CN115698445A

CN115698445A - 排水方法

Info

Publication number: CN115698445A
Application number: CN202180039273.5A
Authority: CN
Inventors: 达恩·德库贝; 多特·巴特尼克·约翰松; 米罗斯拉夫·尼科利茨; 迈克尔·恩博格
Original assignee: Rockwell Co ltd
Current assignee: Rockwell Co ltd
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2021-04-01
Publication date: 2023-02-03
Also published as: CA3174401A1; US20230202919A1; EP4127341A1; WO2021198467A1

Abstract

本发明涉及一种排水方法，其包括以下步骤：‑提供一种排水装置，其中所述排水装置包括与固化的水性黏合剂组合物黏合的人造玻璃质纤维(MMVF)；‑使所述排水装置位于与地面接触的位置，其中所述排水装置吸收水并将水释放到接收处，其中固化前的水性黏合剂组合物包括：‑组分(i)，其为一种或一种以上氧化木质素的形式；‑组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式。

Description

排水方法

技术领域

本发明涉及排水方法、排水装置和两个或两个以上排水装置的阵列。

背景技术

降水，如雨、雪、雨夹雪、冰雹等，产生过量的水，必须安全地收集和/或运输到其他地方。通常，排水沟和主要排水系统用于收集多余的水并将其输送到集水点。然而，地表水经常留在地面上，这可能导致地面水涝或洪涝。

已知包括人造玻璃质纤维的装置可以吸收和储存多余的地表水，并逐渐将其消散回到周围地面。还已知具有吸收过量地表水并将水输送到其他地方的装置。

WO 2013/113410公开了一种由亲水性粘附人造玻璃质纤维形成的排水元件，其中MMVF基质包括与固化的黏合剂组合物黏合的人造玻璃质纤维，MMVF基质具有相对的第一端和第二端以及从第一端的第一开口延伸到第二端的第二开口的通道。

WO 2013/072082公开了一种排水储器，其包括粘附人造玻璃质纤维基质和具有两个开口端的导管，其中MMVF基质包括与固化的黏合剂组合物黏合的人造玻璃质纤维，其中导管的第一开口端与MMVF基质流体连通。

WO 2014/029873公开了一种用于排地表水的结构，包括粘附力分配层和排水层，其中排水层由粘附人造玻璃质纤维(MMVF)排水元件元件构成，其中每个排水元件包括与固化的黏合剂组合物黏合的人造玻璃质纤维，其中排水层位于力分配层下方。

WO 2014/029872公开了一种装置，其包括粘附人造玻璃质纤维基质和至少一个第一导管和至少一个第二导管，每个导管具有第一开口端和第二开口端，其中MMVF基质包括与固化的黏合剂组合物黏合的人造玻璃质纤维，其中第一导管的第一开口端和第二导管的第一开口端各自独立地与MMVF基质流体连通，其中第一导管的高度高于第二导管，其中MMVF基质的至少一部分设置在第一导管和第二导管之间。

这种装置通常包括苯酚-甲醛树脂和苯酚-甲醛脲树脂作为黏合剂。这些黏合剂能够经济地生产，并提供出色的机械处理性能。这一点非常重要，因为装置位于地下，必须能够承受安装过程，然后在使用过程中承受来自地面上方的压力(例如来自车辆的压力)。

然而，旨在降低或消除生产设施以及工作环境中甲醛排放的现有和拟议立法使得无甲醛黏合剂得到发展。消费者也渐趋更喜欢完全或至少部分由可再生材料生产的产品，因此需要为至少部分由可再生材料生产的吸水装置提供黏合剂。此外，已知的甲醛类黏合剂通常包括腐蚀性和/或有害成分。这需要对机械采取保护措施，并对操作机械的人员采取安全措施。

以前已经提出了用于吸水装置的无甲醛黏合剂。然而，与用苯酚-甲醛树脂制备的MMVF产品相比，用这些黏合剂制备的MMVF产品在较低的机械性能方面仍然存在一些缺点。此外，这种黏合剂通常由昂贵的起始材料制成。

此外，一直希望改善排水装置的保水性能，例如；缓冲、渗透和排水。

此外，已知的MMVF排水装置通常含有润湿剂以提高亲水性。然而，随着时间的推移，某些润湿剂可能会从MMVF产品中洗掉。这尤其成问题，因为排水装置位于地面上，因此润湿剂可能会浸出并污染周围的地面。此外，随着润湿剂被洗掉，装置的排水性能显著改变。最后，出于环境和成本效益的目的，人们一直希望减少制造MMVF排水装置所需的成分数量。

因此，希望制造这样一种MMVF排水装置，该装置包含不含甲醛但具有与苯酚-甲醛黏合剂相同或更优的机械处理性能(例如抗压强度)的黏合剂。希望这种装置具有改进的保水性能(例如改进的水缓冲、渗透和排水)。此外，希望这种黏合剂能够经济地生产，并且主要基于可再生资源。最后，希望这种黏合剂不需要进一步添加润湿剂，从而防止润湿剂浸出到周围的地面中。

发明内容

本发明所用的排水装置解决了上述问题。

在第一方面，提供了一种排水方法，其包括以下步骤：

-提供一种排水装置，其中该排水装置包括与固化的水性黏合剂组合物黏合的人造玻璃质纤维(MMVF)；

-使排水装置位于与地面接触的位置，其中排水装置吸收水并将水释放到接收处；

其中固化前的水性黏合剂组合物包括：

-组分(i)，其为一种或一种以上氧化木质素的形式；

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式；

-组分(iii)，其为一种或一种以上增塑剂的形式。

在本发明的第二方面，提供了一种排水装置，其包括与固化的水性黏合剂组合物黏合的人造玻璃质纤维(MMVF)，其中固化前的所述水性黏合剂组合物包括：

-组分(i)，其为一种或一种以上氧化木质素的形式；

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式；

-组分(iii)，其为一种或一种以上增塑剂的形式。

在本发明的第三方面提供了两个或两个以上排水装置的阵列，其中该排水装置包括与固化的水性黏合剂组合物黏合的人造玻璃质纤维(MMVF)，其中固化前的水性黏合剂组合物包括：

-组分(i)，其为一种或一种以上氧化木质素的形式；

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式；

-组分(iii)，其为一种或一种以上增塑剂的形式。

在本发明的第四方面，提供了一种排水装置的制造方法，包括以下步骤：

(i)提供人造玻璃质纤维；

(ii)用水性黏合剂组合物喷洒人造玻璃质纤维；

(iii)收集和固结人造玻璃质纤维，并使水性黏合剂组合物固化以形成排水装置；

其中，固化前的水性黏合剂组合物包括：

-组分(i)，其为一种或一种以上氧化木质素的形式；

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式；

-组分(iii)，其为一种或一种以上增塑剂的形式。

本发明人发现，可以制造一种无甲醛黏合剂，使得包含该无甲醛黏合剂的装置具有与包含苯酚-甲醛黏合剂黏合的装置相同的机械处理性能(例如抗压强度作为初始强度，但也作为老化强度)。本发明人还制造了这样的黏合剂，包含该黏合剂的装置具有改进的保水性能(例如缓冲、渗透、排水)，这对排水非常有利。本发明人制造了这种经济且主要基于可再生资源的黏合剂。最后，这种黏合剂意味着不需要在装置中添加润湿剂，防止润湿剂浸出到周围的地面中，并提供环境和成本优势。

附图说明

图1A至1E示出了抗压强度试验的结果。

图2示出了平均水缓冲的结果。

图3示出了平均排水的结果。

图4示出了平均水渗透的结果。

图5示意性地示出了完全埋在地下并连接到房屋排水沟的排水装置。

图6示出了包括通道的排水装置。

图7示出了可能的木质素结构的部分。

图8示出了木质素前体和常见的单位间链接。

图9示出了市场上可用的四组技术木质素。

图10示出了工业木质素性能的总结。

具体实施方式

本发明涉及一种排水方法，其包括以下步骤：

其中固化前的水性黏合剂组合物包括：

-组分(i)，其为一种或一种以上氧化木质素的形式；

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式；

-组分(iii)，其为一种或一种以上增塑剂的形式。

本发明涉及排水，优选排出地表水。它可以用于从儿童游乐场和运动场等娱乐场所的地面排出地表水。体育场地(sports grounds)包括足球场、橄榄球场、板球场、草地保龄球场、草地网球场、高尔夫果岭、运动场(playing fields)、田径场(athletic grounds)和马术中心。它也可以用于从花园、公园或田野排水。它也可以用于从建筑物或街道的排水沟和排水系统排水。

排水装置具有其在本领域的通常含义。它是一种能够排水的装置。排水是指从水量过多的区域去除地表水或地下水。它可以通过吸收水并将水保留在其结构中，或将水转移到接收处(例如，到集水点)来实现这一点。本发明的排水装置也可以称为延水装置、或储水装置或水缓冲装置。这是因为它通过吸收水并将水保持在结构内来使得水延缓到达收集点。

排水装置是亲水的，也就是说，它吸引水。亲水性具有其在本领域的通常含义。

排水装置的亲水性可以用与水的接触角来定义。优选地，该装置的MMVF与水的接触角小于90°。通过座滴测量方法测量接触角。可以使用任何座滴法，如使用接触角测角仪。在实践中，将液滴置于固体表面上，并及时记录液滴的图像。然后通过在液滴周围拟合杨-拉普拉斯方程来定义静态接触角。由计算的液滴形状函数与样品表面之间的角度给出接触角，其在液滴图像中的投影称为基线。平衡接触角用于使用Owens-Wendt-Rabel-Kaeble法进一步评估和计算表面自由能。计算材料与水接触角的方法为本领域技术人员所熟知。

可以通过导水率来定义排水装置的亲水性。优选地，排水装置的导水率为5米/天至300米/天的，优选50米/天至200米/天。导水率根据ISO 17312:2005进行测量。这种导水率的优点是排水装置可以吸收多余的水，并以足够的速度将其转移出去，以防止洪涝。

也可以通过确定样品的下沉时间来测定MMVF基质样品的亲水性。需要尺寸为100x100x100 mm的MMVF基质样品来确定下沉时间。最小尺寸为200x200x200mm的容器装满水。下沉时间是从样品第一次接触水面到试样完全浸没的时间。样品与水接触，使100x100mm的横截面首先接触水。然后，样品需要下沉超过100mm的距离才能完全浸没。样品下沉越快，样品的亲水性就越强。如果下沉时间小于120秒，则认为MMVF基质是亲水的。下沉时间优选小于60秒。在实践中，排水装置的下沉时间可能为几秒钟，例如小于15秒，优选小于10秒。

