CN106458739A - 基于非还原糖和氢化糖的施胶组合物以及获得的隔绝产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及施胶组合物,特别用于基于矿物棉,特别是岩棉或玻璃棉的隔绝产品,其包含:‑ 至少一种非还原糖,‑ 至少一种氢化糖,和‑ 至少一种多元有机酸。其还涉及获得的基于矿物纤维的隔绝产品。

Description

基于非还原糖和氢化糖的施胶组合物以及获得的隔绝产品
本发明涉及用于复合材料或涂覆产品,如基于矿物棉(特别是玻璃棉和/或岩棉)和基于无甲醛有机粘结剂的绝热和/或隔音产品的施胶剂领域。
本发明更特别涉及能够交联以形成所述有机粘结剂的施胶组合物,其包含非还原糖、氢化糖和多元有机羧酸。
本发明的主题还是由矿物棉组成的隔绝产品,所述矿物棉通过上述施胶组合物来施胶。
制造基于矿物棉的隔绝产品通常包括制造该棉本身的步骤,其可以通过各种方法进行,例如根据通过内部或外部离心来纤维化的已知技术。
内部离心包括将熔融的矿物材料(玻璃或岩石)引入包含多个小孔的离心装置,该材料在离心力的作用下朝向该装置的外周壁投射并由此以长丝形式逸出。在离开该离心装置时,该长丝被具有高温和高速度的气流朝向接收构件拉伸和承载以便在其中形成纤维(或矿物棉)的网幅。
外部离心就其本身而言包括在旋转部件(称为转子)的外周表面处倾倒熔融材料,熔融材料在离心力的作用下由该外表面抛射。还提供了通过气流拉伸和在接收构件上收集的装置。
为了将纤维组装在一起并使网幅能够具有凝聚力,在离心装置的出口与接收构件之间的路径上将含有热固性树脂的施胶组合物投射到纤维上。在通常大于100℃的温度下对涂有该施胶剂的纤维网幅施以热处理,以便令树脂缩聚并由此获得具有特定性质(特别是尺寸稳定性、拉伸强度、压缩后的厚度恢复和均匀的颜色)的绝热和/或隔音产品。
要投射到矿物棉上的施胶组合物通常为含有该热固性树脂与添加剂的水溶液形式,所述添加剂例如用于交联该树脂的催化剂、增粘硅烷、防尘矿物油等等。该施胶组合物最通常通过喷雾施加到纤维上。
该施胶组合物的性质在很大程度上取决于该树脂的特性。从应用的角度来看,该施胶组合物必须表现出良好的可喷涂性,并能够沉积在纤维表面以有效地粘结它们。
该树脂在用于形成该施胶组合物之前必须在给定时间段内稳定,该组合物通常在使用时通过混合该树脂与前述添加剂来制备。
从法规的角度来看,该树脂必须被视为无污染的,即其含有——在施胶步骤过程中或之后由其产生——尽可能少的有害于人体健康或环境的化合物。
最通常使用的热固性树脂是属于甲阶酚醛树脂类别的酚树脂。除了它们在前述热条件下良好的交联性之外,这些树脂可溶于水,具有对矿物纤维特别是玻璃纤维的良好亲和力,并相对廉价。
最常见的甲阶酚醛树脂通过苯酚和甲醛在碱性催化剂的存在下的缩合反应获得。最后,这些甲阶酚醛树脂含有一定比例的未反应单体,特别是甲醛,由于其已知的有害影响,甲醛的存在是不合意的。
由于这一原因,通常用尿素来处理基于甲阶酚醛树脂的树脂,尿素通过以非挥发性尿素-甲醛缩合物形式捕集甲醛来与游离甲醛反应。此外,在树脂中存在尿素会因其低成本而带来一定的经济益处,因为有可能以相对大的量引入尿素而不影响树脂的操作质量,特别是不会伤害最终产品的机械性质,由此显著降低树脂的总成本。
然而据观察,在对该网幅施加以获得树脂交联的温度条件下,该尿素-甲醛缩合物并不稳定;它们分解,恢复成甲醛和尿素,其又至少部分分解成释放到工厂气氛中的氨。
