CN113840870A - 水性粘结剂组合物 - Google Patents

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Abstract

公开了水性粘结剂组合物，其包含至少一种具有至少两个羟基和至少2,000道尔顿的数均分子量的长链多元醇；包含至少两个羧酸基团的主交联剂；和包含具有至少两个羟基和小于2,000道尔顿的数均分子量的短链多元醇的副交联剂。

Description

水性粘结剂组合物
相关申请
本申请要求于2019年4月9日提交的美国临时申请号62/831,222的优先权和利益，所述文献的全部内容通过参考引入本文。
背景技术
水性粘结剂组合物传统上用于形成织造和非织造纤维产品，例如绝缘产品(insulation product)、复合产品、木纤维板等。绝缘产品，例如玻璃纤维和矿棉绝缘产品，通常如下制造：使聚合物、玻璃或其它矿物的熔融组合物纤维化并从纤维化设备(例如旋转纺丝机)纺丝细纤维。为了形成绝缘产品，通过旋转纺丝机生产的纤维通过鼓风机从纺丝机向下拉向输送机。当纤维向下移动时，粘结剂材料被喷射到纤维上，并且纤维被收集到输送机上的高蓬松、连续毯中。所述粘结剂材料赋予了所述绝缘产品在包装之后用于恢复的弹性并且提供了刚性和可操纵性，使得所述绝缘产品可根据需要进行处理并应用于建筑物的绝缘腔中。所述粘结剂组合物还为纤维提供保护以免于长丝间磨蚀并且促进单根纤维之间的相容性。然后让包含粘结剂涂覆的纤维的毯通过固化炉，并且使所述粘结剂固化以使所述毯定型至希望的厚度。
在粘结剂已经固化之后，可将纤维绝缘物切割成某些长度以形成个体绝缘产品，并且可以包装所述绝缘产品以用于运送到消费者的位置。
以这种方式制备的玻璃纤维绝缘产品可以按各种形式提供，包括用于不同应用的絮垫(batt)、毯子和板材(加热和压缩的絮垫)。当粘结剂涂覆的纤维絮从成形室中出来时，由于玻璃纤维的弹性，它将倾向于膨胀。然后通常将膨胀的絮垫输送到固化炉并通过固化炉，在固化炉中，让加热的空气穿过绝缘产品以使粘结剂固化。除了使粘结剂固化之外，在固化炉内，可以用刮板或辊子压缩绝缘产品，以在所得的毯子、絮垫或板产品上产生所需的尺寸和表面光洁度。
苯酚-甲醛(PF)粘结剂组合物以及用脲增量的PF树脂(PUF树脂)传统上用于制备玻璃纤维绝缘产品。绝缘板，也称为"重密度"产品，例如天花板、管道包裹物、管道衬里等，已经利用苯酚-甲醛粘结剂技术来制备廉价且具有可接受的物理和机械性质的重密度产品。然而，甲醛粘结剂在玻璃纤维绝缘体的制造过程中排放出不期望的排放物。
作为基于甲醛的粘结剂的替代物，已经开发了某些无甲醛制剂用作玻璃纤维绝缘产品中的粘结剂。然而，开发合适的替代物的挑战之一是识别具有相当的机械和物理性质，同时避免不期望的性质(例如变色)的制剂。此类性质挑战包括热/潮湿性能、刚度、粘结强度、可加工性(粘度、切割、砂磨、边缘涂漆)以及实现浅色而不变黄。
因此，仍需要用于制备绝缘产品而不经历物理和机械性能损失的环境友好、无甲醛粘结剂组合物。
发明内容
本发明构思的各种示例性方面涉及水性粘结剂组合物，其包含至少35wt％的包含至少两个羧酸基团的交联剂，基于所述水性粘结剂组合物的总固体含量，0.1至50.0wt％的至少一种具有至少两个羟基和至少2,000道尔顿的数均分子量的长链多元醇，基于所述水性粘结剂组合物的总固体含量；和非必要地，至少一种具有至少两个羟基和小于2,000道尔顿的数均分子量的短链多元醇。所述粘结剂组合物一旦固化包含至多6.0wt％的水溶性材料。
在一些示例性实施方案中，交联剂是聚合物的多元羧酸，例如丙烯酸的均聚物或共聚物。交联剂可以按50wt％至85wt％的量存在于粘结剂组合物中，基于水性粘结剂组合物的总固体含量。在一些示例性实施方案中，交联剂按65wt％至80wt％的量存在于粘结剂组合物中，基于水性粘结剂组合物的总固体含量。
在各种示例性实施方案中，短链多元醇以1.0wt％至50wt％的量存在于粘结剂组合物中，基于水性粘结剂组合物的总固体含量。在各种示例性实施方案中，短链多元醇包含糖醇、2,2-双(羟甲基)丙酸、三(羟甲基)丙烷和短链烷醇胺中的一种或多种。当短链多元醇包含糖醇时，糖醇可以选自甘油、赤藓糖醇、阿拉伯糖醇、木糖醇、山梨糖醇、麦芽糖醇、甘露糖醇、艾杜糖醇、异麦芽糖醇、乳糖醇、纤维醇(cellobitol)、帕拉金糖醇(palatinitol)、麦芽三糖醇(maltotritol)、它们的糖浆以及它们的混合物。
在一些示例性实施方案中，长链多元醇选自部分或完全水解的聚乙烯醇和聚乙酸乙烯酯。基于水性粘结剂组合物的总固体含量，长链多元醇可以按1wt％至30wt％的量存在于粘结剂组合物中。
在各种示例性实施方案中，长链多元醇与短链多元醇的比例为1/50至20/1。
在各种示例性实施方案中，粘结剂组合物在固化后具有至多5.0wt％的水溶性材料含量。
本发明构思的其它示例性方面涉及水性粘结剂组合物，其包含0.1至50wt％的至少一种具有至少两个羟基和至少2,000道尔顿的数均分子量的长链多元醇，基于所述水性粘结剂组合物的总固体含量；至少35wt％的包含至少两个羧酸基团的交联剂，基于所述水性粘结剂组合物的总固体含量；和1.0至50wt％的至少一种具有至少两个羟基和小于2,000道尔顿的数均分子量的短链多元醇。所述粘结剂组合物包括羧酸基团、酸酐基团或其盐的摩尔当量与羟基的摩尔当量之比为1/0.05至1/20，并且所述长链多元醇与所述短链多元醇的比例为1/50至20/1。
本发明构思的其它示例性方面涉及纤维产品，其包含多根无规取向纤维和至少部分地涂覆所述纤维的水性粘结剂组合物。所述粘结剂组合物可以包含至少35wt％的包含至少两个羧酸基团的交联剂，基于所述水性粘结剂组合物的总固体含量，0.1至50.0wt％的至少一种具有至少两个羟基和至少2,000道尔顿的数均分子量的长链多元醇，基于所述水性粘结剂组合物的总固体含量；和非必要地，至少一种具有至少两个羟基和小于2,000道尔顿的数均分子量的短链多元醇。所述粘结剂组合物一旦固化包含至多6.0wt％的水溶性材料。
绝缘产品的纤维可包括矿物纤维、天然纤维和合成纤维中的一种或多种，并且在一些实施方案中，纤维包括玻璃纤维。
在一些示例性实施方案中，纤维产品包括绝缘产品、非织造垫、刨花板、天花板(ceiling board)、线槽板(duct board)等中的任一种。