本发明的方法包括含有人造玻璃质纤维(MMVF)的排水装置。人造玻璃质纤维(MMVF)可以具有任何合适的氧化物组合物。纤维可以是玻璃纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维、矿渣纤维或岩石或石纤维。纤维优选为通常称为岩石、石或矿渣纤维的类型，最优选石纤维。

石纤维通常包含以下氧化物，按重量百分比表示为：

SiO₂：30至51

CaO：8至30

MgO：2至25

FeO(包括Fe₂O₃)：2至15

Na₂O+K₂O：不超过10

CaO+MgO：10至30。

在优选的实施方案中，MMVF包括以氧化物的重量％计算的、以下含量的元素：

SiO₂：至少30、32、35或37；不超过51、48、45或43

Al₂O₃：至少12、16或17；不超过30、27或25

CaO：至少8或10；不超过30、25或20

MgO：至少2或5；不超过25、20或15

FeO(包括Fe₂O₃)：至少4或5；不超过15、12或10

FeO+MgO：至少10、12或15；不超过30、25或20

Na₂O+K₂O：0或至少1；不超过10

CaO+MgO：至少10或15；不超过30或25

TiO₂：0或至少1；不超过6、4或2

TiO₂+FeO：至少4或6；不超过18或12

B₂O₃：0或至少1；不超过5或3

P₂O₅：0或至少1；不超过8或5

其他：0或至少1；不超过8或5。

通过本发明方法制成的MMVF优选具有以重量％计的以下组成：

SiO₂ 35至50

Al₂O₃ 12至30

TiO₂至多2

Fe₂O₃ 3至12

CaO 5至30

MgO至多15

Na₂O 0至15

K₂O 0至15

P₂O₅至多3

MnO至多3

B₂O₃至多3。

MMVF的另一种优选组成具有以下重量％：

SiO₂ 39％至55％优选39％至52％

Al₂O₃ 16％至27％优选16至％26％

CaO 6％至20％优选8％至18％

MgO 1％至5％优选1％至4.9％

Na₂O 0％至15％优选2％至12％

K₂O 0％至15％优选2％至12％

R₂O(Na₂O+K₂O)10％至14.7％优选10％至13.5％

P₂O₅ 0％至3％优选0％至2％

Fe₂O₃(铁总计)3％至15％优选3.2％至8％

B₂O₃ 0％至2％优选0至1％

TiO₂ 0％至2％优选0.4％至1％

其他0％至2.0％。

玻璃纤维通常包含以下氧化物，按重量百分比计：

SiO₂：50至70

Al₂O₃：10至30

CaO：不超过27

MgO：不超过12。

玻璃纤维还可以含有以下氧化物，按重量百分比计：

Na₂O+K₂O：8至18，特别是Na₂O+K₂O大于CaO+MgO

B₂O₃：3至12。

一些玻璃纤维组合物可含有的Al₂O₃：低于2％。

几何平均纤维直径通常在1.5微米至10微米的范围内，特别是在2微米至8微米的范围内，优选在2至5微米的范围内。本发明人发现，这种几何纤维直径范围对毛细作用产生积极影响，从而提高了装置的吸水率。

优选排水装置包括占排水装置的总固体含量的至少90重量％的人造玻璃质纤维。在排水装置中存在如此含量的纤维的优点是，纤维之间形成足够的孔隙，使装置能够容纳大量的水。剩余的固体含量可主要由黏合剂组成。

排水装置优选为粘附MMVF基质的形式，即粘附块。也就是说，排水装置优选是人造玻璃质纤维的粘附基体，其已经像这样生产，但也可以通过矿棉块体造粒并固结颗粒材料来形成。粘附基质是单独、一体化的基质。

根据本发明的排水装置可任选地包含润湿剂。润湿剂具有其在本领域的通常含义，可以是阳离子、阴离子或非离子表面活性剂。

排水装置可包括非离子润湿剂如

排水装置可包括离子表面活性剂，更优选为烷基醚硫酸盐表面活性剂润湿剂。润湿剂可以是碱金属烷基醚硫酸盐或烷基醚硫酸铵。优选润湿剂为烷基醚硫酸钠。市售烷基醚硫酸盐表面活性剂润湿剂是

润湿剂也可以是直链烷基苯磺酸盐阴离子表面活性剂。

随着时间的推移，一些非离子润湿剂可能会从MMVF排水装置中洗掉。因此优选使用离子润湿剂，特别是阴离子润湿剂，如直链烷基苯磺酸盐或

它们不会以相同的程度从MMVF装置中洗掉。

排水装置可包含0.01重量％至1重量％的润湿剂，优选0.05重量％至0.5重量％的润湿剂，更优选0.1重量％至0.3重量％的润湿剂。

然而，发明人发现润湿剂对于本发明的排水装置不是必需的。据认为是由于黏合剂组合物的性质。因此，优选排水装置不包含任何润湿剂。这意味着排水装置优选不包含润湿剂，即包含0重量％的润湿剂。

这有几个优点。首先，它减少了装置中的添加剂数量，对环境有利，同时也节省了成本。润湿剂通常由不可再生资源制成，因此避免使用润湿剂是有益的。此外，润湿剂可以从排水装置中洗出。这是有问题的，因为润湿剂可能会污染周围的地面。当润湿剂被洗掉时，也改变了排水装置的性质，通常会改变缓冲、排水和渗透，因此难以预测排水装置的性能。避免使用润湿剂可以避免这些问题。

包含MMVF的排水装置的密度优选在60kg/m³的至200kg/m³的范围内，特别是在130kg/m³至150kg/m³的范围内。这种密度的优点是排水装置具有相对较高的抗压强度。这一点很重要，因为排水装置可以安装在人员或车辆需要在装置所在的地面上行驶的位置。任选地，将力分配板置于排水装置的顶部，以便分配施加到排水装置上的力。优选由于排水装置的密度而不需要这种力分配板。

包含MMVF的排水装置的体积优选在10升至300升的范围内，优选在100升至250升的范围内，更优选在150升至200升的范围内。根据预期管理的水量选择精确的体积。此外，可以在一个区域中使用多个装置。

在固化之前，根据本发明的排水装置包括水性黏合剂组合物，所述水性黏合剂组合物包括：

-组分(i)，其为一种或一种以上氧化木质素的形式；

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式；

-组分(iii)，其为一种或一种以上增塑剂的形式。

在优选的实施方案中，黏合剂不含甲醛。

就本申请而言，术语“无甲醛”被定义为其中矿棉制品中甲醛排放量低于5μg/m²/h的矿棉制品，优选低于3μg/m²/h。优选地，根据ISO 16000进行试验，以测试醛释放量。

组分(i)

组分(i)为一种或一种以上氧化木质素的形式。

木质素、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。木质素可以被认为是将纤维素纤维固定在一起的胶。木质素含有亲水和疏水基团。它是世界上第二丰富的天然聚合物，仅次于纤维素，据估计占生物质中所含总碳量的多达20％至30％，全球总碳量超过10亿吨。

图7示出了可能的木质素结构的部分。

市场上至少有四组工业木质素可供选择。这四组在图9中显示。可能的第五组，即生物炼制木质素，有点不同，因为它不是根据提取工艺描述的，而是根据工艺来源描述的，如生物炼制，因此它可能与上述任何其他组相似或不同。各组都是彼此不同的且各自适合于不同的应用。木质素是一种复杂的、异质的材料，取决于来源，由多达三种不同的苯基丙烷单体组成。软木木质素主要由松柏醇单元组成，参见图8，因此，它们比硬木木质素更均匀，硬木木质素的丁香醇含量更高，参见图8。木质素的外观和一致性是相当多变的，并在很大程度上取决于工艺。

图10示出了这些工业木质素的性能总结。

来自亚硫酸盐制浆工艺的木质素磺酸盐仍然是最大的商业可用木质素来源，其产能为140万吨。但撇开这些不谈，硫酸盐法是目前使用最多的制浆工艺，并且正在逐步取代亚硫酸盐工艺。据估计，全球每年有7800万吨木质素由硫酸盐浆生产而产生，但其中大部分被燃烧以获得蒸汽和能源。目前硫酸盐的回收能力估计为16万吨，但有消息指出，目前的回收量只有约7.5万吨。硫酸盐木质素是从黑液中开发出来的，黑液是硫酸盐或硫酸盐法的废液。目前，有3种著名的工艺被用来生产硫酸盐木质素：LignoBoost、LignoForce和SLRP。这3种工艺的相似之处在于，它们均涉及添加CO₂以将pH值降至9至10，然后进行酸化，将pH值进一步降至约2。最后一步涉及洗涤、浸出和过滤的一些组合，以去除灰分和其他污染物。这三种工艺在全球处于不同的商业化阶段。

硫酸盐法引入了硫醇基团和芪类，同时保留了一些碳水化合物。硫酸钠也作为一种杂质存在，这是由于木质素用硫酸从液体中沉淀出来，但有可能通过改变木质素的分离方式而避免这个问题。硫酸盐法导致产生了大量的酚羟基，当这些基团电离时(高于pH～10)，这种木质素可溶于水。

商业硫酸盐木质素的纯度通常高于木质素磺酸盐。分子量为1000g/mol至3000g/mol。

碱木质素来源于氢氧化钠制浆工艺，主要用于小麦秸秆、甘蔗渣和亚麻。碱木质素的性质在溶解度和T_g方面与硫酸盐木质素相似。该工艺不使用硫，也不存在共价结合的硫。灰分水平非常低。碱木质素在中性和酸性介质中的溶解度较低，但在pH 12或更高时完全溶解。

木质素磺酸盐工艺引入大量的磺酸盐基团，使木质素可溶于水，也可溶于酸性水溶液。木质素磺酸盐的硫含量高达8％，为磺酸盐，而硫酸盐木质素含有1％至2％的硫，主要与木质素结合。木质素磺酸盐的分子量为15.000g/mol至50.000g/mol。与其他类型的木质素相比，这种木质素含有更多剩余的碳水化合物，并且具有更高的平均分子量。木质素典型的疏水核心和大量的离子化磺酸盐基团使得这种木质素作为表面活性剂具有吸引力，它经常被应用于分散水泥等。

还有一类木质素是在生物精炼工艺中产生的木质素，其中通过化学或生物化学工艺将碳水化合物从木质素中分离出来，产生富含碳水化合物的部分。这种剩余的木质素被称为生物炼制木质素。生物精炼厂的重点是生产能源，并生产从化石燃料和石化产品以及木质素中获得的产品的替代品。这个工艺中产生的木质素一般被认为是低价值产品，甚至是废品，主要用于热力燃烧或用作低级饲料或以其他方式处理。

有机溶剂木质素的可用性仍被考虑在中试规模。该工艺涉及使用水和各种有机溶剂(最常见的是乙醇)以及一些有机酸来提取木质素。这种工艺的优点是获得的木质素纯度较高，但与其他工业木质素相比，成本要高得多，而且获得的木质素溶解在有机溶剂而非水中。