变得越来越严格的环保方面的法规迫使隔绝产品的制造商寻求能够进一步降低不合意的排放物(特别是甲醛)的水平的解决方案。
其中在施胶组合物中替换甲阶酚醛树脂的解决方案是已知的,并基于使用羧酸和醇。
在US 5 340 868中,该施胶剂包含多羧酸聚合物、β-羟基酰胺和至少三官能的单体羧酸。
已经描述了包含含有至少两个羟基基团的链烷醇胺和多羧酸聚合物的施胶组合物(US 6 071 994、US 6 099 773、US 6 146 746),其可以与共聚物混合(US 6 299 936)。
还已经提供了包含多羧酸聚合物和多元醇的施胶组合物(US 2002/0091185、US2002/0091185)。这些组合物还含有催化剂,其可以是含磷化合物(US 5 318 990、US 5 661213、US 6 331 350、US 2003/0008978)、氟硼酸盐(US 5 977 232)或氰胺、二氰胺或氰基胍(US 5 932 689)、或阳离子、两性或非离子表面活性剂(US 2002/0188055)、或硅烷类型的偶联剂(US 2004/0002567)。
WO 2006/120523描述了一种施胶组合物,其包含(a)聚(乙烯基醇),(b)选自非聚合多酸或其盐、酸酐或非聚合多醛的多官能交联剂,和(c)任选的催化剂,(a)/(b)重量比为95:5至35:65,该pH至少等于1.25。
由WO 2008/053332还已知一种施胶组合物,其包含(a)糖聚合物和(b)选自单体多酸或其盐以及酸酐的多官能交联剂的加合物,其在使得(a)/(b)重量比为95:5至35:65的条件下获得。
此外,已经描述了其所有或部分醇被一种或多种糖类取代的施胶组合物。
在US 2005/0215153中,该施胶组合物由含有羧酸和多元醇的聚合物的预粘结剂和作为助粘结剂的糊精形成。
在US 5 895 804中,该施胶组合物包含分子量至少等于1000的多羧酸聚合物和分子量至少等于10 000的多糖。
在WO 2009/080938中,该施胶组合物包含至少一种分子量小于或等于1000的多元有机羧酸和至少一种单糖和/或多糖。
最后,包含至少一种氢化糖和多官能交联剂的施胶组合物由WO 2010/029266、WO2013/014399和WO 2013/021112已知。
已经注意到,用上述施胶组合物制造的基于矿物棉的隔绝产品在潮湿环境中表现出对老化的耐受性,该耐受性不足以使其用在建筑物外侧上。
本发明的目的是提供糖-基水性施胶组合物,其在复合材料或涂覆产品上,特别是在基于矿物棉的隔绝产品上提供改进的耐水解性,同时保持良好的机械性质。
更具体而言,本发明的水性施胶组合物的特征在于其包含:
- 至少一种非还原糖,
- 至少一种氢化糖,和
- 至少一种多元有机羧酸。
术语“非还原糖”应当以常规含义来理解,即其表示由几个糖单元组成的糖,所述糖单元的携带半缩醛OH基团的碳1包含在键中。对本发明而言,非还原糖对碱性铜溶液不表现出还原作用。
本发明的非还原糖是含有最多10个糖单元的非还原寡糖。
作为此类非还原糖的实例,可以提及二糖,如海藻糖、异海藻糖、蔗糖和异蔗糖;三糖,如松三糖、龙胆三糖、棉子糖、吡喃葡糖基蔗糖和伞形糖;四糖,如水苏糖;以及五糖,如毛蕊花糖。
优选蔗糖和海藻糖,甚至更好蔗糖。
术语“氢化糖”意在指来自于选自单糖、寡糖或多糖的糖类的还原(不论以何种方式)的所有产物,所述糖类可以是直链、支链或环状的,以及这些产物的混合物,特别是淀粉水解物。
