CN115698029A - 矿物纤维产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及矿物纤维产品，其包含与由不含苯酚和甲醛的水性黏结剂组合物固化产生的黏结剂接触的矿物纤维。
Description
发明领域
本发明涉及包含与由水性黏结剂组合物固化产生的黏结剂接触的矿物纤维的矿物纤维产品以及呈一种或多种木素磺酸盐木素形式的木素组分用于制备黏结剂组合物的用途。
发明背景
矿物纤维产品通常包含人造玻璃质纤维(MMVF)如玻璃纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维、矿渣棉、矿棉和石棉，它们通过固化的热固性聚合物黏结剂材料粘合在一起。为了用作绝热或隔音产品，黏结的矿物纤维垫通常通过以常规方式将由合适原材料制成的熔体转化为纤维来生产，例如通过纺杯工艺或通过级联转子工艺。纤维被吹入形成室，并且在气动和仍然热的情况下用黏结剂溶液喷洒并以垫或幅材的形式随机沉积在移动的传送带上。然后将所述纤维垫转移到固化炉，在那里使被加热过的空气吹过所述垫以固化黏结剂并将矿物纤维牢固地黏结在一起。
在过去，选择的黏结剂树脂是酚醛树脂，其可以被经济地生产，并且可以在用作黏结剂之前用脲进行增充。然而，旨在降低或消除甲醛排放的现有和提议的立法已经导致无甲醛黏结剂如基于多羧基聚合物和多元醇或多胺的黏结剂组合物(例如在EP-A-583086，EP-A-990727，EP-A-1741726，US-A-5，318，990和US-A-2007/0173588中公开的黏结剂组合物)的开发。
另一组非酚醛黏结剂是脂肪族和/或芳香族酸酐与链烷醇胺的加成/消除反应产物，例如公开于WO99/36368，WO01/05725，WO01/96460，WO02/06178，WO2004/007615和WO2006/061249。这些黏结剂组合物是水溶性的并且在固化速度和固化密度方面表现出优异的黏结性能。WO2008/023032公开了那种类型的脲改性黏结剂，其提供具有降低的吸湿性的矿棉产品。
由于用于生产这些黏结剂的一些起始材料是相当昂贵的化学品，因此一直需要提供能被经济地生产的无甲醛黏结剂。
与先前已知的矿物纤维用水性黏结剂组合物有关的另一个效果是，用于生产这些黏结剂的至少大部分起始材料源自化石燃料。一直以来的一个倾向是消费者偏好完全或至少部分地由可再生材料生产的产品，因此需要提供至少部分地由可再生材料生产的矿棉用黏结剂。
与先前已知的矿物纤维用水性黏结剂组合物有关的另一个效果是它们涉及腐蚀性和/或有害的组分。这要求对矿棉产品生产中涉及的机械采取保护措施以防止腐蚀，并且还要求对操作该机械的人员采取安全措施。这导致增加的成本和健康问题，并且因此需要提供具有降低的腐蚀性和/或有害材料含量的矿物纤维用黏结剂组合物。
近来，许多矿物纤维用黏结剂已经被提供，它们在很大程度上基于可再生原料。在许多情况下，这些在很大程度上基于可再生资源的黏结剂也不含甲醛。
然而，这些黏结剂中的许多仍然相对昂贵，因为它们基于相对昂贵的基础材料。
同时，矿物纤维用黏结剂已被提供，所述矿物纤维用黏结剂基于已被氧化以使其适合作为矿棉用黏结剂组合物的组分的木素组分。尽管通过这些基于预先氧化的木素的矿棉黏结剂实现了非常好的黏结性能，这样的黏结剂的制备仍要求在木素组分可以被用作黏结剂组合物的组分之前氧化木素组分的额外步骤。利用所述木素组分所必需的这一预先氧化步骤因增加了反应时间、降低了产量而在一定程度上使这样的黏结剂的生产过程复杂化，并且由于原材料、工艺设备和人员的额外成本而增加了这样的黏结剂的成本。
发明概述
因此，本发明的一个目的是提供矿棉产品，其包含与由适合黏结矿物纤维的黏结剂组合物固化产生的黏结剂接触的矿物纤维，所述黏结剂组合物使用可再生材料作为起始材料，减少或消除腐蚀性和/或有害的材料，并且成本低廉地生产。
本发明的另一个目的是提供矿棉产品，其包含与由适合黏结矿物纤维的黏结剂组合物固化产生的黏结剂接触的矿物纤维，所述黏结剂组合物允许实现增加的固含量(并由此实现降低的运输成本和更小的对环境影响)、降低的黏度(这使得其更容易大规模地加工)和长的储存期。
另外，本发明提供了木素组分用于制备矿棉用黏结剂组合物的用途。
按照本发明的第一方面，提供了矿物纤维产品，其包含与由不含苯酚和甲醛的水性黏结剂组合物固化产生的黏结剂接触的矿物纤维，所述水性黏结剂组合物包含：
-呈一种或多种木素磺酸盐木素形式的组分(i)，其具有0.03-2.0mmol/g，例如0.03-1.4mmol/g，例如0.075-2.0mmol/g，例如0.075-1.4mmol/g的羧酸基团含量，基于木素磺酸盐木素的干重计，
-呈一种或多种交联剂形式的组分(ii)；
-呈一种或多种增塑剂形式的组分(iii)。
特别地，按照本发明的第一方面，提供了矿物纤维产品，其包含与由优选不含苯酚和甲醛的、水性的黏结剂组合物固化产生的黏结剂接触的矿物纤维，所述黏结剂组合物包含：
-呈一种或多种木素磺酸盐木素形式的组分(i)，其具有0.03-2.0mmol/g，例如0.03-1.4mmol/g，例如0.075-2.0mmol/g，例如0.075-1.4mmol/g的羧酸基团含量，基于木素磺酸盐木素的干重计；
-呈一种或多种交联剂形式的组分(ii)；
-呈一种或多种增塑剂形式的组分(iii)，
前提是所述水性的黏结剂组合物不包含选自下组的交联剂：
·具有500或更小的分子量Mw的环氧化合物，
·羰基化合物，其选自：
醛，
式R-[C(O)R1]x的羰基化合物，其中：
R表示饱和或者不饱和的直链、支链或环状的烃基，包括一个或多个由5或者6个碳原子组成的芳族核的基团，包括一个或多个含有4或者5个碳原子以及氧、氮或硫原子的芳族杂环的基团，所述R基团可以含有其它官能团，
R1表示氢原子或者C1-C10烷基，和
x在1-10的范围内，
·多胺，
·单糖和寡糖。
按照本发明的第二方面，提供了木素组分用于制备矿棉用黏结剂组合物的用途，所述木素组分呈一种或多种木素磺酸盐木素的形式并具有0.03-2.0mmol/g，例如0.03-1.4mmol/g，例如0.075-2.0mmol/g，例如0.075-1.4mmol/g的羧酸基团含量，基于木素磺酸盐木素的干重计。
特别地，按照本发明的第二方面，提供了木素组分用于制备矿棉用黏结剂组合物的用途，所述木素组分呈一种或多种木素磺酸盐木素的形式并具有0.03-2.0mmol/g，例如0.03-1.4mmol/g，例如0.075-2.0mmol/g，例如0.075-1.4mmol/g的羧酸基团含量，基于木素磺酸盐木素的干重计，前提是所述组合物不包含：
·具有500或更小的分子量MW的环氧化合物，
·羰基化合物，其选自：
醛，
式R-[C(O)R1]x的羰基化合物，其中：
R表示饱和或者不饱和的直链、支链或环状的烃基，包括一个或多个由5或者6个碳原子组成的芳族核的基团，包括一个或多个含有4或者5个碳原子以及氧、氮或硫原子的芳族杂环的基团，所述R基团可以含有其它官能团，
R1表示氢原子或者C1-C10烷基，和
x在1-10的范围内，
·多胺，
·单糖和寡糖。
本发明人已经惊讶地发现，可以提供包含通过由黏结剂组合物固化产生的黏结剂黏结的矿物纤维的矿棉产品，其中所述黏结剂组合物可以由呈木素组分形式的便宜的可再生材料生产，在用于黏结剂组合物中之前不要求氧化步骤，并且在很大程度上不含有或者仅在很小程度上含有任何腐蚀性和/或有害的试剂。
优选实施方案的描述
本发明的矿棉产品包含与由不含苯酚和甲醛的水性黏结剂组合物固化产生的黏结剂接触的矿物纤维，所述黏结剂组合物包含：
-呈一种或多种木素磺酸盐木素形式的组分(i)，其具有0.03-2.0mmol/g，例如0.03-1.4mmol/g，例如0.075-2.0mmol/g，例如0.075-1.4mmol/g的羧酸基团含量，基于木素磺酸盐木素的干重计，
-呈一种或多种交联剂形式的组分(ii)；
-呈一种或多种增塑剂形式的组分(iii)。