以前尝试使用木质素作为矿物纤维的黏合剂组合物的基本化合物的做法失败了，因为事实证明很难找到合适的交联剂，以实现固化的矿棉制品的理想机械性能，同时避免有害和/或腐蚀性成分。目前，木质素被用来替代石油衍生的化学品，如黏合剂应用或沥青中的酚醛树脂中的苯酚。它还被用作水泥和混凝土添加剂，并在某些方面用作分散剂。

聚合物的交联通常应提供更好的性能，如机械、化学和耐热性等。木质素在酚类和脂肪族羟基中特别丰富，其可以反应导致产生木质素的交联结构。不同的木质素还将具有其他可用的官能团。取决于具体来源，这些其他基团的存在在很大程度上取决于木质素与纤维素和半纤维素(硫酸盐木质素中的硫醇，木质素磺酸盐中的磺酸盐等)分离的方式。

已经发现，通过使用氧化木质素，可以制备用于矿物纤维的黏合剂组合物，从而使所制造的矿物纤维制品具有优异的性能。

在一个实施方案中，组分(i)为一种或一种以上氧化硫酸盐木质素的形式。

在一个实施方案中，组分(i)为一种或一种以上氧化的碱木质素的形式。

在一个实施方案中，组分(i)为一种或一种以上氨氧化木质素的形式。为了本发明的目的，术语“氨-氧化木质素”应理解为在氨存在下已被氧化剂氧化的木质素。术语“氨氧化木质素”缩写为AOL。

在可选的实施方案中，氨部分或全部被碱金属氢氧化物替代，特别是氢氧化钠和/或氢氧化钾。

用于制备氧化木质素的典型氧化剂是过氧化氢。

在一个实施方案中，氨氧化木质素包括选自氨、胺、氢氧化物或它们的任意盐的一种或一种以上的化合物。

在一个实施方案中，基于组分(i)的干重，组分(i)的羧酸基团含量为0.05mmol/g至10mmol/g，如0.1mmol/g至5mmol/g，如0.20mmol/g至1.5mmol/g，如0.40mmol/g至1.2mmol/g，如0.45mmol/g至1.0mmol/g。

在一个实施方案中，组分(i)的平均羧酸基团含量超过1.5个基团每个组分(i)的大分子，如2个以上的基团，如2.5个以上的基团。

据认为氧化木质素的羧酸基团含量在本发明的水性黏合剂组合物中对矿物纤维的意想不到的优点起着重要作用。特别是，据认为氧化木质素的羧酸基团改善了交联性能，因此使固化的矿物纤维制品具有更好的机械性能。

组分(ii)

组分(ii)为一种或一种以上交联剂的形式。

在一个实施方案中，组分(ii)在一个实施方案中包括一种或一种以上选自β-羟基烷基酰胺交联剂和/或噁唑啉交联剂的交联剂。

β-羟基烷基酰胺交联剂是酸-官能性大分子的固化剂。它提供了一种坚硬、耐用、耐腐蚀和耐溶剂的交联聚合物网络。据认为β-羟基烷基酰胺交联剂通过酯化反应固化形成多个酯键。β-羟基烷基酰胺交联剂的羟基官能度应平均至少为2，优选大于2，更优选2至4，以便获得最佳的固化响应。

含有噁唑啉基团的交联剂是在每分子中含有一种或一种以上噁唑啉基团的聚合物，并且通常，含有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公开了这种工艺。

在一个实施方案中，组分(ii)是基于脂肪酸甘油三酯的环氧油。

需要注意的是，不认为基于脂肪酸甘油三酯的环氧油是危险的，因此在根据本发明的黏合剂组合物中使用这些化合物不会使得这些组合物的处理不安全。

在一个实施方案中，组分(ii)是具有3个或3个以上环氧基团的分子。

在一个实施方案中，组分(ii)是一种或一种以上柔性低聚物或聚合物，如低Tg丙烯酸类聚合物，如低Tg乙烯基类聚合物，如低Tg聚醚，其含有反应性官能团，如碳二亚胺基团、如酸酐基团、如噁唑啉基团、如氨基基团、如环氧基团。

在一个实施方案中，组分(ii)选自参与固化反应的交联剂，如羟基烷基酰胺、烷醇胺、烷醇胺和多羧酸的反应产物。可以在US6706853B1中找到烷醇胺和多羧酸的反应产物。

不意欲受任何特定理论的束缚，本发明人认为，水性黏合剂组合物的非常有利的性质是由于用作组分(i)的氧化木质素与上述交联剂的相互作用。据认为氧化木质素中羧酸基团的存在使得氧化木质素能够非常有效地交联。

在一个实施方案中，组分(ii)是一种或一种以上交联剂，其选自多官能有机胺(如烷醇胺)、二胺(如六甲基二胺)、三胺。

在一个实施方案中，组分(ii)是一种或一种以上交联剂，其选自聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、脂肪胺。

在一个实施方案中，组分(ii)是一种或一种以上脂肪酰胺。

在一个实施方案中，组分(ii)是一种或一种以上交联剂，其选自二甲氧基乙醛、乙醇醛、乙醛酸。

在一个实施方案中，组分(ii)一种或一种以上交联剂，其选自聚酯多元醇，如聚己内酯。

在一个实施方案中，组分(ii)是一种或一种以上交联剂，其选自淀粉、改性淀粉、CMC。

在一个实施方案中，组分(ii)是一种或一种以上交联剂，其为脂肪族多官能碳二亚胺的形式。

在一个实施方案中，组分(ii)是一种或一种以上交联剂，其选自三聚氰胺类交联剂，如六(甲基甲氧基)三聚氰胺(HMMM)类交联剂。

这类化合物的实例有Picassian XL 701、702、725(Stahl Polymers)，如

XL-29SE(Angus Chemical Company)，如CX300(DSM)，如Carbodilite V-02-L2(Nisshinbo Chemical Inc.)。

组分(ii)也可以是上述化合物的任意混合物。

在一个实施方案中，基于组分(i)的干重，根据本发明的黏合剂组合物包含1重量％至40重量％的量的组分(ii)，如4重量％至20重量％，如6重量％至12重量％

组分(iii)

组分(iii)是一种或一种以上增塑剂的形式。

在一个实施方案中，组分(iii)是一种或多种增塑剂，其选自：多元醇如碳水化合物、氢化糖如山梨糖醇、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/或酸如己二酸、香草酸、乳酸和/或阿魏酸、丙烯酸类聚合物、聚乙烯醇、聚氨酯分散体、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、内酯、内酰胺、丙交酯、具有游离羧基的丙烯酸类聚合物和/或具有游离羧基的聚氨酯分散体、聚酰胺、酰胺(如脲/尿素)或它们的任意混合物。

在一个实施方案中，组分(iii)为一种或一种以上增塑剂的形式，其选自：碳酸盐如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、内酯、内酰胺、丙交酯、具有类似于木质素结构的化合物如香兰素、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)是一种或一种以上非反应性增塑剂的形式，其选自：聚乙二醇、聚乙二醇醚、聚醚、氢化糖、邻苯二甲酸酯和/或其他酯、用作聚结剂的溶剂如醇醚、丙烯酸类聚合物、聚乙烯醇。

在一个实施方案中，组分(iii)是一种或一种以上反应性增塑剂，其选自：碳酸酯如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、内酯、内酰胺、丙交酯、二羧酸或三羧酸如己二酸、或乳酸、和/或香草酸和/或阿魏酸、聚氨酯分散体、具有游离羧基的丙烯酸类聚合物、具有类似于木质素结构的化合物如香兰素、乙酰丁香酮。

在一个实施方案中，组分(iii)是一种或一种以上增塑剂的形式，其选自脂肪醇、单羟基醇如戊醇、硬脂醇。

在一个实施方案中，组分(iii)包括一种或一种以上增塑剂，其选自聚乙二醇、聚乙二醇醚。

本发明的另一个特别意想不到的方面是，使用沸点超过100℃、特别是140℃至250℃的增塑剂，大幅改善了根据本发明的矿物纤维制品的机械性能，尽管鉴于它们的沸点，这些增塑剂很可能在与矿物纤维接触的水性黏合剂的固化过程中至少部分蒸发。

在一个实施方案中，组分(iii)包括一种或一种以上沸点超过100℃的增塑剂，如110℃至280℃，更优选120℃至260℃，更优选140℃至250℃。

据认为在水性黏合剂组合物中的这些增塑剂的有效性与在固化过程中增加氧化木质素的流动性作用有关。据认为木质素或氧化木质素在固化过程中的流动性增加有助于有效交联。

在一个实施方案中，组分(iii)包含一种或一种以上的平均分子量为150g/mol至50000g/mol的聚乙二醇，特别是150g/mol至4000g/mol，更特别为150g/mol至1000g/mol，优选为150g/mol至500g/mol，更优选为200g/mol至400g/mol。

在一个实施方案中，组分(iii)包括一种或一种以上的聚乙二醇，其平均分子量为4000g/mol至25000g/mol，特别是4000g/mol至15000g/mol，更特别是8000g/mol至12000g/mol。

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。这种组分不会蒸发并作为组合物的一部分保留，但会有效地改变，以免引入不希望的副作用，如在固化制品中吸水。这种组分的非限制性实例是具有游离羧基的己内酯和丙烯酸类聚合物。

在一个实施方案中，组分(iii)选自脂肪醇、单羟基醇如戊醇、硬脂醇。

在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或一种以上增塑剂，所述增塑剂选自烷氧基化物如乙氧基化物、如丁醇乙氧基化物、如丁氧基三甘醇。

在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或一种以上丙二醇。

在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或一种以上乙二醇酯。

在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或一种以上增塑剂，所述增塑剂选自：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)选自一种或一种以上增塑剂，所述增塑剂选自：苯酚衍生物如烷基或芳基取代酚。

在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或一种以上增塑剂，所述增塑剂选自：硅烷醇、硅氧烷。

在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或一种以上增塑剂，所述增塑剂选自：硫酸盐如烷基硫酸盐、磺酸盐如烷基芳基磺酸盐如烷基磺酸盐、磷酸盐如三聚磷酸盐、如磷酸三丁酯。

在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或一种以上羟基酸。

在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或一种以上增塑剂，所述增塑剂选自：单体酰胺如乙酰胺、苯甲酰胺、脂肪酸酰胺如妥尔油酰胺。

在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或一种以上增塑剂，所述增塑剂选自：季铵化合物如三甲基甘氨酸、二硬脂基二甲基氯化铵。

在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或一种以上增塑剂，所述增塑剂选自：植物油如蓖麻油、棕榈油、亚麻籽油、妥尔油、大豆油。