该糖可以通过在高氢气压力和温度条件下操作的已知方法在选自元素周期表第IB、IIB、IVB、VI、VII和VIII族、优选选自镍、铂、钯、钴、钼及其混合物的催化剂的存在下来氢化。优选的催化剂是兰尼镍。该氢化将糖或糖的混合物(例如淀粉水解物)转化成相应的多元醇。
尽管并非优选,该氢化可以在不存在氢化催化剂的情况下在除氢气之外的氢源存在下进行,所述氢源例如碱金属硼氢化物,如硼氢化钠。
作为氢化糖的实例,可以提及赤藓糖醇、阿糖醇、木糖醇、山梨糖醇、甘露醇、艾杜糖醇、麦芽糖醇、异麦芽糖醇、乳糖醇、纤维二醇(cellobitol)、异麦芽酮糖醇、麦芽三糖醇和淀粉水解物的氢化产物,特别是由Tereos Syral公司以名称Maltilite®出售的。优选地,使用淀粉水解物的氢化产物,有利地为麦芽糖醇糖浆。
本发明的氢化糖具有小于100 000、优选小于50 000、有利地小于5000、更特别小于1000和甚至更好大于100的数均分子量。
在该施胶组合物中,氢化糖优选占非还原糖与氢化糖总重量的18%至80%,有利地为30%至70%,甚至更好40%至60%。
本发明的多元有机羧酸能够与非还原糖和氢化糖的羟基基团在热的作用下反应以形成酯键,其导致在最终的粘结剂中获得聚合的网络。所述聚合网络能够在矿物棉中的纤维的连接处建立键。发明人认为,还在非还原糖上发生脱水反应,包括形成结合到该粘结剂网络中的呋喃聚合物,并以这种方式有助于改善其耐水解性。
术语“多元有机羧酸”意在指包含至少两个羧酸官能,优选最多15个,有利地为二至四个羧酸官能的有机羧酸。
该多元有机羧酸通常具有小于或等于1000、优选小于或等于750和有利地小于或等于500的数均分子量。
该多元有机羧酸是饱和或不饱和的和直链或支链的无环酸、环状酸或芳族酸。
该多元有机羧酸可以是二羧酸,例如草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、苹果酸、酒石酸、羟基丙二酸、天冬氨酸、谷氨酸、富马酸、衣康酸、马来酸、愈伤酸、樟脑酸、邻苯二甲酸及其衍生物,特别是含有至少一个硼或氯原子,四氢邻苯二甲酸及其衍生物,特别是含有至少一个氯原子,如氯菌酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、甲基富马酸和柠康酸;三羧酸,例如柠檬酸、均丙三羧酸、1,2,4-丁烷三甲酸、乌头酸、连苯三甲酸、偏苯三甲酸和均苯三甲酸;或四羧酸,例如1,2,3,4-丁烷四甲酸和均苯四甲酸。
特别有利地,该多元有机羧酸含有二至四个羧酸官能。
优选的多元有机羧酸是柠檬酸。
在该施胶组合物中,非还原糖与氢化糖占由非还原糖、氢化糖和多元有机羧酸组成的混合物的重量的10%至90%、优选20%至85%、有利地为30%至80%、甚至更好40%至65%和特别有利地为45%至65%。
通常,本发明的施胶组合物不含单烷基胺、二烷基胺和链烷醇胺。事实上对这些化合物(其能够与该施胶组合物的其它成分反应)而言不合意的是并入最终粘合剂的聚合网络。
该施胶组合物还可以包含酸性或碱性催化剂,其特别具有调节交联起始温度的功能。
该催化剂可以选自路易斯碱和酸,如粘土、胶态或非胶态二氧化硅、有机胺、季胺、金属氧化物、金属硫酸盐、金属氯化物、尿素硫酸盐、尿素氯化物和硅酸盐-基催化剂。