特别地，按照本发明的第一方面，提供了矿物纤维产品，其包含与由不含苯酚和甲醛的水性黏结剂组合物固化产生的黏结剂接触的矿物纤维，所述黏结剂组合物包含：
-呈一种或多种木素磺酸盐木素形式的组分(i)，其具有0.03-2.0mmol/g，例如0.03-1.4mmol/g，例如0.075-2.0mmol/g，例如0.075-1.4mmol/g的羧酸基团含量，基于木素磺酸盐木素的干重计，
-呈一种或多种交联剂形式的组分(ii)；
-呈一种或多种增塑剂形式的组分(iii)，
前提是所述水性黏结剂组合物不包含选自下组的交联剂：
·具有500或更小的分子量MW的环氧化合物。
特别地，按照本发明的第一方面，提供了矿物纤维产品，其包含与由不含苯酚和甲醛的水性黏结剂组合物固化产生的黏结剂接触的矿物纤维，所述黏结剂组合物包含：
-呈一种或多种木素磺酸盐木素形式的组分(i)，其具有0.03-2.0mmol/g，例如0.03-1.4mmol/g，例如0.075-2.0mmol/g，例如0.075-1.4mmol/g的羧酸基团含量，基于木素磺酸盐木素的干重计，
-呈一种或多种交联剂形式的组分(ii)；
-呈一种或多种增塑剂形式的组分(iii)，
前提是所述水性黏结剂组合物不包含选自下组的交联剂：
·羰基化合物，其选自：
醛，
式R-[C(O)R1]x的羰基化合物，其中：
R表示饱和或者不饱和的直链、支链或环状的烃基，包括一个或多个由5或者6个碳原子组成的芳族核的基团，包括一个或多个含有4或者5个碳原子以及氧、氮或硫原子的芳族杂环的基团，所述R基团可以含有其它官能团，
R1表示氢原子或者C1-C10烷基，和
x在1-10的范围内。
特别地，按照本发明的第一方面，提供了矿物纤维产品，其包含与由不含苯酚和甲醛的水性黏结剂组合物固化产生的黏结剂接触的矿物纤维，所述黏结剂组合物包含：
-呈一种或多种木素磺酸盐木素形式的组分(i)，其具有0.03-2.0mmol/g，例如0.03-1.4mmol/g，例如0.075-2.0mmol/g，例如0.075-1.4mmo1/g的羧酸基团含量，基于木素磺酸盐木素的干重计，
-呈一种或多种交联剂形式的组分(ii)；
-呈一种或多种增塑剂形式的组分(iii)，
前提是所述水性黏结剂组合物不包含选自下组的交联剂：
·多胺。
特别地，按照本发明的第一方面，提供了矿物纤维产品，其包含与由不含苯酚和甲醛的水性黏结剂组合物固化产生的黏结剂接触的矿物纤维，所述黏结剂组合物包含：
-呈一种或多种木素磺酸盐木素形式的组分(i)，其具有0.03-2.0mmol/g，例如0.03-1.4mmol/g，例如0.075-2.0mmol/g，例如0.075-1.4mmol/g的羧酸基团含量，基于木素磺酸盐木素的干重计，
-呈一种或多种交联剂形式的组分(ii)；
-呈一种或多种增塑剂形式的组分(iii)，
前提是所述水性黏结剂组合物不包含选自下组的交联剂：
·单糖和寡糖。
在一个实施方案中，本发明的矿棉产品包含与由不含苯酚和甲醛的水性黏结剂组合物固化产生的黏结剂接触的矿物纤维，所述黏结剂组合物包含：
-呈一种或多种木素磺酸盐木素形式的组分(i)，其具有0.03-2.0mmol/g，例如0.03-1.4mmo1/g，例如0.075-2.0mmol/g，例如0.075-1.4mmol/g的羧酸基团含量，基于木素磺酸盐木素的干重计，
-呈一种或多种交联剂形式的组分(ii)，其选自
·β-羟烷基酰胺交联剂，和/或
·分子量超过500的环氧化合物如基于脂肪酸甘油三酯的环氧化的油，或者一种或多种柔性低聚物或者聚合物，例如低Tg的丙烯酸基聚合物，例如低Tg的乙烯基聚合物，例如低Tg的聚醚，其含有反应性官能团，例如碳二亚胺基团，例如酸酐基团，例如噁唑啉基团，例如氨基基团，例如环氧基团，和/或
·一种或多种呈以下形式的交联剂：多官能的碳二亚胺，例如脂肪族的多官能的碳二亚胺；和/或
·Primid XL-552；
-呈一种或多种增塑剂形式的组分(iii)，
前提是所述水性黏结剂组合物不包含选自下组的交联剂：
·具有500或更小的分子量MW的环氧化合物，
·羰基化合物，其选自：
醛，
式R-[C(O)R1]x的羰基化合物，其中：
R表示饱和或者不饱和的直链、支链或环状的烃基，包括一个或多个由5或者6个碳原子组成的芳族核的基团，包括一个或多个含有4或者5个碳原子以及氧、氮或硫原子的芳族杂环的基团，所述R基团可以含有其它官能团，
R1表示氢原子或者C1-C10烷基，和
x在1-10的范围内，
·多胺。
在一个优选的实施方案中，所述黏结剂不含甲醛。
就本申请而言，术语“不含甲醛”被定义为表征矿棉产品，其中所述矿棉产品的甲醛释放低于5μg/m2/h，优选低于3μg/m2/h。优选地，该测试按照用于测试醛释放的ISO 16000进行。
在一个优选的实施方案中，所述黏结剂不含苯酚。
就本申请而言，术语“不含苯酚”被定义为水性黏结剂组合物以≤0.25wt％，例如≤0.1wt％，例如≤0.05wt％的量含有苯酚：
基于具有15wt％的干固体物黏结剂含量的水性组合物的总重量计。
在一个实施方案中，所述黏结剂组合物不含有添加的甲醛。
在一个实施方案中，所述黏结剂组合物不含有添加的苯酚。
就本发明而言，术语“单糖和寡糖”被定义为包含单糖和具有10个或更少的糖单元的寡糖。
就本发明而言，术语“糖”被定义为包含单糖和具有10个或更少的糖单元的寡糖。
组分(i)
组分(i)呈一种或多种木素磺酸盐木素的形式，其具有0.03-2.0mmol/g，例如0.03-1.4mmol/g，例如0.075-2.0mmol/g，例如0.075-1.4mmol/g的羧酸基团含量，基于木素磺酸盐木素的干重计。
木素、纤维素和半纤维素是植物细胞壁中的三种主要有机化合物。木素可以被认为是胶，其将纤维素纤维保持在一起。木素含有亲水基团和疏水基团。它是世界上第二丰富的天然聚合物，仅次于纤维素，并且估计占包含在生物质中的总碳的多达20-30％，全球超过10亿吨。
木素磺酸盐方法引入了大量的磺酸盐基团，使得木素可溶于水，但也可溶于酸性水溶液。木素磺酸盐具有高达8％的呈磺酸盐形式的硫，而硫酸盐木素具有1-2％的硫，所述硫主要与木素键合。木素磺酸盐的分子量为15,000-50,000g/mol。木素的典型疏水核与大量离子化的磺酸根基团一起使这种木素作为表面活性剂具有吸引力，并且它经常在分散水泥等方面得到应用。
为了生产基于木素的高附加值产品，首先应从生物质中分离木素，为此有数种方法可以采用。硫酸盐制浆方法和亚硫酸盐制浆方法因可有效地从木材中分离木素而是已知的，并且因此被在全世界范围内使用。硫酸盐木素借助于NaOH和Na2S从木材中分离。来自亚硫酸盐制浆方法的木素被称为木素磺酸盐，并且使用亚硫酸和/或含有镁、钙、钠或者铵的亚硫酸盐在各种pH水平下生产。目前，木素磺酸盐占商业木素总市场的90％，并且木素磺酸盐的全球总年产量为大约180万吨。木素磺酸盐通常具有丰富的磺基，并且因此具有比硫酸盐木素高的硫含量。由于磺酸根基团的存在，木素磺酸盐带有阴离子电荷并且是水溶性的。木素磺酸盐的分子量(Mw)可以类似于或者大于硫酸盐木素的分子量。由于它们独特的性能，木素磺酸盐具有广泛的用途，例如动物饲料、杀虫剂、表面活性剂、石油钻井添加剂、胶体悬浮液稳定剂和作为混凝土掺和物中的增塑剂。然而，大多数新的纸浆厂采用硫酸盐技术来生产纸浆，并且因此硫酸盐木素更容易获得以用于高附加值生产。
然而，木素磺酸盐和硫酸盐木素因不同的分离方法和因此不同的官能团分布而具有不同的性能。木素磺酸盐中的高水平的磺基(通常每四个C9单元有至少一个磺基)使得木素磺酸盐在水中在所有pH水平下强烈带电荷。这种丰富的可电离官能团可以解释大部分与其它工业木素的差异。较高的电荷密度允许更容易的水溶解性和更高的溶液中固含量，与硫酸盐木素相比。而且，由于同样的原因，木素磺酸盐与相同固含量的硫酸盐木素相比将具有更低的溶液黏度，这有助于操作和加工。木素磺酸盐的常用的模型结构被显示在图1中。
在一个实施方案中，组分(i)具有0.05-0.6mmol/g，例如0.1-0.4mmol/g的羧酸基团含量，基于木素磺酸盐木素的干重计。