在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或一种以上增塑剂，所述增塑剂选自：氢化油、乙酰化油。

在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或一种以上脂肪酸甲酯。

在一个实施方案中，组分(iii)选自一种或一种以上增塑剂，所述增塑剂选自：烷基多糖苷、葡糖酰胺、氨基葡糖酰胺、蔗糖酯、脱水山梨糖醇酯。

已经意想不到地发现，在水性黏合剂组合物中加入增塑剂大幅改善了根据本发明的排水装置的机械性能。

术语增塑剂是指添加到材料中使材料更柔软、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)也可以是上述化合物的任意混合物。

在一个实施方案中，基于组分(i)的干重，组分(iii)的含量为0.5重量％至50重量％，优选2.5重量％至25重量％，更优选3重量％至15重量％。

用于矿物纤维的水性黏合剂组合物包含组分(i)和(iia)。

在本发明的一个实施方案中涉及一种用于矿物纤维的水性黏合剂组合物，包括：

-组分(i)，其为一种或一种以上氧化木质素的形式；

-组分(iia)，其为一种或一种以上改性剂的形式。

本发明人发现，优异的黏合剂性能还可以通过双组分体系来实现，该体系包括一种或一种以上氧化木质素形式的组分(i)和一种或一种以上改性剂形式的组分(iia)，和任选的上述和下面提到的任意其他组分。

在一个实施方案中，组分(iia)是改性剂，其为一种或一种以上选自基于脂肪酸甘油三酯的环氧油的化合物的形式。

在一个实施方案中，组分(iia)是改性剂，其为一种或一种以上选自具有3个或3个以上环氧基团的分子的化合物形式。

在一个实施方案中，组分(iia)是改性剂，其为一种或一种以上柔性低聚物或聚合物的形式，如低Tg丙烯酸类聚合物，如低Tg乙烯基类聚合物，如低Tg聚醚，其含有反应性官能团如碳二亚胺基团，如酸酐基团，如噁唑啉基团，如氨基，如环氧基团。

在一个实施方案中，组分(iia)是一种或一种以上改性剂，其选自聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、脂肪胺。

在一个实施方案中，组分(iia)是选自脂肪族多官能碳二亚胺的一种或一种以上改性剂。

组分(iia)也可以是上述化合物的任意混合物。

不意欲受任何特定理论的束缚，本发明人认为由包含组分(i)和(iia)以及任选的其他组分的矿物纤维的黏合剂组合物所实现的优异的黏合剂性能，至少部分是由于用作组分(iia)的改性剂至少部分地服务于增塑剂和交联剂的功能的作用。

在一个实施方案中，基于组分(i)的干重，水性黏合剂组合物包括组分(iia)的量为1重量％至40重量％，如4重量％至20重量％，如6重量％至12重量％。

其他组分

在一些具体实施方案中，水性黏合剂组合物包含其他组分。

在一个实施方案中，水性黏合剂组合物包含选自无机酸的催化剂，如硫酸、氨基磺酸、硝酸、硼酸、次磷酸和/或磷酸，和/或它们的任意盐，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。这种催化剂的存在可以改善水性黏合剂组合物的固化性能。

在一个实施方案中，水性黏合剂组合物包括选自刘易斯酸的催化剂，它可以接受来自供体化合物的电子对，形成刘易斯加合物，如ZnCl₂、Mg(ClO₄)₂、Sn[N(SO₂-n-C8F17)₂]₄。

在一个实施方案中，水性黏合剂组合物包含选自金属氯化物的催化剂，如KCl、MgCl₂、ZnCl₂、FeCl₃和SnCl₂。

在一个实施方案中，水性黏合剂组合物包括选自有机金属化合物的催化剂，如钛酸酯类催化剂和锡类催化剂。

在一个实施方案中，水性黏合剂组合物包含选自螯合剂的催化剂，如过渡金属，如铁离子、铬离子、锰离子、铜离子。

在一个实施方案中，水性黏合剂组合物还包括其他组分(iv)，其为一种或一种以上硅烷的形式。

在一个实施方案中，水性黏合剂组合物包含其他组分(iv)，其为一种或一种以上偶联剂的形式，如有机官能硅烷。

在一个实施方案中，组分(iv)选自有机官能硅烷，如伯或仲氨基官能化硅烷、环氧官能化硅烷、如聚合或低聚环氧官能化硅烷、甲基丙烯酸酯官能化硅烷、烷基和芳基官能化硅烷、脲官能化硅烷或乙烯基官能化硅烷。

在一个实施方案中，水性黏合剂组合物还包括组分(v)，其为选自氨、胺或它们的任意盐的一种或以上组分的形式。

本发明人发现，当在组分(i)中使用氧化木质素时，将氨、胺或它们的任意盐作为其他组分的加入尤其有用，其中在氨存在下氧化木质素未被氧化。

在一个实施方案中，基于组分(i)的干重，水性黏合剂组合物还包括尿素形式的其他组分，特别是其量为5重量％至40重量％，如10重量％至30重量％，15重量％至25重量％。

在一个实施方案中，水性黏合剂组合物还包括一种或一种以上碳水化合物形式的其他组分，所述碳水化合物选自蔗糖、还原糖，特别是葡萄糖、多碳水化合物及其混合物，优选糊精和麦芽糊精，更优选葡萄糖浆，更优选葡萄糖当量值为DE＝30至小于100的葡萄糖糖浆，如DE＝60至小于100，如DE＝60-99，如DE＝85-99，如DE＝95-99。

在一个实施方案中，水性黏合剂组合物还包括以一种或一种以上碳水化合物形式的其他组分，所述碳水化合物选自蔗糖和还原糖，基于组分(i)的干重，其量为5重量％至50重量％，如5重量％至小于50重量％，如10重量％至40重量％，如15重量％至30重量％。

在本发明的上下文中，基于黏合剂组分的总干重，认为糖含量为50重量％或以上的黏合剂组合物是糖基黏合剂。在本发明的上下文中，基于黏合剂组分的总干重，认为黏合剂组合物的糖含量小于50重量％是非糖基黏合剂。

在一个实施方案中，水性黏合剂还包括一种或一种以上表面活性剂形式的其他组分，所述表面活性剂为非离子和/或离子乳化剂的形式，如聚氧乙烯(4)月桂基醚、如大豆卵磷脂、如十二烷基硫酸钠。

在一个实施方案中，水性黏合剂组合物包括：

-组分(i)，其为一种或一种以上氨氧化木质素的形式，基于组分(i)的干重，其羧酸基含量为0.05mmol/g至10mmol/g，如0.1mmol/g至5mmol/g，如0.20mmol/g至1.5mmol/g，如0.40mmol/g至1.2mmol/g，如0.45mmol/g至1.0mmol/g；

-组分(ii)，其为一种或多种交联剂的形式，所述交联剂选自β-羟烷基酰胺交联剂和/或噁唑啉交联剂，和/或其为一种或多种交联剂的形式，所述交联剂选自多官能有机胺如烷醇胺、二胺如六甲基二胺、三胺；

-组分(iii)，其为一种或一种以上聚乙二醇的形式，其平均分子量为150g/mol至50000g/mol，特别是150g/mol至4000g/mol，更具体为150g/mol至1000g/mol，优选150g/mol至500g/mol，更优选150g/mol至300g/mol，或其为一种或一种以上聚乙二醇的形式，其平均分子量为4000g/mol至25000g/mol，特别是4000g/mol至15000g/mol，更具体为8000g/mol至12000g/mol；其中基于组分(i)的干重，优选水性黏合剂组合物包含组分(ii)的量为1重量％至40重量％，如4重量％至20重量％，6重量％至12重量％，并且基于组分(i)的干重，(iii)的含量为0.5重量％至50重量％，优选2.5重量％至25重量％，更优选3重量％至15重量％。

在一个实施方案中，水性黏合剂组合物包括：

-组分(iia)，其为一种或一种以上改性剂的形式，所述改性剂选自基于脂肪酸甘油三酯的环氧油。

在一个实施方案中，水性黏合剂组合物包括：

-组分(i)，其为一种或一种以上氨氧化木质素的形式，组分(i)的每个大分子的平均羧酸基团含量超过1.5个基团，如2个以上的基团，如2.5个以上的基团；

在一个实施方案中，水性黏合剂组合物包括：

在一个实施方案中，水性黏合剂组合物基本上由如下物质组成：

-组分(i)，其为一种或一种以上氧化木质素的形式；

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式；

-组分(iii)，其为一种或一种以上增塑剂的形式。

-组分(iv)，其为一种或一种以上偶联剂的形式，如有机官能硅烷；

-任选的组分，其为选自氨、胺或它们的任意盐的一种或一种以上化合物的形式；

-任选的组分，其为尿素的形式；

-任选的组分，其为更具反应性或非反应性的聚硅氧烷的形式；

-任选的烃油；

-任选的一种或一种以上表面活性剂；

-水。

在一个实施方案中，水性黏合剂组合物基本上由以下物质组成：

-组分(i)，其为一种或一种以上氧化木质素的形式；

-任选的组分，其为尿素的形式；

-任选的烃油；

-任选的一种或一种以上表面活性剂；

-水。

基于排水装置的重量，优选排水装置包括1.0重量％至6.0重量％的固化的黏合剂组合物，优选2.0重量％至4.5重量％，最优选2.5重量％至3.5重量％。根据DS/EN 13820:2003进行黏合剂含量的测定。取黏合剂含量作为烧失量。黏合剂含量包括任何黏合剂添加剂。

在水性黏合剂组合物中的上述氧化木质素的制备方法如下。

方法I制备氧化木质素

可以通过以下方法制备可用作本发明的黏合剂用组分的氧化木质素，所述方法包括使如下物质接触：

-组分(a)，其包括一种或一种以上木质素；

-组分(b)，其包括氨、一种或一种以上胺组分和/或它们的任意盐；

-组分(c)，其包括一种或一种以上氧化剂。

组分(a)

组分(a)包括一种或一种以上木质素。

在一个实施方案中，组分(a)包括一种或一种以上硫酸盐木质素、一种或一种以上碱木质素、一种或一种以上木质素磺酸盐木质素、一种或一种以上有机溶剂木质素、木质纤维素原料生物精制工艺得到的一种或多种木质素、或它们的任意混合物。

在一个实施方案中，组分(a)包括一种或一种以上硫酸盐木质素。

组分(b)

在一个实施方案中，组分(b)包括氨、一种或一种以上氨基组分和/或它们的任意盐。不意欲受任何特定理论的束缚，本发明人认为用氨、一种或一种以上氨基组分和/或它们的任意盐代替先前已知的木质素氧化工艺中使用的碱氢氧化物，在改善根据本发明方法制备的氧化木质素的性质方面起着重要作用。