根据以下对示例性实施方案的详细描述以及随本文提交的附图，总体发明构思的许多其它方面、优点和/或特征将变得更加显而易见。
附图说明
下面参考附图通过示例的方式更详细地描述总体发明构思以及其说明性实施例和优点，在附图中：
图1图示了用具有不同摩尔当量的羧酸基/羟基和长链多元醇/短链多元醇的比例的示例性固化粘结剂组合物制成的玻璃纤维绝缘体的挠曲应力(flexural stress)/wt/LOI。
图2图示了用示例性粘结剂组合物制备的玻璃纤维的拉伸力/LOI，所述粘结剂组合物具有1/0.1的羧酸基/羟基的摩尔当量比例和不同的长链多元醇/短链多元醇比例。
图3图示了具有1/0.1的羧酸基/羟基摩尔当量比例和不同的长链多元醇/短链多元醇比例的示例性粘结剂组合物的固化后水溶性材料％。
图4图示了具有1/1.5的羧酸基/羟基摩尔当量比例和不同的长链多元醇/短链多元醇比例的示例性固化粘结剂组合物的拉伸力/LOI。
图5图示了具有1/1.5的羧酸基/羟基摩尔当量比例和不同的长链多元醇/短链多元醇比例的示例性粘结剂组合物的固化后水溶性材料％。
图6图示了具有1/0.5的羧酸基/羟基摩尔当量比例和不同的长链多元醇/短链多元醇比例的示例性固化粘结剂组合物的拉伸力/LOI。
图7图示了具有1/0.5的羧酸基/羟基摩尔当量比例和不同的长链多元醇/短链多元醇比例的示例性粘结剂组合物的固化后水溶性材料％。
图8图示了具有1/0.1的羧酸基/羟基摩尔当量比例和不同的长链多元醇/短链多元醇比例的示例性固化粘结剂组合物的拉伸力/LOI。
图9图示了具有1/1的羧酸基/羟基摩尔当量比例和不同的长链多元醇/短链多元醇比例的示例性粘结剂组合物的固化后水溶性材料％。
图10图示了具有不同的羧酸基/羟基的摩尔当量比例的示例性固化粘结剂组合物的拉伸力/LOI。
图11图示了与常规淀粉-杂化物(starch-hybrid)粘结剂组合物和基于苯酚脲甲醛的粘结剂组合物相比，使用根据本申请的各种粘结剂组合物形成的工厂试验板的挠曲弹性模量。
图12图示了在热/潮湿条件下，与常规淀粉-杂化物粘结剂组合物和基于苯酚脲甲醛的粘结剂组合物相比，使用根据本申请的各种粘结剂组合物形成的4'×4'玻璃纤维绝缘天花板瓦片的下垂(sag)。
图13图示了与常规淀粉-杂化物粘结剂组合物和基于苯酚脲甲醛的粘结剂组合物相比，使用根据本申请的各种粘结剂组合物形成的工厂试验板产品的压缩强度。
图14图示了与常规淀粉-杂化物粘结剂组合物和基于苯酚脲甲醛的粘结剂组合物相比，使用根据本申请的各种粘结剂组合物形成的工厂试验板产品的断裂粘结强度。
图15图示了用包含聚丙烯酸和聚乙烯醇并具有不同的低水平山梨糖醇浓度的示例性粘结剂组合物制成的玻璃纤维绝缘体的拉伸力/LOI。
图16图示了用具有聚丙烯酸和山梨糖醇或三乙醇胺与不同的短链多元醇与聚乙烯醇浓度的示例性粘结剂组合物制成的玻璃纤维绝缘体的拉伸力/LOI。
图17图示了包含聚丙烯酸和不同量的三乙醇胺和聚乙烯醇的示例性粘结剂组合物的粘度分布。
详细描述
除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与这些示例性实施方案所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。在本文的描述中使用的术语仅用于描述示例性实施方案，并不旨在限制示例性实施方案。相应地，一般发明构思不旨在限于本文所示的特定实施方案。虽然与本文描述的那些类似或等效的其它方法和材料在本发明的实践或测试中可以使用，但是本文描述的是优选的方法和材料。
如说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数形式"一"、"一个"和"所述"旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。
除非另有说明，否则说明书和权利要求书中使用的表示成分的量、化学和分子性质、反应条件等的所有数字应理解为在所有情况下均由术语"约"修饰。因此，除非有相反的指示，否则以下说明书和所附权利要求书中列出的数值参数是近似值，其可以根据本发明示例性实施方案寻求获得的所需性质而变化。至少每个数值参数应根据有效数字的数量和普通的舍入方法来解释。
尽管阐述示例性实施方案的宽范围的数值范围和参数是近似值，但是在具体实施例中阐述的数值是尽可能精确地报告的。然而，任何数值都不可避免地存在由于它们各自测试测量的标准偏差而造成的某些误差。在整个说明书和权利要求书中给出的每个数值范围将包括落入此类较宽数值范围内的每个较窄数值范围，如同此类较窄数值范围全部在本文中明确写出一样。
本公开内容涉及用于制造绝缘产品的无甲醛水性粘结剂组合物，与用传统基于甲醛的粘结剂组合物制造的产品相比，所述绝缘产品具有相当或改进的机械和物理性能。无甲醛粘结剂组合物可用于制造用固化的无甲醛粘结剂制成的纤维绝缘产品和相关产品，例如薄纤维增强垫(下文中全部统称为纤维增强产品)和玻璃纤维或矿棉产品，特别是玻璃纤维或矿棉绝缘产品。其它产品可包括复合产品、木纤维板产品、金属建筑绝缘体、管道绝缘体、天花板、吊顶瓦、"重密度"产品，例如天花板、管道包裹物、管道衬里，以及"轻密度"产品。另外的纤维产品包括非织造纤维垫和刨花板，以及由其制造的复合产品。
在一些示例性实施方案中，无甲醛水性粘结剂组合物包含至少一种主交联剂和至少一种副交联剂，所述副交联剂包含至少一种短链多元醇和至少一种长链多元醇。
主交联剂可以是适于交联多元醇的任何化合物。在示例性实施方案中，主交联剂具有大于90道尔顿，90道尔顿至10,000道尔顿，或190道尔顿至5,000道尔顿的数均分子量。在一些示例性实施方案中，交联剂具有2,000道尔顿至5,000道尔顿，或4,000道尔顿的数均分子量。合适的交联剂的非限制性实例包括具有一个或多个羧酸基(-COOH)的材料，例如多元羧酸(及其盐)、酸酐、单体和聚合物的多元羧酸与酸酐(即，混合酸酐)、以及丙烯酸的均聚物或共聚物，例如聚丙烯酸(及其盐)和基于聚丙烯酸的树脂，例如QR-1629S和Acumer9932，两者均可从陶氏化学公司(Dow Chemical Company)商购获得。Acumer 9932是具有4000的分子量和6-7wt％的次磷酸钠含量的聚丙烯酸/次磷酸钠树脂。QR-1629S是聚丙烯酸/甘油混合物。
在一些情况下，主交联剂可以用中和剂预中和。此种中和剂可包括有机碱和/或无机碱，例如氢氧化钠、氢氧化铵和二乙胺，以及任何种类的伯胺、仲胺或叔胺(包括烷醇胺)。在各种示例性实施方案中，中和剂可包括氢氧化钠和三乙醇胺中的至少一种。
