CN104136540A - 粘合剂组合物及其制造与使用方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种粘合剂组合物极其制造与使用方法。该粘合剂组合物可包括至少一种聚酰胺基胺预聚物和至少一种共聚物。该共聚物可包括一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元,和一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其结合物。该共聚物可通过与一种或更多种碱性化合物反应而改性。
Description
技术领域
本文描述的实施方案一般地涉及粘合剂组合物及其制造与使用方法。更特别地,这样的实施方案涉及用于制造复合产品的粘合剂组合物。
背景技术
复合产品,例如,玻璃纤维和木材制品,要求一定的性能,例如撕裂强度,固化时间,和内部粘结强度等。例如,当制造商业和工业玻璃纤维绝缘产品时遇到的重要的工艺变量是固化时间。可至少部分通过加热颗粒,例如玻璃纤维和/或木材颗粒,和粘合剂组合物的混合物来实现复合产品的固化。生产商业和工业玻璃纤维绝缘产品所使用的制造设备操作时的速度使得期望且常常需要减少固化粘合剂组合物所要求的时间到尽可能短。
当粘合剂组合物固化时,存在可变的温度分布,其中产品的表面达到比产品中心或芯区域大的温度。正因为如此,固化复合产品所要求的时间至少部分取决于在产品的中心处充分固化粘合剂所要求的温度。因此,与205℃相比,在降低的温度下,例如在195℃下固化粘合剂组合物可更加容易地用于生产复合产品,例如商业和工业玻璃纤维绝缘产品,因为产品的芯不需要加热到一样高的温度。通过不一定加热产品的芯到一样高的温度,固化粘合剂所要求的时间可减少。
因此,需要具有降低的固化温度的改进的粘合剂组合物以供制造复合产品。
发明内容
提供粘合剂组合物及其制造与使用方法。该粘合剂组合物可包括至少一种聚酰胺基胺预聚物和至少一种共聚物。该共聚物可包括一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元,和一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其结合物。可通过与一种或更多种碱化合物反应来改性该共聚物。
制造复合产品的方法可包括接触多个基底与粘合剂组合物。该粘合剂组合物可包括至少一种聚酰胺基胺预聚物和至少一种共聚物。该共聚物可包括一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元,和一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其结合物。可通过与一种或更多种碱化合物反应来改性该共聚物。该方法也可包括至少部分固化粘合剂组合物,生产复合产品。
复合产品可包括多个基底和粘合剂组合物。该粘合剂组合物在固化之前可包括至少一种聚酰胺基胺预聚物和至少一种共聚物。该共聚物可包括一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元,和一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其结合物。可通过与一种或更多种碱化合物反应来改性该共聚物。
具体实施方式
粘合剂组合物可包括至少一种聚酰胺基胺预聚物和至少一种共聚物。该共聚物可包括一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元。该共聚物也可包括一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其结合物。该共聚物,聚酰胺基胺预聚物,和/或粘合剂组合物也可包括一种或更多种碱化合物。可通过与一种或更多种碱化合物反应来改性该共聚物。
令人惊奇地且预料不到地发现,结合至少一种聚酰胺基胺预聚物与至少一种共聚物可提供可用于在降低的固化温度下生产玻璃纤维基复合产品和/或木质纤维素基复合产品的粘合剂组合物,同时与采用对比粘合剂组合物制造的对比复合产品相比,维持相当或改进的物理性能,例如干燥拉伸强度和/或热-湿拉伸强度,其中该对比粘合剂组合物含有相同的共聚物,但不含聚酰胺基胺预聚物。
可使用含该共聚物和聚酰胺基胺预聚物的粘合剂组合物,生产玻璃纤维产品,例如,垫片或绝缘产品,其中在该产品的中心或芯处,粘合剂组合物达到范围为约150℃-约199℃的温度。例如,可使用本文讨论并描述的粘合剂组合物,生产玻璃纤维基复合产品和/或木质纤维素基复合产品,其中在产品的中心或芯处,粘合剂组合物达到范围为从低至约150℃,约155℃,约160℃,约165℃,或约170℃到高至约180℃,约185℃,约190℃,约195℃,或约199℃的温度。
正因为如此,生产含有本文讨论并描述的粘合剂组合物的玻璃纤维基复合产品和/或木质纤维素基复合产品所要求的固化温度可以比生产采用不含聚酰胺基胺预聚物的对比粘合剂组合物制造的对比玻璃纤维基复合产品和/或木质纤维素基复合产品所要求的固化温度低约1℃,约2℃,约5℃,约7℃,约10℃,约15℃,约18℃,约20℃,约23℃,约25℃,约28℃,约30℃,约33℃,约35℃,约38℃,约40℃,约43℃,约45℃,约47℃,或约50℃,同时维持与对比玻璃纤维产品相比,相当或改进的物理性能。在一个实例中,经范围为从低至约1秒,约5秒,约10秒,约15秒或约20秒到高至约30秒,约45秒,约60秒,约90秒,约120秒,约150秒,或约180秒的时间,复合产品的中心或芯在其固化过程中可被加热到范围从低至约150℃,约155℃,约160℃,或约165℃到高至约180℃,约185℃,约190℃,约195℃,或约199℃的温度,以生产复合产品。
在降低的固化温度下生产玻璃纤维基复合产品可显著降低充分固化粘合剂组合物所要求的总时间,以生产最终的复合玻璃纤维产品。另外,降低的固化温度对应于固化粘合剂组合物所要求的总时间下降,这允许生产较宽范围的复合玻璃纤维产品。通过降低充分固化含有聚酰胺基胺预聚物和该共聚物的粘合剂组合物所要求的温度,充分固化粘合剂组合物以生产与对比的玻璃纤维产品相比具有相当或改进的物理性能的复合产物所要求的时间可减少约1%,约5%,约7%,约10%,约13%,约15%,约18%,约20%,约23%,或约25%。由于可降低本文中讨论并描述的粘合剂组合物的固化温度,因此,可使用这种粘合剂组合物生产商业和工业绝缘产品以及要求减少的固化时间的其他产品,同时仍然维持可接受的物理产品性能。
该共聚物对聚酰胺基胺预聚物的重量比可宽泛地变化。例如,粘合剂组合物可包括约1wt%-约99wt%至少一种共聚物和相对地约99wt%-约1wt%至少一种聚酰胺基胺预聚物,基于至少一种共聚物和至少一种聚酰胺基胺预聚物的结合重量。在另一实例中,在粘合剂组合物内该共聚物的用量范围可以是从低至约5wt%,约10wt%,约15wt%,约20wt%,约25wt%约30wt%,约35wt%,约40wt%,或约45wt%到高至约60wt%,约65wt%,约70wt%,约75wt%,约80wt%,约85wt%,约90wt%,或约95wt%,基于该共聚物和聚酰胺基胺预聚物的结合重量。在另一实例中,聚酰胺基胺预聚物的用量范围可以是从低至约5wt%,约10wt%,约15wt%,约20wt%,约25wt%约30wt%,约35wt%,约40wt%,或约45wt%到高至约60wt%,约65wt%,约70wt%,约75wt%,约80wt%,约85wt%,约90wt%,或约95wt%,基于该共聚物和聚酰胺基胺预聚物的结合重量。在另一实例中,该共聚物可包括约20wt%-约50wt%聚酰胺基胺预聚物,或约25wt%-约45wt%聚酰胺基胺预聚物,或约30wt%-约40wt%聚酰胺基胺预聚物,基于该共聚物和聚酰胺基胺预聚物的结合重量。
可通过混合,共混或在其他情况下结合聚酰胺基胺预聚物与该共聚物来制备含至少一种聚酰胺基胺预聚物和至少一种共聚物的粘合剂组合物。共混或混合工序可在环境温度下或者在大于环境温度的温度,例如范围为从低至约20℃,约30℃,或约40℃到高至约90℃,约100℃,约110℃,或约125℃的温度下进行。共混或混合工序也可在真空下,在大气压下或者在比大气压大的压力,例如350kPa下进行。在一个实例中,聚酰胺基胺预聚物和该共聚物可在大气压下和在范围为约30℃-约100℃的温度下与彼此混合。可立即使用粘合剂组合物或者储存一段时间,且可用水稀释到适合于所需的施加方法的浓度。若储存一段时间,则可连续或周期性搅拌或搅动该粘合剂组合物。
可通过使一种或更多种聚酰胺-胺基和一种或更多种二元酸反应,生产聚酰胺基胺预聚物。一种或更多种聚酰胺-胺基可衍生于一种或更多种多亚烷基多胺。因此,可通过使一种或更多种多亚烷基多胺与一种或更多种二元酸反应来生产聚酰胺基胺预聚物。多亚烷基多胺可包括,但不限于,多亚乙基多胺,多亚丙基多胺,多亚丁基多胺和类似物。例举的多亚乙基多胺可包括,但不限于,二亚乙基三胺,三亚乙基四胺,四亚乙基五胺,双六亚甲基三胺,双-2-羟乙基亚乙基二胺,五亚乙基六胺,六亚乙基七胺,或其任何结合物。例举的多亚丙基多胺可包括,但不限于,甲基双(3-氨丙基)-胺,二亚丙基三胺,或其任何结合物。
二元酸可以是或者包括一种或更多种饱和脂族二元羧酸,一种或更多种芳族二元酸,一种或更多种脂环族二元酸,或其任何结合物。合适的饱和的脂族二元羧酸可包括约2-约12个碳原子,约3-约10个碳原子,或约4-约8个碳原子。例举的饱和的脂族二元羧酸可包括,但不限于,丙二酸,琥珀酸,戊二酸,己二酸,庚二酸,辛二酸,壬二酸,癸二酸,或其任何结合物。例举的芳族二元酸可包括,但不限于,邻苯二甲酸,间苯二甲酸,对苯二甲酸,或其任何结合物。例举的脂环族二元酸可包括,但不限于,环丁烷二羧酸,环戊烷二羧酸,环己烷二羧酸,其异构体,或其任何结合物。
可在足以使多亚烷基多胺中的伯胺基与二元酸基本上反应,但不足以引起多亚烷基多胺中的仲胺基与二元酸在显著的程度上反应的条件下,使二元酸与多亚烷基多胺反应,生产聚酰胺基胺预聚物。本文中所使用的措辞“使多亚烷基多胺中的伯胺基与二元酸基本上反应”是指至少90%多亚烷基多胺中的伯胺基与二元酸反应。本文中所使用的措辞“不足以引起多亚烷基多胺中的仲胺基与二元酸在显著的程度上反应”是指小于10%多亚烷基多胺中的仲胺基与二元酸反应。
二元酸和多亚烷基多胺的混合物可在范围从低至约70℃,约80℃,约90℃,约100℃,约110℃,约125℃,约145℃,或约160℃到高至约180℃,约200℃,约220℃,约250℃,或约250℃的温度下反应。例如,二元酸和多亚烷基多胺可在约140℃-约240℃,约150℃-约220℃,或约160℃-约200℃的温度下反应。二元酸和多亚烷基多胺的混合物可在范围为从真空,例如,约50kPa,大气压到大于大气压的压力,例如,约500kPa的压力下反应。当压力低于大气压时,该混合物的温度可朝向下限,例如,约75℃-约150℃。
多亚烷基多胺对二元酸的摩尔比的范围可以是从低至约0.8:1,约0.85:1,约0.9:1,或约0.95:1到高至约1.2:1,约1.25:1,约1.3:1,约1.35:1,或约1.4:1。例如,多亚烷基多胺对二元酸的摩尔比的范围可以是约0.8:1-约1.4:1,约0.8:1-约1.3:1,或约0.9:1-约1.2:1。反应时间可至少部分取决于混合物反应时的温度和压力。反应时间范围可以是从低至约0.5小时,约0.75小时,约1小时,或约1.5小时到高至约2小时,约4小时,约6小时,或约8小时。多亚烷基多胺和二元酸的缩聚反应可产生水作为副产物。可使用任何所需的方法,例如蒸馏除去在反应过程中产生的至少一部分水。例如,可除去在反应过程中生成的约1%,约3%,约5%,约10%,约15%,约20%,约25%或更多的水。在缩聚反应最后和在除去反应过程中生成的水之后,所得产物可以至少部分溶解在水中。例如,在缩聚反应最后和在除去反应过程中生成的水之后,可添加水到所得产物中,以提供浓度范围为从低至全部聚合物固体重量的约1%,约5%,约10%,约20%,约25%,约30%,约35%,或约40%到高至约45%,约50%,约55%,约60%,约65%,约70%,或约75%的聚酰胺基胺预聚物。在另一实例中,在缩聚反应最后和在除去反应过程中生成的水之后,可将所得产物溶解在水中,提供浓度为全部聚合物固体重量的约40%-约60%,约40%-约55%,约45%-约55%,或约45%-约50%的聚酰胺基胺预聚物。
聚酰胺基胺预聚物的重均分子量("Mw")(单位道尔顿)范围可以是从低至约700,约750,约800,约900,约1,000,约1,300,约1,500,约2,000,约3,000,约5,000,约7,000,约10,000,约20,000,约25,000,或约30,000到高至约70,000,约80,000,约90,000,或约100,000。例如,聚酰胺基胺预聚物的重均分子量范围可以是约20,000-约75,000,约25,000-约65,000,约30,000-约55,000,或约35,000-约45,000。在另一实例中,聚酰胺基胺预聚物的重均分子量范围可以是约700-约5,000,约1,000-约10,000,约750-约55,000,约1,000-约25,000,或约700-约70,000。可使用凝胶渗透色谱法("GPC"),也称为尺寸排阻色谱法(SEC),测量Mw。这一技术利用含有用多孔珠粒填充的柱子,洗脱溶剂,和检测仪的仪器,以便分离不同尺寸的聚合物分子,且是本领域技术人员熟知的。
如上所述,该共聚物可包括一个或更多个乙烯基芳烃衍生的单元。此外,如上所述,该共聚物也可包括一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其结合物。例举的不饱和羧酸可包括,但不限于,马来酸,乌头酸,衣康酸,丙烯酸,甲基丙烯酸,巴豆酸,异巴豆酸,柠康酸,富马酸,其聚合物,或其任何结合物。例举的不饱和羧酸酐可包括,但不限于,马来酸酐,乌头酸酐,衣康酸酐,丙烯酸酐,甲基丙烯酸酐,巴豆酸酐,异巴豆酸酐,柠康酸酐,其聚合物,或其任何结合物。
乙烯基芳烃衍生的单元可包括,但不限于,苯乙烯,α-甲基苯乙烯,乙烯基甲苯,或其任何结合物。例如,乙烯基芳烃衍生的单元可衍生于苯乙烯和/或其衍生物。在另一实例中,乙烯基芳烃衍生的单元可衍生于苯乙烯。在另一实例中,乙烯基芳烃衍生的单元可衍生于苯乙烯和至少一种α-甲基苯乙烯和乙烯基甲苯。