本发明人意想不到地发现，在氨或胺存在下被氧化剂氧化的木质素含有大量的氮作为氧化木质素结构的一部分。不意欲受任何特定理论的束缚，本发明人认为，当将氧化木质素用于将它们包括在黏合剂组合物中的制品时(氧化木质素通过本文所述方法制备)，氧化木质素的改进耐火性能至少部分是由于氧化木质素结构的氮含量。

在一个实施方案中，组分(b)包括氨和/或它们的任意盐。

不希望受到任何特定理论的约束，本发明人认为，根据本发明制备的衍生化木质素的改进稳定性至少部分是由于这样的事实：氨是一种挥发性化合物并且因此从最终产物中蒸发或可以容易地去除和再利用。与此相反，已经证明很难去除先前已知的氧化工艺中使用的碱氢氧化物的残留量。

然而，在该方法中，组分(b)除了氨、一种或多种氨基组分和/或其任何盐类外，还包括相对少量的碱和/或碱土金属氢氧化物，如氢氧化钠和/或氢氧化钾，这会是有利的。

在一些实施方案中，其中组分(b)包括碱和/或碱土金属氢氧化物，如氢氧化钠和/或氢氧化钾，作为除氨、一种或一种以上氨基组分和/或它们的任意盐之外的组分，碱和/或碱土金属氢氧化物的量通常很小，基于氨，如5重量份至70重量份，如10重量份至20重量份的碱和/或碱土金属氢氧化物。

组分(c)

在本文中描述的方法中，组分(c)包括一种或一种以上氧化剂。

在一个实施方案中，组分(c)包括一种或一种以上的氧化剂，所述氧化剂为过氧化氢、有机或无机过氧化物、分子氧、臭氧、空气、含卤素的氧化剂或它们的任意混合物的形式。

在氧化的初始步骤中，来自氧化剂的活性自由基通常会从酚基中提取质子，因为该键在木质素中具有最低的解离能。由于木质素有可能通过介观异构作用稳定自由基，因此有多种途径可以继续(但也可以终止)反应，并获得各种中间产物和最终产物。由于这种复杂性(和选择的条件)，平均分子量可以增加和减少，在他们的实验中，发明人通常看到平均分子量适度增加约30％。

在一个实施方案中，组分(c)包括过氧化氢。

过氧化氢可能是最常用的氧化剂，因为它价格低、效率高、对环境的影响相对较小的联合效果。当在没有催化剂存在的情况下使用过氧化氢时，碱性条件和温度很重要，因为以下反应导致自由基形成：

本发明人发现，由于氧化工艺，用本文所述方法制备的衍生化木质素含有增加量的羧酸基团。不意欲受任何特定理论的束缚，本发明人认为该方法制备的氧化木质素的羧酸基团含量在通过本文描述的方法制备的衍生化木质素的理想反应性能中起着重要作用。

氧化工艺的另一个优点是氧化木质素更亲水。较高的亲水性可以增强在水中的溶解度，并促进对矿物纤维等极性基质的粘附。

其他组分

在一个实施方案中，制备氧化木质素的方法优选包括其他组分，特别是氧化催化剂形式的组分(d)，如一种或一种以上过渡金属催化剂，如硫酸铁，如含锰、钯、硒、钨的催化剂。

这种氧化催化剂可以提高反应速率，从而改善氧化木质素的性能。

组分的质量比

本领域技术人员将使用组分(a)、(b)和(c)的相对量，以达到所需的木质素氧化程度。

在一个实施方案中，

-组分(a)，包含一种或一种以上木质素

-组分(b)，包含氨

-组分(c)，包含一种或一种以上过氧化氢形式的氧化剂，

其中基于木质素的干重，木质素、氨和过氧化氢的质量比使得氨的量为0.01重量份至0.5重量份，如0.1重量份至0.3重量份、如0.15重量份至0.25重量份的氨，且基于木质素的干重，其中过氧化氢的量为0.025重量份至1.0重量份，如0.05重量份至0.2重量份、如0.075重量份至0.125重量份的过氧化氢。

工艺

使组分(a)、(b)和(c)接触以实现所需的氧化反应的可能性不止一种。

在一个实施方案中，所述方法包括以下步骤：

-以水溶液形式提供组分(a)和/或一种多种木质素的分散体的步骤，基于水溶液的总重量，所述水溶液的木质素含量为1重量％至50重量％，如5重量％25重量％，如15重量％至22重量％，如18重量％至20重量％；

-通过添加包括氨的水溶液、一种或一种以上胺组分和/或它们的任意盐的组分(b)来调节pH的步骤；

-通过添加包括氧化剂的组分(c)的氧化步骤。

在一个实施方案中，进行pH调节步骤使得所得水溶液和/或分散体的pH≥9，如≥10，如≥10.5。

在一个实施方案中，进行pH调节步骤，使得所得的水溶液和/或分散体具有在10.5至12范围内的pH。

在一个实施方案中，进行pH调节步骤，使得温度被允许升至≥25℃，然后控制在25℃至50℃的范围内，如30℃至45℃，如35℃至40℃。

在一个实施方案中，在氧化步骤中，允许温度升至≥35℃，然后控制在35℃至150℃范围内，如40℃至90℃，如45℃至80℃。

在一个实施方案中，氧化步骤进行的时间为1秒至48小时，如10秒至36小时，如1分钟至24小时如2小时至5小时。

制备氧化木质素的方法II

用作本发明所用黏合剂组分的氧化木质素可以通过以下方法制备，所述方法包括使以下物质接触：

-组分(a)，其包括一种或一种以上木质素；

-组分(b)，其包括氨、和/或一种或一种以上胺组分、和/或它们的任意盐和/或碱和/或碱土金属氢氧化物，如氢氧化钠和/或氢氧化钾；

-组分(c)，其包括一种或一种以上氧化剂。

-组分(d)，其为一种或一种以上增塑剂的形式。

组分(a)

组分(a)包括一种或一种以上木质素。

在制备氧化木质素的方法的一个实施方案中，组分(a)包括一种或一种以上硫酸盐木质素、一种或一种以上碱木质素、一种或一种以上木质素磺酸盐木质素、一种或一种以上有机溶剂木质素、木质纤维素原料的生物精制工艺得到的一种或一种以上木质素，或它们的任意混合物。

组分(b)

在制备氧化木质素的一个实施方案中，组分(b)包括氨、一种或一种以上氨基组分和/或它们的任意盐和/或碱和/或碱土金属氢氧化物，如氢氧化钠和/或氢氧化钾。

“氨氧化木质素”应理解为在氨存在下被氧化剂氧化的木质素。术语“氨氧化木质素”缩写为AOL。

在一个实施方案中，组分(b)包括氨和/或它们的任意盐。

不意欲受任何特定理论的束缚，本发明人认为组分(b)为氨和/或它们的任意盐的、根据本发明制备的衍生化木质素的改进稳定性至少部分是由于这样的事实：氨是一种挥发性化合物，因此从最终产物中蒸发或可以容易地去除和重复使用。

然而，在该实施方案中制备氧化木质素的方法中，组分(b)除了氨、一种或一种以上氨基组分和/或它们的任意盐之外，还包括相对少量的碱和/或碱土金属氢氧化物，如氢氧化钠和/或氢氧化钾，这是有利的。

在一些实施方案中，其中组分(b)包括碱和/或碱土金属氢氧化物，如氢氧化钠和/或氢氧化钾，作为除氨、一种或一种以上氨基组分和/或它们的任意盐之外的组分，碱和/或碱土金属氢氧化物的量通常很小，基于氨，如5重量份至70重量份、如10重量份至20重量份的碱和/或碱土金属氢氧化物。

组分(c)

在制备氧化木质素的方法中，组分(c)包括一种或一种以上氧化剂。

在一个实施方案中，组分(c)包括一种或一种以上氧化剂，所述氧化剂为过氧化氢、有机或无机过氧化物、分子氧、臭氧、空气、含卤素的氧化剂或它们的任意混合物的形式。

在一个实施方案中，组分(c)包括过氧化氢。

本发明人发现，由于氧化工艺，用本文所述方法制备的衍生化木质素含有增加量的羧酸基团。不意欲受任何特定理论的束缚，本发明人认为根据本发明的方法制备的氧化木质素的羧酸基团含量在通过本文描述的方法制备的衍生化木质素的理想反应性能中起着重要作用。

组分(d)

组分(d)包括一种或一种以上增塑剂。

在一个实施方案中，组分(d)包括一种或一种以上多元醇形式的增塑剂，如碳水化合物、氢化糖如山梨糖醇、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/或酸如己二酸、香草酸、乳酸和/或阿魏酸、丙烯酸类聚合物、聚乙烯醇、聚氨酯分散体、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、内酯、内酰胺、丙交酯、具有游离羧基的丙烯酸类聚合物和/或具有游离羧基的聚氨酯分散体、聚酰胺、酰胺(如脲/尿素)或它们的任意混合物。

本发明人发现，以一种或一种以上增塑剂的形式加入组分(d)提供了反应混合物粘度的降低，从而允许以一种非常有效的方法来生产氧化木质素。

在根据本发明的一个实施方案中，组分(d)包括一种或一种以上多元醇形式的增塑剂，如碳水化合物、氢化糖如山梨糖醇、赤藓糖醇、甘油、单乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇、具有游离羧基的丙烯酸类聚合物和/或具有游离羧基的聚氨酯分散体、聚酰胺、酰胺(如脲/尿素)或它们的任意混合物。

在本发明的一个实施方案中，组分(d)包括一种或一种以上选自聚乙二醇、聚乙烯醇、尿素或它们的任意混合物的增塑剂。

其他组分

在一个实施方案中，制备氧化木质素的方法优选包括其他组分，特别是组分(v)，其为氧化催化剂的形式，所述氧化催化剂如一种或一种以上过渡金属催化剂，如硫酸铁，如含锰、钯、硒、钨的催化剂。

这种氧化催化剂可以提高反应速率，从而改善通过该方法制备的氧化木质素的性能。

组分的质量比

本领域技术人员将使用组分(a)、(b)、(c)和(d)的相对量，以达到所需的木质素氧化程度。

在一个实施方案中，该方法的实施使得该方法包括：

-组分(a)包括一种或一种以上木质素；

-组分(b)包括氨；

-组分(c)包括一种或一种以上过氧化氢形式的氧化剂；

-组分(d)包括选自聚乙二醇的一种或一种以上的增塑剂，

其中木质素、氨、过氧化氢和聚乙二醇的质量比为，基于木质素的干重，氨的量为0.01重量份至0.5重量份，例如0.1重量份至0.3重量份，例如0.15重量份至0.25重量份氨(25重量％的水溶液)，并且基于木质素的干重，其中过氧化氢(30重量％的水溶液)的量为0.025重量份至1.0重量份，例如0.07重量份至0.50重量份，例如0.15重量份至0.30重量份的过氧化氢，并且其中基于木质素的干重，聚乙二醇的量为0.03重量份至0.60重量份，例如0.07重量份至0.50重量份，例如0.10重量份至0.40重量份的聚乙二醇。