在一个实施方案中，组分(i)呈一种或多种木素磺酸盐木素的形式，具有小于1.8个基团/大分子，例如小于1.4个基团/大分子，例如小于1.1个基团/大分子，例如小于0.7个基团/大分子，例如小于0.4个基团/大分子的平均羧酸基团含量，考虑组分(i)的数均分子量。
在一个实施方案中，组分(i)具有0.3-2.5mmol/g，例如0.5-2.0mmol/g，例如0.5-1.5mmol/g的酚羟基含量，基于木素磺酸盐木素的干重计。
在一个实施方案中，组分(i)具有1.0-8.0mmol/g，例如1.5-6.0mmol/g，例如2.0-5.0mmol/g的脂肪族羟基含量，基于木素磺酸盐木素的干重计。
在一个实施方案中，组分(i)包含木素磺酸铵盐，和/或木素磺酸钙盐，和/或木素磺酸镁盐，和任何它们的组合。
在一个实施方案中，组分(i)包含木素磺酸铵盐和木素磺酸钙盐，其中NH4 +与Ca2+的摩尔比在5∶1至1∶5，特别是3∶1至1∶3的范围内。
就本发明而言，术语木素磺酸盐涵盖磺化的硫酸盐木素。
在一个实施方案中，组分(i)是磺化的硫酸盐木素。
在一个实施方案中，所述水性黏结剂组合物以0-5重量％，例如小于5重量％，例如0-4.9重量％，例如0.1-4.9重量％的量含有添加的糖，基于木素磺酸盐和糖的重量计。
在一个实施方案中，所述水性黏结剂组合物以基于组分(i)和(ii)的总重量计50-98重量％，例如65-98重量％，例如80-98重量％的量包含组分(i)，即木素磺酸盐。
在一个实施方案中，所述水性黏结剂组合物以50至98wt％，例如65至98wt％，例如80至98wt％的量包含组分(i)，基于组分(i)、(ii)和(iii)的干重计。
就本发明而言，木素官能团的含量通过使用31P NMR作为表征方法来确定。
用于31P NMR的样品制备通过使用2-氯-4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二氧杂磷杂环戊烷(TMDP)作为亚磷酸化试剂和使用胆甾醇作为内标来进行。积分按照Granata和Argyropoulos的工作(J.Agric.Food Chem.43：1538-1544)进行。
组分(ii)
组分(ii)呈一种或多种交联剂的形式。
在一个实施方案中，所述组分(ii)包含一种或多种交联剂，其选自β-羟烷基酰胺交联剂和/或噁唑啉交联剂。
β-羟烷基酰胺交联剂是用于酸官能的大分子的固化剂。它提供硬的、耐久的、耐腐蚀的和耐溶剂的交联聚合物网络。据信β-羟烷基酰胺交联剂通过酯化反应固化以形成多个酯键。所述β一羟烷基酰胺交联剂的羟基官能度应平均为至少2，优选大于2，更优选为2-4，以获得最佳的固化响应。
含噁唑啉基团的交联剂是在每个分子中含有一个或多个噁唑啉基团的聚合物，并且通常含噁唑啉的交联剂可以通过聚合噁唑啉衍生物容易地获得。专利US6818699 B2提供了关于这样的方法的公开。
在一个实施方案中，所述组分(ii)是一种或多种分子量超过500的环氧化合物如基于脂肪酸甘油三酯的环氧化的油，或者是一种或多种柔性低聚物或者聚合物，例如低Tg的丙烯酸基聚合物，例如低Tg的乙烯基聚合物，例如低Tg的聚醚，其含有反应性官能团，例如碳二亚胺基团，例如酸酐基团，例如噁唑啉基团，例如氨基基团，例如环氧基团，例如β-羟烷基酰胺基团。
在一个实施方案中，组分(ii)是一种或多种选自下组的交联剂：脂肪胺。
在一个实施方案中，组分(ii)是一种或多种呈脂肪酰胺形式的交联剂。
在一个实施方案中，组分(ii)是一种或多种选自聚酯多元醇如聚己内酯的交联剂。
在一个实施方案中，组分(ii)是一种或多种选自下组的交联剂：淀粉，改性淀粉，CMC。
在一个实施方案中，组分(ii)是一种或多种呈多官能碳二亚胺如脂肪族多官能碳二亚胺的形式的交联剂。
在一个实施方案中，组分(ii)是一种或多种呈氮丙啶形式的交联剂，例如CX100，NeoAdd-Pax 521/523。
在一个实施方案中，组分(ii)是一种或多种选自三聚氰胺基交联剂如六(甲基甲氧基)三聚氰胺(HMMM)基交联剂的交联剂。
这样的化合物的实例是Picassian XL 701，702，725(Stahl Polymers)，例如
XL-29SE(Angus Chemical Company)，例如CX300(DSM)，例如Carbodilite V-02-L2(Nisshinbo Chemical Inc.)。
在一个实施方案中，组分(ii)是Primid XL552，其具有以下结构：
组分(ii)也可以是上面提到的化合物的任何混合物。
在一个实施方案中，本发明的黏结剂组合物以1至50重量％，例如4至20重量％，例如6至12重量％的量包含组分(ii)，基于组分(i)的干重计。
黏结剂组合物的组分(iii)
任选地且优选地，所述黏结剂组合物可以包含组分(iii)。组分(iii)呈一种或多种增塑剂的形式。
在一个实施方案中，组分(iii)呈一种或多种选自下组的增塑剂的形式：多元醇，例如碳水化合物，氢化糖，例如山梨糖醇，赤藓糖醇，甘油，单乙二醇，聚乙二醇，聚乙二醇醚，聚醚，邻苯二甲酸酯和/或酸，例如己二酸，香草酸，乳酸和/或阿魏酸，丙烯酸系聚合物，聚乙烯醇，聚氨酯分散体，碳酸亚乙酯，碳酸亚丙酯，内酯，内酰胺，交酯，具有游离羧基的丙烯酸基聚合物和/或具有游离羧基的聚氨酯分散体，聚酰胺，酰胺如脲/尿素，或者任何它们的混合物。
在一个实施方案中，组分(iii)呈一种或多种选自下组的增塑剂的形式：碳酸酯，例如碳酸亚乙酯，碳酸亚丙酯，内酯，内酰胺，交酯，具有类似于木素的结构的化合物如香草醛、乙酰丁香酮，用作聚结剂的溶剂如醇醚、聚乙烯醇。
在一个实施方案中，组分(iii)呈一种或多种选自下组的非反应性增塑剂的形式：聚乙二醇，聚乙二醇醚，聚醚，氢化糖，邻苯二甲酸酯和/或其它酯，用作聚结剂的溶剂如醇醚，丙烯酸系聚合物，聚乙烯醇。
在一个实施方案中，组分(iii)是一种或多种选自下组的反应性增塑剂：碳酸酯，例如碳酸亚乙酯，碳酸亚丙酯，内酯，内酰胺，交酯，二或者三元羧酸，例如己二酸，或者乳酸，和/或香草酸酸和/或阿魏酸，聚氨酯分散体，具有游离羧基的丙烯酸基聚合物，具有类似于木素的结构的化合物如香草醛、乙酰丁香酮。
在一个实施方案中，组分(iii)呈一种或多种选自下组的增塑剂的形式：脂肪醇，单羟基醇如戊醇，硬脂基醇。
在一个实施方案中，组分(iii)包含一种或多种选自聚乙二醇和聚乙二醇醚的增塑剂，和/或包含一种或多种呈多元醇如1，1，1-三(羟甲基)丙烷和/或三乙醇胺形式的增塑剂。
本发明的另一个特别令人惊讶的方面是，使用沸点超过100℃、特别是沸点为140至250℃的增塑剂极大地改善了本发明矿物纤维产品的机械性能，尽管考虑到它们的沸点，这些增塑剂很可能在与矿物纤维接触的黏结剂固化过程中至少部分蒸发。
在一个实施方案中，组分(iii)包含一种或多种具有超过100℃，例如110至380℃，更优选120至300℃，更优选140至250℃的沸点的增塑剂。
据信，在本发明的黏结剂组合物中这些增塑剂的有效性与在固化过程中增加木素的流动性的效果有关。据信，在固化过程中木素的增加的流动性促进了有效的交联。
在一个实施方案中，组分(iii)包含一种或多种具有150至50000g/mol，特别是150至4000g/mol，更具体地150至1000g/mol，优选150至500g/mol，更优选200至400g/mol的平均分子量的聚乙二醇。
在一个实施方案中，组分(iii)包含一种或多种具有4000至25000g/mol，特别是4000至15000g/mol，更具体地8000至12000g/m0l的平均分子量的聚乙二醇。
在一个实施方案中，组分(iii)能够在固化过程中与组分(i)和/或组分(ii)形成共价键。这样的组分将不会蒸发并作为组合物的一部分保留，但会被有效地改变，从而不引入不想要的副作用如固化产物的吸水性。这样的组分的非限制性实例是己内酯和具有游离羧基的丙烯酸基聚合物。