在至少一个实例中,该共聚物可以是或者包括苯乙烯和马来酸酐和/或马来酸("SMA")的共聚物。在另一实例中,该共聚物可以是或者包括苯乙烯和丙烯酸的共聚物。在另一实例中,该共聚物可以是或者包括苯乙烯和聚丙烯酸。在另一实例中,该共聚物可以是或者包括苯乙烯和甲基丙烯酸的共聚物。在另一实例中,该共聚物可以是或者包括苯乙烯和衣康酸的共聚物。在另一实例中,该共聚物可包括一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其任何结合物和一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元和一种或更多种其他聚合物的共混物。例如,该共聚物可包括一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其任何结合物和一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元的共聚物和至少一种聚丙烯酸和苯乙烯丙烯酸。在另一实例中,该共聚物可以是或者包括苯乙烯和两种或更多种马来酸酐,马来酸,丙烯酸,甲基丙烯酸,和衣康酸的三元共聚物。正因为如此,本文中所使用的术语“共聚物”可以是或者包括三元共聚物。换一种方式说,本文中所使用的术语“共聚物”可以是或者包括由两种或更多种单体衍生的聚合物。
在一个或更多个实施方案中,该共聚物可包括约7mol%-约50mol%的一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其任何结合物和相对地约50mol%-约93mol%的一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元。在一个或更多个实施方案中,该共聚物可包括约20mol%-约40mol%的一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其任何结合物和相对地约60mol%-约80mol%的一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元。在一个或更多个实施方案中,一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其任何结合物可以以范围从低至约7mol%,约10mol%,约12mol%,或约15mol%到高至约30mol%,约35mol%,约40mol%,或约45mol%的用量存在于该共聚物内,基于一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其任何结合物和一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元的总重量。在一个或更多个实施方案中,一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元可以以范围从低至约50mol%,约55mol%,约60mol%,或约65mol%到高至约75mol%,约80mol%,约85mol%,约90mol%,或约95mol%的用量存在于该共聚物内,基于一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其任何结合物和一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元的总重量。
该共聚物的分子量可以在宽泛的极限内变化。优选地,该共聚物的Mw为约500至约200,000。例如,该共聚物的Mw范围可以是从低至约500,约750,约1,000,约1,500,约2,000,约2,500,约3,000,或约4,000到高至约50,000,约60,000,约70,000,约80,000,约90,000,约100,000,约110,000,约120,000,约130,000约140,000,约150,000,约160,000,约170,000,约180,000,或约190,000。在另一实例中,该共聚物的Mw范围可以是约500-约60,000,约1,000-约60,000,约2,000-约10,000,约10,000-约80,000,或约1,500-约60,000。在另一实例中,该共聚物的Mw范围可以是约500-约10,000,约1,000-约9,000,约1,500-约7,000,或约2,500-约6,000。在另一实例中,该共聚物的Mw范围可以是从低至约500,约700,约900,约1,000,约1,100,约1,300,或约1,500到高至约3,000,约3,200,约3,400,约3,600,约3,800,或约4,000。在另一实例中,该共聚物的Mw范围可以是从低至约500,约700,约900,约1,000,约1,100,约1,300,或约1,500到高至约4,500,约4,700,约5,000,约5,300,约5,700,约6,000,约6,300,约6,500,约6,700,或约7,000。在另一实例中,该共聚物的Mw范围可以是从低至约1,000,约1,500,约2,000,约2,500,或约3,000到高至约4,000,约5,000,约6,000,约7,000,约8,000,约9,000,或约10,000。在另一实例中,该共聚物的Mw可以是约500-约10,000,约1,000-约7,000,约2,000-约6,000,约2,000-约4,000,约2,500-约3,500,约3,000-约5,000,或约4,500-约5,500。在另一实例中,该共聚物的Mw可以是小于约30,000,小于约25,000,小于约20,000,小于约17,000,小于约15,000,小于约12,000,小于约10,000,小于约9,000,小于约8,000,小于约7,000,小于约6,000,小于约5,000,小于约4,500,小于约4,000,或小于约3,500。可使用GPC,测量该共聚物的重均分子量(Mw)。
在一个或更多个实施方案中,该共聚物可包括主要量(大于50mol%,或大于约60mol%,或大于约70mol%,或大于约80mol%,或大于约90mol%,基于不饱和羧酸和/或不饱和羧酸酐的结合量)的马来酸酐和/或马来酸和次要量(小于50mol%,或小于约40mol%,或小于约30mol%,或小于约20mol%,基于不饱和羧酸和/或不饱和羧酸酐的结合量)的一种或更多种其他不饱和羧酸,例如乌头酸,衣康酸,丙烯酸,甲基丙烯酸,巴豆酸,异巴豆酸,柠康酸,富马酸,或其任何结合物和/或一种或更多种其他不饱和羧酸酐,例如马来酸酐,乌头酸酐,衣康酸酐,丙烯酸酐,甲基丙烯酸酐,巴豆酸酐,异巴豆酸酐,柠康酸酐,其聚合物,或其任何结合物。该共聚物也可含有次要量(小于50mol%,或小于约40mol%,或小于约30mol%,或小于约20mol%,基于一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元的用量)的另一疏水乙烯基单体。另一“疏水乙烯基单体”是典型地产生水不溶性或能吸收小于10wt%水的聚合物作为均聚物的单体。合适的疏水乙烯基单体例举有(i)脂族酸的乙烯酯,例如乙酸乙烯酯,丙酸乙烯酯,丁酸乙烯酯,己酸乙烯酯,2-乙基己酸乙烯酯,月桂酸乙烯酯,和硬脂酸乙烯酯;(ii)二烯烃单体,例如丁二烯和异戊二烯;(iii)乙烯基单体和卤化乙烯基单体,例如乙烯,丙烯,环己烯,氯乙烯和偏氯乙烯;(iv)丙烯酸酯类和丙烯酸烷酯类,例如丙烯酸甲酯,丙烯酸乙酯,丙烯酸正丙酯,丙烯酸异丙酯,丙烯酸正丁酯,丙烯酸异丁酯,丙烯酸叔丁酯,丙烯酸正己酯,丙烯酸环己酯,丙烯酸羟乙酯,甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酸2-乙基己酯;和(v)腈类单体,例如丙烯腈和甲基丙烯腈及其混合物。
在一个或更多个实施方案中,该共聚物可以是SMA。在一个或更多个实施方案中,该共聚物可包括至少10wt%,至少20wt%,至少30wt%,至少40wt%,至少50wt%,至少60wt%,至少70wt%,至少80wt%,至少90wt%,至少95wt%,或约100wt%SMA。
如上所述,该共聚物,聚酰胺基胺预聚物,和/或粘合剂组合物也可包括一种或更多种碱化合物。也可通过与一种或更多种碱化合物反应来改性该共聚物。例举的碱化合物可包括,但不限于,一种或更多种胺类,一种或更多种酰胺类,一种或更多种氢氧化物,一种或更多种碳酸盐,或其任何结合物。合适的胺类可包括,但不限于,氨,氢氧化铵,烷醇胺,多胺,芳族胺,及其任何结合物。例举的烷醇胺可包括,但不限于,单乙醇胺("MEA"),二乙醇胺("DEA"),三乙醇胺("TEA"),或其任何结合物。优选地,烷醇胺是叔烷醇胺或更优选三乙醇胺("TEA")。烷醇胺定义为具有氨基和羟基这两种官能团的化合物,其中例举有二乙醇胺,三乙醇胺,2-(2-氨基乙氧基)乙醇,氨乙基乙醇胺,氨基丁醇和其他烷醇胺。例举的芳族胺可包括,但不限于,苄胺,苯胺,邻toludine,间toludine,对toludine,正甲基苯胺,N-N'-二甲基苯胺,二-和三-苯胺,1-萘胺,2-萘胺,4-氨基苯酚,3-氨基苯酚和2-氨基苯酚。例举的多胺可包括,但不限于,二亚乙基三胺("DETA"),三亚乙基四胺("TETA"),四亚乙基五胺("TEPA")。其他多胺可包括,例如,1,3-丙二胺,1,4-丁二胺,聚酰胺基胺,和聚乙烯亚胺。
其他合适的胺可包括,但不限于,伯胺("NH2R1"),仲胺("NHR1R2"),和叔胺("NR1R2R3"),其中每一R1,R2和R3独立地选自烷基,环烷基,杂环烷基,芳基,杂芳基和取代芳基。烷基可包括具有1-约15个碳原子或更优选1-约8个碳原子的支化或非支化烷基。例举的烷基可包括,但不限于,甲基,乙基,正丙基,异丙基,正丁基,仲丁基,叔丁基,正戊基,正己基和乙基己基。环烷基可包括3-7个碳原子。例举的环烷基可包括,但不限于,环戊基,取代环戊基,环己基和取代环己基。术语“芳基”是指含有单一芳环或稠合在一起,共价连接,或连接到共同基团,例如亚甲基或亚乙基部分上的多个芳环的芳烃取代基。更具体的芳基含有一个芳环或两个或三个稠合或连接的芳环,例如苯基,萘基,联苯基,蒽基,菲基和类似基团。在一个或更多个实施方案中,芳基取代基可具有1-约20个碳原子。与在“含杂原子的环烷基”中一样术语“含杂原子”是指其中一个或更多个碳原子被除了碳以外的原子,例如氮,氧,硫,磷,硼或硅取代的分子或分子片段。类似地,术语“杂芳基”是指含杂原子的芳基取代基。与在“取代芳基”中一样术语“取代”是指其中至少一个与碳原子键合的氢原子被一个或更多个取代基取代的分子或分子片段,所述取代基是官能团,如羟基,烷氧基,烷硫基,膦基,氨基,卤素,甲硅烷基和类似基团。例举的伯胺可包括,但不限于,甲胺和乙胺。例举的仲胺可包括,但不限于,二甲胺和二乙胺。例举的叔胺可包括,但不限于,三甲胺和三乙胺。例举的酰胺可包括,但不限于,乙酰胺,乙烷酰胺(ethanamide),双氰胺,和类似物,或其任何结合物。
合适的氢氧化物可包括一种或更多种碱金属和/或碱土金属氢氧化物,和/或碳酸盐。例举的氢氧化物可包括,但不限于,氢氧化钠,氢氧化钾,氢氧化铵(例如,氨水),氢氧化锂,氢氧化铯,氢氧化钡,氢氧化钙,氢氧化镁,氢氧化铝,或其任何结合物。例举的碳酸盐可包括,但不限于,碳酸钠,碳酸氢钠,碳酸钾,和碳酸铵。
可在任何所需的用量下,结合乙烯基芳烃衍生的单元和不饱和羧酸和/或不饱和羧酸酐的共聚物与一种或更多种碱化合物。例如,粘合剂组合物可包括约1wt%-约99wt%该共聚物和相对地约99wt%-约1wt%一种或更多种碱化合物,基于该共聚物和一种或更多种碱化合物的结合重量。例如,粘合剂组合物内该共聚物的用量范围可以是从低至约5wt%,约10wt%,约15wt%,约20wt%,约25wt%约30wt%,约35wt%,约40wt%,或约45wt%到高至约60wt%,约65wt%,约70wt%,约75wt%,约80wt%,约85wt%,约90wt%,或约95wt%,基于该共聚物和一种或更多种碱化合物的结合重量。在另一实例中,一种或更多种碱化合物的用量范围可以是从低至约5wt%,约10wt%,约15wt%,约20wt%,约25wt%约30wt%,约35wt%,约40wt%,或约45wt%到高至约60wt%,约65wt%,约70wt%,约75wt%,约80wt%,约85wt%,约90wt%,或约95wt%,基于该共聚物和一种或更多种碱化合物的结合重量。在另一实例中,该共聚物可包括约5wt%-约45wt%一种或更多种碱化合物,或约10wt%-约40wt%一种或更多种碱化合物,或约25wt%-约35wt%一种或更多种碱化合物,或约5wt%-约15wt%一种或更多种碱化合物,基于该共聚物和一种或更多种碱化合物的结合重量。
若通过与两种或更多种碱化合物反应,来改性一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其任何结合物和一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元的共聚物,则可相对于彼此,在任何所需的用量或比值下存在两种或更多种碱化合物。例如,若存在第一和第二碱化合物,则第一碱化合物的存在量范围可以是约1wt%-约99wt%,基于第一和第二碱化合物的结合重量。在另一实例中,若存在第一和第二碱化合物,则第一碱化合物的存在量范围可以是从低至约2wt%,约5wt%,约15wt%,或约25wt%到高至约50wt%,约60wt%,约70wt%,或约90wt%,基于第一和第二碱化合物的结合重量。在另一实例中,若存在第一和第二碱化合物,则第一碱化合物的存在量范围可以是从低至约2wt%,约5wt%,或约10wt%到高至约15wt%,约25wt%,约35wt%,或约50wt%,基于第一和第二碱化合物的结合重量。类似地,若存在三种或更多种碱化合物,则可相对于彼此,在任何所需的比例或用量下存在三种或更多种碱化合物。