为了本发明的目的，“木质素的干重”优选定义为所提供形式的木质素的重量。

方法

使组分(a)、(b)、(c)和(d)接触以实现所需的氧化反应的可能性不止一种。

在一个实施方案中，该方法包括以下步骤：

-以水溶液和/或一种以上木质素的分散体的形式提供组分(a)的步骤，基于水溶液的总重量，水溶液的木质素含量为5重量％至90重量％，如10重量％至85重量％，如15重量％至70重量％；

-通过添加组分(b)调节pH的步骤；

-添加组分(d)的步骤；

-通过添加包括氧化剂的组分(c)的氧化步骤。

在一个实施方案中，进行pH调节步骤使得所得的水溶液和/或分散体的pH≥9，如≥10，如≥10.5。

在一个实施方案中，进行pH调节步骤，使得所得的水溶液和/或分散体具有在9.5至12范围内的pH。

在一个实施方案中，进行pH调节步骤，使得温度被允许升至≥25℃，然后控制在25℃至50℃的范围内，如30℃至45℃，如35℃至40℃≥。

在一个实施方案中，在氧化步骤中，允许温度上升到≥35℃，然后控制在35℃至150℃范围内，如40℃至90℃，如45℃至80℃。

在一个实施方案中，氧化步骤进行1秒至24小时的时间，如1分钟至12小时，如10分钟至8小时，如5分钟至1小时。

本发明人发现，如本文描述的方法允许产生高干物质含量的反应混合物，因此在本发明的工艺中可以实现高产出，其允许氧化木质素形式的反应产物用作工业大规模生产制品如矿物纤维制品的组分。

在一个实施方案中，所述方法的实施使得反应混合物的干物质含量为20重量％至80重量％，如40重量％至70重量％。

在一个实施方案中，所述方法的实施使得氧化木质素的粘度具有100cP至100.000cP的值，如500cP至50.000cP的值，如1.000cP至25.000cP的值。

就本发明的目的而言，粘度是动态粘度，定义为液体/糊状物对形状变化的抵抗力，或相邻部分相对于彼此的运动的抵抗力。粘度以厘泊(cP)为单位测量，相当于1mPa s(百万帕斯卡秒)。粘度在20℃下使用粘度计测量。为了本发明的目的，动态粘度可以在20℃下通过锥板坯井布鲁克菲尔德粘度计测量。

在一个实施方案中，所述方法的实施使得该方法包括转子-定子装置。

在一个实施方案中，所述方法的实施使得该方法作为连续或半连续工艺执行。

用于执行该方法的装置

本发明还涉及用于完成上述方法的装置。

在一个实施方案中，用于执行该方法的装置包括：

-转子-定子装置，

-用于组分(a)、(b)、(d)的预混合装置，

-一个或一个以上水、组分(a)、(b)、(c)和(d)的入口，

-一个或一个以上氧化木质素的出口。

在一个实施方案中，该装置的构造方式使得用于预混组分(a)、(b)和(d)的入口至转子-定子装置，并且该装置还包括腔室，

所述腔室具有用于组分(c)的入口，且

所述腔室具有用于氧化木质素的出口。

转子-定子装置是用于加工材料的装置，包括配置为带有齿圈的内锥的定子。定子与具有从轮毂伸出的臂的转子配合使用。这些臂中的每个臂都有与定子的齿圈的齿相啮合的齿。转子每转一圈，待处理的材料就向外输送一段距离，同时受到强烈的剪切效应、混合和重新分配。直立装置的转子臂和相邻的容器腔室允许材料从内部到外部的永久重新排列，并提供干燥和/或高粘性物质的多重加工，因此该装置对于工业生产中重要的密集混合、捏和、纤维化、分解和类似工艺具有很好的效用。壳体的直立排列有利于材料从外围向装置中心回落。

在一个实施方案中，根据本发明的方法所使用的转子-定子装置包括带有齿圈的定子和带有与定子的齿啮合的齿的转子。在这个实施方案中，转子-定子装置具有以下特点：转子的臂之间突出导向漏斗，将从上面进来的物料流集中到容器的中心区域。导向漏斗的外表面限定环形间隙，对物料流进行节流。转子上设置进给螺杆，向装置的工作区域进料。导向漏斗将制品保留在装置的工作区域，而进给螺杆则在中心区域产生增加的材料压力。

欲了解更多在该方法的一个实施方案中使用的转子-定子装置的细节信息，参考US 2003/0042344 A1，其作为参考并入本文。

在一个实施方案中，该方法的实施使得该方法使用一个转子-定子装置。在该实施方案中，组分的混合和组分的反应在同一转子-定子装置中进行。

在一个实施方案中，该方法的实施使得该方法使用两个或两个以上转子-定子装置，其中至少一个转子-定子装置用于组分的混合，并且至少一个转子-定子装置用于使组分反应。

所述方法可分为两个步骤：

1.制备木质素物质(a)+(b)+(d)；

2.木质素物质的氧化

通常，使用两种不同类型的转子/定子机器：

1.开式转子/定子机器，其适于将木质素粉末以非常高的浓度(30重量％至50重量％)掺入水中。混合强度较低，但使用特殊辅助设备(入口漏斗、螺杆等)来处理高粘度物料。较低的圆周速度(至多15m/s)。该机器可用作批处理系统或连续系统。

2.内联转子/定子机器具有更高的剪切力-圆周速度高达55m/s)-并为非常快速的化学反应创造了有利的条件。所述机器应连续使用。

在开式转子/定子系统中，制备高浓度(45重量％至50重量％)木质素/水物质。将木质素粉末缓慢加入温水(30℃至60℃)中，其中已添加了正确量的水氨和/或碱(alkalibase)。这可以在批处理模式下完成，或者间歇性/连续地添加材料，从而产生连续的物质流到下一步。

产生的物质应保持在约60度的温度下，以保持粘度尽可能低，从而使材料可泵送。然后使用合适的泵(如螺杆泵或其他容积泵)将pH值为9至12的木质素/水的热物质转移到氧化步骤。

在一个实施方案中，氧化是在封闭的转子/定子系统中以连续的在线反应完成的。氨和/或碱的水溶液在最高湍流/剪切点用计量泵注入转子/定子腔室。这确保了快速的氧化反应。氧化材料(AOL)离开在线反应器并收集在合适的罐中。

反应产物

本发明人意想不到地发现，所制备的氧化木质素具有非常理想的反应性能，同时在将它们包括在黏合剂组合物中的制品中使用时显示出改进的耐火性能，并且比先前已知的氧化木质素具有改进的长期稳定性。

氧化木质素还显示出改善的亲水性。

所制备的氧化木质素反应性的重要参数是氧化木质素的羧酸基团含量。

在一个实施方案中，基于组分(a)的干重，所制备的氧化木质素的羧酸基含量为0.05mmol/g至10mmol/g，如0.1mmol/g至5mmol/g，如0.20mmol/g至2.0mmol/g，如0.40mmol/g至1.5mmol/g，如0.45mmol/g至1.0mmol/g。

描述羧酸基团含量的另一种方法是使用根据下式的每个木质素大分子的平均羧酸基团含量：

在一个实施方案中，所制备的氧化木质素中，每个组分(a)的大分子的平均羧酸基团含量超过1.5个基团，如2个以上基团，如2.5个以上的基团。

制备氧化木质素的方法III

用作本发明所用黏合剂组分的氧化木质素可以通过如下方法制备，所述方法包括使如下物质接触：

-组分(a)，其包括一种或一种以上木质素；

-组分(b)，其包括氨、和/或一种或一种以上胺组分、和/或它们的任意盐、和/或碱和/或碱土金属氢氧化物，如氢氧化钠和/或氢氧化钾；

-组分(c)，其包括一种或一种以上氧化剂，

-任选的组分(d)，其为一种或一种以上增塑剂的形式，

以及进行混合/氧化步骤，其中产生氧化混合物，然后是氧化步骤，其中使被氧化的混合物继续反应如下的停留时间，所述停留时间为1秒至10小时，如10秒至6小时，如30秒至2小时。

组分(a)、(b)、(c)和(d)如上文用于制备氧化木质素的方法II中所定义。

在一个实施方案中，所述方法包括使组分彼此接触的预混合步骤。

在预混合步骤中，以下组分可以相互接触：

-组分(a)和组分(b)、或

-组分(a)和组分(b)和组分(c)、或

-组分(a)和组分(b)和组分(d)、或

-组分(a)和组分(b)和组分(c)和组分(d)。

在实施方案中，预混合步骤可以作为单独的步骤进行，并且在预混合步骤之后进行混合/氧化步骤。在本发明的这种实施方案中，在预混合步骤中使组分(a)和组分(b)以及任选的组分(d)相互接触是特别有利的。在随后的混合/氧化步骤中，组分(c)随后被添加到预混合步骤中产生的预混料中。

在一个实施方案中，预混合步骤可能对应于混合/氧化步骤。在本发明的该实施方案中，组分如组分(a)、组分(b)和组分(c)被混合并同时开始氧化工艺。随后的停留时间可能在与用于执行混合/氧化步骤的装置相同的装置中进行。如果组分(c)是空气，则本发明的这种实施方案是特别有利的。

本发明人发现通过使混合/氧化步骤后面接着氧化步骤，其中反应混合物优选不继续混合，可以以非常有效的方式控制氧化速率。同时，由于混合/氧化步骤之后的氧化步骤需要不太复杂的装置，因此降低了执行该方法的成本。

另一个优点是产生的氧化木质素特别稳定。另一个意想不到的优点是产生的氧化木质素在粘度方面可以很好地进行调节。另一个意想不到的优点是氧化木质素的浓度可能非常高。

在一个实施方案中，选择停留时间使得氧化反应进行到所需的完成程度，优选到完全完成。

用于执行方法III的系统I

在一个实施方案中，用于执行该方法的系统包括：

-至少一个转子-定子装置，

-一个或一个以上用于水和组分(a)和(b)的入口，

-转子-定子装置的一个或一个以上出口，

-至少一个反应装置，特别是至少一个反应管，其在工艺流动方向上设置在至少一个或一个以上出口的下游。

在一个实施方案中，所述系统包括一个或一个以上用于组分(c)和/或组分(d)的入口。

在一个实施方案中，所述系统包括预混合装置。

预混合装置可以包括一个或一个以上用于水和/或组分(a)和/或组分(b)和/或组分(c)和/或组分(d)的入口。

在本发明的一个实施方案中，预混合装置包括用于水和组分(a)和组分(b)的入口。

在预混合步骤中，组分(c)也可能与提到的三种成分(水、组分(a)和组分(b))混合。然后，预混合装置可能具有用于组分(c)的其他入口。如果组分(c)是空气，则预混合装置可能由开放式混合容器形成，因此在这种情况下，组分(c)已经通过容器的开口与其他组分(水、组分(a)和组分(b))接触。同样在本发明的该实施方案中，预混合装置可以任选地包括用于组分(d)的入口。