在一些示例性实施方案中，基于所述水性粘结剂组合物的总固体含量，主交联剂按至少50wt％存在于水性粘结剂组合物中，包括但不限于至少55wt％、至少60wt％、至少63wt％、至少65wt％、至少70wt％、至少73wt％、至少75wt％、至少78wt％和至少80wt％。在一些示例性实施方案中，基于所述水性粘结剂组合物的总固体含量，主交联剂按50wt％至85wt％的量存在于水性粘结剂组合物中，包括但不限于60wt％至80wt％、62wt％至78wt％和65wt％至75wt％，包括其间的所有端点和子集。
在一些示例性实施方案中，长链多元醇包含具有至少两个羟基的多元醇，其数均分子量为至少2,000道尔顿，例如分子量为3,000道尔顿至4,000道尔顿。在一些示例性实施方案中，长链多元醇包含一种或多种聚合物多羟基化合物，例如聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯，其可以是部分或完全水解的，或其混合物。说明性地，当部分水解的聚乙酸乙烯酯充当多羟基组分时，可以使用80％-89％水解的聚乙酸乙烯酯，例如
Figure BDA0003358645920000081
385(Kuraray America，Inc.)和SevolTM502(Sekisui Specialty Chemicals America，LLC)，两者都是85％(
Figure BDA0003358645920000082
385)和88％(SelvolTM502)水解的。
长链多元醇可以按至多50wt％总固体，包括但不限于至多40wt％、35wt％、30wt％、28wt％、25wt％、20wt％、18wt％、15wt％和13wt％总固体的量存在于水性粘结剂组合物中。在一些示例性实施方案中，长链多元醇按0.1至50wt％总固体的量存在于水性粘结剂组合物中，包括但不限于0.5wt％至30wt％、1wt％至20wt％、5wt％至18wt％和7wt％至15wt％总固体，包括其间的所有端点和子集。
非必要地，水性粘结剂组合物包含副交联剂，例如短链多元醇。短链多元醇可包含分子量小于2,000道尔顿(包括小于750道尔顿、小于500道尔顿)并具有多个羟基(-OH)的水溶性化合物。合适的短链多元醇组分包括糖醇、2,2-双(羟甲基)丙酸(bis-MPA)、三(羟甲基)丙烷(TMP)、季戊四醇和短链烷醇胺，例如三乙醇胺。在一些示例性实施方案中，短链多元醇充当降粘剂，其破坏长链多元醇分子(例如聚乙烯醇)之间的分子内和分子间氢键并从而降低组合物的粘度。然而，由于这些小链多元醇分子具有与长链多元醇类似的结构，因此它们可以与交联剂类似地反应，因此它们不会对粘结剂和产品性能产生负面影响。
糖醇应理解为意指当糖的醛或酮基团被还原(例如通过氢化)成相应的羟基时获得的化合物。起始糖可以选自单糖、寡糖和多糖，以及这些产物的混合物，例如糖浆、糖蜜和淀粉水解产物。起始糖也可以是糖的脱水形式。尽管糖醇与相应的起始糖非常相似，但它们不是糖。因此，例如，糖醇不具有还原能力，并且不能参与还原糖典型的美拉德反应。在一些示例性实施方案中，糖醇包括甘油、赤藓糖醇、阿拉伯糖醇、木糖醇、山梨糖醇、麦芽糖醇、甘露糖醇、艾杜糖醇、异麦芽糖醇、乳糖醇、纤维醇(cellobitol)、帕拉金糖醇(palatinitol)、麦芽三糖醇(maltotritol)、其糖浆及其混合物。在各种示例性实施方案中，糖醇选自甘油、山梨糖醇、木糖醇及其混合物。在一些示例性实施方案中，副交联剂是糖醇的二聚或低聚缩合产物。在各种示例性实施方案中，糖醇的缩合产物是异山梨醇。在一些示例性实施方案中，糖醇是二醇或甘醇(glycol)。
在一些示例性实施方案中，短链多元醇按至多50wt％总固体，包括但不限于至多40wt％、35wt％、30wt％、25wt％、20wt％、18wt％、15wt％、13wt％、11wt％和10wt％总固体的量存在于水性粘结剂组合物中。在一些示例性实施方案中，短链多元醇按0至50wt％总固体的量存在于水性粘结剂组合物中，包括但不限于2wt％至45wt％、1wt％至35wt％、5wt％至30wt％、7wt％至27wt％和10wt％至25wt％总固体，包括其间的所有端点和子集。
在各种示例性实施方案中，长链多元醇、交联剂和小链多元醇的存在量使得羧酸基、酸酐基或其盐的摩尔当量数与羟基的摩尔当量数的比例为1/0.05至1/20，包括1/0.3至1/10，例如1/0.1至1/5.0、1/0.3至1/3和1/0.4至1/2.5。然而，令人惊讶地发现，在这种比例内，基于羟基的摩尔当量计的长链多元醇与短链多元醇的比例影响粘结剂组合物的性能，例如粘结剂在固化后的拉伸强度和水溶性。例如，已经发现，长链多元醇与短链多元醇的比例在1/50至20/1之间，例如在1/20至10/1之间，或在1/10至5/1-2/1 1/1之间提供了期望的机械和物理性能的平衡。在各种示例性实施方案中，长链多元醇与短链多元醇的比例为约1/30。可以优化长链多元醇与短链多元醇的比例，使得根据最终用途应用的需要优化特定性能。例如，降低长链多元醇浓度可降低用粘结剂组合物形成的产品的拉伸强度。然而，降低长链多元醇可影响其它性能，例如物理性能。因此，在本文公开的比例内意外地达到了各种性能之间的平衡。
已经令人惊奇地发现，尽管长链多元醇如聚乙烯醇通常在所有粘结剂成分当中具有最高的粘度，但添加少量的长链多元醇实际上降低总粘结剂粘度。在一些示例性实施方案中，基于不包括长链多元醇的粘结剂组合物的粘度，添加少量长链多元醇(0.1wt％至小于20wt％)将粘结剂溶液的粘度降低至多50％。另外已经发现，与不含长链多元醇的粘结剂组合物的拉伸/LOI强度相比，在环境条件和热-潮湿条件下，添加少量长链多元醇同时使拉伸/LOI强度增加高达40％。
非必要地，水性粘结剂组合物可包括酯化催化剂，也称为固化促进剂。催化剂可包括无机盐、路易斯酸(即氯化铝或三氟化硼)、布朗斯台德酸(即硫酸、对甲苯磺酸和硼酸)、有机金属络合物(即羧酸锂、羧酸钠)和/或路易斯碱(即聚乙烯亚胺、二乙胺或三乙胺)。另外，催化剂可以包括含磷有机酸的碱金属盐；特别是磷酸、次磷酸或多磷酸的碱金属盐。此类含磷催化剂的实例包括但不限于次磷酸钠、磷酸钠、磷酸钾、焦磷酸二钠、焦磷酸四钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、磷酸钾、三聚磷酸钾、三偏磷酸钠、四偏磷酸钠及其混合物。此外，催化剂或固化促进剂可以是氟硼酸盐化合物，例如氟硼酸、四氟硼酸钠、四氟硼酸钾、四氟硼酸钙、四氟硼酸镁、四氟硼酸锌、四氟硼酸铵及其混合物。此外，催化剂可以是含磷化合物和氟硼酸盐化合物的混合物。其它钠盐如硫酸钠、硝酸钠、碳酸钠也可以或可替代地用作催化剂。