该催化剂还可以是含磷化合物,例如碱金属次磷酸盐、碱金属亚磷酸盐、碱金属聚磷酸盐、碱金属磷酸氢盐、磷酸或烷基膦酸。优选地,该碱金属是钠或钾。
该催化剂还可以是含有氟和硼的化合物,例如四氟硼酸或该酸的盐,特别是碱金属四氟硼酸盐,如四氟硼酸钠或四氟硼酸钾,碱土金属四氟硼酸盐,如四氟硼酸钙或四氟硼酸镁,四氟硼酸锌和四氟硼酸铵。
优选地,该催化剂是次磷酸钠、亚磷酸钠和这些化合物的混合物。
引入该施胶组合物的催化剂的量可以占非还原糖、氢化糖和多元有机羧酸的总重量的最多20%,优选最多10%,并且有利地至少等于1%。
特别优选的施胶组合物含有蔗糖、麦芽糖醇和柠檬酸,并且在适当的情况下含有交联催化剂,特别是次磷酸钠。
本发明的施胶组合物还可以以基于100重量份的非还原糖、氢化糖和多元有机羧酸计算的下列比例包含下列常规添加剂:
- 0至2份的硅烷,特别是氨基硅烷或环氧硅烷,
- 0至40份的油,优选0至30份,特别是4至24份,
- 0至30份的尿素,优选0至20份,有利地为0份,
- 0至5份的硅酮,
- 0至20份的除上述糖类之外的多元醇,
- 0至15份的金属硫酸盐或铵硫酸盐,优选0至10份和有利地为0至5份,
- 0至30份的选自木质素衍生物,如木质素磺酸铵(ALS)或木质素磺酸钠,以及动物或植物蛋白的“增量剂”。
添加剂的作用是已知的并进行简要的回顾:硅烷是用于纤维与粘结剂之间偶联的试剂,并还充当抗老化剂;油是防尘和疏水剂;尿素和多元醇充当增塑剂并能够防止施胶组合物预胶凝;硅酮是疏水剂,具有减少隔绝产品吸收水的功能;金属硫酸盐或铵硫酸盐能够改善最终产品的机械性质,特别是老化后的拉伸强度;“增量剂”是有机填料,其可溶或可分散于水性施胶组合物中并特别能够降低其成本。
作为添加剂加入的多元醇必须不同于所述非还原糖和所述氢化糖。这种多元醇特别可以为甘油、二醇如乙二醇、丙二醇、丁二醇和基于这些二醇的聚(亚烷基)二醇,或乙烯基醇均聚物和共聚物。
作为添加剂加入的金属硫酸盐是碱金属或碱土金属、过渡金属或贫金属(poormetal)的硫酸盐,优选硫酸钠、硫酸镁、硫酸铁、硫酸钴、硫酸镍、硫酸铜、硫酸锌或硫酸铝,并且有利地为硫酸铜、硫酸铁II或硫酸铝。作为铵硫酸盐的实例,可以提及硫酸氢铵(NH4HSO4)和硫酸铵((NH4)2SO4)。
该施胶组合物具有酸性pH,取决于所用多元有机羧酸的类型为大约1至5,优选大于或等于1.0。有利地,通过添加不能与该非还原糖和该氢化糖反应的胺化合物,例如叔胺,特别是三乙醇胺,该pH保持在至少等于1.5的值以限制该施胶组合物的不稳定性问题和制造生产线的腐蚀问题。胺化合物的量可以占非还原糖、氢化糖和多元有机羧酸总重量的最多30重量份。
该施胶组合物尤其意在施加到矿物纤维上,特别是玻璃或岩石纤维。
通常,该施胶组合物在离心装置出口处并在它们以纤维网幅形式在接收构件上被收集之前投射到该矿物纤维上,其随后在能够交联该施胶剂并形成不熔性粘结剂的温度下进行处理。本发明的施胶剂的交联在可与常规酚醛树脂相比的温度下,在大于或等于110℃、优选大于或等于130℃和有利地大于或等于140℃的温度下进行。
由这些施胶纤维获得的隔音和/或绝热产品也构成本发明的主题。
这些产品通常为矿物(玻璃或岩石)棉的垫或毡的形式,或是特别意在构成所述垫或所述毡的表面涂层的矿物(玻璃或岩石)纤维的网。
下面的实施例能够描述本发明但不限制本发明。
在这些实施例中,测量以下:
- 在通过冲压从隔绝产品上切出的样品上根据标准ASTM C 686-71T测量拉伸强度。样品具有圆环的形状,长度为122毫米,宽度为46毫米,外边缘的切样的曲率半径等于38毫米,内边缘的切样的曲率半径等于12.5毫米。
样品放置在测试机的两个圆柱形心轴之间,其一是可移动的并以恒定速率移动。测量样品的制动力F(牛顿)并计算拉伸强度TS,定义为制动力F对样品重量的比。
在制造后和在高压釜中在105℃的温度下在100%相对湿度下加速老化15分钟(TS15)后测量该拉伸强度;
- 隔绝样品的初始厚度和将产品放置在95%相对湿度下的在70℃下加热的室中72小时后的厚度。
实施例1和2
制备以重量份数表示的比例包含表1中显示的成分的施胶组合物。
通过在水中简单混合该成分来制备该施胶组合物,剧烈搅拌直到成分完全溶解或分散。
作为参考,按照申请WO 2013/021112(参考1)制备第一施胶组合物,并制备含有67重量份的按照申请WO 2008/043960制备的树脂、20重量份的尿素和表1中提到的添加剂的第二施胶组合物(参考2)。
该施胶组合物用于在工业生产线上制造基于玻璃棉的隔绝产品。
该矿物棉在生产线上以2.4米的宽度通过内部离心技术连续地生产,其中熔融玻璃组合物借助称为离心盘的工具转化成纤维,包括构成用于接收熔融组合物的室的篮,以及被多个小孔穿通的外周带;该盘围绕其垂直定位的对称轴旋转,组合物精油小孔在离心力的作用下喷出,从小孔中逸出的材料在拉伸气流的辅助下拉伸成纤维。
通常,施胶剂喷雾环放置在成纤盘下方以便在刚刚成型的玻璃棉上均匀地分布该施胶组合物。
在装有内吸盒的带式输送机上收集由此施胶的矿物棉,其以毡或网幅的形式将该矿物棉保持在输送机表面处。该输送机随后连续运行到270℃下的烘箱中,在那里施胶剂的成分聚合以形成粘结剂。
在烘箱出口处获得的隔绝产品具有等于17.5 kg/m3的标称密度和等于75毫米的标称厚度。
与使用参考施胶组合物(参考1和2)的产品比较来评价表1中显示的隔绝产品的性质。
在本发明的实施例1和2中存在非还原糖与参考1相比能够限制再膨胀。
添加硫酸铵(实施例2)与参考1和2相比改进了老化后的拉伸强度。
表1
(1)来自玉米淀粉的糊精;重均分子量:3510;多分散性指数PI:5.2;葡萄糖当量DE:30;由ROQUETTE FRERES以名称Roclys® C3072S出售
(2)由TEREOS SYRAL出售的砂糖No. 2 600
(3)含有55%的麦芽糖醇的75%固含量的麦芽糖醇糖浆;由SYRAL以名称Maltilite® 5575出售
(4)由SASOL以名称HydroWax® 88出售
(5)由DOW CORNING以名称DC1581出售
(6)该施胶组合物的固含量:25%
(7)该施胶组合物的固含量:20%。

Claims (18)

1.施胶组合物,特别用于基于矿物棉,特别是岩棉或玻璃棉的隔绝产品,其特征在于其包含:
- 至少一种非还原糖,
- 至少一种氢化糖,和
- 至少一种多元有机羧酸。
2.如权利要求1所要求保护的组合物,其特征在于所述非还原糖是含有最多10个糖单元的非还原寡糖。
3.如权利要求2所要求保护的组合物,其特征在于所述非还原糖是海藻糖、异海藻糖、蔗糖、异蔗糖、松三糖、龙胆三糖、棉子糖、吡喃葡糖基蔗糖、伞形糖、水苏糖或毛蕊花糖,优选蔗糖和海藻糖,有利地为蔗糖。
4.如权利要求1至3之一所要求保护的组合物,其特征在于所述氢化糖选自赤藓糖醇、阿糖醇、木糖醇、山梨糖醇、甘露醇、艾杜糖醇、麦芽糖醇、异麦芽糖醇、乳糖醇、纤维二醇、异麦芽酮糖醇、麦芽三糖醇和淀粉水解物的氢化产物。
