CN102190843B - 用于矿物纤维的粘结剂及用其处理的矿物纤维垫 - Google Patents

Abstract

用包含100重量份具有羟基的水溶性聚合物和(B)5-25重量份硼化合物的粘结剂处理矿物纤维。用粘结剂处理的矿物纤维垫具有与用酚醛树脂基粘结剂处理相当的恢复率和表面强度，而且来自其中的挥发性有机化合物的释放被最小化。

Description

用于矿物纤维的粘结剂及用其处理的矿物纤维垫

技术领域

本发明涉及用于矿物纤维的粘结剂及用其处理的矿物纤维垫。更具体地，本发明涉及适合于处理在建筑中用作隔热和隔音材料的矿物纤维垫的粘结剂，所述矿物纤维垫具有以下优点：挥发性有机化合物的最小化释放、足够的厚度和良好的恢复。

背景技术

例如玻璃棉和岩棉的矿物纤维的垫广泛地用作工业建筑和房子中的隔热和隔音材料。矿物纤维垫通常通过用主要由水溶性的酚醛树脂组成的粘结剂处理矿物纤维来制造，所述粘结剂用于将它们粘结在一起并成型为垫状，如JP-AS58-070760中所公开。

然而，对于基于水溶性酚醛树脂的粘结剂，通常用甲醛作为交联剂。这产生了问题：当粘结剂热固化时，未反应的甲醛保留在矿物纤维垫中。另一个问题是即使固化后，粘结剂经历水解和缩合反应而产生甲醛。在制造后，甲醛将从矿物纤维垫的上面和侧面释放。

像甲醛这样的挥发性有机化合物在空气中在常温和大气压力下容易挥发。最近，挥发性有机化合物对房间空气的污染得到广泛承认，以及部分地由挥发性有机化合物引起的健康威胁例如病态建筑综合症受到警示。法律上规定了甲醛从建筑材料的受限释放。为了将甲醛和其它有机化合物从建筑材料的释放最小化，认为将它们的含量最小化是有效的。

既然从矿物纤维垫释放的挥发性有机化合物主要是粘结剂中含有的甲醛，为了解决上述问题，粘结剂组成必须转变为无甲醛的组成。然而，由于用酚醛树脂基粘结剂处理的常规矿物纤维垫具有许多优点，包括便宜的原材料以及优异的恢复和表面强度，无甲醛组成的粘结剂应该确保同等的性能，这是困难的任务。

为了解决上述问题，JP-A 2005-299013公开了一种基于丙烯酸类树脂基乳液的粘结剂，以及JP-A 2006-089906公开了一种基于具有官能团例如羧基的乙烯基共聚物的粘结剂。然而，使用这些粘结剂制备的矿物纤维垫与用水溶性酚醛树脂基粘结剂处理的常规矿物纤维垫相比具有差的恢复和表面强度。

引用列表

专利文献1：JP-A S58-070760

专利文献2：JP-A 2005-299013

专利文献3：JP-A 2006-089906

发明内容

本发明的目的是提供用于矿物纤维的粘结剂，其使得制造具有足够厚度、良好的恢复和挥发性有机化合物的最小化释放的矿物纤维垫成为可能。另一目标是提供用该粘结剂处理的矿物纤维垫。

本发明人发现，当矿物纤维垫用包含具有羟基的水溶性聚合物和硼化合物的粘结剂处理时，该粘结剂对于赋予垫以相当于用酚醛树脂基粘结剂处理的矿物纤维垫的恢复率和表面强度、以及对于将挥发性有机化合物的释放最小化是有效的。

一方面，本发明提供用于矿物纤维的粘结剂，包含

(A)100重量份具有羟基的水溶性聚合物，和

(B)至少5重量份硼化合物。

水溶性聚合物(A)典型地为聚乙烯醇。水溶性聚合物(A)优选具有500至3,500的聚合度。

最经常地，粘结剂被应用于玻璃棉或岩棉形式的矿物纤维。

本发明的另一实施方案是包含用本文限定的粘结剂处理的矿物纤维的矿物纤维垫。

发明的有益效果

本发明的粘结剂确保经过粘结剂处理了的矿物纤维垫显示与用酚醛树脂基粘结剂的处理而得到的矿物纤维垫相当的恢复率和表面强度。挥发性有机化合物从该矿物纤维垫的释放被最小化。