催化剂可以按占粘结剂组合物中的总固体的0wt％至10wt％的量存在于水性粘结剂组合物中，包括但不限于1wt％至5wt％，或2wt％至4.5wt％，或2.8wt％至4.0wt％，或3.0wt％至3.8wt％的量。
非必要地，水性粘结剂组合物可含有至少一种偶联剂。在至少一个示例性实施方案中，偶联剂是硅烷偶联剂。偶联剂(一种或多种)可以按粘结剂组合物中总固体的0.01wt％至5wt％、0.01wt％至2.5wt％、0.05wt％至1.5wt％或0.1wt％至1.0wt％的量存在于粘结剂组合物中。
可用于粘结剂组合物中的硅烷偶联剂的非限制性实例的特征可在于官能团烷基、芳基、氨基、环氧基、乙烯基、甲基丙烯酰氧基、脲基、异氰酸酯基和巯基。在示例性实施方案中，硅烷偶联剂(一种或多种)包括含一个或多个氮原子的硅烷，所述硅烷具有一个或多个官能团如胺(伯、仲、叔和季胺)、氨基、亚氨基、酰胺基、亚氨基、脲基或异氰酸酯基。合适的硅烷偶联剂的具体非限制性实例包括但不限于氨基硅烷(例如，三乙氧基氨基丙基硅烷、3-氨基丙基-三乙氧基硅烷和3-氨基丙基-三羟基硅烷)、环氧基三烷氧基硅烷(例如，3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷和3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷)、甲基丙烯酰基三烷氧基硅烷(例如，3-甲基丙烯酰基氧基丙基三甲氧基硅烷和3-甲基丙烯酰基氧基丙基三乙氧基硅烷)、烃三烷氧基硅烷、氨基三羟基硅烷、环氧基三羟基硅烷、甲基丙烯酰基三羟基硅烷和/或烃三羟基硅烷。在一个或多个示例性实施方式中，硅烷是氨基硅烷，例如γ-氨基丙基三乙氧基硅烷。
非必要地，水性粘结剂组合物可包括加工助剂。加工助剂没有特别限制，只要加工助剂起到促进纤维形成和取向的加工的作用。加工助剂可用于改进粘结剂施加分布均匀性，降低粘结剂粘度，增加成形后的斜坡高度(ramp height)，改进垂直重量分布均匀性，和/或加速成形和烘箱固化过程中的粘结剂脱水。基于粘结剂组合物中的总固体含量，加工助剂可以按0至10wt％、0.1wt％至5.0wt％或0.3wt％至2.0wt％或0.5wt％至1.0wt％的量存在于粘结剂组合物中。在一些示例性实施方案中，水性粘结剂组合物基本上不含或完全不含任何加工助剂。
加工助剂的实例包括消泡剂，例如矿物油、石蜡或植物油的乳液和/或分散体；聚二甲基硅氧烷(PDMS)流体的分散体，以及已经用聚二甲基硅氧烷或其它材料疏水化的二氧化硅。其它加工助剂可包括由酰胺蜡，例如亚乙基双硬脂酰胺(EBS)或疏水化二氧化硅制成的颗粒。可用于粘结剂组合物中的另外的加工助剂是表面活性剂。粘结剂组合物中可包含一种或多种表面活性剂以帮助粘结剂雾化、润湿和界面粘附。
表面活性剂没有特别限制，并且包括表面活性剂，例如但不限于，离子表面活性剂(例如硫酸盐、磺酸盐、磷酸盐和羧酸盐)；硫酸盐(例如，烷基硫酸盐、月桂基硫酸铵、月桂基硫酸钠(SDS)、烷基醚硫酸盐、月桂醇聚醚硫酸钠和肉豆蔻醇聚醚硫酸钠)；两性表面活性剂(例如烷基甜菜碱，如月桂基甜菜碱)；磺酸盐(例如，二辛基磺基琥珀酸钠、全氟辛烷磺酸盐、全氟丁烷磺酸盐和烷基苯磺酸盐)；磷酸酯(例如，烷基芳基醚磷酸酯和烷基醚磷酸酯)；羧酸盐(例如，烷基羧酸盐、脂肪酸盐(皂)、硬脂酸钠、月桂酰肌氨酸钠、羧酸盐含氟表面活性剂、全氟壬酸盐和全氟辛酸盐)；阳离子型(例如烷基胺盐，如月桂基胺乙酸盐)；pH值依赖性表面活性剂(伯胺、仲胺或叔胺)；永久带电的季铵阳离子(例如，烷基三甲基铵盐、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、氯化十六烷基吡啶
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和氯化苄乙铵)；和两性离子表面活性剂、季铵盐(例如，月桂基三甲基氯化铵和烷基苄基二甲基氯化铵)和聚氧乙烯烷基胺。
可与粘结剂组合物结合使用的合适的非离子表面活性剂包括聚醚(例如，环氧乙烷和环氧丙烷缩合物，其包括直链和支链烷基和烷芳基聚乙二醇和聚丙二醇醚和硫醚)；具有含有7至18个碳原子的烷基并且具有4至240个亚乙基氧基单元的烷基苯氧基聚(亚乙基氧基)乙醇(例如庚基苯氧基聚(亚乙基氧基)乙醇和壬基苯氧基聚(亚乙基氧基)乙醇)；己糖醇的聚氧化烯衍生物，包括脱水山梨糖醇、山梨糖醇酐、脱水甘露醇和二缩甘露醇；部分长链脂肪酸酯(例如脱水山梨糖醇单月桂酸酯、脱水山梨糖醇单棕榈酸酯、脱水山梨糖醇单硬脂酸酯、脱水山梨糖醇三硬脂酸酯、脱水山梨糖醇单油酸酯和脱水山梨糖醇三油酸酯的聚氧化烯衍生物)；环氧乙烷与疏水性碱的缩合物，所述碱通过将环氧丙烷与丙二醇缩合而形成；含硫缩合物(例如，通过使环氧乙烷与更高级烷基硫醇(如壬基、十二烷基或十四烷基硫醇)或与烷基苯硫酚(其中烷基含有6至15个碳原子)缩合制备的那些缩合物)；长链羧酸(例如月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸和油酸，如妥尔油脂肪酸)的环氧乙烷衍生物；长链醇(例如辛醇、癸醇、月桂醇或鲸蜡醇)的环氧乙烷衍生物；和环氧乙烷/环氧丙烷共聚物。
在至少一个示例性实施方案中，表面活性剂包括以下物质中的一种或多种：Dynol607(其为2,5,8,11-四甲基-6-十二炔-5,8-二醇)、
Figure BDA0003358645920000122
420、
Figure BDA0003358645920000123
440和
Figure BDA0003358645920000124