5.如权利要求4所要求保护的组合物,其特征在于所述氢化糖是淀粉水解物的氢化产物,优选麦芽糖醇糖浆。
6.如权利要求4或5所要求保护的组合物,其特征在于所述氢化糖具有小于100 000、优选小于50 000、有利地小于5000、更特别小于1000和甚至更好大于100的数均分子量。
7.如权利要求1至6之一所要求保护的组合物,其特征在于所述氢化糖占非还原糖与氢化糖总重量的18%至80%,优选30%至70%,有利地为40%至60%。
8.如权利要求1至7之一所要求保护的组合物,其特征在于所述多元有机羧酸包含至少两个羧酸官能,优选最多15个,有利地为二至四个羧酸官能。
9.如权利要求8所要求保护的组合物,其特征在于所述多元有机羧酸具有小于或等于1000、优选小于或等于750和有利地小于或等于500的数均分子量。
10.如权利要求9所要求保护的组合物,其特征在于所述多元有机羧酸是饱和或不饱和的和直链或支链的无环酸、环状酸或芳族酸。
11.如权利要求10所要求保护的组合物,其特征在于所述多元有机羧酸选自草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、苹果酸、酒石酸、羟基丙二酸、天冬氨酸、谷氨酸、富马酸、衣康酸、马来酸、愈伤酸、樟脑酸、邻苯二甲酸及其衍生物,四氢邻苯二甲酸及其衍生物,间苯二甲酸、对苯二甲酸、甲基富马酸、柠康酸、柠檬酸、均丙三羧酸、1,2,4-丁烷三甲酸、乌头酸、连苯三甲酸、偏苯三甲酸、均苯三甲酸、1,2,3,4-丁烷四甲酸和均苯四甲酸。
12.如权利要求11所要求保护的组合物,其特征在于所述多元有机羧酸是柠檬酸。
13.如权利要求1至12之一所要求保护的组合物,其特征在于所述非还原糖与所述氢化糖占由所述非还原糖、所述氢化糖和所述多元有机羧酸组成的混合物重量的10%至90%,优选20%至85%、有利地为30%至80%、甚至更好40%至65%和特别有利地为45%至65%。
14.如权利要求1至13之一所要求保护的组合物,其特征在于其还包含选自路易斯碱和酸、含磷化合物和含有氟与硼的化合物的催化剂。
15.如权利要求14所要求保护的组合物,其特征在于所述催化剂占所述非还原糖、所述氢化糖和所述多元有机羧酸的总重量的最高20%,优选最高10%,有利地为至少1%。
16.如权利要求1至15之一所要求保护的组合物,其特征在于其还以基于100重量份的非还原糖、氢化糖和多元有机羧酸计算的下列比例包含下列添加剂:
- 0至2份的硅烷,特别是氨基硅烷或环氧硅烷,
- 0至40份的油,优选0至30份,特别是4至24份,
- 0至30份的尿素,优选0至20份,有利地为0份,
- 0至5份的硅酮,
- 0至20份的除上述糖类之外的多元醇,
- 0至15份的金属硫酸盐或铵硫酸盐,优选0至10份和有利地为0至5份,
- 0至30份的选自木质素衍生物,如木质素磺酸铵或木质素磺酸钠,以及动物或植物蛋白的“增量剂”。
17.基于矿物棉,特别是玻璃棉或岩棉的隔音和/或绝热产品,使用如权利要求1至16之一所要求保护的施胶组合物施胶。
18.矿物纤维,特别是玻璃纤维或岩石纤维的网,使用如权利要求1至19之一所要求保护的施胶组合物施胶。
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