在至少一个实例中,可通过氨与单乙醇胺,二乙醇胺,和三乙醇胺中至少一种的混合物的反应来改性该共聚物,其中氨的存在量范围可以是约1wt%-约99wt%,和相对地单乙醇胺,二乙醇胺,和三乙醇胺中至少一种的存在量范围可以是约99wt%-约1wt%,基于氨与单乙醇胺,二乙醇胺,和三乙醇胺中至少一种的结合重量。在另一实例中,可通过与氨和两种或更多种的单乙醇胺,二乙醇胺,和三乙醇胺的混合物的反应来改性该共聚物。在这一混合物中,氨的存在量范围可以是例如约10wt%-约40wt%,例如,约33wt%,和两种或更多种单乙醇胺,二乙醇胺和三乙醇胺的存在量范围可以是约80wt%-约60wt%,例如,约67wt%,基于氨和两种或更多种的单乙醇胺,二乙醇胺,和三乙醇胺的结合重量。在至少一个实例中,若两种或更多种碱化合物与该共聚物反应,和该碱化合物包括单乙醇胺,则单乙醇胺的存在量可以是小于约15wt%,小于约10wt%,小于约7wt%,小于约5wt%,小于约3wt%,小于约1wt%,或小于约0.5wt%的单乙醇胺,基于碱化合物的结合重量。在另一实例中,可通过与氨,例如氨的水溶液反应来改性该共聚物,其中氨的存在量范围可以是约5wt%-约40wt%,或约5wt%-约15wt%,或约10wt%-约30wt%,或约7wt%-约20wt%,基于该共聚物和氨的结合重量。在另一实例中,可通过与氨以外的一种或更多种胺类反应来改性该共聚物。换句话说,含有该共聚物的粘合剂组合物可以不含任何故意添加的氨。在另一实例中,可通过与除了胺以外的一种或更多种碱化合物,例如一种或更多种氢氧化物或碳酸盐反应来改性该共聚物。换另一种方式说,可在没有任何故意添加的胺情况下,通过与一种或更多种氢氧化物,碳酸盐,或其结合物反应来改性该共聚物。
含通过与一种或更多种碱化合物反应而改性的共聚物的粘合剂组合物的pH范围可以是从低至约4,约4.5,约5,或约5.5到高至约7,约8,约9,或约10。例如,该粘合剂组合物的pH可以是约5-约7,约5.5-约6.5,或约5.7-约6.3。
含通过与一种或更多种碱化合物反应而改性的共聚物的粘合剂组合物的粘度范围可以是从低至约50厘泊("cP"),约100cP,约200cP,约300cP,约500cP,约750cP,约900cP,约1,100cP,约1,300cP,约1,500cP,约1,700cP,约2,000cP,约2,250cP,或约2,500cP到高至约5,000cP,约8,000cP,约10,000cP,约13,000cP,约15,000cP,约17,000cP,或约20,000cP。可使用Brookfield粘度计,在25℃的温度下,测定本文中讨论并描述的共聚物,树脂,粘合剂组合物和类似物的粘度。例如,Brookfield粘度计可配有小的样品适配器(adapter),例如10mL适配器,和合适的锭子,以最大化扭矩,例如锭子no.18。
在范围从低至约40℃,约70℃,或约90℃到高至约100℃,约125℃,或约150℃的温度下,该共聚物可与一种或更多种碱化合物反应。在范围从低至约50kPa,约75kPa,或约101kPa到高至约150kPa,约300kPa,或约500kPa的压力下,该共聚物可与一种或更多种碱化合物反应。该共聚物可与一种或更多种碱化合物反应范围从低至约30分钟,约45分钟,或约1小时到高至约4小时,约6小时,或约10小时的时间。在至少一个实例中,在范围为约85℃-约115℃的温度下,在大气压下,和经范围为约1小时-约7小时的时间,可使至少一种共聚物与一种或更多种碱化合物反应。在至少一个其他实例中,在范围为约85℃-约115℃的温度下,在范围为从低至约101kPa,约115kPa,约130kPa,或约145kPa到高至约155kPa,约200kPa,约300kPa,或约400kPa的压力下,和经范围为约1小时-约7小时的时间,可使至少一种共聚物与一种或更多种碱化合物反应。
可单独或在液体介质存在下,结合该共聚物和/或一种或更多种碱化合物并与彼此反应。液体介质可以是或者包括一种或更多种极性非质子溶剂,一种或更多种极性质子溶剂,或其任何结合物。例举的极性非质子溶剂可包括,但不限于,四氢呋喃("THF"),二甲亚砜("DMSO"),N-甲基吡咯烷酮("NMP"),二甲基乙酰胺,丙酮,或其任何结合物。例举的极性质子溶剂可包括,但不限于,水,甲醇,乙醇,丙醇,丁醇,或其任何结合物。其他液体介质可包括酮类,例如甲乙酮。水可以是淡水或工艺用水。合适的工艺用水可包括,例如,聚丙烯酰胺("PAA"),胺氧化物("AO"),羟乙基纤维素("HEC")的水溶液("白水"),或其任何结合物。可在该共聚物与一种或更多种碱化合物反应之前,之中和/或之后,添加液体介质(若存在的话)。例如,该共聚物可与含水碱化合物,例如氨和/或氢氧化钠反应,和在反应之后,可添加额外的液体介质到该粘合剂组合物中,所述额外的液体介质可以相同或不同,例如氨或甲醇。
与该共聚物和一种或更多种碱化合物和/或粘合剂组合物,例如通过与一种或更多种碱化合物反应而改性的共聚物结合的液体介质量可足以产生固体浓度范围为约0.1wt%-约75wt%的粘合剂组合物,基于粘合剂组合物的总重量。正如本领域技术人员所理解的,可通过测定经足以除去液体的时间,加热小的样品,例如,1-5g粘合剂组合物到合适的温度,例如125℃后的重量损失,从而测量本文中所使用的粘合剂组合物,该共聚物,和类似物的固体含量。通过测量在加热之前和之后样品的重量,可直接计算或者在其他情况下估计样品内的固体%。例如,与该共聚物和一种或更多种碱化合物和/或通过与一种或更多种碱化合物反应而改性的共聚物结合的液体介质量可足以产生固体浓度范围从低至约1wt%,约5wt%,约10wt%或约15wt%或约20wt%到高至约30wt%,约40wt%,约50wt%,约60wt%,约70wt%,或约75wt%的粘合剂组合物,基于粘合剂组合物的总重量。在至少一个实例中,可结合足量的水,例如淡水或工艺用水与该共聚物和一种或更多种碱性化合物,以提供固体浓度范围约1wt%约65wt%,约5wt%-约40wt%,约10wt%-约30wt%,约15wt%-约45wt%,约20wt%-约60wt%,约45wt%-约55wt%,或约40wt%-约60wt%的粘合剂组合物,基于粘合剂组合物的总重量。
可在任何设备,体系,装置,或者设备,体系和/或装置的组合中,使该共聚物与一种或更多种碱化合物反应。在反应器容器或容器内,例如可彼此混合,共混或在其他情况下结合共聚物和碱化合物,并允许至少部分反应,产生通过与碱化合物反应而改性的共聚物。反应器容器或容器可包括,但不限于,机械混合设备,例如搅拌器,喷射器,超声混合器或其组合。可使用一个或更多个加热夹套,加热线圈,内部加热元件,冷却夹套,冷却线圈,内部冷却元件或类似物,以调节或在其他情况下控制反应混合物的温度。反应器容器可以是敞开的容器或者密闭的容器。
该共聚物可进一步包括一种或更多种多元醇,以增加已固化共聚物的交联密度。本文中所使用的术语“固化”,“已固化”和类似术语拟包括当固化粘合剂组合物引起共价化学反应(交联),离子相互作用或簇聚(clustering),对基底改进的粘合,相转变或翻转和/或氢键键合时,在粘合剂组合物内出现的结构和/或形貌变化。本文中所使用的术语“部分固化”和类似术语拟是指已经经历了一些共价化学反应(交联),离子相互作用或簇聚,对基底改进的粘合,相转变或翻转和/或氢键键合,但能经历额外的共价化学反应(交联),离子相互作用或簇聚,对基底改进的粘合,相转变或翻转和/或氢键键合的粘合剂组合物。
本文中所使用的术语"多元醇"是指含有两个或更多个羟基官能团的化合物。合适的多元醇可包括,但不限于,乙二醇,聚甘油,二甘醇,三甘醇,聚环氧乙烷(羟基封端的),甘油,季戊四醇,三羟甲基丙烷,二乙醇胺,三乙醇胺,乙基二乙醇胺,甲基二乙醇胺,山梨醇,单糖,例如葡萄糖和果糖,二糖,例如蔗糖,和高级多糖,例如淀粉和还原和/或改性淀粉,糊精,麦芽糊精,聚乙烯醇,羟乙基纤维素,间苯二酚,儿茶酚,邻苯三酚,乙醇酸化的脲,和1,4-环己二醇,木质素,或其任何结合物。
可结合一种或更多种多元醇与该共聚物和/或与一种或更多种碱化合物反应的共聚物,生产含有约1wt%-约50wt%多元醇的粘合剂组合物,基于多元醇和该共聚物和/或与一种或更多种碱化合物反应的共聚物的结合重量。例如,可结合一种或更多种多元醇与通过与一种或更多种碱化合物反应而改性的共聚物,生产一种或更多种多元醇的浓度范围从低至约1wt%,约5wt%,约10wt%,或约15wt%到高至约30wt%,约40wt%,或约45wt%的粘合剂组合物,基于与一种或更多种碱化合物反应而改性的共聚物和一种或更多种多元醇的结合重量。在另一实例中,粘合剂组合物可以不含任何故意添加的多元醇。
在以上或本文中别处的一个或更多个实施方案中,粘合剂组合物可进一步包括一种或更多种其他共聚物或"第二"共聚物。正因为如此,术语“共聚物”和"第一共聚物"可互换使用,是指可包括一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元和一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或者一种或更多种不饱和羧酸和一种或更多种不饱和羧酸酐的组合的共聚物。
第二共聚物可以是或者包括一种或更多种醛基共聚物。例举的醛基共聚物可包括,但不限于,一种或更多种氨基-醛共聚物,苯酚-醛共聚物,二羟基苯或"间苯二酚"-醛共聚物,或其任何结合物。氨基-醛共聚物中的氨基组分可以是或者包括,但不限于,脲,三聚氰胺,或其结合物。第二共聚物也可以是或者包括一种或更多种丙烯酸基共聚物。正因为如此,第二共聚物可以是或者包括,但不限于,一种或更多种醛基共聚物,一种或更多种丙烯酸基共聚物,或其任何结合物。
在第二共聚物内的醛化合物(若存在的话)可包括,但不限于,未取代的醛化合物和/或取代的醛化合物。例如,合适的醛化合物可用化学式RCHO表示,其中R是氢或烃基。例举的烃基可包括1-约8个碳原子。在另一实例中,合适的醛化合物也可包括所谓的掩蔽醛或醛等价物,例如乙缩醛或半缩醛。例举的醛化合物可包括,但不限于,甲醛,多聚甲醛,乙醛,丙醛,丁醛,糠醛,苄醛,或其任何结合物。一种或更多种其他醛,例如乙二醛可替代甲醛和/或其他醛或者与之结合。在至少一个实例中,醛化合物可包括甲醛,UFC,或其结合物。
可使用许多形式,例如固体,液体和/或气体的醛化合物,用以制造合适的脲-醛,苯酚-醛,三聚氰胺-醛,和间苯二酚-醛共聚物。尤其考虑甲醛,甲醛可以是或者包括多聚甲醛(固体,聚合的甲醛),福尔马林溶液(甲醛的水溶液,有时具有甲醇,其甲醛浓度为37%,44%或50%),替代或除了其他形式的甲醛以外,也可使用脲-甲醛浓缩物("UFC"),和/或甲醛气体。在另一实例中,醛可以是或者包括脲与甲醛的重量比为约1:2-约1:3的预反应的脲-甲醛混合物。
可用作第二共聚物的合适的脲-甲醛聚合物可由脲和甲醛单体或者由脲-甲醛预缩合物以本领域技术人员熟知的方式制备。类似地,三聚氰胺-甲醛,苯酚-甲醛,和间苯二酚-甲醛聚合物可分别由三聚氰胺,苯酚,和间苯二酚单体与甲醛单体或者由三聚氰胺-甲醛,苯酚-甲醛,和间苯二酚-甲醛预缩合物制备。脲,苯酚,三聚氰胺,间苯二酚和甲醛反应物以许多形式和可与其他反应物反应且没有引入对所需反应有害的外来部分的任何形式商购,且可在制备第二共聚物中使用该反应产物。可在美国专利No.5,362,842中讨论并描述一组尤其有用的脲-甲醛聚合物。
类似于甲醛,脲,苯酚,间苯二酚,和三聚氰胺以许多形式可获得。例如,关于脲,固体脲,例如颗粒和脲溶液,典型地水溶液是可商购的。进一步地,常常在水溶液中可结合脲与另一部分,最典型地甲醛和脲-甲醛加合物。可使用脲或脲与甲醛的组合的任何形式,制造脲-甲醛聚合物。脲颗粒和结合的脲-甲醛产品二者是优选的,例如UFC。可在例如美国专利Nos.5,362,842和5,389,716中讨论并描述这些类型的产品。
许多合适的脲-甲醛聚合物是可商购的。可使用脲-甲醛聚合物,例如由Georgia-Pacific Chemicals LLC.销售的用于玻璃纤维垫应用的类型(例如,-2928和-2980),也可使用由Hexion SpecialtyChemicals和由Arclin Company销售的那些。合适的苯酚-甲醛树脂和三聚氰胺-甲醛树脂可包括由Georgia Pacific Resin,Inc.销售的那些(例如,分别为-2894和-4878)。根据本领域熟知的方法来制备这些聚合物,且这些聚合物含有反应性羟甲基,一旦固化,所述反应性羟甲基形成亚甲基或醚键。这种含羟甲基的加合物可包括Ν,Ν'-二羟甲基,二羟基羟甲基乙烯,N,N'-双(甲氧基甲基),Ν,Ν'-二羟甲基丙烯;5,5-二甲基-N,N'二羟甲基乙烯;Ν,Ν'-二羟甲基乙烯;和类似物。
脲-甲醛聚合物可包括约45%-约70%,和优选约55%-约65%的固体,通常粘度为约50cP-约600cP,优选约150-约400cP,通常显示出pH约7-约9,优选约7.5-约8.5,和常常具有不大于约3.0%的游离甲醛水平,且水可稀释度为约1:1-约100:1,优选约5:1和以上。
也可提供许多形式的三聚氰胺(若在第二共聚物内存在的话)。例如,可使用固体三聚氰胺,例如颗粒和/或三聚氰胺溶液。尽管具体地提到三聚氰胺,但三聚氰胺可完全或部分被其他氨基三嗪化合物替代。其他合适的氨基三嗪化合物可包括,但不限于,取代的三聚氰胺,脂环族胍胺,或其结合物。取代的三聚氰胺包括烷基三聚氰胺和芳基三聚氰胺,它们可以是单-,二-,或三-取代的。在烷基取代的三聚氰胺中,每一烷基可含有1-6个碳原子,和优选1-4个碳原子。例举的烷基取代的三聚氰胺的实例可包括,但不限于,单甲基三聚氰胺,二甲基三聚氰胺,三甲基三聚氰胺,单乙基三聚氰胺,和l-甲基-3-丙基-5-丁基三聚氰胺。在芳基取代的三聚氰胺中,每一芳基可含有1-2个苯基,和优选一个苯基。例举的芳基取代的三聚氰胺的实例可包括,但不限于,单苯基三聚氰胺和二苯基三聚氰胺。也可使用任何脂环族胍胺。合适的脂环族胍胺可包括具有小于或等于15个碳原子的那些。例举的脂环族胍胺可包括,但不限于,四氢苯并胍胺,六氢苯并胍胺,3-甲基-四氢苯并胍胺,3-甲基-六氢苯并胍胺,3,4-二甲基-l,2,5,6-四氢苯并胍胺,和3,4-二甲基六氢苯并胍胺,及其混合物。氨基三嗪化合物的混合物可包括,例如,三聚氰胺和烷基取代的三聚氰胺,例如二甲基三聚氰胺,或三聚氰胺和脂环族胍胺,例如四氢苯并胍胺。