附图说明

图1示意地说明使用根据本发明的一个实施方案的粘结剂来制造矿物纤维垫的工艺。

图2示意地说明将粘结剂应用于矿物纤维的步骤。

具体实施方式

简单来说，粘结剂限定为包含(A)具有羟基的水溶性聚合物和(B)硼化合物。

组分(A)是具有羟基的水溶性聚合物(或高分子量化合物)，其为粘结剂的主要组分。聚合物(A)的优选的例子包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素和淀粉，但不限于此。其中，聚乙烯醇是最优选的。

水溶性聚合物(A)优选具有500至3,500范围、更优选1,500至3,000范围的聚合度。如果聚合度小于500，得到的矿物纤维垫可能复原性较差或另外有缺陷。如果聚合度大于3,500，粘结剂可能凝胶化。需要注意的是，所述聚合度通过相对聚苯乙烯标准物的凝胶浸透色谱(GPC)作为重均聚合度而确定的。合适的水溶性聚合物是可商业获得的。

组分(B)是充当交联剂的硼化合物。硼化合物(B)的例子包括硼砂、硼酸和硼酸络合物，但不限于此。硼化合物(B)以每100重量份水溶性聚合物(A)至少5重量份、优选5至25重量份、更优选5至20重量份的量存在。小于5份的硼化合物可能导致例如交联不足的缺陷。超过25份的硼化合物的存在对于水溶性聚合物(A)的互溶性和性能不会引起问题，但不会取得进一步的性能改善且增加成本。合适的硼化合物是可商业获得的。

除具有羟基的水溶性聚合物(A)和硼化合物(B)以外，如果需要，还可以将任何添加剂添加到本发明的粘结剂中。合适的添加剂包括硅烷偶联剂、防水剂、pH调节剂、和着色剂。添加剂可以以任何需要的量加入，只要本发明的益处不被削弱。

使用时，优选将粘结剂溶于水以形成适合于矿物纤维的处理的粘结剂水溶液。粘结剂水溶液优选具有通过旋转粘度计在25℃下测得的1-100mPa·s、更优选1-50mPa·s的粘度。如果粘度大于100mPa·s，当将溶液喷涂用于处理时，粘结剂可能不有效分散，不能获得所期望的本发明的效果。

另外，粘结剂水溶液优选pH为6至12，更优选pH为7至10。在该范围外的pH值时，交联能力可能变得不足。

粘结剂可应用于多种矿物纤维。当粘结剂被应用于玻璃棉和岩棉时得到更好的结果。

通过用粘结剂处理矿物纤维来制造矿物纤维垫。在矿物纤维垫中使用的矿物纤维的优选例子包括玻璃棉和岩棉，但不限于此。

矿物纤维通过现有技术熟知的成纤方法、例如离心(centrifugal)和吹制(blow-off)来制备。矿物纤维垫可具有普通隔热和隔音材料中常见的密度，优选最高达到40kg/m³，且更优选最高达到30kg/m³。

粘结剂优选以基于矿物纤维的重量的以固体计2至6wt％、更优选3至5wt％的量使用。小于2wt％的粘结剂可引起例如形成较低复原性的矿物纤维垫的问题。大于6wt％的粘结剂可引起例如形成硬的破裂矿物纤维垫的问题。

参照图1和2，说明使用本发明的粘结剂制造矿物纤维垫的示例性工艺。图1示意地说明使用根据本发明的一个实施方案的粘结剂制造矿物纤维垫的工艺。图2示意地说明将粘结剂应用到矿物纤维的步骤。该体系包括成纤单元1，粘结剂涂布机2，包括第一、第二、第三和第四传送器41、42、43和44的传送器线路，以及成型炉6。

工艺起始于通过纺丝机1将矿物纤维例如玻璃棉进行纺丝的成纤步骤。通过纺丝机1的纤维形成不受特别限定，且可通过任何现有技术的熟知的纤维化技术例如离心和吹制来进行。可根据要制造的矿物纤维垫7的所期望的密度、厚度和宽度来安装多个纺丝机1。