465(其为乙氧基化2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇表面活性剂)(可从Evonik Corporation(Allentown，Pa.)商购)；Stanfax(月桂基硫酸钠)、Surfynol465(乙氧基化2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇)、TritonTMGR-PG70(1,4-双(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠)和TritonTMCF-10(聚(氧基-1,2-乙烷二基)，α-(苯基甲基)-ω-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯氧基)。
基于粘结剂组合物中的总固体含量，表面活性剂可以按0至10wt％、0.1wt％至5.0wt％或0.3wt％至2.0wt％或0.5wt％至1.0wt％的量存在于粘结剂组合物中。
粘结剂组合物还可包含有机和/或无机酸和碱作为pH值调节剂，其量足以将pH值调节至所需水平。可以根据预期应用调节pH值，以促进粘结剂组合物的成分的相容性，或与各种类型的纤维一起起作用。在一些示例性实施方案中，pH值调节剂用于将粘结剂组合物的pH值调节至酸性pH值。合适的酸性pH值调节剂的实例包括无机酸，例如但不限于硫酸、磷酸和硼酸，以及有机酸，如对甲苯磺酸、单羧酸或多元羧酸，例如但不限于柠檬酸、乙酸及其酸酐、己二酸、草酸及其相应的盐。还有可以是酸前体的无机盐。酸调节pH值，并且在一些情况下，如上所述，充当交联剂。在其它示例性实施方案中，可包括有机和/或无机碱以增加粘结剂组合物的pH值。在一些示例性实施方案中，碱可以是挥发性或非挥发性碱。示例性挥发性碱包括例如氨和烷基取代的胺，例如甲胺、乙胺或1-氨基丙烷、二甲胺和乙基甲基胺。示例性的非挥发性碱包括例如氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠和叔丁基氢氧化铵。
基于粘结剂组合物中的总固体含量，pH值调节剂可以按0至10wt％、0.1wt％至5.0wt％或0.3wt％至2.0wt％或0.5wt％至1.0wt％的量存在于粘结剂组合物中。在一些示例性实施方案中，水性粘结剂组合物基本上不含或完全不含任何pH值调节剂。
当处于未固化状态时，粘结剂组合物的pH值可以在2至5的范围内，包括其间的所有量和范围。在一些示例性实施方案中，当处于未固化状态时，粘结剂组合物的pH值为2.2-4.0，包括2.5-3.8和2.6-3.5。在固化后，粘结剂组合物的pH值可升至至少6.0的pH值，包括6.5至7.2或6.8至7.2的水平。
非必要地，粘结剂可以含有粉尘抑制剂，以减少或消除无机和/或有机颗粒的存在，这些颗粒可能在绝缘材料的后续制造和安装中具有不利影响。粉尘抑制剂可以是任何常规矿物油、矿物油乳液、天然或合成油、生物基油或润滑剂，例如，但不限于硅酮和硅酮乳液、聚乙二醇，以及具有高闪点以使烘箱内的油的蒸发最小化的任何石油或非石油。
在一些示例性实施方案中，水性粘结剂组合物包含至多10wt％的粉尘抑制剂，包括至多8wt％或至多6wt％。在各种示例性实施方案中，水性粘结剂组合物包含0wt％至10wt％的粉尘抑制剂，包括1.0wt％至7.0wt％或1.5wt％至6.5wt％或2.0wt％至6.0wt％或2.5wt％至5.8wt％。
粘结剂还包括水以溶解或分散活性固体以便施加到增强纤维上。水可以以足够的量添加，所述量足以将水性粘结剂组合物稀释到适合于其向增强纤维施加的粘度并且达到在所述纤维上的所希望的固体含量。已经发现，本发明的粘结剂组合物可以含有比传统的基于苯酚-脲甲醛或碳水化合物的粘结剂组合物更低的固体含量。特别地，粘结剂组合物可包含3wt％至35wt％的粘结剂固体，包括但不限于10wt％至30wt％、12wt％至20wt％和15wt％至19wt％的粘结剂固体。这种固体含量表明本发明的粘结剂组合物可包含比传统粘结剂组合物更多的水。然而，由于粘结剂组合物的高固化速率，粘结剂可以在高ramp水分水平(3％-30％)下加工，并且粘结剂组合物需要比传统粘结剂组合物更少的固化停留时间来除去水分。产品上的粘结剂含量可以作为烧失量(LOI)测量。在某些实施方案中，形成绝缘产品的玻璃纤维上的LOI为0.5％至50％，包括但不限于1％至25％、5％至19％和4.5％至17％。
在一些示例性实施方案中，粘结剂组合物能够实现与具有较低LOI的传统酚类或淀粉-杂化物粘结剂组合物类似或更高的性能。
在一些示例性实施方案中，水性粘结剂组合物还可包含一种或多种添加剂，例如偶联剂、增量剂、交联密度增强剂、除臭剂、抗氧化剂、粉尘抑制剂、杀生物剂、防潮剂或其组合。非必要地，粘结剂可以包括但不限于，染料、颜料、另外的填料、着色剂、UV稳定剂、热稳定剂、消泡剂、乳化剂、防腐剂(例如苯甲酸钠)、腐蚀抑制剂及其混合物。其它添加剂可被添加到粘结剂组合物中用以改进加工和产品性能。此类添加剂包括润滑剂、润湿剂、抗静电剂和/或防水剂。添加剂可以按粘结剂组合物中总固体的痕量(例如粘结剂组合物的<0.1wt％)至10wt％存在于粘结剂组合物中。
在一些示例性实施方案中，水性粘结剂组合物基本上不含单体羧酸组分。示例性的单体多元羧酸组分包括乌头酸、己二酸、壬二酸、丁烷四羧酸二水合物、丁烷三羧酸、氯菌酸酐(chlorendic anhydride)、柠康酸、柠檬酸、二环戊二烯-马来酸加合物、二亚乙基三胺五乙酸五钠盐、二戊烯和马来酸酐的加合物、内亚甲基六氯邻苯二甲酸酐、亚乙基二胺四乙酸(EDTA)、完全马来酸化松香、马来酸化妥尔油脂肪酸、富马酸、戊二酸、间苯二甲酸、衣康酸、马来酸化松香(用过氧化钾将不饱和部分氧化成醇，然后氧化成羧酸)、苹果酸、马来酸酐、中康酸、草酸、邻苯二甲酸酐、聚乳酸、癸二酸、琥珀酸、酒石酸、对苯二甲酸、四溴邻苯二甲酸酐、四氯邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、偏苯三酸酐和苯均三酸。
在各种示例性实施方案中，水性粘结剂组合物包含长链多元醇(例如，完全或部分水解的聚乙烯醇)、主交联剂(例如，聚合物多元羧酸)和副交联剂(例如，糖醇)。根据某些示例性实施方案的本发明粘结剂组合物中使用的组分的范围列于表1中。
表1
Figure BDA0003358645920000161
根据本公开内容的各种示例性实施方案的水性粘结剂组合物可进一步包含催化剂/促进剂(例如，次磷酸钠)、表面活性剂和/或偶联剂(例如，硅烷)，如表2所示。
表2