苯酚组分(若在第二共聚物内存在的话)可包括各种取代的酚类化合物,未取代的酚类化合物,或者取代的和/或未取代的酚类化合物的任何结合物。例如,苯酚组分可以是苯酚本身(即,单-羟基苯)。取代的苯酚的实例可包括,但不限于,烷基取代的酚类,例如甲酚类和二甲酚类,环烷基取代的酚类,例如环己基苯酚;链烯基取代的酚类;芳基取代的酚类,例如对苯基苯酚;烷氧基取代的酚类,例如3,5-二甲氧基苯酚;芳氧基酚类,例如对苯氧基苯酚;和卤素取代的酚类,例如对氯苯酚。也可使用二元酚类,例如儿茶酚,间苯二酚,氢醌,双酚A和双酚F。特别地,苯酚组分可选自苯酚;烷基取代的酚类,例如甲酚类和二甲酚类,环烷基取代的酚类,例如环己基苯酚;链烯基取代的酚类;芳基取代的酚类,例如对苯基苯酚;烷氧基取代的酚类,例如3,5-二甲氧基苯酚;芳氧基酚类,例如对苯氧基苯酚;卤素取代的酚类,例如对氯苯酚;儿茶酚,氢醌,双酚A和双酚F。优选地,大于或等于约95wt%的苯酚组分包括苯酚(单羟基苯)。
可以以各种形式提供间苯二酚组分(若在第二共聚物内存在的话)。例如,间苯二酚组分可以以白色/灰白固体或薄片形式提供,和/或可加热间苯二酚组分并以液体形式供应。任何形式的间苯二酚可与任何形式的醛组分一起使用,制造间苯二酚-醛共聚物。间苯二酚组分可以是间苯二酚本身(即,苯-1,3–二醇)。合适的间苯二酚化合物也可被描述为取代的苯酚。液体间苯二酚-甲醛共聚物中的固体组分范围可以是约45wt%-约75wt%。液体间苯二酚-甲醛共聚物可具有宽泛地变化的在25℃下的Brookfield粘度,例如约200cP-约20,000cP。液体间苯二酚共聚物典型地具有暗琥珀色。
例举的丙烯酸基共聚物可包括,但不限于,丙烯酸和一种或更多种不饱和羧酸单体的共聚物,丙烯酸和一种或更多种含羟基的不饱和单体的共聚物,丙烯酸和一种或更多种乙烯基衍生的单元的共聚物,或其任何结合物。合适的不饱和羧酸单体可包括,但不限于,乌头酸,衣康酸,马来酸,甲基丙烯酸,和柠檬酸与马来酸,巴豆酸,异巴豆酸,柠康酸,富马酸,或其任何结合物的加合物(酯)。其它合适的不饱和羧酸单体可包括在随后的固化反应过程中能呈现羧基部分的化合物,例如马来酸酐。合适的含羟基的不饱和单体可包括,但不限于乳酸烯丙酯,丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸羟乙酯(下文统称为(甲基)丙烯酸羟乙酯),(甲基)丙烯酸羟丙酯,和羟烷基烯丙基类,例如2-烯丙基氧基乙醇,和类似物。不饱和羟基单体也可包括在随后的固化反应过程中能呈现羟基部分的化合物,例如乙酸乙烯酯(乙烯醇),(甲基)丙烯酸缩水甘油酯,烯丙基缩水甘油基醚,和烯丙基缩水甘油。合适的乙烯基衍生的单元可包括,但不限于,苯乙烯,α甲基苯乙烯,丙烯酸甲酯,(甲基)丙烯酸甲酯,丙烯酸乙酯,丙烯酸甲基乙酯,丙烯酸丁酯,或其任何结合物。
例举的第二共聚物可包括,但不限于,脲-甲醛("UF"),苯酚-甲醛("PF"),三聚氰胺-甲醛("MF"),间苯二酚-甲醛("RF"),苯乙烯-丙烯酸;丙烯酸马来酸共聚物,或其任何结合物。氨基-醛共聚物的结合物可包括,例如,三聚氰胺-脲-甲醛("MUF"),苯酚-脲-甲醛("PUF"),苯酚-三聚氰胺-甲醛("PMF"),苯酚-间苯二酚-甲醛("PRF"),和类似物。正因为如此,本文中所使用的术语“第二共聚物”可以是或者包括由两种或更多种单体衍生的聚合物。在另一实例中,第二共聚物可包括氨基-醛共聚物和/或苯酚-醛共聚物和聚丙烯酸的结合物,例如,脲-甲醛-聚丙烯酸,三聚氰胺-甲醛-聚丙烯酸,苯酚-甲醛-聚丙烯酸,和类似物。
在一个或更多个实施方案中,第二共聚物在粘合剂组合物内的存在量范围为约1wt%-约99wt%,基于第一共聚物和第二共聚物的总重量。例如,第二共聚物的存在量范围可以是从低至约5wt%,约15wt%,约25wt%,或约35wt%到高至约65wt%,约75wt%,约85wt%,或约95wt%,基于第一共聚物和第二共聚物的总重量。当结合两种或更多种聚合物,提供第二共聚物时,可存在任何用量的两种或更多种聚合物,例如,含有苯酚-甲醛和脲-甲醛的第二共聚物可包括约1wt%-约99wt%苯酚-甲醛和约1wt%-约99wt%脲-甲醛,基于第二共聚物的总重量。
第二共聚物的固体范围可以是1wt%-约80wt%。例如,第二共聚物的固体浓度范围可以是从低至约1wt%,约5wt%,约10wt%或约15wt%到高至约30wt%,约40wt%,约50wt%,约60wt%,约70wt%,或约75wt%。
可彼此结合第二共聚物和与一种或更多种碱化合物反应的第一共聚物,生产另一粘合剂组合物。这种粘合剂组合物可包括约0.1wt%-约99.9wt%第一共聚物和相对地约99.9wt%-约0.1wt%第二共聚物。例如,第一共聚物的存在量范围可以是从低至约1wt%,约5wt%,约10wt%,约15wt%,约20wt%,约25wt%约30wt%,约35wt%,约40wt%,或约45wt%到高至约60wt%,约65wt%,约70wt%,约75wt%,约80wt%,约85wt%,约90wt%,约95wt%,或约99wt%,基于第一和第二共聚物的结合重量。在另一实例中,第二共聚物在粘合剂组合物内的存在量范围可以是从低至约1wt%,约5wt%,约10wt%,约15wt%,约20wt%,约25wt%约30wt%,约35wt%,约40wt%,或约45wt%到高至约60wt%,约65wt%,约70wt%,约75wt%,约80wt%,约85wt%,约90wt%,约95wt%,或约99wt%,基于第一和第二共聚物的结合重量。在另一实例中,粘合剂组合物可包括约1wt%-约99wt%,或约1wt%-约15wt%,或约15wt%-约35wt%,或约35wt%-约65wt%,或约65wt%约95wt%,或约85wt%-约99wt%,或约45wt%-约55wt%第一共聚物,基于第一和第二共聚物的结合重量。在另一实例中,粘合剂组合物可包括约5wt%第一共聚物和约95wt%第二共聚物,或约10wt%第一共聚物和约90wt%第二共聚物,或约20wt%第一共聚物和约80wt%第二共聚物,或约25wt%第一共聚物和约75wt%第二共聚物,或约30wt%第一共聚物和约70wt%第二共聚物,或约40wt%第一共聚物和约60wt%第二共聚物,或约50wt%第一共聚物和约50wt%第二共聚物,或约60wt%第一共聚物和约40wt%第二共聚物,或约70wt%第一共聚物和约30wt%第二共聚物,或约75wt%第一共聚物和约25wt%第二共聚物,或约80wt%第一共聚物和约20wt%第二共聚物,或约90wt%第一共聚物和约10wt%第二共聚物,或约95wt%第一共聚物和约5wt%第二共聚物,基于第一和第二共聚物的结合重量。
含第一和第二共聚物的粘合剂组合物的pH范围可以是从低至约4,约4.5,约5,或约5.5到高至约7,约8,约9,或约10。例如,含第一和第二共聚物的粘合剂组合物的pH可以是约5-约7,约5.5-约6.5,或约5.7-约6.3。含第一和第二共聚物的粘合剂组合物的粘度范围可以是从低至约50cP,约100cP,约200cP,约300cP,约500cP,约750cP,约900cP,约1,100cP,约1,300cP,约1,500cP,约1,700cP,约2,000cP,约2,250cP,或约2,500cP到高至约5,000cP,约8,000cP,约10,000cP,约13,000cP,约15,000cP,约17,000cP,或约20,000cP。
含通过与一种或更多种碱化合物反应而改性的第一共聚物和第二共聚物的粘合剂组合物可以与液体介质混合或结合。液体介质可以如以上讨论并描述。含第一和第二共聚物的粘合剂组合物的固体浓度范围可以是约0.1wt%-约75wt%,基于粘合剂组合物的总重量。例如,与第一共聚物和第二共聚物结合的液体介质量可足以产生固体浓度范围为从低至约1wt%,约5wt%,约10wt%或约15wt%或约20wt%到高至约30wt%,约40wt%,约50wt%,约60wt%,约70wt%,或约75wt%的粘合剂组合物,基于粘合剂组合物的总重量。在至少一个实例中,足量的水,例如淡水或工艺用水,可与第一共聚物和第二共聚物结合,提供固体浓度范围为约1wt%约65wt%,约5wt%-约40wt%,约10wt%-约30wt%,约15wt%-约45wt%,约20wt%-约60wt%,约45wt%-约55wt%,或约40wt%-约60wt%的粘合剂组合物,基于粘合剂组合物的总重量。
在以上或本文中别处的一个或更多个实施方案中,粘合剂组合物可包括一种或更多种碳水化合物,一种或更多种多元醇,或其任何结合物。合适的多元醇可以如以上讨论并描述。本文中所使用的术语“碳水化合物”是指化学式为Cm(H20)n的化合物,也就是说,含碳,氢和氧且氢与氧的原子比(H:0)为2:1的化合物。在结构上,术语“碳水化合物”是指多羟基醛和多羟基酮。一种或更多种碳水化合物可包括一种或更多种单糖,二糖,低聚糖,多糖或其任何结合物。在一个或更多个实施方案中,一种或更多种碳水化合物可包括一种或更多种醛糖糖类。在一个或更多个实施方案中,单糖可以是或者包括D-葡萄糖(一水合右旋糖),L-葡萄糖,或其结合物。其他碳水化合物醛糖糖类可包括,但不限于甘油醛,赤藓糖,苏糖,核糖,脱氧核糖,树胶醛糖,木糖,来苏糖,阿洛糖,阿卓糖,葡萄糖,甘露糖,艾杜糖,半乳糖,塔罗糖,及其任何结合物。碳水化合物也可以是或者包括一种或更多种还原或改性淀粉,例如糊精,麦芽糊精,和氧化的麦芽糊精。
一种或更多种碳水化合物和/或多元醇的存在量范围可以是从低至约1wt%,约3wt%,或约5wt%到高至约70wt%,约80wt%,或约90wt%,基于粘合剂组合物的总重量。在一个或更多个实施方案中,粘合剂组合物可包括约5wt%-约50wt%碳水化合物和/或多元醇,基于粘合剂组合物的总重量。在一个或更多个实施方案中,粘合剂组合物可包括约7.5wt%-约15wt%碳水化合物和/或多元醇,基于粘合剂组合物的总重量。在一个或更多个实施方案中,粘合剂组合物可包括约5wt%-约30wt%碳水化合物和/或多元醇,基于粘合剂组合物的总重量。
当在粘合剂组合物内存在一种或更多种碳水化合物和/或多元醇,第二共聚物,和第一共聚物时,碳水化合物和/或多元醇和第二共聚物的结合量范围可以是从低至约1wt%,约5wt%,或约10wt%到高至约80wt%,约90wt%,或约99wt%,基于粘合剂组合物的总重量。例如,粘合剂组合物可包括约10wt%-约90wt%第一共聚物和约10wt%-约90wt%结合的碳水化合物和/或多元醇和第二共聚物。碳水化合物和/或多元醇的用量范围可以是约1wt%-约99wt%和第二共聚物的用量范围可以是约1wt%-约99wt%,基于碳水化合物和/或多元醇和第二共聚物的结合重量。在至少一个具体的实施方案中,粘合剂组合物可包括约10wt%-约29wt%第一共聚物;约1wt%-约98wt%碳水化合物和/或多元醇;和约1wt%-约98wt%第二共聚物,基于第一共聚物,碳水化合物和/或多元醇,和第二共聚物的结合重量。在另一实例中,粘合剂组合物可包括约0.1wt%-约99.9wt%第一共聚物,约0.1wt%-约99.9wt%第二共聚物,和约1wt%-约60wt%碳水化合物和/或多元醇,基于第一共聚物,第二共聚物,和碳水化合物和/或多元醇的结合重量。在另一实例中,粘合剂组合物可包括约70wt%-约90wt%第一共聚物,约10wt%-约30wt%第二共聚物,和约1wt%-约50wt%碳水化合物和/或多元醇,基于第一共聚物,第二共聚物,和碳水化合物和/或多元醇的结合重量。在另一实例中,粘合剂组合物可包括约10wt%-约30wt%第一共聚物,约70wt%-约90wt%第二共聚物,和约1wt%-约50wt%碳水化合物和/或多元醇,基于第一共聚物,第二共聚物,和碳水化合物和/或多元醇的结合重量。在另一实例中,粘合剂组合物可包括约40wt%-约60wt%第一共聚物,约40wt%-约60wt%第二共聚物,和约1wt%-约50wt%碳水化合物和/或多元醇,基于第一共聚物,第二共聚物,和碳水化合物和/或多元醇的结合重量。
在至少一个具体的实施方案中,粘合剂组合物可包括马来酸酐和一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元,和一种或更多种胺类的共聚物。这种粘合剂组合物可包括约99.5mol%-约99.99mol%共聚物和约0.01mol%-约0.5mol%胺,基于该共聚物和胺的结合重量。例如,胺的存在量范围可以是从低至约0.01mol%,约0.1mol%,或约0.2mol%到高至约0.3mol%,约0.35mol%,或约0.4mol%,基于该共聚物和胺的结合重量。在一个或更多个实施方案中,粘合剂组合物可包括小于约15wt%,小于约10wt%,小于约7wt%,小于约5wt%,小于约3wt%,小于约1wt%,或小于约0.5wt%单乙醇胺,基于粘合剂组合物内胺的结合重量。例如,粘合剂组合物可包括约14wt%单乙醇胺和约86wt%三乙醇胺或其他胺,基于粘合剂组合物内胺的总重量。
在至少一个具体的实施方案中,粘合剂组合物可包括第一共聚物,例如,马来酸酐和一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元和一种或更多种胺类的共聚物,和第二共聚物。这种粘合剂组合物可包括约1wt%-约99wt%第一共聚物,约0.05wt%-约0.5wt%胺,和约1wt%-约99wt%第二共聚物,基于第一共聚物,胺,和第二共聚物的结合重量。例如,第一共聚物的存在量范围可以是从低至约10wt%,约20wt%,约30wt%,或约40wt%到高至约60wt%,约70wt%,约80wt%,或约90wt%,基于第一共聚物,胺,和第二共聚物的结合重量。一种或更多种胺类的存在量范围可以是从低至约0.1wt%,约0.15wt%,或约0.2wt%到高至约0.3wt%,约0.35wt%,或约0.4wt%,基于第一共聚物,胺,和第二共聚物的结合重量。第二共聚物的存在量范围可以是从低至约10wt%,约20wt%,约30wt%,或约40wt%到高至约60wt%,约70wt%,约80wt%,或约90wt%,基于第一共聚物,胺,和第二共聚物的结合重量。