下一个步骤是将粘结剂从粘结剂涂布器2施涂于从成纤单元1纺丝的矿物纤维3，如图2所示。可通过任何现有技术的熟知的施涂技术进行粘结剂施涂。在使用上述的粘结剂水溶液的一个实施方案中，其可通过喷雾来施涂。将溶液垂直地或倾斜地从喷嘴2喷到飞行的纤维以便粘结剂可沉积在主要为纤维和其它部分的交叉或缠结上。

由于第一传送器41设置在成纤单元1和喷嘴2之下，具有在其上沉积的未固化的粘结剂的矿物纤维3落在传送器41上。传送器41优选为连接吸入单元的穿孔的传送器，以便使纤维作为均匀层存在。

注意，沉积的粘结剂的量由热损失法或燃烧损失(LOI)法来确定。具体地，沉积的粘结剂的量指得是在约550℃下对具有在其上沉积的粘结剂的矿物纤维垫的干燥试样加热后所确定的重量损失。

将施用有粘结剂的矿物纤维3沉积在第一传送器41上以形成沉积物或网，所述沉积物或网被连续携带至与第一传送器41串联布置的第二传送器42。当矿物纤维3的沉积物被携带向前时，其在第二传送器42和与第二传送器42相对的上部传送器5之间以预定的间距被压缩至预定的厚度，且同时进入设置为围绕上部和下部传送器5和42的成型炉6。

在成型炉6中，矿物纤维3上的粘结剂被加热固化，且矿物纤维的沉积物被成型为具有预定厚度的矿物纤维垫7。加工条件可以合适地确定，因为它们随着线长等变化很大。例如加热温度优选在150至300℃、更优选180至250℃的范围。加热温度低于150℃时可能水分不能从矿物纤维垫7完全蒸发，而粘结剂在加热温度高于300℃时可能碳化。加热时间优选30至120秒，更优选45-90秒。加热时间小于30秒可能水分不能从矿物纤维垫7完全蒸发，而粘结剂在加热时间超过120秒时可能碳化。由此成型的该长度的矿物纤维垫7被送到第三传送器43，其中该长度的垫通过被设置在第三传送器43上的刀具8被切断成预定尺寸的垫。然后矿物纤维垫7通过第四传送器44被携带至站点(未示出)，在此它们被包裹或包装。

使用本发明的粘结剂制造的矿物纤维垫具有与使用酚醛树脂基粘结剂制造的矿物纤维垫的恢复率、热性能和表面强度相当的恢复率、热性能和表面强度。另外，挥发性有机化合物从该垫释放被最小化。

甲醛排放由JIS排放标准阐明，例如甲醛排放速率根据JIS-A9504分为F**至F****的三个级别。

F****等级是最好的。使用本发明的粘结剂制造的矿物纤维垫当通过JIS A1901的箱式法(chamber method)测试时给出F****等级。

矿物纤维垫恢复率定义为当通过应用外力将垫压缩和除去外力后使得恢复时恢复后的垫厚度与压缩前的垫厚度的比率。为了增加储存和运输效率，有时做法是将一定量的矿物纤维垫堆叠，将该堆叠压缩和将其以紧凑形式包装。如果打开包装后取出的垫不能恢复它们在压缩之前的厚度，即，如果垫的恢复率低，则垫不能最大程度地发挥隔热和隔音的功能.

实施例

以下通过例示给出本发明的实施例，但不限于此。本文中，所有的份以重量计。

实施例1至4

通过在去离子水中溶解100份的如表1所示的聚乙烯醇和10份的硼砂至1.5wt％的浓度来制备粘结剂水溶液。提供玻璃棉作为矿物纤维并通过向其喷涂粘结剂水溶液以及在220℃加热60秒以进行干燥来处理。如此制造矿物纤维垫。将用于处理矿物纤维的粘结剂的量进行调节以使沉积在矿物纤维上的粘结剂的量是4wt％，基于被处理的矿物纤维垫的重量以固体计。