在一个实施方案中，组分(iii)选自下组：脂肪醇，单羟基醇，例如戊醇，硬脂基醇。
在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或多种选自下组的增塑剂：烷氧化物，例如乙氧化物，例如丁醇乙氧化物如丁氧基三甘醇。
在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或多种丙二醇。
在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或多种二醇酯。
在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或多种选自下组的增塑剂：己二酸酯、乙酸酯、苯甲酸酯、环苯甲酸酯、柠檬酸酯、硬脂酸酯、山梨酸酯、癸二酸酯、壬二酸酯、丁酸酯、戊酸酯。
在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或多种选自下组的增塑剂：苯酚衍生物，例如烷基或者芳基取代的酚。
在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或多种选自下组的增塑剂：硅醇，硅氧烷。
在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或多种选自下组的增塑剂：硫酸酯如烷基硫酸酯，磺酸酯如烷基芳基磺酸酯，例如烷基磺酸酯，磷酸酯如三聚磷酸酯；例如磷酸三丁酯。
在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或多种羟基酸。
在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或多种选自下组的增塑剂：单体酰胺，例如乙酰胺，苯甲酰胺，脂肪酸酰胺，例如妥尔油酰胺。
在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或多种选自下组的增塑剂：季铵化合物，例如三甲基甘氨酸，二硬脂基二甲基氯化铵。
在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或多种选自下组的增塑剂：植物油，例如蓖麻油、棕榈油、亚麻子油、妥尔油、大豆油。
在一个实施方案中，组分(iii)呈妥尔油的形式。
在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或多种选自下组的增塑剂：氢化油，乙酰化油。
在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或多种脂肪酸甲酯。
在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或多种选自下组的增塑剂：烷基聚葡糖苷、葡糖酰胺、氨基葡糖酰胺、蔗糖酯、脱水山梨糖醇酯。
在一个实施方案中，组分(iii)选自下组：聚乙二醇，聚乙二醇醚。
在一个实施方案中，组分(iii)选自下组：三乙醇胺。
在一个实施方案中，组分(iii)呈丙二醇、苯酚衍生物、硅醇、硅氧烷、羟基酸、植物油、聚乙二醇、聚乙二醇醚的形式，和/或是一种或多种呈多元醇如1，1，1-三(羟甲基)丙烷、三乙醇胺或者任何它们的混合物形式的增塑剂。
已经令人惊讶地发现，在本发明的黏结剂组合物中包含增塑剂极大地改善了本发明的矿物纤维产品的机械性能。
术语“增塑剂”是指添加到材料中以使所述材料更软、更柔韧(通过降低玻璃化转变温度Tg)和更易于加工的物质。
组分(iii)也可以是上面提到的化合物的任何混合物。
在一个实施方案中，组分(iii)的存在量为0.5-60重量％，优选2.5-25重量％，更优选3-15重量％，基于组分(i)的干重计。
在一个实施方案中，组分(iii)的存在量为0.5-60重量％，优选2.5-25重量％，更优选3-15重量％，基于组分(i)、(ii)和(iii)的干重计。
包含与由包含组分(i)和(iia)的黏结剂组合物固化产生的黏结剂接触的矿物纤维的矿物纤维产品
在一个实施方案中，本发明涉及矿物纤维产品，其包含与由矿物纤维用黏结剂组合物固化产生的黏结剂接触的矿物纤维，所述黏结剂组合物包含：
-呈一种或多种木素磺酸盐木素形式的组分(i)，其具有0.03-2.0mmol/g，例如0.03-1.4mmol/g，例如0.075-2.0mmol/g，例如0.075-1.4mmol/g的羧酸基团含量，基于木素磺酸盐木素的干重计；
-呈一种或多种改性剂形式的组分(iia)，
优选地，前提是所述水性黏结剂组合物不包含选自下组的交联剂：
·具有500或更小的分子量MW的环氧化合物，
和/或前提是所述水性黏结剂组合物不包含选自下组的交联剂：
·羰基化合物，其选自：
醛，
下式的羰基化合物：R-[C(O)R1]x
其中：
R表示饱和或者不饱和的直链、支链或环状的烃基，包括一个或多个由5或者6个碳原子组成的芳族核的基团，包括一个或多个含有4或者5个碳原子以及氧、氮或硫原子的芳族杂环的基团，所述R基团可以含有其它官能团，
R1表示氢原子或者C1-C10烷基，和
x在1-10的范围内，
和/或前提是所述水性黏结剂组合物不包含选自下组的交联剂：
·多胺，
和/或前提是所述水性黏结剂组合物不包含选自下组的交联剂：
·单糖和寡糖。
本发明人已经发现，优异的黏结剂性能也可以通过双组分体系实现，该双组分体系包含：呈一种或多种木素磺酸盐木素形式的组分(i)，其具有0.03-2.0mmol/g，例如0.03-1.4mmol/g，例如0.075-2.0mmol/g，例如0.075-1.4mmol/g的羧酸基团含量，基于所述木素磺酸盐木素的干重计；和呈一种或多种改性剂形式的组分(iia)；和任选的任何上面和下面提到的其它组分。
在一个实施方案中，组分(iia)是呈一种或多种选自下组的化合物形式的改性剂：具有大于500的分子量的环氧化合物，例如基于脂肪酸甘油三酯的环氧化油，或者一种或多种柔性的低聚物或聚合物，例如低Tg的丙烯酸基聚合物，例如低Tg的乙烯基聚合物，例如低Tg的聚醚，其含有反应性官能团，例如碳二亚胺基团，例如酸酐基团，例如噁唑啉基团，例如氨基基团，例如环氧基团，例如β-羟烷基酰胺基团。
在一个实施方案中，组分(iia)是一种或多种选自下组的改性剂：聚乙烯亚胺，聚乙烯基胺，脂肪胺。
在一个实施方案中，组分(iia)是一种或多种选自下组的改性剂：多官能碳二亚胺，例如脂肪族多官能碳二亚胺。
组分(iia)也可以是上面提到的化合物的任何混合物。
不希望被任何特定理论束缚，本发明人相信，由包含组分(i)和(iia)以及任选的另外组分的矿物纤维用黏结剂组合物实现的优异黏结剂性能至少部分是由于用作组分(iia)的改性剂至少部分起增塑剂和交联剂功能的效果。
在一个实施方案中，所述黏结剂组合物以1至40重量％，例如4至20重量％，例如6至12重量％的量包含组分(iia)，基于组分(i)的干重计。
另外的组分
在一些实施方案中，本发明的矿物纤维产品包含与由黏结剂组合物固化产生的黏结剂接触的矿物纤维，所述黏结剂组合物包含另外的组分。
在一个实施方案中，所述黏结剂组合物包含催化剂，该催化剂选自：无机酸，例如硫酸、氨基磺酸、硝酸、硼酸、次磷酸和/或磷酸，和/或它们的任何盐，例如次磷酸钠，和/或铵盐如硫酸、氨基磺酸、硝酸、硼酸、次磷酸和/或磷酸的铵盐，和/或多磷酸钠(STTP)，和/或偏磷酸钠(STMP)，和/或三氯氧化磷。这样的催化剂的存在可以改善本发明的黏结剂组合物的固化性能。
在一个实施方案中，所述黏结剂组合物包含催化剂，该催化剂选自可以接受来自形成路易斯加合物的供体化合物的电子对的路易斯酸，如ZnCl2，Mg(ClO4)2，Sn[N(SO2-n-C8F17)2]4。
在一个实施方案中，所述黏结剂组合物包含催化剂，该催化剂选自金属氯化物，例如KCl，MgCl2，ZnCl2，FeCl3和SnCl2，或者它们的加合物，例如AlCl3加合物，例如BF3加合物，例如BF3-乙胺配合物。