在至少一个具体的实施方案中,粘合剂组合物可包括第一共聚物,例如,马来酸酐和一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元和一种或更多种胺类,和一种或更多种碳水化合物和/或多元醇的共聚物。这种粘合剂组合物可包括约1wt%-约99wt%第一共聚物,约0.05wt%-约0.5wt%胺,和约1wt%-约99wt%碳水化合物和/或多元醇,基于第一共聚物,胺,和碳水化合物和/或多元醇的结合重量。例如,第一共聚物的存在量范围可以是从低至约10wt%,约20wt%,约30wt%,或约40wt%到高至约60wt%,约70wt%,约80wt%,或约90wt%,基于第一共聚物,胺,和碳水化合物和/或多元醇的结合重量。一种或更多种胺类的存在量范围可以是从低至约0.1wt%,约0.15wt%,或约0.2wt%到高至约0.3wt%,约0.35wt%,或约0.4wt%,基于第一共聚物,胺,和碳水化合物和/或多元醇的结合重量。碳水化合物的存在量范围可以是从低至约10wt%,约20wt%,约30wt%,或约40wt%到高至约60wt%,约70wt%,约80wt%,或约90wt%,基于第一共聚物,胺,和碳水化合物和/或多元醇的结合重量。多元醇的存在量范围可以是从低至约10wt%,约20wt%,约30wt%,或约40wt%到高至约60wt%,约70wt%,约80wt%,或约90wt%,基于第一共聚物,胺,和碳水化合物和/或多元醇的结合重量。
在至少一个具体的实施方案中,粘合剂组合物可包括第一共聚物,例如,马来酸酐和一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元和一种或更多种胺类,和一种或更多种碳水化合物和/或多元醇的共聚物,和第二共聚物。这种粘合剂组合物可包括约1wt%-约98wt%第一共聚物,约0.05wt%-约0.5wt%胺,约1wt%-约98wt%碳水化合物和/或多元醇,和约1wt%-约98wt%第二共聚物,基于第一共聚物,胺,碳水化合物和/或多元醇和第二共聚物的结合重量。例如,第一共聚物的存在量范围可以是从低至约10wt%,约20wt%,或约30wt%,或约40wt%到高至约60wt%,约70wt%,约80wt%,或约90wt%,基于第一共聚物,胺,碳水化合物和/或多元醇,和第二共聚物的结合重量。一种或更多种胺类的存在量范围可以是从低至约0.1wt%,约0.15wt%,或约0.2wt%到高至约0.3wt%,约0.35wt%,或约0.4wt%,基于第一共聚物,胺,碳水化合物和/或多元醇,和第二共聚物的结合重量。一种或更多种碳水化合物的存在量范围可以是从低至约10wt%,约20wt%,约30wt%,或约40wt%到高至约60wt%,约70wt%,约80wt%,或约90wt%,基于第一共聚物,胺,碳水化合物和/或多元醇,和第二共聚物的结合重量。一种或更多种多元醇的存在量范围可以是从低至约10wt%,约20wt%,约30wt%,或约40wt%到高至约60wt%,约70wt%,约80wt%,或约90wt%,基于第一共聚物,胺,碳水化合物和/或多元醇,和第二共聚物的结合重量。第二共聚物的存在量范围可以是从低至约10wt%,约20wt%,约30wt%,或约40wt%到高至约60wt%,约70wt%,约80wt%,或约90wt%,基于第一共聚物,胺,碳水化合物和/或多元醇,和第二共聚物的结合重量。
在至少一个具体的实施方案中,粘合剂组合物可包括一种或更多种碳水化合物和/或多元醇和第二共聚物。这种粘合剂组合物可包括约1wt%-约99wt%一种或更多种碳水化合物和/或多元醇和约1wt%-约99wt%第二共聚物,基于碳水化合物和/或多元醇和第二共聚物的结合重量。例如,一种或更多种碳水化合物的存在量范围可以是从低至约3wt%,约5wt%,或约10wt%到高至约25wt%,约35wt%,或约45wt%,基于碳水化合物和/或多元醇和第二共聚物的结合重量。在另一实例中,一种或更多种多元醇的存在量范围可以是从低至约3wt%,约5wt%,或约10wt%到高至约25wt%,约35wt%,或约45wt%,基于碳水化合物和/或多元醇和第二共聚物的结合重量。第二共聚物的存在量范围可以是从低至约55wt%,约65wt%,或约75wt%到高至约90wt%,约95wt%,或约97wt%,基于碳水化合物和/或多元醇和第二共聚物的结合重量。
在至少一个具体的实施方案中,粘合剂组合物可以是没有添加甲醛的粘合剂组合物。本文中所使用的术语"没有添加甲醛"是指没有包括故意添加的甲醛的粘合剂组合物。为了最小化组合物的甲醛含量,可使用不含甲醛和/或在干燥和/或固化过程中没有生成甲醛的添加剂。术语“没有添加甲醛”也可以是指采用没有添加的甲醛配制的粘合剂组合物作为树脂交联结构的一部分,它满足在Section93120.3of theCalifornia Air Resources Board("CARB")Air Toxic ControlMeasure("ATCM")中定义的性能标准。例举的没有添加甲醛的粘合剂组合物可包括,但不限于由大豆,聚乙酸乙烯酯或亚甲基二异氰酸酯制造的粘合剂。
粘合剂组合物可以以稀水溶液形式施加到多根纤维上,且至少部分固化,生产纤维产品,例如,玻璃纤维垫。可将粘合剂组合物以稀水溶液形式施加到多根纤维上并固化,例如充分固化,以生产纤维产品,例如玻璃纤维垫。在至少一个实施方案中,水溶液的pH范围可以是约3-约12。例如,pH范围可以是从低至约4,5,6,或7到高至约8,9,10,或11。在另一实例中,水溶液的pH可以是大于或等于约5,大于或等于约6,大于或等于约7,或大于或等于约8。可通过添加任何合适的碱或碱性化合物,例如一种或更多种有机碱,无机碱,或其任何结合物,调节水溶液的pH。合适的碱或碱性化合物可包括,但不限于,氢氧化物,碳酸盐,氨,胺,酰胺,或其任何结合物。例举的氢氧化物,碳酸盐和胺可包括以上或本文别处讨论并描述的那些。
可使用玻璃纤维产品本身或者将其引入到各种产品内。例如,玻璃纤维产品可原样使用或者引入到隔热棉或卷,复合地板材料,沥青屋顶瓦,房屋板壁(siding),石膏壁板,粗纱,用于印刷电路板的微玻璃-基基底,电池隔板,过滤浆料(filter stock),tape stock,地毯衬里,商业和工业绝缘产品,和在砖石工程中,在水泥与非-水泥涂层中作为增强纤维织品。
在以上或本文别处的一个或更多个实施方案中,可借助在第一共聚物的侧挂羧基(例如,SMA共聚物)和当添加任选的多元醇时,第一共聚物(例如,SMA共聚物)的侧挂羟基和多元醇的羟基二者之间的酯化反应,固化或交联该粘合剂组合物。可与可任选地加入到组合物中的任何额外的多元醇发生附加的交联。也可使用热工艺或加热,固化粘合剂组合物。例如,可使用烘箱或其他加热装置,固化粘合剂组合物。
本文中所使用的术语"纤维","纤维的","纤维玻璃","玻璃纤维"和类似物可互换使用且是指具有显示出长径比(长度比厚度)大于100,通常大于500,和常常大于1000的伸长的形貌的材料。确实长径比超过10,000是可能的。合适的纤维可以是玻璃纤维,天然纤维,合成纤维,矿物纤维,陶瓷纤维,金属纤维,碳纤维,或其任何结合物。例举的玻璃纤维可包括,但不限于,A-型玻璃纤维,C-型玻璃纤维,E-型玻璃纤维,S-型玻璃纤维,ECR-型玻璃纤维,毛料(wool)玻璃纤维,及其任何结合物。本文中所使用的术语“天然纤维”是指从任何植物的部分,其中包括,但不限于,茎,种子,叶,根或韧皮中提取的植物纤维。例举的天然纤维可包括,但不限于棉,黄麻,竹子,苎麻,甘蔗渣,大麻,椰子壳纤维(coir),亚麻(linen),洋麻,剑麻,胡麻(flax),灰叶剑麻及其任何结合物。例举的合成纤维可包括,但不限于,合成聚合物,例如聚酯,聚酰胺,芳族聚酰胺,及其任何结合物。在至少一个具体的实施方案中,纤维可以是为湿法使用的短切丝束玻璃纤维("WUCS")的玻璃纤维。可通过本领域已知的常规方法,形成湿法使用的短切丝束玻璃纤维。WUCS的含湿量范围可以是从低至约5%,约8%,或约10%到高至约20%,约25%,或约30%。
在使用纤维制造玻璃纤维产品之前,可允许纤维老化一段时间。例如,在用于制造玻璃纤维产品之前,可老化纤维数小时到数周的时间段,对于玻璃纤维垫产品来说,可典型地老化纤维约3-约30天。老化纤维包括在用于制造玻璃纤维产品之前,在室温下简单地储存纤维所需的时间量。
在一个或更多个实施方案中,粘结松散地结合的非织造纤维垫或毯的方法可包括,但不限于,
(1)接触该纤维与粘合剂组合物和(2)加热可固化的粘合剂组合物到升高的温度,所述温度足以至少部分固化该粘合剂组合物。优选地,在范围为约75℃-约300℃的温度下,通常在约100℃一直到最高约250℃的温度下,固化该粘合剂组合物。可在升高的温度下固化粘合剂组合物范围为约1秒-约15分钟的时间。特别的固化时间可至少部分取决于烘箱或其他加热设备设计的类型和/或生产或线速度。
在制备粘合剂组合物中,可最初通过与一种或更多种胺类,例如烷醇胺反应,改性第一共聚物,例如,马来酸酐和一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元。可通过混合第一共聚物(它通常以薄片或粉末形式供应)与胺,实现改性。然后可用水稀释胺-改性的共聚物。通常通过混合第一共聚物与胺的水溶液,实现改性。或者,第一共聚物和胺的起始混合可以在不存在水的情况下(纯粹的),和随后添加水和任选地额外的胺。
相对于第一共聚物,以足以提供至少0.05mol胺部分/mol第一共聚物内的一种或更多种不饱和羧酸和/或一种或更多种不饱和羧酸酐的用量,提供胺。例如,相对于第一共聚物,胺的存在量可提供至少0.1,或0.3,或0.5,或0.7,或0.9,或1.1,或1.3,或1.5,或1.7,或1.9mol胺部分/mol第一共聚物内的一种或更多种不饱和羧酸和/或一种或更多种不饱和羧酸酐。在一个或更多个实施方案中,胺部分的用量可以是小于约2mol胺部分,对于每mol第一共聚物内的一种或更多种不饱和羧酸和/或一种或更多种不饱和羧酸酐来说,或者小于约1mol胺部分,对于每mol一种或更多种不饱和羧酸和/或一种或更多种不饱和羧酸酐来说。在一个或更多个实施方案中,相对于第一共聚物,胺的存在量可足以提供约0.05mole-约0.4mol胺部分/mol该共聚物内的一种或更多种不饱和羧酸和/或一种或更多种不饱和羧酸酐。
当在环境温度下可发生第一共聚物和胺之间的水性反应,通常最小化这一工序的持续时间时,可优选在范围为约40℃-约125℃或更高的温度下进行反应。为了最小化在运输和储存过程中伴随粘合剂组合物的水量,可优选使用胺的浓缩溶液用以改性第一共聚物。在任何情况下,制备粘合剂组合物所使用的胺的溶液通常含有约10至约99.9wt%的胺。
最初在混合第一共聚物与胺时,第一共聚物中的一种或更多种不饱和羧酸和/或一种或更多种不饱和羧酸酐与烷醇胺和/或单乙醇胺中的胺基之间的反应例如结果是形成羟基封端的酰胺基和游离羧基。这些相邻基团之一也可反应,形成羟基封端的酰亚胺基。在范围为约70℃-约200℃的通常的加热条件下有利于酰亚胺的形成。酰亚胺形成可以是有利的,因为它提供具有额外的疏水性的共聚物,所述额外的疏水性可进一步增大用该粘合剂组合物固化的纤维产品的湿拉伸强度性能。
粘合剂组合物的pH可以是大于或等于约5,大于或等于约7,和仍然大于或等于约9。为了增加粘合剂组合物的pH,可添加一种或更多种碱或"碱化合物"。用于这一目的的优选的碱化合物可以是或者包括氨。其他合适的碱化合物可包括胺,例如,伯胺,仲胺和叔胺和多胺,氢氧化钠("NaOH"),氢氧化钾("KOH"),和其他碱性化合物。此外,例如,加入仲烷醇胺,叔烷醇胺及其混合物也可充当多元醇源以供参与交联反应,所述交联反应会引起粘合剂组合物固化。添加例如一种或更多种多胺也可增加交联反应。例举的多胺可包括二亚乙基三胺("DETA"),三亚乙基四胺("TETA"),四亚乙基五胺("TEPA"),及其任何结合物。
组合物内的多元醇量,不管全部还是部分通过烷醇胺来供应与否,应当优选提供由第一共聚物(和在该组合物内的任何其他任选的多元酸)贡献的-COOH对由第一共聚物和由任何额外的多元醇组分二者贡献的-OH的摩尔比(即,组合物内的-COOH:-OH之比)的范围为约10:1-约1:10,最常常地范围为约5:1-约1:5,和最通常地范围为约2:1-约1:2。可通过计算改性的共聚物的摩尔数乘以其平均-COOH官能度(加上任何其他多元酸组分)对改性的共聚物的摩尔数乘以其平均-OH官能度和多元醇组分的摩尔数乘以它的(它们的)平均官能度之和之比,测定这一摩尔比。优选地,组合物内-COOH对-OH的摩尔比范围为约2:1-约1:2,和更优选范围为约1.5:1-约1:1.5。
在一个或更多个实施方案中,可向其中引入增大粘合剂组合物交联用的其他添加剂。例如,脲和聚氨基化合物(二者均是合成和天然的(例如,蛋白质源,例如大豆))可被引入到粘合剂组合物中以供增大交联。
如上所述,在制造非织造纤维产品,例如玻璃纤维垫中,可将粘合剂组合物配制成稀水溶液,然后例如通过幕涂,喷涂或浸涂施加到纤维,例如玻璃纤维上。该水溶液可以是淡水,工艺用水,或其结合物。含有约1wt%至约50wt%之间某一数值的固体的粘合剂组合物典型地用于制造纤维产品,其中包括玻璃纤维产品。例如含水的粘合剂组合物的固体浓度范围可以是从低至约10wt%,约13wt%,约15wt%,或约18wt%到高至约22wt%,约26wt%,约30wt%,或约33wt%。
施加到玻璃纤维产品,例如,玻璃纤维垫产品上的粘合剂组合物量可以非常显著地变化。负载范围典型地可以是约3wt%-约45wt%,约10wt%-约40wt%,或约15wt%-约30wt%不挥发的粘合剂组合物,基于粘结的玻璃纤维产品的干重。对于无机纤维垫来说,可通常通过测量纤维垫产品的点火损失%("LOI"),证实施加到玻璃纤维产品上的粘合剂组合物量。
可共混改性的共聚物的水溶液与在制备纤维产品用粘合剂组合物中常用的其他添加剂或成分,并用额外的水稀释到例如通过幕涂器容易地施加到纤维上的所需的浓度。例举的添加剂可包括,但不限于分散剂,杀生物剂,粘度改性剂,pH调节剂,偶联剂,表面活性剂,润滑剂,消泡剂,和类似物。例如,可将粘合剂组合物添加到聚丙烯酰胺("PAA"),胺氧化物("AO"),羟乙基纤维素("HEC"),或其任何结合物的水溶液("白水")中。在另一实例中,偶联剂(例如,硅烷偶联剂,例如有机基硅油)也可加入到该溶液中。
可通过在相对容易混合的工序中,结合该共聚物的水溶液和添加剂,制备粘合剂组合物。在环境温度下,或者在大于环境温度的温度,例如约50℃下进行混合工序。可立即使用粘合剂组合物或者储存一段时间,且可用水稀释到对于所需的施加方法,例如通过幕涂器施加到玻璃纤维上来说合适的浓度。
可在湿法成网或干法成网工艺中制造玻璃纤维垫。在湿法成网工艺中,具有合适长度与直径的纤维的短切丝束可被引入到含水分散剂介质中,以产生含水纤维浆液,在本领域中称为"白水"。白水可典型地含有约0.5wt%的纤维。该纤维的直径范围可以是例如从低至约0.5μm,约5μm,约10μm,或约20μm到高至约30μm,约35μm,约40μm,约45μm,或约50μm。纤维的长度范围可以是例如从低至约5mm,约10mm,约15mm,或约25mm到高至约50mm,约70mm,约100mm,或约130mm。纤维可以被施胶或未施胶和湿或干的,只要纤维可合适地分散在含水纤维浆液内即可。