实施例5至8

通过与实施例1同样的程序制备粘结剂水溶液，除了硼砂的量改为5、20、25和35份。类似地制造矿物纤维垫。

比较例1

通过与实施例1同样的程序制备粘结剂水溶液，除了使用水溶性的酚醛树脂Shonol BRL-1015(Showa Denko K.K.)代替聚乙烯醇。类似地制造矿物纤维垫。

比较例2和3

通过与实施例1同样的程序制备粘结剂水溶液，除了硼砂的量被改为0和3份。类似地制造矿物纤维垫。

比较例4和5

通过与实施例1同样的程序制备粘结剂水溶液，除了使用CarbodiliteV-02(碳化二亚胺交联剂，Nisshinbo Chemical Inc.)和Meikanate TP-120(异氰酸酯交联剂，Meisei Chemical Works，Ltd.)代替硼砂。类似地制造矿物纤维垫。

[测试]

测量实施例1至8和比校例1-5的恢复率和甲醛排放速率。

矿物纤维垫的恢复

一旦矿物纤维垫被包装，10cm×10cm的垫试样从包装中取出。将其在20kg的负载下放置1小时，其后使其恢复。测量负载后的垫厚度dx。根据方程计算出恢复率：

R＝(dx/d)×100

其中R是恢复率(％)，dx是恢复后的垫厚度(mm)，以及d是测试之前的垫的标称厚度(mm)。报告了5个试样的平均值，结果示于表1中。

甲醛排放速率

根据JIS A1901测量甲醛排放速率。从包装中取出矿物纤维垫并且切成具有440cm²表面积的块，其用作测量甲醛排放速率的试样。测量参数包括7天的测试周期，具有20L体积的箱，28℃的温度，50％的相对湿度，和每2小时通风。为了取样，使用2，4-二硝基苯基肼(DNPH)-二氧化硅短体(short body)(WatersCorp)，连同10L的收集体积和167mL/min的收集流量。结果也示于表1中。

表1

1)JC-25：聚乙烯醇(皂化度98.5，聚合度2,500，日本Vam & Poval Co.，Ltd.)

2)JF-05：聚乙烯醇(皂化度98.5，聚合度500，日本Vam & Poval Co.，Ltd.)

3)JM-17：聚乙烯醇(皂化度96.0，聚合度1,700，日本Vam & Poval Co.，Ltd.)

4)JP-24：聚乙烯醇(皂化度，88.0，聚合度2,400，日本Vam & Poval Co.，Ltd.)

5)可从Matsuba Chemical K.K.得到。

Claims (9)

1.用于玻璃棉或岩棉形式的矿物纤维的粘结剂水溶液，

所述粘结剂水溶液通过将粘结剂溶解于水中而制备，且在25℃和6-12的pH下具有1-100mPa·s的粘度，

所述粘结剂包含

(A)100重量份具有500至3,500的聚合度的聚乙烯醇、和

(B)5至25重量份硼化合物，该硼化合物选自硼砂、硼酸和硼酸络合物。

2.矿物纤维，其被权利要求1的粘结剂水溶液处理了。

3.权利要求2的处理了的矿物纤维，其中以基于矿物纤维的重量的以固体计2至6wt％的量使用粘结剂。

4.矿物纤维垫，包含用权利要求1的粘结剂水溶液处理了的矿物纤维。

5.权利要求4的矿物纤维垫，其具有最高达到40kg/m³的密度。

6.权利要求4的矿物纤维垫，其中以基于矿物纤维的重量的以固体计2至6wt％的量使用粘结剂。

7.制造矿物纤维垫的方法，包含

将矿物纤维通过纺丝机来进行纺丝；

将粘结剂水溶液喷雾到矿物纤维以使得以基于矿物纤维的重量的以固体计2至6wt％的量使用粘结剂，所述粘结剂水溶液是权利要求1所述的粘结剂水溶液；

将施用有粘结剂的矿物纤维沉积以形成沉积物并将矿物纤维的沉积物压缩；和

将粘结剂加热固化并将矿物纤维的沉积物成型为矿物纤维垫。

8.权利要求7的方法，其中所述矿物纤维通过离心或吹制法来制备。

9.权利要求7的方法，其中加热固化时的加热温度为150至300℃。