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在一些示例性实施方案中，粘结剂组合物被配制成具有降低水平的固化后水溶性材料，如通过在室温下基于1克粘结剂使用1000g去离子水，用去离子水萃取水溶性材料2小时所测定那样。固化后水溶性材料的水平越高，如果/当暴露于水和/或热/潮湿环境时，固化材料越可能遭受浸出。在一些示例性实施方案中，粘结剂组合物在固化后具有至多6wt％的水溶性材料。在一些示例性实施方案中，粘结剂组合物在固化后具有小于5.0wt％的水溶性材料，包括小于5.0wt％、4.0wt％、3.0wt％、小于2.5wt％、小于2.0wt％、小于1.5wt％或小于1.0wt％。已经发现，与在固化后具有大于6.0wt％的水溶性材料的其它类似粘结剂组合物相比，将固化后的水溶性材料的水平降低至至多6.0wt％将改进粘结剂组合物的拉伸强度。
固化后残留在粘结剂组合物中的水溶性材料的量可以至少部分地由粘结剂中羧酸基团的量确定。特别地，过量的酸基团增加水溶性含量，导致固化后水溶性材料的增加。如下表3所示，对比实施例1和2具有高度酸性的COOH/OH比例，导致固化后不可接受的高百分比的水溶性材料。相反，在固化后残留的水溶性材料的百分比在COOH/OH比例为1/0.1或更低时显著降低。
表3
Figure BDA0003358645920000181
进一步发现，总多元醇含量应含有至少10wt％的一种或多种短链多元醇，以产生固化后具有可接受低水平(例如，至多6wt％)的水溶性材料的粘结剂组合物。这是特别令人惊讶的，因为通常，短链多元醇如山梨糖醇具有高水溶性。因此，可能预期的是，增加山梨糖醇的含量将增加粘结剂组合物中水溶性材料的量而不是降低它。
在一些示例性实施方案中，粘结剂组合物具有在30％固体下400cP或更低的粘度，包括在30％固体下300cP或更低、在30％固体下200cP或更低、在30％固体下175cP或更低和在30％固体下150cP或更低的粘度。在各种示例性实施方案中，粘结剂组合物的粘度在30％固体下为至多250cP或更低。
本公开内容的纤维产品包括多根无规取向纤维。在某些示例性实施方案中，多根无规取向纤维是矿物纤维，包括但不限于玻璃纤维、玻璃棉纤维、矿棉纤维、矿渣棉纤维、石棉纤维、陶瓷纤维、金属纤维及其组合。
非必要地，在非织造纤维垫中可以使用其它增强纤维，例如天然纤维和/或合成纤维，例如碳、聚酯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚酰胺、芳族聚酰胺和/或聚芳族聚酰胺纤维。本文所使用的术语"天然纤维"指的是从植物的任何部分中提取的植物纤维，包括但不限于茎、种子、叶子、根或韧皮部。适合用作增强纤维材料的天然纤维的实例包括木纤维、纤维素纤维、稻草、木屑、木股、棉、黄麻、竹子、苎麻、甘蔗渣、大麻、椰壳纤维、亚麻布、洋麻、剑麻、亚麻、灰叶剑麻及其组合。纤维绝缘产品可以完全由一种类型的纤维形成，或者它们可以由多种类型的纤维的组合形成。例如，绝缘产品可由各种类型的玻璃纤维的组合或者不同无机纤维和/或天然纤维的各种组合形成，这取决于所希望的应用。在某些示例性实施方案中，绝缘产品完全由玻璃纤维形成。
虽然已经总体上描述了本发明，但是可以参考下面说明的某些具体实施例获得进一步的理解，这些实施例仅是出于说明性目的而提供的并且不意味着穷举和限制，除非另有规定。
实施例1
使用具有不同羧酸/羟基比例和不同聚乙烯醇/山梨糖醇比例的粘结剂制剂来形成切割成条形物的薄板(425°F固化温度和0.125英寸厚度)。这些比例描绘于下表4中。使每个板条经受3点弯曲试验，其中在每个条形物的中间放置载荷，并且测量板条在断裂之前能够承受的负载量。结果描绘于图1中。
表4
样品 COOH/OH比例 PVOH/山梨糖醇比例
1a 1/0.1 0.1/0.9
1b 1/0.1 0.5/0.5
1c 1/0.1 0.9/0.1
2a 1/0.66 0.1/0.9
2b 1/0.66 0.5/0.5
2c 1/0.66 0.9/0.1
3a 1/1.5 0.1/0.9
3b 1/1.5 0.5/0.5
3c 1/1.5 0.9/0.1
如图1所示那样，在每个羧酸/羟基比例内，挠曲应力/wt/LOI根据聚乙烯醇/山梨糖醇比例而增加或减少。挠曲应力是利用1/8″厚度的2″×6″板的三点弯曲试验(即，直到断裂的力)。当羧酸/羟基基团比例为1/0.66时，总体实现最高的挠曲应力/LOI。此外，在这种比例内，当聚乙烯醇/山梨糖醇比例为0.5/0.5时，挠曲应力/LOI进一步增加。事实上，0.5/0.5的聚乙烯醇/山梨糖醇比例在每组羧酸/羟基比例内表现出最高的挠曲应力。
实施例2
使用具有不同COOH/OH和长链多元醇/短链多元醇比例的粘结剂组合物来形成具有9.5mm的宽度、0.5mm的厚度和97mm的长度的非织造玻璃纤维粘结剂浸渍的过滤器(BIF)片材。将所述非织造玻璃纤维BIF片材在425°F下固化3分30秒。在环境条件和蒸汽("热/潮湿")条件下测定每个样品的拉伸强度、烧失量(LOI)和拉伸强度除以LOI(拉伸强度/LOI)。使用Instron(拉伸速度为2英寸/分钟)测量拉伸强度。增强纤维的LOI是在将它们加热到足以燃烧或热解来自纤维的粘结剂组合物的温度之后纤维所经历的重量减少。根据TAPPI T-1013OM06，Loss on ignition of fiberglass mats(2006)中所述的程序测量LOI。为了产生热/潮湿环境，将过滤片置于处于240°F、压力为400psi至500psi的高压釜中保持60分钟。
如图2所示那样，当组合物中短链多元醇的比例增加(在1/0.1的COOH/OH比例内)时，在环境条件和热/潮湿条件下，拉伸/LOI似乎通常增加。这种关系似乎与固化后组合物中残留的水溶物的水平一致(图3)。图3示出了随着短链多元醇的比例增加，固化后组合物中水溶性材料的百分比降低。
当将COOH/OH比例调节至1/1.5时，这些关系继续，如图4和5所示那样。然而，值得注意的是，固化后残留在组合物中的水溶性材料的百分比在这种COOH/OH范围内显著更低。例如，即使在缺乏任何短链多元醇的组合物中，水溶性材料的百分比也小于8.0％，并且在添加一些短链多元醇之后，所述百分比降至5.0％以下。