分散剂的存在量范围可以是约10ppm-约8,000ppm,约100ppm-约5,000ppm,或约200ppm-约1,000ppm。引入一种或更多种粘度改性剂可减少纤维的沉降时间且可改进纤维在水溶液内的分散。所使用的粘度改性剂量可以有效地提供形成湿法成网纤维产品所需的在白水内悬浮纤维所需的粘度。可引入用量范围为从低至约1cP,约1.5cP,或约2cP到高至约8cP,约12cP,或约15cP的任选的粘度改性剂(Brookfield粘度计,在25℃下测量)。例如,可引入用量范围为约1cP-约12cP,约2cP-约10cP,或约2cP-约6cP的任选的粘度改性剂。在一个或更多个实施方案中,纤维浆液可包括约0.03wt%-约25wt%的固体。可搅拌该纤维浆液,产生具有合适的稠度(consistency)的纤维的均匀分散体。
可引入纤维浆液(稀释或未稀释)到垫片成型机(mat-formingmachine)中,所述垫片成型机可包括垫片形成网筛,例如金属丝网筛或织物片材,它们可形成纤维产品并可允许过量的水从中排放,从而形成湿或潮湿的纤维垫。可在网筛上收集湿纤维垫形式的纤维,并通过重力和/或通过真空辅助,除去过量的水。借助真空辅助除去过量的水可包括一次或一组真空。
如上所述,可固化的粘合剂组合物可配制成为液体形式并施加到脱水的湿纤维垫上。可通过任何常规的方式,例如通过在过量粘合剂溶液或悬浮液内浸泡垫片,降膜或幕涂器,浸涂,或类似方法,实现粘合剂组合物的施加。粘合剂组合物可包括,例如,约5wt%-约45wt%的固体。可例如在真空下除去过量的粘合剂组合物。
在施加到纤维上之后,含水的粘合剂组合物可至少部分固化。例如,可加热玻璃纤维产品,进行最终的干燥和固化。加热的持续时间和温度可影响处理过的基底的加工速率和可处理性,固化程度和性能开发。如上讨论并描述的,可经范围为从低至约1秒,约5秒,约10秒,约15秒或约20秒到高至约30秒,约45秒,约60秒,约90秒,约120秒,约150秒,或约180秒的时间,充分地加热粘合剂组合物和纤维混合物,引起复合产品的中心或芯达到范围为从低至约150℃,约155℃,约160℃,或约165℃到高至约180℃,约185℃,约190℃,约195℃,或约199℃的温度,以生产复合产品。
当加热时,在粘合剂组合物内存在的至少一部分任何水可蒸发,且该组合物可经历固化。这些方法可按序或同时发生。本文中所使用的术语"固化","固化的"和类似术语拟是指在粘合剂组合物内发生的结构和/或形貌变化,当它固化引起共价化学反应(交联),离子相互作用或簇聚,对基底改进的粘合,相转变或翻转和/或氢键键合时。本文中所使用的措辞“至少部分固化”,"至少部分固化的"和类似术语拟是指已经经历了至少一些共价化学反应(交联),离子相互作用或簇聚,对基底改进的粘合,相转变或翻转和/或氢键键合,但也可经历额外的共价化学反应(交联),离子相互作用或簇聚,对基底改进的粘合,相转变或翻转和/或氢键键合的粘合剂组合物。
或者或除了加热玻璃纤维产品以外,可使用催化固化来固化玻璃纤维产品。玻璃纤维产品的催化固化可包括添加酸催化剂。例举的酸催化剂可包括,但不限于,氯化铵或对甲苯磺酸。
在一个或更多个实施方案中,可在两个或更多个不同的步骤中进行粘合剂组合物的干燥与固化。例如,可首先在足以基本上干燥但没有显著固化粘合剂组合物的温度和时间下加热该组合物,然后在较高的温度和/或经较长的时间段加热第二时间,进行固化(交联成热固性结构)。可使用这一初步工序,称为"B-阶",提供粘合剂处理过的产品,例如卷形式,所述产品在随后的阶段中,在有或无与固化工艺同步的成形或模塑成特定构造的情况下,可充分固化。这使得可例如使用可在别处模塑且固化的玻璃纤维产品。
可将纤维垫产品形成为约0.25mm的相对薄的产品到约25.4mm的相对厚的产品。其他玻璃纤维产品可具有显著较大的厚度。例如,玻璃纤维绝缘产品的厚度范围可以是从低至约5cm,约10cm,约15cm,或约20cm到高至约30cm,约35cm,约40cm,约45cm,或约50cm。取决于成形条件,产品的密度也可从相对蓬松的低密度产品变化到约0.096g/cm3-约0.16g/cm3(约6-约10磅/英尺3)或更高的较高密度。在一个或更多个实施方案中,纤维垫产品的基准重量(basisweight)范围可以是从低至约0.1磅,约0.5磅,或约0.8磅到高至约3磅,约4磅,或约5磅/100英尺2。例如,纤维垫产品的基准重量可以是约0.6磅/100英尺2-约2.8磅/100英尺2,约1磅/100英尺2-约2.5磅/100英尺2,或约1.5磅/100英尺2-约2.2磅/100英尺2。在至少一个具体的实施方案中,纤维垫产品的基准重量可以是约1.2磅/100英尺2,约1.8磅/100英尺2,或约2.4磅/100英尺2。
纤维可代表非织造纤维产品,例如玻璃纤维垫产品的主要材料。例如,基于粘合剂和纤维的结合量,60wt%-约90wt%或约60wt%-约99wt%的玻璃纤维产品可由纤维组成。可施加粘合剂组合物,其用量使得已固化的粘合剂占最终玻璃纤维产品的约1wt%-约40wt%。例如,可施加粘合剂组合物,其用量使得已固化的粘合剂占成品玻璃纤维产品的低至约1wt%,约5wt%,或约10wt%到高至约15wt%,约20wt%,或约25wt%。
玻璃纤维垫产品的厚度范围可以是从低至约0.25mm(10mil),约0.63mm(25mil),约0.76mm(30mil),约1.3mm(50mil),或约1.9mm(75mil)到高至约6.4mm(250mil),约12.7mm(500mil),约19mm(750mil),或约25.4mm(1,000mil)。例如,玻璃纤维垫产品的厚度可以是约0.5mm(20mil),约1mm(39mil),或约2mm(79mil)。在另一实例中,玻璃纤维垫产品的厚度可以是约0.5mm(20mil)-约1.3mm(50mil),约0.6mm(25mil)-约1.1mm(45mil),或约0.8mm(30mil)-约1mm(40mil)。
在一个或更多个实施方案中,含有本文公开的一种或更多种粘合剂组合物的玻璃纤维垫的平均干燥拉伸强度可以是至少50lbs/3in;至少75lbs/3in,至少100lbs/3in,至少110lbs/3in,至少115lbs/3in,至少120lbs/3in,至少125lbs/3in,至少130lbs/3in,至少135lbs/3in,至少140lbs/3in,至少145lbs/3in,至少150lbs/3in,至少155lbs/3in,至少160lbs/3in,至少165lbs/3in,至少170lbs/3in,至少175lbs/3in,至少180lbs/3in,至少185lbs/3in,至少190lbs/3in,至少195,或至少200lbs/3in。例如,含有本文公开的一种或更多种粘合剂组合物的玻璃纤维垫的平均干燥拉伸强度可以是约100lbs/3in-约135lbs/3in,或约115lbs/3in-约145lbs/3in,或约120lbs/3in-约150。可使用Thwing-Albert拉伸测试仪,测定玻璃纤维垫的平均干燥拉伸强度。可根据Technical Association of the Pulp and PaperIndustry(TAPPI)试验方法–玻璃纤维垫的拉伸强度和断裂伸长率,试验方法T1009,使用3英寸的样品尺寸,测定玻璃纤维垫的平均干燥拉伸强度。
在一个或更多个实施方案中,含有本文公开的一种或更多种粘合剂组合物的玻璃纤维垫的平均Elmendorf撕裂强度可为约275克力("gf'),约300gf,约325gf,约350gf,约375gf,约400gf,约425gf,450gf,约475gf,约500gf,约525gf,约550gf,约575gf,约600gf,约625gf,约650gf,约675gf,约700gf,约725gf,约750gf,约775gf,或约800gf。在一个或更多个实施方案中,含有本文公开的一种或更多种粘合剂组合物的玻璃纤维垫的平均撕裂强度可为至少485gf,至少490gf,至少495gf,至少500gf,至少505gf,至少510gf,至少515gf,至少520gf,至少525gf,至少530gf,至少535gf,至少540gf,至少545gf,至少550gf,至少555gf,至少560gf,至少565gf,至少570gf,或至少575gf。在一个或更多个实施方案中,含有本文公开的一种或更多种粘合剂组合物的玻璃纤维垫的平均撕裂强度范围可从低至约500gf,约525gf,约550gf,或约575gf到高至约590gf,约620gf,约650gf,约700gf,约750gf,约800gf,约850gf,或约900gf。
在一个或更多个实施方案中,玻璃纤维垫的基准重量("BW")范围可以是从低至约1.5lbs/100ft2,约1.6lbs/100ft2,约1.7lbs/100ft2,或约1.8lbs/100ft2到高至约2lbs/100ft2,约2.1lbs/100ft2,约2.2lbs/100ft2,或约2.3lbs/100ft2。例如,该玻璃纤维垫的基准重量可以是约1.65lbs/100ft2,约1.75lbs/100ft2,约1.85lbs/100ft2,约1.95lbs/100ft2,或约2.1lbs/100ft2。
在一个或更多个实施方案中,玻璃纤维垫的热-湿保留率%("%HW")大于约50%,约55%,约60%,约65%,约70%,约75%,约80%,约85%,约80%,或约95%。
本文讨论并描述的粘合剂组合物也可施加到多种木质纤维素基底上,所述基底可在施加粘合剂组合物之前或之后成形为所需的形状,和可至少部分固化该粘合剂组合物,生产木质纤维素复合产品。在另一实例中,可施加粘合剂组合物到木材或其他木质纤维素基胶合板(veneers)和/或基底上,且可至少部分固化该粘合剂组合物,将胶合板和/或基底粘合或在其他情况下粘结到彼此上。在另一实例中,可施加粘合剂组合物到多种木质纤维素纤维,颗粒,薄片,丝束和/或类似物上,形成为垫或板,然后至少部分固化,生产木质纤维素复合垫或板。多种木质纤维素纤维可以随机取向。
可通过喷涂,涂布,混合,刷涂,降膜或幕涂器,浸涂,浸泡或类似方法,接触木质纤维素基底与粘合剂组合物。与粘合剂组合物接触的木质纤维素基底可在粘合剂组合物至少部分固化之前,之中和/或之后,形成为所需的形状。取决于特定的产品,可在粘合剂组合物至少部分固化之前,之中和/或之后,挤压与粘合剂组合物接触的木质纤维素基底。例如,可固结或者在其他情况下将与粘合剂组合物接触的木质纤维素基底成形为所需的形状,视需要挤压成特定的密度和厚度,并加热,至少部分固化该粘合剂组合物。
施加到装饰物(furnish)上的压力可至少部分取决于特定的产品,例如在碎料板生产工艺中施加的压力量范围可以是约1MPa-约5MPa或约2MPa-约4MPa。在另一实例中,在MDF生产工艺中施加的压力量范围可以是约2MPa-约7MPa或约3MPa-约6MPa。可加热产品,生产至少部分固化的产品的温度范围可以是从低至约100℃,约125℃,约150℃,或约170℃到高至约180℃,约200℃,约220℃,或约250℃。在产品的芯或中心处粘合剂组合物可被加热到范围为从低至约120℃,约130℃,约140℃,约150℃,或约155℃到高至约160℃,约170℃,约180℃,约190℃,约195℃,或约199℃的温度。可施加压力的时间长度范围可以是从低至约15秒,约30秒,约1分钟,约3分钟,约5分钟,或约7分钟到高至约10分钟,约15分钟,约20分钟,约30分钟,约1小时,约2小时,或更大,这至少部分取决于特定的产品和/或特定的尺寸,例如产品的厚度。例如,可施加到装饰物上的压力和/或热量的时间长度范围可以是约30秒-约10分钟,约30秒-约2分钟,约1分钟-约3分钟,约1.5分钟-约4分钟,或约45秒-约3.5分钟。
施加到木质纤维素基底上的粘合剂组合物量范围可以是从低至约1wt%,约2wt%,约3wt%,约4wt%,约5wt%或约6wt%到高至约10wt%,约12wt%,约15wt%,或约20wt%,基于木质纤维素基底的干重。例如,木质纤维素基底的复合产品可含有约5wt%-约15wt%,约8wt%-约14wt%,约10wt%-约12wt%,或约7wt%-约10wt%粘合剂组合物,基于木质纤维素基底的干重。在另一实例中,木质纤维素基底的复合产品可含有约1wt%-约4wt%,约1.5wt%-约5wt%,约2wt%-约4wt%,约2wt%-约6wt%,或约0.5wt%-约5.5wt%粘合剂组合物,基于木质纤维素基底的干重。
木质纤维素基底(含纤维素和木质素二者的材料)可包括,但不限于,稻草,大麻,剑麻,棉杆,小麦,竹子,印度草(sabai grass),稻杆,香蕉叶,构树(即,韧皮纤维),麻蕉叶,菠萝叶,细茎针草叶,来自龙舌兰科黄麻家族的种属晚芦荟属的纤维,盐水芦苇,棕榈叶,亚麻,粉碎的坚果壳,硬木,软木,回收的纤维板,例如高密度纤维板,中密度纤维板,低密度纤维板,定向刨花板,碎料板,动物纤维(例如,羊毛,毛发),回收纸产品(例如,报纸,纸板,谷物盒,和杂志),或其任何结合物。合适的木材可包括软木和/或硬木。例举的木材类型可包括,但不限于,桤木,白蜡木(ash),白杨木,椴木,山毛榉,桦树,雪松,樱桃树,三叶杨,柏树,榆树,冷杉,橡胶树(gum),朴树,山胡桃木,枫树,橡树,美洲山核桃,松树,白杨木,红木,檫木,云杉,小无花果树,胡桃木和柳树。
木质纤维素基底可由其衍生的起始材料可通过各种方法,例如弯曲(hogging),粉碎,锤磨,撕裂,撕碎和/或压片,降低到合适的大小或尺寸。木质纤维素基底的合适形式可包括,但不限于小片,薄片,圆片(wafer),纤维,刨花,锯屑或粉尘,或类似物。木质纤维素基底的长度范围可以是从低至约0.05mm,约0.1mm,约0.2mm到高至约1mm,约5mm,约10mm,约20mm,约30mm,约40mm,约50mm,或约100mm。