在一个实施方案中，所述黏结剂组合物包含催化剂，该催化剂选自金属有机化合物，例如钛酸酯基催化剂和锡基催化剂。
在一个实施方案中，所述黏结剂组合物包含催化剂，该催化剂选自螯合剂，例如过渡金属，例如铁离子、铬离子、锰离子、铜离子，和/或选自过氧化物如有机过氧化物，例如过氧化二枯基。
在一个实施方案中，本发明的黏结剂组合物包含催化剂，该催化剂选自亚磷酸酯如亚磷酸烷基酯、亚磷酸芳基酯如亚磷酸三苯酯。
在一个实施方案中，本发明的黏结剂组合物包含催化剂，该催化剂选自三元胺如三-2，4，6-二甲氨基甲基苯酚。
在一个实施方案中，所述黏结剂组合物还包含呈一种或多种硅烷形式的另外的组分(iv)。
在一个实施方案中，所述黏结剂组合物包含另外的组分(iv)，其呈一种或多种偶联剂如有机官能的硅烷的形式。
在一个实施方案中，组分(iv)选自下组：有机官能的硅烷，例如伯氨基或仲氨基官能化的硅烷、环氧官能化的硅烷如聚合物或低聚物环氧官能化的硅烷、甲基丙烯酸酯官能化的硅烷、烷基和芳基官能化的硅烷、脲官能化的硅烷或乙烯基官能化的硅烷。
在一个实施方案中，所述黏结剂组合物进一步包含组分(v)，其呈一种或多种选自下组的组分的形式：碱，例如氨，碱金属氢氧化物如KOH，碱土金属氢氧化物如Ca(OH)2、Mg(OH)2，胺或者任何其盐。
在一个实施方案中，所述黏结剂组合物进一步包含呈脲形式的另外的组分，特别地其量为5至40wt％，例如10至30wt％，15至25wt％，基于组分(i)的干重计。
在一个实施方案中，所述黏结剂组合物还包含另外的组分，该另外的组分呈一种或多种选自下组的碳水化合物的形式：蔗糖，还原糖，特别是右旋糖，多糖，和它们的混合物，优选糊精和麦芽糖糊精，更优选葡萄糖浆，更优选右旋糖当量值DE为30至小于100，例如DE为60至小于100，例如DE为60-99，例如DE为85-99，例如DE为95-99的葡萄糖浆。
在一个实施方案中，所述黏结剂组合物还包含另外的组分，该另外的组分呈一种或多种选自蔗糖和还原糖的碳水化合物的形式，其量为5至50重量％，例如5至小于50重量％，例如10-40重量％，例如15-30重量％，基于组分(i)的干重计。
在一个实施方案中，本发明的矿物纤维产品包含与黏结剂组合物接触的矿物纤维，所述黏结剂组合物包含呈一种或多种有机硅树脂形式的另外的组分。
在一个实施方案中，本发明的黏结剂组合物包含呈一种或多种反应性或非反应性有机硅形式的另外的组分(vi)。
在一个实施方案中，所述组分(vi)选自下组：由有机硅氧烷残基，尤其是二苯基硅氧烷残基、烷基硅氧烷残基、优选二甲基硅氧烷残基组成的主链构成的有机硅，其带有能够与黏结剂组合物的至少一种组分反应的至少一个羟基、羧基或酸酐、胺、环氧或乙烯基官能团，并且所述组分(vi)优选以0.025-15重量％，优选0.1-10重量％，更优选0.3-8重量％的量存在，基于黏结剂固体物计。
在一个实施方案中，本发明的矿物纤维产品包含与黏结剂组合物接触的矿物纤维，所述黏结剂组合物包含呈一种或多种矿物油形式的另外的组分。
在本发明的上下文中，基于黏结剂组分的总干重计糖含量为50重量％或更多的黏结剂组合物被认为是糖基黏结剂。在本发明的上下文中，基于黏结剂组分的总干重计糖含量小于50重量％的黏结剂组合物被认为是非糖基黏结剂。
在一个实施方案中，所述黏结剂组合物还包含另外的组分，该另外的组分呈一种或多种表面活性剂的形式，所述表面活性剂呈非离子和/或离子乳化剂的形式，例如聚氧乙烯(4)月桂基醚、大豆卵磷脂、十二烷基硫酸钠。
基于木素的磺化产物在黏结剂中的使用可以导致某些黏结剂和最终产物的亲水性的增加，这意味着应添加一种或多种疏水剂，例如一种或多种矿物油，例如一种或多种硅油，例如一种或多种有机硅树脂。
在一个实施方案中，所述水性黏结剂组合物基本上由以下组分组成：
-呈一种或多种选自下组的木素形式的组分(i)：
·木素磺酸盐木素，其具有0.03-2.0mmol/g，例如0.03-1.4mmol/g，例如0.075-2.0mmol/g，例如0.075-1.4mmol/g的羧酸基团含量，基于木素磺酸盐木素的干重计，和/或
-呈一种或多种交联剂形式的组分(ii)；
-呈一种或多种增塑剂形式的组分(iii)；
-呈一种或多种偶联剂如有机官能的硅烷形式的组分(iv)；
-呈一种或多种选自下组的化合物形式的任选组分：碱，例如氨，碱金属氢氧化物如KOH，碱土金属氢氧化物如Ca(OH)2、Mg(OH)2，胺或者任何其盐；
-呈脲形式的任选组分；
-呈更具反应性或非反应性的有机硅形式的任选组分；
-任选的烃油；
-任选的一种或多种表面活性剂；
-水。
本发明人已经惊讶地发现，包含与由上述水性黏结剂组合物固化产生的黏结剂接触的矿物纤维的矿物纤维产品具有非常高的稳定性，无论是新生产的还是经历老化条件之后。
而且，本发明人已经发现，通过使用＞230℃的固化温度可以得到甚至更高的产品稳定性。
因此，在一个实施方案中，本发明涉及包含与由上述水性黏结剂组合物固化产生的黏结剂接触的矿物纤维的矿物纤维产品，其中使用＞230℃的固化温度。
本发明人还发现，矿物纤维产品的稳定性可以通过以下措施进一步提高：
-较低的生产线能力，这意味着较长的固化时间，
-添加有机硅树脂，
-添加大量的交联剂，
-添加两种或更多种不同交联剂的组合，
-添加少量的阳离子物种，例如多价金属离子如钙和/或有机阳离子物种如胺和/或有机改性的无机化合物如胺改性的蒙脱石粘土。
生产矿物纤维产品的方法
本发明还提供了通过用所述黏结剂组合物黏结矿物纤维来生产矿物纤维产品的方法。
因此，本发明还涉及生产矿物纤维产品的方法，该方法包括使矿物纤维与黏结剂组合物接触的步骤，所述黏结剂组合物包含：
-呈一种或多种木素磺酸盐木素形式的组分(i)，其具有0.03-2.0mmol/g，例如0.03-1.4mmol/g，例如0.075-2.0mmol/g，例如0.075-1.4mmol/g的羧酸基团含量，基于木素磺酸盐木素的干重计；
-呈一种或多种交联剂形式的组分(ii)；
-呈一种或多种增塑剂形式的组分(iii)，
优选地，前提是所述水性黏结剂组合物不包含选自下组的交联剂：
·具有500或更小的分子量MW的环氧化合物，
和/或前提是所述水性黏结剂组合物不包含选自下组的交联剂：
·羰基化合物，其选自：
醛，
下式的羰基化合物：R-[C(O)R1]x
其中：
R表示饱和或者不饱和的直链、支链或环状的烃基，包括一个或多个由5或者6个碳原子组成的芳族核的基团，包括一个或多个含有4或者5个碳原子以及氧、氮或硫原子的芳族杂环的基团，所述R基团可以含有其它官能团，
R1表示氢原子或者C1-C10烷基，和
X在1-10的范围内，
和/或前提是所述水性黏结剂组合物不包含选自下组的交联剂：
·多胺，
和/或前提是所述水性黏结剂组合物不包含选自下组的交联剂：
·单糖和寡糖。
固化
通过黏结剂组分的化学和/或物理反应来固化网幅。
在一个实施方案中，所述固化在固化装置中进行。
在一个实施方案中，所述固化在100-300℃，例如170-270℃，例如180-250℃，例如190-230℃的温度下进行。
在一个实施方案中，所述固化在用于矿棉生产的常规固化炉中进行，所述固化炉在150至300℃，例如170至270℃，例如180至250℃，例如190至230℃的温度下操作。
在一个实施方案中，所述固化进行30秒-20分钟，例如1-15分钟，例如2-10分钟的时间。
在一个典型的实施方案中，固化在150至250℃的温度下进行30秒至20分钟的时间。
所述固化过程可以在将黏结剂应用于纤维之后立即开始。固化被定义为黏结剂组合物经历物理和/或化学反应(在化学反应的情况下固化通常会增加黏结剂组合物中化合物的分子量)并由此增加黏结剂组合物的粘度，通常直到黏结剂组合物达到固态的过程。
在一个实施方案中，与矿物纤维接触的黏结剂的固化在热压机中进行。
在热压机中固化与矿物纤维接触的黏结剂具有特别的优势，即它能够生产高密度产品。