在一个实施方案中，所述系统以这样一种方式构建：

组分(a)、(b)和(d)的入口是预混合装置的入口，特别是开式转子-定子装置的入口，

由此系统还包括附加的转子-定子装置，

附加转子-定子装置具有用于组分(c)的入口和所述附加转子-定子装置具有用于氧化木质素的出口。

预混合步骤和混合/氧化步骤可能同时进行。在这种情况下，预混合装置和混合/氧化装置是单个装置，即转子-定子装置。

在一个实施方案中，用于根据本发明的方法的一个转子-定子装置包括具有齿圈的定子，以及具有与定子的齿啮合的齿的转子。本实施方案中，转子-定子装置具有以下特征：转子的臂之间突出导向漏斗，将从上面进来的物料流集中到容器的中心区域。导向漏斗的外表面限定环形间隙，对物料流进行节流。转子上设置有进给螺杆，向装置的工作区域进料。导向漏斗将制品保留在装置的工作区域，而进给螺杆则在中心区域产生增加的材料压力。

用于执行方法III的系统II

在一个实施方案中，用于执行该方法的系统包括：

-一个或一个以上用于水、组分(a)和(b)的入口，

-至少一个具有一个或一个以上出口的混合和氧化装置，以及

-至少一个混合器/热交换器，其在工艺流动方向上设置在至少一个或一个以上出口的下游，由此混合器/热交换器包括温度控制装置。

在一个实施方案中，系统包括用于组分(c)和/或组分(d)的附加的一个或一个以上入口。

在一个实施方案中，系统包括预混合装置。

在一个实施方案中，预混合装置包括用于水和组分(a)和组分(b)的入口。

在预混合步骤中，组分(c)也可能与提到的三种成分(水、组分(a)和组分(b))混合。然后，预混合装置可能具有组分(c)的其他入口。如果组分(c)是空气，则预混合装置可能由开放式混合容器形成，因此在这种情况下，组分(c)已经通过容器的开口与其他组分(水、组分(a)和组分(b))接触。同样在本发明的该实施方案中，预混合装置可以任选地包括用于组分(d)的入口。

在一个实施方案中，系统以这样的方式构建：用于组分(a)、(b)和(d)的入口是开式转子-定子装置的入口，由此该系统还包括混合器/热交换器，具有用于组分(c)的入口和用于氧化木质素的出口。

预混合步骤和混合/氧化步骤可以同时进行。在这种情况下，预混合装置和混合/氧化装置是单个装置。

在一个实施方案中，用于本发明方法的一种转子-定子装置包括具有齿圈的定子和具有与定子的齿啮合的齿的转子。本实施方案中，转子-定子装置具有以下特征：转子的臂之间突出导向漏斗，将从上面进来的物料流集中到容器的中心区域。导向漏斗的外表面限定环形间隙，对物料流进行节流。转子上设置有进给螺杆，向装置的工作区域进料。导向漏斗将制品保留在装置的工作区域，而进给螺杆则在中心区域产生增加的材料压力。

当然，其他装置也可以用作预混合装置。此外，预混合步骤可能在混合和氧化装置中进行。

在一个实施方案中，混合和氧化装置是静态混合器。静态混合器是一种用于无需移动组分而连续混合流体材料的装置。静态混合器的一种设计是板坯式混合器，另一种常见的装置类型由包含在圆柱形(管)或方形外壳中的混合器元件组成。

在一个实施方案中，混合器/热交换器被构造为具有混合元件的多管热交换器。混合元件优选是固定装置，混合物必须流过该装置，由此作为流过的结果进行混合。混合器/热交换器可以构造为活塞式流动反应器。

在本发明的方法中，排水装置位于与地面接触并且优选至少部分埋在地下的位置。优选排水装置完全埋在地下，例如完全用泥土覆盖。泥土包括沉积物、沙子、粘土、污泥、砾石等。例如，排水装置可以埋在至少20厘米的泥土下，优选至少40厘米的泥土，最优选至少50厘米的泥土。

在本发明的方法中，排水装置吸收水并向接收处释放水。该装置可以直接从周围地面吸收水，也可以通过某种方式(例如管道)输送到装置。该装置可以容纳水，然后将其释放给接收处。接收处可以是周围的地面，即一旦地面变得干燥，来自该装置的水就会消散回地面。接收处也可以是集水点、水库、水箱、排水沟、排水管或下水道。

优选地，所述排水装置包括第一导管。第一导管优选将水输送到排水装置中。这确保了水可以沿着第一导管流动，并直接进入排水装置。优选第一导管具有第一开口端和第二开口端，其中第一开口端与排水装置的MMVF流体连通。当然，可以设想排水装置可以与第一导管(优选管道)对接，雨水将通过该管道流动，以实现这种流体连通。然而，就效率而言，优选的是第一导管至少部分地嵌入排水装置中。第一导管的嵌入部分可以在其外壁上具有孔，优选一个以上的孔。存在孔的好处是具有更大的区域，水可以通过该区域流入排水装置。

第一导管可以是明渠，并且水可以沿着该渠道从例如主排水系统或排水沟流入排水装置。优选导管是管道。管道的优点是它是空心的，因此可以自由地将地下的水输送到排水装置。此外，管道壁可防止碎屑进入管道。

优选第一导管(优选为管道)位于与排水装置的底部保持流体连通的位置。这意味着在安装时，第一导管与排水装置体积的下半部分保持流体连通。这是因为，为了足够快地填充整个装置，需要在开始下雨之前排出装置中存在的空气。在上述设置中，空气排出得最快。

导管(优选为管道)与排水装置处于流体连通状态，并且可以与管道系统保持流体连通，优选管道和一个或一个以上排水管保持流体连通，以便从屋顶流入排水沟、顺着排水管流下的水可以在潮湿的天气中储存在排水装置内。这是装置可以从周围地面吸收的水(即减少的地表水)的补充。随着周围地面的干燥，水逐渐从排水装置消散回到地面。因此，该排水装置提供了一种有效的处理雨水的方法，其不会对现有的主排水系统造成任何压力。没有必要将水输送到其他地方，尽管这是可能的；水可以在地下处理。例如，建筑物可能有一个或几个排水装置连接到其排水系统，因此能够在自己的场地内处理这些地表水。

排水装置可以具有从排水装置的第一端延伸到排水装置的第二端的通道，其中第一和第二端相对，并且其中通道的第一端与来自导管的水(优选管道)流体连通。

通道可延伸10％至100％的通过排水装置的路径，优选20％至99％的通过排水装置的路径，优选50％至99％的通过排水装置的路径，更优选80％至95％的通过基质的路径。该通道的优点是具有更大的区域，水可以通过该区域流入排水装置。通道可以具有任何横截面形状，优选圆形、三角形或方形。

可以通过将如上所述将导管(优选管道)嵌入到排水装置中来形成通道。导管优选在其外壁上有孔，优选一个以上的孔。存在孔的优点是具有更大的区域，水可以通过该区域流入排水装置。

通道可以由具有至少一个孔的单独管道形成。该管道优选为穿孔塑料管，如PVC管。管道为排水管提供强度并防止通道关闭。对管道进行穿孔以允许水排入通道。嵌入式管道为通道提供支撑，使其更具弹性或耐压性。在没有管道的情况下，由于排水装置的压力，例如车辆在排水装置上移动，通道可能会关闭。

通道可以通过移除一部分排水装置来形成，例如通过钻孔。由此产生的通道将是多孔的，因此允许水从通道吸收到排水装置中。

排水装置可包括与第二部分接触的第一部分，其中通道设置在第一部分和第二部分之间。这意味着第一部分可以沿排水装置长度的至少一部分预先形成凹槽，并且当第一部分和第二部分连接在一起时，由凹槽和第二部分形成通道。或者，第二部分可以具有凹槽。或者，当第一和第二部分连接在一起时，第一和第二部分都可以有凹槽，并且凹槽可以排列成一排以形成通道。一个或多个凹槽可以根据需要具有任何形状以形成通道。因此，一个或多个凹槽或凹槽可以具有半圆形、三角形、矩形等的横截面。

排水装置的第一部分和第二部分可以通过将这两部分放在一起或使用粘合剂来连接。

可以通过上述方式的组合形成通道。

优选通道的第一端和第二端的截面面积在2cm²至200cm²的范围内，优选5cm²至100cm²的范围内。

优选通道的第一端的截面面积为排水装置的第一端的截面面积的0.5％至15％，优选1％至10％。

优选通道的第二端的截面面积为排水装置的第二端的截面面积的0.5％至15％，优选1％至10％。

开口占排水装置端部的截面面积的百分比很小，因为绝大多数排水装置用于缓冲输送到排水装置的水量。排水装置的比例越大，给定截面面积的排水装置可以缓冲的水量就越大。

通道的截面面积优选沿其长度为基本连续的。基本连续意味着截面面积在平均截面面积的10％以内，优选在5％以内，最优选在1％以内。但是，如有必要，可以根据通道的要求改变截面面积，使其更小或更大。

通道可以直通排水装置，即通道采取最直接的路线朝向排水装置的第二端，让水沿着通道采取最直接的路线。

通道可以跟随通过排水装置的间接路线，以增加通道的表面积，使水以更快的速度排入排水装置。

可以存在通过排水装置的一个以上的通道，以增加通道的表面积，使水可以以更快的速度排入排水装置。如果存在一个以上的通道，则优选将通道连接起来以形成通道网络，以便水可以流过通道网络。每个通道可以与不同的导管进行流体连通，从而允许来自不同来源的水通过排水装置进行处理。

排水装置的底部和顶部可以具有通道。在顶部和底部有通道的一个优点是，当水通过底部通道进入时，装置中存在的所有空气在开始充满水之前都能够通过装置的顶部通道排出。

通道可具有三角形横截面。安装时，三角形的底部优选与排水装置的底部平行。或者，通道可以具有半圆形横截面。同样，排水装置的底部优选与半圆的底部平行。或者，通道可以具有圆形或矩形横截面。这些通道的横截面的优点在于，通道的最大表面积位于最低点，这为水流通过提供了最大表面积。