木质纤维素基底可由其衍生的起始材料也可通过削磨,切割,切片,拉锯或在其他情况下从木质纤维素材料源,例如木块中除去薄层或片材,形成为合适的大小或尺寸,以产生胶合板或层。可由两种或更多种胶合板生产一种或更多种复合产品。例如,采用胶合板生产的成品形式的复合产品可包括典型地称为单板层积材("LVL"),贴板(laminated veneer board)("LVB"),和/或胶合板的那些产品。正因为如此,合适的木质纤维素基底可包括,但不限于,木片,木纤维,木材薄片,木质束(wood strand),圆木片,刨木花,木材颗粒,木材胶合板,或其任何结合物。
至少部分取决于可引入有胶合板的特定产品,胶合板可具有合适的形状,例如矩形,圆形或任何其他几何形状。典型地,胶合板可以是矩形,且宽度范围可以是从低至约1cm,约5cm,约10cm,约15cm,约20cm,或约25cm到高至约0.6m,约0.9m,约1.2m,约1.8m,或约2.4m。胶合板的长度范围可以是从低至约0.3m,约0.6m,约0.9m,约1.2m,或约1.8m到高至约2.4m,或约3m,约3.6m,约4.3m,约4.9m,约5.5m,约6.1m,约6.7m,约7.3m,或约7.9m。例如,在典型的胶合板产品,例如胶合板中,胶合板的宽度可以是约1.2m和长度为约2.4m。胶合板的厚度范围可以是从低至约0.8mm,约0.9mm,约1mm,约1.1mm或约1.2mm到高至约3mm,约4mm,约5mm,约6mm,约7mm,约8mm,约9mm,或约10mm。
使用该粘合剂组合物生产的例举的复合木材制品或制品可包括,但不限于,碎料板,纤维板,例如中密度纤维板("MDF")和/或高密度纤维板("HDF"),合板,例如硬木合板和/或软木合板,定向刨花板("OSB"),单板层积材("LVL"),贴板("LVB"),和类似物。
木材基或含木材的产品,例如碎料板,纤维板,合板,和定向刨花板的厚度范围可以是从低至约1.5mm,约5mm,或约10mm到高至约30mm,约50mm,或约100mm。可将木材基或含木材的产品形成为片材或板。该片材或板的长度可以是约1.2m,约1.8m,约2.4m,约3m,或约3.6m。该片材或板的宽度可以是约0.6m,约1.2m,约1.8m,约2.4m,或约3m。
另一木质纤维素复合产品可包括面板或其他多层产品。例如木质纤维素产品可包括2,3,4,5,6,7,8,9,10或更多层粘结在一起的单独的木质纤维素层。可接触该粘合剂组合物与任何一层或更多层单独层中的木质纤维素基底。在一个实例中,多层产品中的单独的木质纤维素层可以是胶合板。在另一实例中,多层产品中的单独的木质纤维素层可包括粘结到彼此上的多个木质纤维素基底,以生产单独的层。在另一实例中,多层木质纤维素产品可包括含胶合板的一层或更多层单独的层,和含粘结到彼此上的多个木质纤维素基底的一层或更多层,以生产单独的层。
实施例
为了提供对前述讨论的更好理解,提供下述非限制性实施例。尽管实施例可涉及具体实施方案,但它们在任何具体的方面中不要被视为限制本发明。所有份,比例和百分比以重量计,除非另有说明。
实施例I
实施例1和2是具有TEA的分子量(Mw)为3,000的SMA溶液。通过添加200g3,000Mw SMA,352g水,14g MEA,80g TEA,和33g氨水(28%)到标准的密封聚合物反应器中,制造实施例1和2的聚合物。经约4-约6小时加热该混合物到约98℃,在这一点处,SMA已经溶解且该溶液变得清澈。最终pH为约8至8.5。实施例3和4的聚合物是与实施例1和2相同的SMA-TEA溶液;然而,通过添加172g50%右旋糖溶液到200g SMA-TEA溶液中,用右旋糖溶液改性SMA-TEA溶液。
对比例(C5和C6)是得到高撕裂强度玻璃垫的10%胶乳改性的脲甲醛聚合物。在用10%胶乳改性之前,该脲甲醛聚合物在本文中称为"未改性的UF聚合物"。在室温下直接共混10%胶乳改性的脲-甲醛聚合物与UF聚合物约30分钟。使用Rohm and Haas型号4297,共混该10%胶乳改性的UF聚合物以及所有其他实施例共混或混合两种或更多种组分。
对于所有本发明的实施例(1-4,7,8,10-16,18-19,和21-24)和对比例(C5,C6,C9,C17,C20,C25和C26)来说,针对每一样品进行手抄纸研究。采用PAA白水,进行稀释到约13%固体。PAA白水是聚丙烯酰胺的水溶液。PAA白水还包括3.75g/4L分散剂。在205℃的温度下固化手抄纸各种时间。在表1-4中列出了实施例1-4,7,8,10-16,和18-21和对比例C5,C6,C9,C17,和C20的固化时间。对于实施例21-24和对比例C25和C26来说,固化时间为70秒。
对于每一实施例来说,制造三张手抄纸。该手抄纸为10.5in.x10.5in。在固化之前,即仍然湿的同时,手抄纸的厚度没有测量。在固化之后手抄纸的厚度为约35mil。对于实施例I,II,和III来说,玻璃纤维的平均长度为约1.25in。对于实施例IV和V来说,玻璃纤维的平均长度为约0.75in。在Thwing-Albert拉伸测试仪(0-200kg负载池)上,测试每一组的干和湿拉伸强度,和在Thwing-Albert ProTear(1600g摆锤)上测试Elmendorf撕裂强度。
根据下述工序,测量Elmendorf撕裂强度试验和撕裂强度值。在撕裂方向上,切割试样成63mm(2.48in.)的宽度和长度为约75mm(3in.)。样品足够长,能被每一样品夹具的全宽夹持。将试样放置在Thwing-Albert Pro Tear测试仪的夹具内,同时确保每一样品的底部方方正正地(squarely)驻留在样品夹具的底部。与摆锤夹具的正面边缘一起校准样品。允许过量的材料悬挂在静止的夹具的后部上。然后闭合夹具。然后自始至终压下切割机的手柄,在样品内切割出20mm(0.79in)的狭缝。然后按压仪器的“test”键,并允许摆锤在撕裂方向上进行一次全摆动,和在往回的摆动上终止摆锤,并轻轻地下降,直到它贴着摆锤停(pendulum stop)而停下。
在650℃下30分钟之后称重样品,测定%点火损失("%LOI")。%热-湿保留率("%HW")是在80℃的水浴内浸泡样品10分钟之后保留的干燥拉伸强度量。重复每一试验,并计算每一实施例的标准偏差。在表1-5中所示的平均撕裂强度值是9次测量的平均,即在每一手抄纸上进行的平均三次试验。在表1-5中所示的干燥拉伸强度("DTN")值是6次测量的平均,即在每一手抄纸上进行的两次试验的平均。在表1-5中所示的%点火损失("LOI")和基准重量("BW")是3次测量的平均,即在每一手抄纸上进行的一次试验的平均。
参考表1,在各种固化条件下,实施例1-4和对比例(C5和C6)具有>75%的热-湿保留率("%HW")。总之,与实施例1和2和对比例(C5和C6)相比,实施例3和4具有较高的热-湿保留率。如表1所示,实施例1,2和4的平均干燥拉伸强度在统计上等于对比例(C5和C6)。实施例3的平均干燥拉伸强度在统计上小于对比例(C5和C6)。
由于基准重量("BW"),点火损失("LOI"),和热-湿保留率("HW")变化,因此针对每一粘合剂组合物计算干燥拉伸强度值("DTN")。根据下述方程式测定DTN:
DTN=干燥拉伸强度/(LOI*基准重量)
当计算DTN时,注意到相对于对比例(C5和C6),实施例1和2具有改进。具体地,实施例1和2的DTN值分别为3.75和4.01;而对比例(C5和C6)的DTN值分别为3.58和3.44。
实施例1,3和4(它们分别固化70秒,70秒,和90秒);各自具有比对比例(C5和C6)高的平均撕裂强度(gf)。
实施例II
提供两个本发明的实施例(7和8)和一个对比例(C9),并概述于下表2中。实施例7和8是与未改性的UF聚合物结合的两种丙烯酸类树脂的溶液。具体地,实施例7是含未改性的UF聚合物和实施例1聚合物的结合物的聚合物。对于实施例7来说,未改性的UF聚合物对实施例1聚合物之比为40wt%-60wt%(40:60)。实施例8是含有未改性的UF聚合物和实施例3聚合物的结合物的聚合物。对于实施例8来说,未改性的UF聚合物对实施例3聚合物之比为40wt%-60wt%(40:60)。如上所述,对于实施例7和8二者来说,未改性的UF聚合物是与对比例5和6相同的聚合物,但不具有10%胶乳。制造实施例7和8所使用的未改性的UF聚合物通过制造脲-甲醛聚合物的标准技术,例如在美国专利No.5,362,842中讨论并描述的那些制造。对比例C9是与对比例C5和C6所使用的相同的10%胶乳改性的UF聚合物。
在各种固化条件下,所有实施例具有>50%的热-湿保留率("%HW")。总之,与对比例(C9)相比,实施例7和8具有较低的热-湿保留率。
对于本发明的实施例7和8和对比例C9来说,平均干燥拉伸强度和DTN在统计上是相等的。然而,对于实施例7和8二者来说,平均撕裂强度从对比例(C9)的数值470分别增加到593和716。令人惊奇地且预料不到地,实施例7和8二者的拉伸强度维持在137.3lbs/3in和133.8lbs/3in下,这大致等于对比例(C9)的135.9lbs/3in。撕裂强度显著增加,同时维持拉伸强度与通常观察到的相反,因为垫片撕裂强度增加通常伴随着拉伸强度下降。
实施例III
提供7个本发明的聚合物(实施例10-16)和一个对比例(C17)并概述于下表3中。通过改变固化时间,进一步研究在以上实施例3和4中所使用的聚合物,以便改性聚合物的性能。这些样品对应于实施例10-14。还共混在实施例3和4中所使用的聚合物与未改性的UF聚合物,以便测定在聚合物内较低水平的丙烯酸类树脂是否会改进样品的性能,且不要求添加胶乳。实施例15是14wt%实施例3和4聚合物和86wt%未改性的UF聚合物的共混物。实施例16是27wt%实施例3和4聚合物和73wt%未改性的UF聚合物的共混物。
所有实施例10-16和对比例(C17)的热-湿保留率(%HW)>60%。对于实施例10-14来说,固化时间从35秒增加到95秒对本发明的聚合物的热-湿保留率具有很小的影响。实施例15和16(它们是两种共混物)具有比实施例10-14和对比例(CI7)低的热-湿保留率。这一结果类似于实施例7和9(它们也是聚合物共混物)。
对于实施例10-14来说,固化时间从35秒增加到95秒,平均干燥拉伸强度也从72.3lbs/3in增加到108.8lbs/3in。然而,所有实施例10-14具有比对比例(C17)低的平均干燥拉伸强度。令人感兴趣的是,实施例15和16,共混物,具有比对比例(C17)高的平均干燥拉伸强度。
对于实施例10-14来说,平均撕裂强度(其范围从915gf到621gf)全部显著大于对比例(C17)以及实施例15和16。对于实施例10-14来说,当固化时间从35秒增加到95秒时,平均撕裂强度从915gf下降到621gf。
实施例IV
提供两个本发明聚合物(实施例18和19)和一个对比聚合物(C20)并概述于下表4中。实施例18和19评价右旋糖作为脲甲醛聚合物用改性剂的影响。40%的右旋糖溶液用作未改性的脲-甲醛聚合物用改性剂。在室温下,通过共混40%右旋糖溶液约30分钟,添加右旋糖到脲-甲醛聚合物中。具体地,改性实施例18和19,分别包括7.7wt%和15wt%右旋糖。
右旋糖改性的聚合物(实施例18和19)和对比例(C20)全部具有>68%的热-湿保留率(%HW)。
如表4所示,与对比聚合物C20相比,右旋糖改性的聚合物(实施例18和19)提供统计上相当的拉伸强度的玻璃垫。然而,右旋糖改性的聚合物(实施例18和19)显示出显著增加的撕裂强度。具体地,右旋糖改性的聚合物(实施例18和19)的平均撕裂强度从对比聚合物(C20)的数值439分别增加到490和562。这一结果是令人惊奇且预料不到的,因为撕裂强度的增加通常伴随着拉伸强度下降。
实施例V
提供四个本发明聚合物(实施例21-24)和两个对比聚合物(C25和C26)并概述于下表5中。实施例21是未改性的UF聚合物和以上讨论的实施例3和4的本发明聚合物的共混物。具体地,实施例24含有80wt%未改性的UF聚合物和20wt%实施例3和4的本发明聚合物。实施例22是未改性的UF聚合物和以上讨论的实施例1和2的本发明聚合物的共混物。具体地,实施例22含有80wt%未改性的UF聚合物和20wt%实施例1和2的本发明聚合物。实施例23是实施例3和4的本发明聚合物,和实施例27是以上讨论的实施例1和2的本发明聚合物。对比例(C25)是用在室温下后共混10%RH618胶乳30分钟而改性的标准脲-甲醛聚合物。对比例C26是与对比例(C5和C6)相同的10%胶乳改性的聚合物。所有实施例21-24和对比例(C25和C26)在205℃的温度下固化70秒。
所有实施例21-24和对比例(C25和C26)具有>52%的热-湿保留率(%HW)。然而,与其他实施例相比,含有80wt%未改性的UF聚合物和20wt%实施例1和2的本发明聚合物的实施例22具有显著较低的热-湿保留率。实施例21-22全部具有与对比例(C25和C26)统计上相等的平均干燥拉伸强度。令人惊奇地,实施例24具有最高的平均干燥拉伸强度200.8lbs/3in,它比对比例(C25和C26)增加大于25lbs/3in。如上所述,撕裂强度显著增加,同时维持拉伸强度与通常观察到的相反,因为撕裂强度增加通常伴随着拉伸强度下降。拉伸强度和撕裂强度二者均增加是令人惊奇且预料不到的。
实施例VI
提供一个对比例(C27)和一个本发明的实施例(实施例28)并概述于下表6中。通过在反应器容器内,结合约700g水和约519g数均分子量(Mn)为约5,000的SMA和约180g NH3,制备对比例C27。借助GPC测定Mn。密闭反应器容器,开始搅拌,并升高反应器内部温度到约95℃。当温度增加时,反应器内部的压力增加到并维持在约6psig至约9psig下。在约2小时之后,SMA和NH3的反应完成且温度下降到室温。通过与NH3反应而改性的SMA共聚物的固体浓度为约38wt%,pH约5.8,和粘度约1,250cP。使用通过与NH3反应而改性的SMA共聚物来制备对比例C27的玻璃纤维垫。
对于实施例28来说,在配有不锈钢搅拌轴,加热元件和回流/蒸馏冷凝器的2L反应器内,制备聚酰胺基胺预聚物。添加约600g二亚乙基三胺(约5.82mol)到该反应器中,并开始搅拌。在30分钟内缓慢地添加约877g固体己二酸(约6.00mol)到该反应器中。在这一时间内,反应放热从室温到达约145℃,并观察到回流。在添加己二酸之后,缓慢地加热该反应到约155℃,并将冷凝器改变为蒸馏。从反应器中除去水,直到稀释的反应混合物样品的粘度达到约BCC-约D的泡管粘度(bubble tube viscosity)(Gardner Holdt粘度),且将冷凝器变回为回流且缓慢地添加水,稀释该反应混合物。为了测定Gardner Holdt粘度,将反应混合物的样品,例如约50g溶解在约100g水中。已溶解的混合物的折射指数范围为约1.3978-约1.3984。当Gardner Holdt粘度为约1.3979-约1.3984时,冷凝器变回为回流,并缓慢地添加水,以生产在45wt%固体下粘度为约300cP的聚酰胺基胺预聚物。采用具有No.3锭子的Brookfield Viscometer,型号DV-II+,在25℃下测量粘度。聚酰胺基胺预聚物的重均分子量Mw为约40,000道尔顿。借助GPC测定Mw。