然而，当将COOH/OH比例调节至1/0.5、1/0.1和1/1时，尽管水溶性材料的百分比类似地随着短链多元醇比例的增加而下降，但无论长链/短链多元醇比例如何，环境条件和热/潮湿条件的拉伸强度都保持相对恒定。参见图6至9。然而，应当指出，当COOH/OH比例为1/0.5时，在0.5/0.5和0.3/0.7的长链/短链多元醇比例下表现出最高的环境条件拉伸强度/LOI(拉伸强度/LOI分别为44和45)。
图10示出了用具有从1/0.1至1/10的不同COOH/OH比例的粘结剂组合物浸渍的过滤片的拉伸/LOI的移转。如显示那样，当COOH/OH比例不太低或不太高时，可以看到在环境条件和热/潮湿条件下的最佳拉伸/LOI。在太高或太低的COOH/OH比例下，热/潮湿条件的拉伸/LOI受到影响，这导致强度性能不足。
实施例3
使用具有不同比例的粘结剂组合物来形成玻璃纤维绝缘板(例如，天花板瓦片)。将用根据本申请的粘结剂组合物(标记为聚丙烯酸/山梨糖醇/聚乙烯醇的各种比例的PAA/S/PVOH)形成的绝缘板与使用常规基于碳水化合物的粘结剂组合物("淀粉-杂化物粘结剂板")和苯酚脲甲醛粘结剂组合物("PUF板")形成的板进行比较。在环境条件下测定每个样品的弹性模量、压缩强度(Δb)和下垂(sag，英寸)。
如图11所示，与常规基于碳水化合物的粘结剂组合物和基于苯酚脲甲醛的粘结剂组合物相比，PAA/S/PVOH绝缘板样品中的每一个都表现出改进的挠曲弹性模量。PAA/S/PVOH 50:20:30和PAA/S/PVOH60:10:30表现出最大的改进，挠曲弹性模量水平分别处于70psi和68psi。相比之下，PUF板表现出46psi的挠曲弹性模量，并且淀粉-杂化物粘结剂板表现出31psi的弹性模量。在一些示例性实施方案中，根据本发明构思的具有1英寸的厚度和6lbs/ft3的密度的绝缘板实现至少40psi的弹性模量，包括至少45psi、至少50psi和至少55psi。
图12示出了在90°F/90％RH(相对湿度)的热/潮湿环境中在设定天数之后由各种4'×4'绝缘板观察到的下垂。
如图12所示，具有较低PVOH水平的PAA/S/PVOH粘结剂组合物(即，PAA/S/PVOH 60:20:15和PAA/S/PVOH 75:10:15)在热/潮湿条件下表现出比PUF板和淀粉-杂化物粘结剂板两者更少的下垂。这指示降低粘结剂组合物中的长链多元醇可有助于改进需要非常高标准的热/潮湿性能的应用中的热/潮湿性能。
图13示出了不同粘结剂和LOI％的玻璃纤维板产品在10％变形下的压缩强度。根据ASTM方法C-165，对厚度为1"、密度为6lb/ft2的6"×6"绝缘板进行试验。如图13所示，用PAA/S/PVOH粘结剂形成的绝缘板的压缩强度超过用淀粉-杂化物粘结剂和PUF粘结剂形成的绝缘板的压缩强度，表现出260lbs/ft2至超过500lbs/ft2的压缩强度。在一些示例性实施例中，根据本发明构思的厚度为1英寸的6"×6"绝缘板实现了至少200lbs/ft2的压缩强度，包括至少300lbs/ft2、至少400lbs/ft2和至少500lbs/ft2。
图14示出了不同粘结剂和LOI％的玻璃纤维板产品的断裂粘结强度。所述试验测量厚度为1"且密度为6lb/ft2的6"×6"绝缘板在Z方向上的强度。如图14所示那样，用PAA/S/PVOH粘结剂形成的绝缘板的粘结强度超过用淀粉-杂化物粘结剂形成的绝缘板的粘结强度。另外，用PAA/S/PVOH粘结剂形成的绝缘板表现出与用PUF粘结剂形成的绝缘板相当的粘结强度，表现出10lbs/ft2至超过15lbs/ft2的粘结强度。在一些示例性实施例中，根据本发明构思的厚度为1英寸的6"×6"绝缘板实现了至少7.5lbs./ft2/LOI的粘结强度，包括至少10lbs./ft2/LOI、至少12.5lbs./ft2/LOI和至少15lbs./ft2/LOI。
实施例4
使用包含75wt％聚丙烯酸和不同量的聚乙烯醇和山梨糖醇(表5)或三乙醇胺(表6)的粘结剂组合物来形成非织造玻璃纤维粘结剂浸渍的过滤器(BIF)片材，其具有9.5mm的宽度、0.5mm的厚度和97mm的长度。将非织造玻璃纤维BIF片材在425°F下在强制通风烘箱中固化3分30秒。在环境条件和蒸汽("热/潮湿")条件下测定每个样品的拉伸强度除以LOI(拉伸强度/LOI)。使用Instron(拉伸速度为2英寸/分钟)测量拉伸强度。增强纤维的LOI是在将它们加热到足以燃烧或热解来自纤维的粘结剂组合物的温度之后纤维所经历的重量减少。根据TAPPI T-1013OM06，Loss on ignition of fiberglass mats(2006)中所述的程序测量LOI。为了产生热/潮湿环境，将过滤片材置于处于227°F、压力为5psi的高压釜中保持60分钟。试验的粘结剂组合物详述于下表5中。
表5
Figure BDA0003358645920000241
表6
Figure BDA0003358645920000242
Figure BDA0003358645920000251
如表5所示，当包含少量聚乙烯醇(1.0wt％至20wt％)时，用包含聚丙烯酸和25wt％山梨糖醇的粘结剂组合物形成的过滤片表现出环境和热/潮湿条件的拉伸强度/LOI的增加(参见实施例1-4和对比实施例A)。类似地，如表6所示，当包含少量聚乙烯醇(1.0wt％至20wt％)时，用包含聚丙烯酸和25wt％三乙醇胺的粘结剂组合物形成的过滤片显示出环境和热/潮湿条件的拉伸强度/LOI的增加(参见实施例10-13和对比实施例C)。这种试验的结果在实施例15中示出。
另外，当包含少量山梨糖醇或三乙醇胺(1.0wt％至20wt％)时，用包含聚丙烯酸和20wt％聚乙烯醇的粘结剂组合物形成的过滤片表现出环境条件的拉伸强度/LOI的增加(参见实施例5-8vs.对比实施例B和实施例14-17vs.对比实施例D)。用包含少量山梨糖醇的粘结剂组合物形成的过滤片在热/潮湿条件下进一步显示出增加的拉伸强度/LOI。这种试验的结果在图16中示出。另外，向包含20wt％PVOH的组合物中添加少量三乙醇胺不会显著影响热/潮湿条件下的拉伸强度/LOI。与使用不含PVOH的粘结剂组合物形成的片材相比，实施例14-17中的每一个均显示出改进的拉伸/LOI。
另外，如图17和18所示那样，添加少量PVOH令人惊讶地降低了粘结剂组合物粘度。图17示出了包含75wt％聚丙烯酸和不同浓度的三乙醇胺和聚乙烯醇的粘结剂组合物的粘度分布。如图所示，包含75wt％聚丙烯酸和25wt％三乙醇胺的组合物在50°F至90°F的温度范围内表现出160至310cP的粘度分布。相反，加入低至1.0或2.5wt％的PVOH将在相同温度范围内的粘度分布降低至30-75cP。
