙烯酰胺。
9.权利要求1所述的热固性脲甲醛树脂组合物，其中所述增稠剂包括聚乙烯醇。
10.用于制造无纺纤维毡的一种方法，该方法包括(a)形成纤维的一种水性分散体；(b)将该分散体通过一种形成毡的网屏以便形成一种湿无纺毡；并且(c)将一种粘着性粘结剂配制品施加到该湿无纺毡上，该粘着性粘结剂配制品是通过用水稀释权利要求1所述的热固性脲甲醛组合物所制备的。
11.权利要求10所述的方法，其中该热固性脲甲醛组合物是权利要求2所述的组合物。
12.权利要求10所述的方法，其中该热固性脲甲醛组合物是权利要求3所述的组合物。
13.权利要求10所述的方法，其中该热固性脲甲醛组合物是权利要求4所述的组合物。
14.权利要求10所述的方法，其中该热固性脲甲醛组合物是权利要求5所述的组合物。
15.权利要求10所述的方法，其中该热固性脲甲醛组合物是权利要求6所述的组合物。
16.权利要求10、12、13或15所述的方法，其中将该热固性脲甲醛组合物稀释到按重量计5％至35％的一个固态物含量。
17.权利要求16所述的方法，其中该粘着性粘结剂配制品是用一个帘幕涂覆机以至少每秒10英尺的一个毡速度施加到该湿无纺毡上。
18.权利要求16所述的方法，其中该粘着性粘结剂配制品包含一种粘结剂改性剂，该粘结剂改性剂是选自下组，其构成为：一种苯乙烯-马来酸酐共聚物；一种不溶于水的阴离子磷酸酯和一种脂肪醇；以及一种苯乙烯/丙烯酸酯/丙烯腈聚合物，任选地补充有一种聚硅氧烷。
19.根据权利要求10、12、13或15所述的方法制造的一种纤维毡。
20.根据权利要求16所述的方法制造的一种纤维毡。
21.根据权利要求17所述的方法制造的一种纤维毡。
22.根据权利要求18所述的方法制造的一种纤维毡。
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