在一个实施方案中，所述固化过程包括通过压力干燥。可以通过将空气或气体吹送通过矿物纤维和黏结剂的混合物/在矿物纤维和黏结剂的混合物上面吹过来施加压力。
矿物纤维产品
本发明涉及矿物纤维产品，其包含与由所述水性黏结剂组合物固化产生的固化的黏结剂组合物接触的矿物纤维。
所采用的矿物纤维可以是人造玻璃质纤维(MMVF)，玻璃纤维，陶瓷纤维，玄武岩纤维，矿渣纤维，岩石纤维，石纤维等中的任何一种。这些纤维可以以绒产品如石棉产品的形式存在。
纤维/熔体组合物
人造玻璃质纤维(MMVF)可以具有任何合适的氧化物组成。所述纤维可以是玻璃纤维，陶瓷纤维，玄武岩纤维，矿渣纤维，或者岩石或石纤维。所述纤维优选为通常称为岩石纤维、石纤维或矿渣纤维的类型的，最优选是石纤维。
石纤维通常包含以下氧化物，以重量百分比表示：
SiO2：30-51
CaO：8-30
MgO：2-25
FeO(包括Fe2O3)：2-15
Na2O+K2O：不超过10
CaO+MgO：10-30
在一些优选的实施方案中，以氧化物计算并且以重量％表示，所述MMVF具有以下元素水平：
SiO2：至少30，32，35或者37；不超过51，48，45或者43
Al2O3：至少12，16或者17；不超过30，27或者25
CaO：至少8或者10；不超过30，25或者20
MgO：至少2或者5；不超过25，20或者15
FeO(包括Fe2O3)：至少4或者5；不超过15，12或者10
FeO+MgO：至少10，12或者15；不超过30，25或者20
Na2O+K2O：0或者至少1；不超过10
CaO+MgO：至少10或者15；不超过30或者25
TiO2：0或者至少1；不超过6，4或者2
TiO2+FeO：至少4或者6；不超过18或者12
B2O3：0或者至少1；不超过5或者3
P2O5：0或者至少1；不超过8或者5
其它：0或者至少1；不超过8或者5
通过本发明方法制备的MMVF优选具有以下组成(以wt％表示)：
SiO2：35-50
Al2O3：12-30
TiO2：最多2
Fe2O3：3-12
CaO：5-30
MgO：最多15
Na2O：0-15
K2O：0-15
P2O5：最多3
MnO：最多3
B2O3：最多3
MMVF的另一种优选的组成如下(以wt％表示)：
SiO2：39-55％，优选39-52％
Al2O3：16-27％，优选16-26％
CaO：6-20％，优选8-18％
MgO：1-5％，优选1-4.9％
Na2O：0-15％，优选2-12％
K2O：0-15％，优选2-12％
R2O(Na2O+K2O)：10-14.7％，优选10-13.5％P2O5：0-3％，优选0-2％
Fe2O3(总铁)：3-15％，优选3.2-8％
B2O3：0-2％，优选0-1％
TiO2：0-2％，优选0.4-1％
其它：0-2.0％
玻璃纤维通常包含以下氧化物(以wt％表示)：
SiO2：50-70
Al2O3：10-30
CaO：不超过27
MgO：不超过12
玻璃纤维也可以含有以下氧化物(以wt％表示)：
Na2O+K2O：8-18，特别是Na2O+K2O大于CaO+MgO
B2O3：3-12
某些玻璃纤维组合物可以含有小于2％的Al2O3。
合适的纤维形成方法和随后的用于制造矿物纤维产品的生产步骤是本领域常规的那些。通常，在矿物熔体原纤化后立即将黏结剂喷涂到气载矿物纤维上。所述水性黏结剂组合物的施用量通常为黏结的矿物纤维产品的0.1至18重量％，优选0.2至8重量％，以干重计。
喷涂过的矿物纤维网通常在固化炉中利用热空气流固化。所述热空气流可以从下方或者上方或者从沿固化炉长度方向的不同区域中的交替方向引入矿物纤维网。
典型地，固化炉在约100℃至约300℃，例如170至270℃，例如180至250℃，例如190至230℃的温度下操作。通常，固化炉停留时间为30秒至20分钟，例如1至15分钟，例如2至10分钟，取决于例如产品密度。
在一个典型的实施方案中，本发明的矿物纤维产品在150℃至250℃的温度下固化30秒至20分钟的时间。
如果需要，可以在固化之前对所述矿棉网进行成型处理。从固化炉出来的黏结的矿物纤维产品可以被切割成所需的形式，例如呈毛层的形式。因此，所生产的矿物纤维产品例如具有织造和非织造织物、垫、毛层、厚板、片材、板、条、卷、颗粒和其它成型制品的形式，其例如可用作绝热或隔音材料、减振、建筑材料、外墙绝热、屋顶或地板应用的增强材料、机油过滤器(filter stock)和其它应用。
按照本发明，还可以通过将黏结的矿物纤维产品与合适的复合层或层压层如金属、玻璃表面毡和其它织造或非织造材料组合来生产复合材料。
本发明的矿物纤维产品通常具有6-250kg/m3，优选20-200kg/m3范围内的密度。所述矿物纤维产品通常具有0.3-18.0％，优选0.5-8.0％范围内的烧失量(LOI)。
木素组分用于制备黏结剂组合物的用途
本发明也涉及木素组分用于制备矿棉用黏结剂组合物的用途，所述木素组分呈一种或多种木素磺酸盐木素的形式并且具有上面针对组分(i)描述的特征。
在一个实施方案中，所述黏结剂组合物不含苯酚和甲醛。
在一个实施方案中，本发明涉及木素组分用于制备优选不含苯酚和甲醛的矿棉用黏结剂组合物的用途，所述木素组分呈一种或多种木素磺酸盐木素的形式并且具有上面描述的组分(i)的特征，其中该黏结剂组合物还包含上面定义的组分(ii)和(iii)，优选地，前提是所述水性黏结剂组合物不包含选自下组的交联剂：
·具有500或更小的分子量MW的环氧化合物，
和/或前提是所述水性黏结剂组合物不包含选自下组的交联剂：
·羰基化合物，其选自：
醛，
下式的羰基化合物：R-[C(O)R1]x
其中：
R表示饱和或者不饱和的直链、支链或环状的烃基，包括一个或多个由5或者6个碳原子组成的芳族核的基团，包括一个或多个含有4或者5个碳原子以及氧、氮或硫原子的芳族杂环的基团，所述R基团可以含有其它官能团，
R1表示氢原子或者C1-C10烷基，和
X在1-10的范围内，
和/或前提是所述水性黏结剂组合物不包含选自下组的交联剂：
·多胺，
和/或前提是所述水性黏结剂组合物不包含选自下组的交联剂：
·单糖和寡糖。
在一个实施方案中，本发明涉及呈一种或多种木素磺酸盐木素形式的、具有上面描述的组分(i)特征的木素组分用于制备优选不含苯酚和甲醛的黏结剂组合物的用途，其中所述黏结剂组合物还包含上面定义的组分(iia)。
实施例
在以下实施例中，制备了落在本发明定义范围内的数种黏结剂并将它们与现有技术的黏结剂进行比较。
分别测定了本发明的黏结剂和现有技术的黏结剂的以下性能：
黏结剂组分固含量
在给定的固化前黏结剂溶液中每种组分的含量基于所述组分的无水质量。
木素磺酸盐由Borregaard，Norway和LignoTech，Florida供应，为具有大约50％固含量的液体。Primid XL552由EMS-CHEMIE AG供应，硅烷(Momentive VS-142，40％活度)由Momentive供应，并且为简单起见按100％计算。24.7％NH40H由Univar供应并以提供的形式使用。PEG200、脲、KOH颗粒、1，1，1-三(羟甲基)丙烷由Sigma-Aldrich供应，并且为简单起见假定是无水的。
黏结剂固含量
固化后黏结剂的含量被称为“黏结剂固含量”。
从石棉中切出圆盘形石棉样品(直径5厘米；高1厘米)，并将其在580℃热处理至少30分钟以去除所有有机物。通过将黏结剂混合物的样品(大约2g)分布到在锡箔容器中的热处理过的石棉圆盘上来测量所述黏结剂混合物的固体物含量。在添加所述黏结剂混合物之前和之后立刻称量含有所述石棉圆盘的锡箔容器的重量。生产了两个在锡箔容器中的这种加载有黏结剂混合物的石棉圆盘，然后将它们在200℃加热1小时。冷却并在室温下储存10分钟后，将所述样品称重并计算作为两个结果的平均值的黏结剂固含量。
然后可以通过用所需量的水和硅烷(Momentive VS-142)的10％水溶液稀释来生产具有所需黏结剂固含量的黏结剂。
机械强度研究
条试验