应当理解，所示产品和方法的许多更详细的方面在很大程度上是本领域已知的，并且为了简明地呈现总体发明构思的目的，已经省略了这些方面。尽管已经参考特定装置、材料和实施例描述了本发明，但是根据前面的描述，本领域技术人员可以容易地确定本公开的基本特征，并且在不脱离如上所述和所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改以适应各种用途和特征。

Claims (33)

1.水性粘结剂组合物，包含：
至少35wt％的包含至少两个羧酸基团的交联剂，基于所述水性粘结剂组合物的总固体含量；
0.1至50.0wt％的至少一种具有至少两个羟基和至少2,000道尔顿的数均分子量的长链多元醇，基于所述水性粘结剂组合物的总固体含量；和
非必要地，至少一种具有至少两个羟基和小于2,000道尔顿的数均分子量的短链多元醇；
其中所述粘结剂组合物一旦固化包含至多6.0wt％的水溶性材料。
2.权利要求1的水性粘结剂组合物，其中所述短链多元醇按1.0至50wt％的量存在，基于所述水性粘结剂组合物的总固体含量。
3.权利要求1的水性粘结剂组合物，其中所述短链多元醇按10.0至25wt％的量存在，基于所述水性粘结剂组合物的总固体含量。
4.权利要求1的水性粘结剂组合物，其中所述短链多元醇包括糖醇、2,2-双(羟甲基)丙酸、三(羟甲基)丙烷、季戊四醇和烷醇胺中的一种或多种。
5.权利要求4的水性粘结剂组合物，其中所述短链多元醇包括选自甘油、赤藓糖醇、阿拉伯糖醇、木糖醇、山梨糖醇、麦芽糖醇、甘露糖醇、艾杜糖醇、异麦芽糖醇、乳糖醇、纤维醇、帕拉金糖醇、麦芽三糖醇、其糖浆及其混合物的糖醇。
6.权利要求4的水性粘结剂组合物，其中所述烷醇胺包括三乙醇胺。
7.权利要求1的水性粘结剂组合物，其中所述长链多元醇与所述短链多元醇的比例为1/50至20/1。
8.权利要求1的水性粘结剂组合物，其中所述长链多元醇与所述短链多元醇的比例为1/20至10/1。
9.权利要求1的水性粘结剂组合物，其中一旦固化，所述粘结剂组合物包含至多5.0wt％的水溶性材料。
10.权利要求1的水性粘结剂组合物，其中一旦固化，所述粘结剂组合物包含至多4.0wt％的水溶性材料。
11.权利要求1的水性粘结剂组合物，其中所述粘结剂组合物以30％固体时具有175cP或更低的粘度。
12.权利要求1的水性粘结剂组合物，其中所述粘结剂组合物一旦固化具有5至9.0的pH值。
13.水性粘结剂组合物，包含：
0.1至50.0wt％的至少一种具有至少两个羟基和至少2,000道尔顿的数均分子量的长链多元醇，基于所述水性粘结剂组合物的总固体含量；
至少35wt％的包含至少两个羧酸基团的交联剂，基于所述水性粘结剂组合物的总固体含量；和
1.0至50wt％的至少一种具有至少两个羟基和小于2,000道尔顿的数均分子量的短链多元醇，其中羧酸基团、酸酐基团或其盐的摩尔当量与羟基的摩尔当量之比为1/0.05至1/20，和所述长链多元醇与所述短链多元醇的比例为1/50至20/1。
14.权利要求13的水性粘结剂组合物，其中所述长链多元醇按1.0至45wt％的量存在，基于所述水性粘结剂组合物的总固体含量。
15.权利要求13的水性粘结剂组合物，其中所述短链多元醇按10.0至25wt％的量存在，基于所述水性粘结剂组合物的总固体含量。
16.权利要求13的水性粘结剂组合物，其中所述短链多元醇包括糖醇、2,2-双(羟甲基)丙酸、三(羟甲基)丙烷和烷醇胺中的一种或多种。
17.权利要求16的水性粘结剂组合物，其中所述短链多元醇包括选自甘油、赤藓糖醇、阿拉伯糖醇、木糖醇、山梨糖醇、麦芽糖醇、甘露糖醇、艾杜糖醇、异麦芽糖醇、乳糖醇、纤维醇、帕拉金糖醇、麦芽三糖醇、其糖浆及其混合物的糖醇。
18.权利要求16的水性粘结剂组合物，其中所述烷醇胺包括三乙醇胺。
19.权利要求13的水性粘结剂组合物，其中所述长链多元醇与所述短链多元醇的比例为1/50至20/1。
20.权利要求13的水性粘结剂组合物，其中所述长链多元醇与所述短链多元醇的比例为1/20至10/1。
21.权利要求13的水性粘结剂组合物，其中一旦固化，所述粘结剂组合物包含至多6.0wt％的水溶性材料。
22.权利要求13的水性粘结剂组合物，其中一旦固化，所述粘结剂组合物包含至多4.0wt％的水溶性材料。
23.纤维产品，包含：
多根无规取向纤维；和
至少部分地涂覆所述纤维的水性粘结剂组合物，所述粘结剂组合物包含：
至少35wt％的包含至少两个羧酸基团的交联剂，基于所述水性粘结剂组合物的总固体含量；
0.1至50.0wt％的至少一种具有至少两个羟基和至少2,000道尔顿的数均分子量的长链多元醇，基于所述水性粘结剂组合物的总固体含量；和
非必要地，至少一种具有至少两个羟基和小于2,000道尔顿的数均分子量的短链多元醇；
其中所述粘结剂组合物一旦固化包含至多6.0wt％的水溶性材料。
24.权利要求23的纤维产品，其中所述纤维产品包括绝缘产品、非织造垫、刨花板、天花板和线槽板中的任一种。
25.权利要求23的纤维产品，其中所述短链多元醇按1.0至45wt％的量存在，基于所述水性粘结剂组合物的总固体含量。
26.权利要求23的纤维产品，其中所述短链多元醇按10.0至25wt％的量存在，基于所述水性粘结剂组合物的总固体含量。
27.权利要求23的纤维产品，其中所述短链多元醇包括糖醇、2,2-双(羟甲基)丙酸、三(羟甲基)丙烷和烷醇胺中的一种或多种。
28.权利要求23的纤维产品，其中所述短链多元醇包括选自甘油、赤藓糖醇、阿拉伯糖醇、木糖醇、山梨糖醇、麦芽糖醇、甘露糖醇、艾杜糖醇、异麦芽糖醇、乳糖醇、纤维醇、帕拉金糖醇、麦芽三糖醇、其糖浆及其混合物的糖醇。
29.权利要求28的纤维产品，其中所述烷醇胺包括三乙醇胺。
30.权利要求23的纤维产品，其中所述长链多元醇与所述短链多元醇的比例为1/50至20/1。
31.权利要求23的纤维产品，其中所述长链多元醇与所述短链多元醇的比例为1/20至10/1。
32.权利要求23的纤维产品，其中一旦固化，所述粘结剂组合物包含至多5.0wt％的水溶性材料。
33.权利要求23的纤维产品，其中一旦固化，所述粘结剂组合物包含至多4.0wt％的水溶性材料。
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