通过混合约364g对比例C27的通过与NH3反应而改性的SMA共聚物与约61g聚酰胺基胺预聚物,制备实施例28的玻璃纤维垫所使用的粘合剂组合物,以提供含有约65wt%通过与NH3反应而改性的SMA共聚物和约35wt%聚酰胺基胺预聚物的粘合剂组合物。
通过用PAA白水稀释C27和实施例28的粘合剂组合物到约13%固体,制备手抄纸。PAA白水还包括3.75g/4L分散剂。在约205℃(C27)和185℃(实施例28)的温度下固化手抄纸约90秒。对于每一实施例,制造三张手抄纸。手抄纸为10.5in.x10.5in。在固化之前,即仍然湿的同时,没有测量手抄纸的厚度。固化之后手抄纸的厚度为约35mil。玻璃纤维的平均长度为约1.25in。在Thwing-Albert拉伸测试仪上测试每一组的干燥和湿拉伸强度(0-200kg负载池),以及在Thwing-Albert Pro Tear上测试每一组的Elmendorf撕裂强度(1600g摆锤)。
令人惊奇地且预料不到地发现,实施例28的固化温度可以显著降低(与205℃相比,185℃),同时仍然维持统计上相等的干燥拉伸强度,H/W拉伸强度和%HW保留率。如上参考实施例I-V所述,测定C27和实施例28的物理性能。
本发明的实施方案进一步涉及任何一个或更多个下述段落:
1.一种粘合剂组合物,它包括:至少一种聚酰胺基胺预聚物;和通过与一种或更多种碱化合物反应而改性的至少一种共聚物,其中该共聚物包括:一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元,和一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其结合物。
2.一种制造复合产品的方法,该方法包括:接触多个基底与粘合剂组合物,其中粘合剂组合物包括:至少一种聚酰胺基胺预聚物;和通过与一种或更多种碱化合物反应而改性的至少一种共聚物,其中该共聚物包括:一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元,和一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其结合物;和至少部分固化该粘合剂组合物,生产复合产品。
3.一种复合产品,它包括:多种基底和粘合剂组合物,其中该粘合剂组合物在固化之前包括:至少一种聚酰胺基胺预聚物;和通过与一种或更多种碱化合物反应而改性的至少一种共聚物,其中该共聚物包括:一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元,和一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其结合物。
4.段落1-3任何一项的粘合剂组合物,方法,或复合产品,其中一种或更多种碱化合物包括一种或更多种胺类,一种或更多种酰胺类,一种或更多种氢氧化物,一种或更多种碳酸盐,或其任何结合物。
5.段落1-4任何一项的粘合剂组合物,方法,或复合产品,其中一种或更多种碱化合物包括氨,伯烷醇胺,仲烷醇胺,叔烷醇胺,氢氧化钠,氢氧化钾,或其任何结合物。
6.段落1-5任何一项的粘合剂组合物,方法,或复合产品,其中一种或更多种碱化合物是氨。
7.段落1-6任何一项的粘合剂组合物,方法,或复合产品,其中至少一种共聚物包括约7mol%-约50mol%一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其结合物,基于一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其结合物,和一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元的总重量。
8.段落1-7任何一项的粘合剂组合物,方法,或复合产品,其中至少一种共聚物的重均分子量(Mw)为约500-约200,000。
9.段落1-8任何一项的粘合剂组合物,方法,或复合产品,其中至少一种聚酰胺基胺预聚物包括一种或更多种多亚烷基多胺和一种或更多种二元酸的反应产物。
10.段落9的粘合剂组合物,方法,或复合产品,其中一种或更多种多亚烷基多胺包括一种或更多种多亚乙基多胺,一种或更多种多亚丙基多胺,一种或更多种多亚丁基多胺,或其任何结合物。
11.段落9的粘合剂组合物,方法,或复合产品,其中一种或更多种多亚烷基多胺包括二亚乙基三胺,三亚乙基四胺,四亚乙基五胺,双六亚甲基三胺,双-2-羟乙基亚乙基二胺,五亚乙基六胺,六亚乙基七胺,甲基双(3-氨丙基)-胺,二亚丙基三胺,或其任何结合物。
12.段落9-11任何一项的粘合剂组合物,方法,或复合产品,其中一种或更多种二元酸包括丙二酸,琥珀酸,戊二酸,己二酸,庚二酸,辛二酸,壬二酸,癸二酸,邻苯二甲酸,间苯二甲酸,对苯二甲酸,环己烷二羧酸,或其任何结合物。
13.段落1-12任何一项的粘合剂组合物,方法,或复合产品,其中至少一种聚酰胺基胺预聚物包括至少一种二亚乙基三胺,甲基双(3-氨丙基)-胺,三亚乙基四胺,和四亚乙基五胺;与己二酸和戊二酸中至少一种的反应产物。
14.段落1-13任何一项的粘合剂组合物,方法,或复合产品,其中至少一种聚酰胺基胺预聚物的重均分子量(Mw)范围为约700-约100,000。
15.段落1-14任何一项的粘合剂组合物,方法,或复合产品,其中至少一种聚酰胺基胺预聚物的重均分子量(Mw)范围为约30,000-约50,000。
16.段落1-15任何一项的粘合剂组合物,方法,或复合产品,其中至少一种共聚物的存在量范围为约60wt%-约95wt%,基于该共聚物和一种或更多种碱化合物的总重量。
17.段落1-16任何一项的粘合剂组合物,方法,或复合产品,其中至少一种聚酰胺基胺预聚物的存在量范围为约5wt%-约50wt%,基于至少一种共聚物和至少一种聚酰胺基胺预聚物的总重量。
18段落1-17任何一项的粘合剂组合物,方法,或复合产品,其中至少一种聚酰胺基胺预聚物的存在量范围为约25wt%-约45wt%,基于至少一种共聚物和至少一种聚酰胺基胺预聚物的总重量。
19.段落2的方法,其中至少一部分粘合剂组合物被加热到小于或等于约195℃的温度,至少部分固化该粘合剂组合物并形成复合产品。
20.段落2或19的方法,其中至少一部分粘合剂组合物被加热到小于或等于约185℃的温度,至少部分固化该粘合剂组合物并形成复合产品。
21.段落2,3,19,或20任何一项的方法或复合产品,其中基底包括玻璃纤维。
22.段落2,3,或19-21任何一项的方法或复合产品,其中基底包括木质纤维素基底。
23.段落2,3,或19-22任何一项的方法或复合产品,其中复合产品是碎料板,纤维板,合板,定向刨花板,玻璃纤维垫,或玻璃纤维绝缘产品。
24.段落2,3,或19-23任何一项的方法或复合产品,其中基底包括木纤维,玻璃纤维,或其结合物。
25.段落1-24任何一项的粘合剂组合物,方法,或复合产品,其中至少一种共聚物包括苯乙烯马来酸酐。
26.段落1-25任何一项的粘合剂组合物,方法,或复合产品,其中至少一种共聚物包括苯乙烯马来酸酐,和其中至少一种聚酰胺基胺预聚物包括一种或更多种多亚烷基多胺和一种或更多种二元酸的反应产物。
27.段落1-26任何一项的粘合剂组合物,方法,或复合产品,其中至少一种共聚物包括苯乙烯马来酸酐,其中至少一种聚酰胺基胺预聚物包括一种或更多种多亚烷基多胺和一种或更多种二元酸的反应产物,其中一种或更多种多亚烷基多胺包括一种或更多种多亚乙基多胺,一种或更多种多亚丙基多胺,一种或更多种多亚丁基多胺,或其任何结合物,和其中一种或更多种二元酸包括丙二酸,琥珀酸,戊二酸,己二酸,庚二酸,辛二酸,壬二酸,癸二酸,邻苯二甲酸,间苯二甲酸,对苯二甲酸,环己烷二羧酸,或其任何结合物。
28.段落1-27任何一项的粘合剂组合物,方法,或复合产品,其中至少一种聚酰胺基胺预聚物包括二亚乙基三胺,甲基双(3-氨丙基)-胺,三亚乙基四胺,和四亚乙基五胺中至少一种;和己二酸和戊二酸中至少一种的反应产物,和其中至少一种共聚物包括苯乙烯马来酸酐。
使用一组数值上限和一组数值下限描述了一些实施方案和特征。应当理解,考虑从任何下限到任何上限的范围,除非另有说明。一些下限,上限和范围出现在以下的一个或更多个权利要求中。所有数值是所述值的“大约”或“大致”,且考虑本领域技术人员将会预期到的实验误差和变化。
以上定义了各种术语。在以上没有定义权利要求中使用的术语的情况下,该术语应当是在至少一个印刷的出版物或授权专利中反映的该术语的相关领域中的技术人员给出的最宽定义。此外,在本申请中引证的所有专利,试验工序,和其他文献全部在此通过参考引入,其程度使得该公开内容没有与本申请冲突且在这种引入允许的所有权限下。
尽管前述内容涉及本发明的实施方案,但可在没有脱离本发明的基本范围的情况下修正本发明的其他和进一步的实施方案,和本发明的范围通过随后的权利要求书来确定。
Claims (20)
1.一种粘合剂组合物,它包括:
至少一种聚酰胺基胺预聚物;和
通过与一种或更多种碱化合物反应而改性的至少一种共聚物,其中该共聚物包括:
一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元,和
一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其结合物。
2.权利要求1的粘合剂组合物,其中一种或更多种碱化合物包括一种或更多种胺类,一种或更多种酰胺类,一种或更多种氢氧化物,一种或更多种碳酸盐,或其任何结合物。
3.权利要求1的粘合剂组合物,其中一种或更多种碱化合物包括氨,伯烷醇胺,仲烷醇胺,叔烷醇胺,氢氧化钠,氢氧化钾,或其任何结合物。
4.权利要求1的粘合剂组合物,其中至少一种共聚物包括约7mol%-约50mol%一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其结合物,基于一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其结合物和一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元的总重量。
5.权利要求1的粘合剂组合物,其中至少一种共聚物的重均分子量(Mw)为约500-约200,000。
6.权利要求1的粘合剂组合物,其中至少一种共聚物包括苯乙烯马来酸酐。
7.权利要求1的粘合剂组合物,其中至少一种聚酰胺基胺预聚物包括一种或更多种多亚烷基多胺和一种或更多种二元酸的反应产物。
8.权利要求7的粘合剂组合物,其中一种或更多种多亚烷基多胺包括一种或更多种多亚乙基多胺,一种或更多种多亚丙基多胺,一种或更多种多亚丁基多胺,或其任何结合物。
9.权利要求7的粘合剂组合物,其中一种或更多种多亚烷基多胺包括二亚乙基三胺,三亚乙基四胺,四亚乙基五胺,双六亚甲基三胺,双-2–羟乙基亚乙基二胺,五亚乙基六胺,六亚乙基七胺,甲基双(3-氨丙基)-胺,二亚丙基三胺,或其任何结合物。
10.权利要求7的粘合剂组合物,其中一种或更多种二元酸包括丙二酸,琥珀酸,戊二酸,己二酸,庚二酸,辛二酸,壬二酸,癸二酸,邻苯二甲酸,间苯二甲酸,对苯二甲酸,环己烷二羧酸,或其任何结合物。
11.权利要求1的粘合剂组合物,其中至少一种共聚物包括苯乙烯马来酸酐,其中至少一种聚酰胺基胺预聚物包括一种或更多种多亚烷基多胺和一种或更多种二元酸的反应产物,其中一种或更多种多亚烷基多胺包括一种或更多种多亚乙基多胺,一种或更多种多亚丙基多胺,一种或更多种多亚丁基多胺,或其任何结合物,和其中一种或更多种二元酸包括丙二酸,琥珀酸,戊二酸,己二酸,庚二酸,辛二酸,壬二酸,癸二酸,邻苯二甲酸,间苯二甲酸,对苯二甲酸,环己烷二羧酸,或其任何结合物。
12.权利要求1的粘合剂组合物,其中至少一种聚酰胺基胺预聚物包括二亚乙基三胺,甲基双(3-氨丙基)-胺,三亚乙基四胺,和四亚乙基五胺中的至少一种;与
己二酸和戊二酸中的至少一种的反应产物。
13.权利要求1的粘合剂组合物,其中至少一种共聚物的存在量范围为约60wt%-约95wt%,基于该共聚物和一种或更多种碱化合物的总重量。
14.权利要求1的粘合剂组合物,其中至少一种聚酰胺基胺预聚物的存在量范围为约5wt%-约50wt%,基于至少一种共聚物和至少一种聚酰胺基胺预聚物的总重量。
15.一种制造复合产品的方法,该方法包括:
使多个基底与粘合剂组合物接触,其中该粘合剂组合物包括:
至少一种聚酰胺基胺预聚物;和
通过与一种或更多种碱化合物反应而改性的至少一种共聚物,其中该共聚物包括:
一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元,和
一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其结合物;和
至少部分固化该粘合剂组合物,生产复合产品。
16.权利要求15的方法,其中至少一部分粘合剂组合物被加热到小于或等于约195℃的温度,以至少部分固化该粘合剂组合物并形成复合产品。
17.权利要求15的方法,其中复合产品是碎料板,纤维板,合板,定向刨花板,玻璃纤维垫,或玻璃纤维绝缘产品。
18.权利要求15的方法,其中基底包括木纤维,玻璃纤维,或其结合物。
19.一种复合产品,它包括:
多个基底和粘合剂组合物,其中该粘合剂组合物在固化之前包括:
至少一种聚酰胺基胺预聚物;和
通过与一种或更多种碱化合物反应而改性的至少一种共聚物,其中该共聚物包括:
一种或更多种乙烯基芳烃衍生的单元,和
一种或更多种不饱和羧酸,一种或更多种不饱和羧酸酐,或其结合物。
20.权利要求19的复合产品,其中该复合产品是碎料板,纤维板,合板,定向刨花板,玻璃纤维垫,或玻璃纤维绝缘产品。
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