在条试验中测试黏结剂的机械强度。对于每种黏结剂，由黏结剂和来自石棉纺制生产的石棉球的混合物制造16个条。
将具有15％干固体物含量的黏结剂溶液样品(16.0g)与石棉球(80.0g)充分混合。然后将所得到的混合物填充到耐热有机硅模型的四个槽中以制造小条(每个模型4x5个槽；槽顶部尺寸：长度＝5.6厘米，宽度＝2.5厘米；槽底部尺寸：长度＝5.3厘米，宽度＝2.2厘米；槽高＝1.1厘米)。然后将放置在所述槽中的混合物用适当尺寸的扁平金属条压制以产生平坦的条表面。以这种方式由每种黏结剂制备16个条。然后将所得的条通常在225℃固化。固化时间为1小时。冷却至室温之后，将所述条小心地从容器中取出。将所述条中的五根在80℃的水浴中老化3小时。该固化所制备的条的方法被用于表1.1、1.2、1.4、1.5、1.6中的实施例。表1.3中的结果基于略微不同的方法，该方法包括在90℃2小时的预调理步骤，然后在225℃固化1小时，所述程序的其它部分相同。
在干燥3天之后，在Bent Tram机器上使所述老化过的条和5根未老化过的条在3点弯折试验中断裂(试验速度：10.0mm/min；断裂水平：50％；标称强度：30N/mm2；支撑距离：40毫米；最大偏离：20毫米；标称e-模量：10000N/mm2)以研究它们的机械强度。将所述条放置在机器中，“顶面”(即具有长度＝5.6厘米，宽度＝2.5厘米的尺寸的面)朝上。
黏结剂实施例，参比黏结剂(用脲改性的酚醛树脂PUF-resol)
此黏结剂是用脲改性的酚醛树脂PUF-resol。
通过使37％甲醛水溶液(606g)和苯酚(189g)在46％氢氧化钾水溶液(25.5g)存在下反应制备酚醛树脂，反应温度为84℃，至反应温度的加热速率为大约1℃/分钟。反应在84℃继续进行，直到树脂的酸耐受性为4并且大部分苯酚被转化。然后加入脲(241g)并将混合物冷却。
酸耐受性(AT)表示给定体积的黏结剂可以用酸稀释而不使混合物变得浑浊(黏结剂沉淀)的倍数。硫酸被用于确定黏结剂生产中的停止标准，并且低于4的酸耐受性表明黏结剂反应结束。
为了测量AT，通过用1L离子交换水稀释2.5ml浓硫酸(＞99％)来制备滴定剂。然后在室温下用该滴定剂滴定待研究的5毫升黏结剂，同时通过手动摇动使黏结剂保持运动；如果愿意，可以使用磁力搅拌器和磁棒。滴定持续到黏结剂中出现轻微的混浊，该轻微的混浊在摇动黏结剂时不会消失。
通过将用于滴定的酸的量(mL)除以样品的量(mL)来计算酸耐受性(AT)：
AT＝(使用的滴定体积(mL))/(样品体积(mL))
使用所得到的所述脲改性的酚醛树脂，通过添加25％氨水(90mL)和硫酸铵(13.2g)、然后添加水(1.30kg)来制备黏结剂。
然后如上所述测量黏结剂固含量，并用所需量的水和硅烷(15％黏结剂固含量的溶液，黏结剂固体物的0.5％的硅烷)稀释所述混合物以进行机械测量。
黏结剂实施例，参比黏结剂(基于碱氧化的木素的黏结剂)
在6000升反应器中添加3267kg水，然后添加287kg氨水(24.7％)。然后，用30分钟至45分钟的时间缓慢添加1531kg木素UPM BioPiva 100。将所述混合物加热至40℃并在该温度下保持1小时。1小时后检查不溶解的木素。这可以通过检查在玻璃板或者Hegman规上的溶液来进行。不溶解的木素可以作为在棕色黏结剂中的小颗粒被看见。在溶解步骤过程中木素溶液的颜色会从棕色变为亮黑色。在木素完全溶解之后，添加1升消泡剂(得自
的
11-10)。批料温度保持在40℃。然后开始添加307.5kg35％过氧化氢。所述过氧化氢以200-300升/小时的速率加入。所述过氧化氢的前半部分以200升/小时的速率添加，之后添加速率增加到300升/小时。
在添加过氧化氢期间，通过加热或冷却来控制反应混合物的温度，以达到65℃的最终反应温度。
分析最终产物的COOH基团含量、干固体物含量、pH、粘度和残余H2O2。将60g该氧化木素(18.2％固含量)与1.4g Primid XL552(100％固含量)和2.8g PEG200(100％固含量)混合。添加0.6g硅烷(Momentive VS-142，40％活度，10％浓度在水中)和17.4g水，并且将它们混合以产生15％的固含量和然后用于在条试验中测试机械性能。
本发明的黏结剂组合物
在下面，黏结剂实施例的条目编号对应于表1-1至1-6中使用的条目编号。
用于本发明黏结剂的所有木素磺酸盐的羧酸基团含量使用31P NMR测定，并且发现对于所有实施例所述羧酸基团含量在0.05-0.6mmol/g的范围内，基于木素磺酸盐木素的干重计。
实施例2
向30.0g木素磺酸盐溶液(50％固含量)中添加0.4g NH4OH(24.7％)并混合，然后添加1.9g Primid XL552(100％固含量)并混合。最后，添加0.7g硅烷(Momentive VS-142，40％活度，10％浓度在水中)和64.3g水并混合，以产生15％的固含量，然后用于在条试验中测试机械性能。
实施例11
向30.0g木素磺酸盐溶液(50％固含量)中添加0.4g NH4OH(24.7％)并混合，然后添加2.1g Primid XL552(100％固含量)和3.4g PEG200(100％固含量)并混合。最后，添加0.7g硅烷(Momentive VS-142，40％活度，10％浓度在水中)和61.8g水并混合，以产生15％的固含量，然后用于在条试验中测试机械性能。
实施例15
向30.0g木素磺酸盐溶液(50％固含量)中添加0.4g NH4OH(24.7％)并混合，然后添加2.9g Primid XL552(100％固含量)和3.4g PEG200(100％固含量)并混合。最后，添加0.8g硅烷(Momentive VS-142，40％活度，10％浓度在水中)和67g水并混合，以产生15％的固含量，然后用于在条试验中测试机械性能。
实施例30
向30.0g木素磺酸盐溶液(50％固含量)中添加0.4g NH4OH(24.7％)并混合，然后添加2.9g Primid XL552(100％固含量)和3.4g 1，1，1-三(羟甲基)丙烷(100％固含量)并混合。最后，添加0.8g硅烷(Momentive VS-142，40％活度，10％浓度在水中)和67g水并混合，以产生15％的固含量，然后用于在条试验中测试机械性能。
实施例33
向100.0g木素磺酸盐溶液(50％固含量)中添加0.3g颗粒形式的K0H并混合，然后添加10.8g Primid XL552(100％固含量)和11.3g PEG200(100％固含量)并混合。最后，添加2.6g硅烷(Momentive VS-142，40％活度，10％浓度在水中)和228g水并混合，以产生15％的固含量，然后用于在条试验中测试机械性能。
实施例41
向30.0g木素磺酸盐溶液(50％固含量)中添加0.4g NH4OH(24.7％)并混合，然后添加1.9g Primid XL552(100％固含量)以及1.7g PEG200(100％固含量)和1.7g脲(100％固含量)并混合。最后，添加0.7g硅烷(Momentive VS-142，40％活度，10％浓度在水中)和60.5g水并混合，以产生15％的固含量，然后用于在条试验中测试机械性能。
机械性能列于表1.1-1.6。为简单起见，基于100g干木素重新计算所有其他组分的量。
如从表1.1可以看到的，需要交联剂(Primid XL 552)和增塑剂(PEG200)的组合以实现与参比黏结剂相当水平的高机械性能(在条试验中未老化的和老化的强度)(11和15对2和9对参比黏结剂)。
表1.2和1.3显示，可以使用不同的增塑剂(13和15对30)或增塑剂的组合(34对41)，并且PEG200是优选的增塑剂。
表1.4显示，添加硅烷可以帮助实现与参比黏结剂相同水平的老化强度。
表1.5显示，所述黏结剂在没有碱存在的情况下具有高强度，但是非永久性的碱(NH4OH)或者永久性的碱(KOH)可以被添加到所述复配物中以保护生产设备不被腐蚀而没有强度的显著变化。
表1.6显示可以使用不同的木素磺酸盐。
这总体上意味着我们能够基于不含苯酚和甲醛的黏结剂组合物生产矿棉产品，所述黏结剂组合物具有高含量的基于可再生材料的木素，具有与参比体系相当的机械性能，并且可以被以更简单和更便宜的方式生产。
Claims (23)
1.矿物纤维产品，其包含与由不含苯酚和甲醛的水性黏结剂组合物固化产生的黏结剂接触的矿物纤维，所述水性黏结剂组合物包含：
-呈一种或多种木素磺酸盐木素形式的组分(i)，其具有0.03-1.4mmol/的羧酸基团含量，基于木素磺酸盐木素的干重计；
-呈一种或多种交联剂形式的组分(ii)；
-呈一种或多种增塑剂形式的组分(iii)，
前提是所述水性黏结剂组合物不包含选自下组的交联剂：
·具有500或更小的分子量Mw的环氧化合物，
·羰基化合物，其选自：
醛，
式R-[C(O)R1]x的羰基化合物，其中：
R表示饱和或者不饱和的直链、支链或环状的烃基，包括一个或多个由5或者6个碳原子组成的芳族核的基团，包括一个或多个含有4或者5个碳原子以及氧、氮或硫原子的芳族杂环的基团，所述R基团可以含有其它官能团，
R1表示氢原子或者C1-C10烷基，和
x在1-10的范围内，
·多胺。
2.权利要求1所述的矿物纤维产品，其中组分(i)具有0.05-0.6mmol/g的羧酸基团含量，基于木素磺酸盐木素的干重计。
3.权利要求1或2所述的矿物纤维产品，其中组分(i)呈一种或多种木素磺酸盐木素的形式，具有小于1.8个基团/大分子，例如小于1.4个基团/大分子，例如小于1.1个基团/大分子，例如小于0.7个基团/大分子，例如小于0.4个基团/大分子的平均羧酸基团含量，考虑组分(i)的数均分子量。
4.前述权利要求中任一项所述的矿物纤维产品，其中组分(i)具有0.3-2.5mmol/g，例如0.5-2.0mmol/g，例如0.5-1.5mmol/g的酚羟基含量，基于木素磺酸盐木素的干重计。
5.前述权利要求中任一项所述的矿物纤维产品，其中组分(i)具有1.0-8.0mmol/g，例如1.5-6.0mmol/g，例如2.0-5.0mmol/g的脂肪族羟基含量，基于木素磺酸盐木素的干重计。
6.前述权利要求中任一项所述的矿物纤维产品，其中所述组分(i)包含木素磺酸铵盐和/或木素磺酸钙盐，和/或木素磺酸镁盐，和任何它们的组合。
7.前述权利要求中任一项所述的矿物纤维产品，其中组分(i)包含木素磺酸铵盐和木素磺酸钙盐，其中NH4 +与Ca2+的摩尔比在5∶1至1∶5，特别是3∶1至1∶3的范围内。
8.前述权利要求中任一项所述的矿物纤维产品，其中所述水性黏结剂组合物含有量为0至小于5重量％的添加的糖，基于木素磺酸盐和糖的重量计。
9.前述权利要求中任一项所述的矿物纤维产品，其中所述水性黏结剂组合物以50-98重量％，例如65-98重量％，例如80-98重量％的量包含组分(i)，基于组分(i)和(ii)的干重计。
10.前述权利要求中任一项所述的矿物纤维产品，其中所述组分(ii)呈一种或多种交联剂的形式，其选自：
οβ-羟烷基酰胺交联剂，和/或
ο噁唑啉交联剂，和/或
ο下组：多官能的有机胺，例如烷醇胺，二胺如1，6-己二胺，和/或
ο具有超过500的分子量的环氧化合物，例如基于脂肪酸甘油三酯的环氧化的油，或者一种或多种柔性的低聚物或者聚合物，例如低Tg的丙烯酸基聚合物，例如低Tg的乙烯基聚合物，例如低Tg的聚醚，其含有反应性官能团，例如碳二亚胺基团，例如酸酐基团，例如噁唑啉基团，例如氨基基团，例如环氧基团，和/或
ο一种或多种选自下组的交联剂：脂肪胺；和/或
ο一种或多种呈脂肪酰胺形式的交联剂；和/或
ο一种或多种选自聚酯多元醇如聚己内酯的交联剂；和/或
ο一种或多种选自下组的交联剂：淀粉，改性淀粉，CMC；和/或
ο一种或多种呈多官能碳二亚胺如脂肪族多官能碳二亚胺形式的交联剂；和/或
ο一种或多种选自三聚氰胺基交联剂如六(甲基甲氧基)三聚氰胺(HMMM)基交联剂的交联剂。
11.前述权利要求中任一项所述的矿物纤维产品，其中所述组分(ii)包含一种或多种选自β-羟烷基酰胺交联剂和/或噁唑啉交联剂的交联剂。
12.前述权利要求中任一项所述的矿物纤维产品，其以1-50重量％，例如4-20重量％，例如6-12重量％的量包含组分(ii)，基于组分(i)的干重计。
13.前述权利要求中任一项所述的矿物纤维产品，其中组分(iii)呈以下形式：
-一种或多种选自下组的增塑剂：脂肪醇，单羟基醇，例如戊醇，硬脂基醇；和/或
-一种或多种选自下组的增塑剂：烷氧化物，例如乙氧化物，例如丁醇乙氧化物如丁氧基三甘醇；和/或
-一种或多种呈丙二醇形式的增塑剂；和/或
-一种或多种呈二醇酯形式的增塑剂；和/或
-一种或多种选自下组的增塑剂：己二酸酯、乙酸酯、苯甲酸酯、环苯甲酸酯、柠檬酸酯、硬脂酸酯、山梨酸酯、癸二酸酯、壬二酸酯、丁酸酯、戊酸酯；和/或
-一种或多种选自下组的增塑剂：苯酚衍生物，例如烷基或者芳基取代的酚；和/或
-一种或多种选自下组的增塑剂：硅醇，硅氧烷；和/或
-一种或多种选自下组的增塑剂：硫酸酯如烷基硫酸酯，磺酸酯如烷基芳基磺酸酯，例如烷基磺酸酯，磷酸酯如三聚磷酸酯；和/或
-一种或多种呈羟基酸形式的增塑剂；和/或
-一种或多种选自下组的增塑剂：单体酰胺，例如乙酰胺，苯甲酰胺，脂肪酸酰胺如妥尔油酰胺；和/或
-一种或多种选自下组的增塑剂：季铵化合物，例如三甲基甘氨酸，二硬脂基二甲基氯化铵；和/或
-一种或多种选自下组的增塑剂：植物油，例如蓖麻油、棕榈油、亚麻子油、大豆油；和/或
-妥尔油，和/或
-一种或多种选自下组的增塑剂：氢化油，乙酰化油；和/或
-一种或多种选自酸甲基酯的增塑剂；和/或
-一种或多种选自下组的增塑剂：烷基聚葡糖苷、葡糖酰胺、氨基葡糖酰胺、蔗糖酯、脱水山梨糖醇酯；和/或
-一种或多种选自下组的增塑剂：聚乙二醇，聚乙二醇醚；和/或
-一种或多种呈多元醇如甘油、1，1，1-三(羟甲基)丙烷形式的增塑剂；和/或
-三乙醇胺。
14.前述权利要求中任一项所述的矿物纤维产品，其中组分(iii)呈丙二醇、苯酚衍生物、硅醇、硅氧烷、羟基酸、植物油、聚乙二醇、聚乙二醇醚、三乙醇胺或它们的任何混合物的形式。
15.前述权利要求中任一项所述的矿物纤维产品，其中组分(iii)包含一种或多种具有100至380℃，更优选120至300℃，更优选140至250℃的沸点的增塑剂。
16.前述权利要求中任一项所述的矿物纤维产品，其中组分(iii)包含一种或多种具有150至50000g/mol，特别是150至4000g/mol，更具体地150至1000g/mol，优选150至500g/mol，更优选200至400g/mol的平均分子量的聚乙二醇。
17.前述权利要求中任一项所述的矿物纤维产品，其中所述组分(iii)的存在量为0.5-60重量％，优选2.5-25重量％，更优选3-15重量％，基于组分(i)的干重计。
18.前述权利要求中任一项所述的矿物纤维产品，其包含另外的组分(iv)，该另外的组分(iv)呈一种或多种偶联剂如有机官能的硅烷的形式。
19.前述权利要求中任一项所述的矿物纤维产品，其还包含组分(v)，该组分(v)呈一种或多种选自下组的组分的形式：碱，例如氨，碱金属氢氧化物如KOH，碱土金属氢氧化物如Ca(OH)2、Mg(OH)2，胺或者任何其盐。
20.前述权利要求中任一项所述的矿物纤维产品，其包含呈脲形式的另外的组分，特别地其量为5至40wt％，例如10至30wt％，例如15至25wt％，基于组分(i)的干重计。
21.前述权利要求中任一项所述的矿物纤维产品，其包含呈一种或多种反应性或者非反应性的有机硅形式的另外的组分(vi)。
22.前述权利要求中任一项所述的矿物纤维产品，其中所述矿物纤维产品不含有氨氧化木素(AOL)。
23.呈一种或多种木素磺酸盐木素形式的木素组分用于制备不含苯酚和甲醛的矿棉用黏结剂组合物的用途，所述木素组分具有权利要求1-7中任一项所述的组分(i)的特征。
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