通道优选位于排水装置横截面宽度的中心。基本上位于中心的原因是，待吸收的水流将沿着排水装置的中心向下。这样做的好处是在排水装置的侧部保持排水装置的强度。但是，如果通道设置在靠近排水装置的一侧，则可能产生结构上的弱点。

使用中，当通道从排水装置的第一端延伸到第二端时，通道的第二端优选关闭以防止泥土进入通道并减小通道的尺寸。可以通过在开口上设置板来封闭通道的第二端，例如MMVF板、金属板、塑料板等。或者，通道的第二端可以被堵塞，例如用MMVF、金属、塑料等制成的塞子。第二端可以被包裹在土工织物材料中以封闭通道的第二端。

使用根据本发明的排水装置的优点是它可以从地面吸收水并将其储存在其开放的孔结构中。排水装置还可以沿着任选的通道向第二开口输送水。这意味着排水装置可以在需要时储存水，并在需要时将水输送至接收处，例如处置装置。

在该使用中，安装排水装置以对积水地面排水，特别是当雨、雪、雨夹雪、冰雹等降水导致地表水引发地面积水时。这通常发生在建筑物附近，特别是当周围地面的一部分被建筑物、铺面、柏油路面等覆盖而没有足够的排水系统时。如果排水不足，则会对该区域周围的地面施加压力，以消散积聚的地表水。这导致周围区域积水，从而需要排水。

使用本发明装置的另外一个优点是它延缓水到达集水点，例如水箱或水库。当有大雨时，水库或水箱可能会被突然涌来的急流淹没。使用根据本发明的装置延缓急流到达水库或水箱并因此有助于防止洪灾。

如上所述，排水装置不需要有任何管道，并且可以通过在高水位时从周围地面吸收多余的水，并在低水位时将水释放回地面来充当排水装置。这样，本发明的排水装置可用于对积水地面进行排水。这可以通过将多余的水吸收到排水装置的开放孔结构中并储存水直至地面干燥，然后逐渐将水消散到地面。

排水装置可任选地具有第一导管和第二导管。第一导管将水输送到排水装置，并且优选位于装置的下半部分。第二导管优选位于装置的上半部分。第二导管的主要目的是从装置中排出空气。但是，它也可以用作溢流管。这意味着当装置充满水时，第二导管将水输送到储水箱、主排水管或排水水库。

或者，第一导管和第二导管可以通过如上所述的通道连接。通过沿着排水装置的通道将水输送到第二开口并输送到处理系统(例如水箱、主排水管或排水水库)来对积水地面进行排水。如果地面中多余的水的水位很低，则排水装置可以将这些多余的水储存起来，直到地面足够干燥，可以将水消散回地面。如果多余的水的水位很高，则可以沿着通道输送到处理系统。

可以通过重力沿任选的通道输送水，例如，通过安装带有斜坡的排水装置，使得排水装置的第二端低于排水装置的第一端。优选斜坡的角度与水平方向成2度至10度。安装带斜坡的排水管的优点是无需从排水元件中泵水。

或者，泵可以与通道的第二开口保持流体连通，其中泵将水输送到通道的第二开口。泵可以通过导管(例如管道)与第二开口保持流体连通。水可以沿着通道泵送到水处理系统，如水箱、主排水管或排水水库。使用泵的优点是可以在没有斜坡的情况下安装排水元件，因此在安装时无需在安装的一端挖的更深。

在斜坡上安装排水装置和安装泵系统均可。

使用中，通道优选朝向第一方向偏移，并且排水装置的方向使得第一方向向下。通道位于排水装置的底部是有利的。

优选排水装置的保水容量至少为体积的80％，优选80％至99％，最优选85％至95％。保水容量越大，给定体积可以储存的水就越多。由于开放的孔结构和亲水性，排水装置的保水容量较高。

优选排水装置在放水时保留的水量小于20体积％，优选小于10体积％，最优选小于5体积％。保留的水可以是2体积％至20体积％，例如5至10体积％。排水装置保留的水量越低，排水装置吸收更多水的能力就越大。当周围地面干燥且毛细管平衡使得水消散到地面中时，水可能会通过消散到地面中而离开排水装置。

优选排水装置的缓冲能力，即排水装置放水时可以容纳的最大水量与保留的水量之差至少为60体积％，优选至少70体积％，优选至少80体积％。缓冲能力可以是60体积％至90体积％，例如60体积％至85体积％。如此高的缓冲能力的优点是排水装置可以在给定的体积内缓冲更多的水，即排水装置在下雨时可以储存大量的水，并在周围地面干燥时释放大量的水。缓冲能力如此之高，是因为排水装置需要低吸入压力以从中去除水分。

排水装置的保水容量、保水量和缓冲能力可根据EN 13041：1999进行测量。

当周围地面饱和时，水储存在排水装置中，即毛细管平衡是指水保留在排水装置内。随着周围地面干燥，毛细管平衡发生变化，水从排水装置消散回周围的地面中。这样，当周围的地面饱和时，水被保持在排水装置内。当周围的地面干燥时，水从排水装置消散回地面中。然后，排水装置能够吸收更多的水，例如通过管道或导管。

排水装置的结构是这样的，虽然水可以从基质消散到地面中，但泥土不会污染排水装置。这是由于排水装置内的小孔径。因此，没有必要将排水装置包裹在土工织物中以防止污染。这样做的好处是，在安装时，排水装置无需由安装人员手动包装在土工织物材料中。因为是在安装阶段进行的，其他排水装置的包装步骤既笨拙又耗时。本发明的排水装置不存在这个问题。

排水装置可包括力分配层。优选力分配层位于使用中的排水装置的顶面。

力分配层可以是粘附MMVF层。当力分配层为粘附MMVF层时，优选具有至少200kPa的抗压强度，抗压强度可高达1MPa。优选地，为200kPa至500kPa，更优选为300kPa至400kPa。抗压强度根据欧洲标准EN 826：1996进行测定。具有这种抗压强度的力分配层特别适合于本发明，因为它们确保来自地表的力冲击不集中在排水装置的单点上，而是分配在更大的区域上。

当力分配层是粘附MMVF层时，优选具有至少100kg/m³的密度，如100kg/m³至280kg/m³，优选150kg/m³至200kg/m³，密度可高达600kg/m³。具有这种密度的力分配层特别适合于本发明，因为它们确保来自地表的力冲击不集中在单点上，而是分配在更大的区域上。

当力分配层是粘附MMVF层时，优选是亲水的，即它吸引水。MMVF层呈粘附块体的形式。也就是说，MMVF层通常是MMVF纤维的粘附基体，其已经如此生产，但也可以通过MMVF板造粒和固结颗粒材料来形成。

排水装置还可以包括力分配层上方的上层。上层优选为草、土、人造草、沙子、砾石、粘土或它们的组合。

在一个实施方案中，排水装置还可以包括液体无法渗透的覆盖物。优选液体无法渗透的覆盖物包围排水装置。液体无法渗透的覆盖物可在任何导管的位置包括一个或一个以上开口。例如，液体无法渗透的覆盖物可包括用于本文所述的第一导管的第一开口。还可以包括用于本文所述的第二导管的第二开口。这是为了让水流入装置或通过导管流出装置。然而，由于液体不透水的覆盖物，可以防止水在除导管之外的位置离开装置。

当排水装置安装在不希望发生水渗入周围地面的位置时，发现这种覆盖物是有利的。这会是政府法规所要求的。

例如，通过排水系统从道路或停车场等硬表面收集的雨水被认为是“污染”水。这是由于硬表面上的残留物，例如汽油、柴油和硬金属，可能会被水携带。不希望将这种水分散到周围的地面中，但是本发明的排水装置能够通过保持多余的水并通过导管将其安全地输送到水处理点来防止洪涝。

此外，当周围地面本身不适合渗透时，也可能不希望水从排水装置消散到周围的地面。这可能是由于周围的地面受到污染，因此消散的水会导致地面中的污染元素分散。也可能是因为地面无法吸收水分，例如，如果它含有大量的粘土。同样，本发明的排水装置能够通过保持多余的水并通过导管将其安全地输送到水处理点来防止洪涝。

根据本发明的液体不渗透覆盖物可包括选自以下列表中的材料：热塑性塑料、热固性塑料、弹性体、天然聚合物、合成聚合物、箔(例如农业中使用的箔)、膨润土、粘土、压缩MMVF或任何其他已知的塑料。根据本发明的液体不渗透覆盖物可包含聚对苯醚(PPE)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)或三元乙丙橡胶(EPDM)。

液体无法渗透的覆盖物也可以称为包装或封套。排水装置可包括一层或多层液体无法渗透的覆盖物。

本发明还涉及一种排水装置，其中该排水装置包括与固化的水性黏合剂组合物黏合的人造玻璃质纤维(MMVF)，其中固化前的水性黏合剂组合物包括：

-组分(i)，其为一种或一种以上氧化木质素的形式；

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式；

-组分(iii)，其为一种或一种以上增塑剂的形式。

排水装置如上所述。该实施方案可以具有上述用于本发明方法的任何优选特征。

本发明还涉及至少两个排水装置的阵列，其中该排水装置包括与固化的水性黏合剂组合物黏合的人造玻璃质纤维(MMVF)，其中固化前的水性黏合剂组合物包括：

-组分(i)，其为一种或一种以上氧化木质素的形式；

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式；

-组分(iii)，其为一种或一种以上增塑剂的形式。

在根据本发明的阵列中，至少两个排水装置可以是相同的。或者，至少两个排水装置可不同。

阵列可以是至少两个排水装置彼此相邻放置，或彼此接触，使得水可以从一个排水装置消散到下一个排水装置。可以有两个以上的排水装置，例如不少于填充所需区域所需的装置数量。

一个或一个以上排水装置可以具有任何上述优选特征。

优选地，至少两个排水装置之一包括如上所述的第一导管。

优选地，第二排水装置包括如上所述的第二导管。

优选地，排水装置之一包括第一端和第二端以及从第一端的第一开口延伸到第二端的第二开口的通道。在本发明的阵列中，一个或一个以上排水装置可以包括通道。

在一个实施方案中，第一排水装置中通道的第一开口可以与第二排水装置中通道的第一端接触。例如，两个或两个以上排水装置可以通过通道连接而保持彼此流体连通。第一排水装置中通道的第一开口可以与第二排水装置中通道的第一开口进行流体连通。第一排水装置中通道的第二开口可以与第一导管进行流体连通，从例如排水沟中引入水。第二排水装置中通道的第二开口可以与第三排水装置中通道的第一开口保持流体连通，或者可以与用于将水输送到储水箱的第二导管保持流体连通。以这种方式，可以设置排水装置的网络，所有排水装置都是流体连通的。优选地，两个或多个排水装置中的通道排成一行，以形成更长的通道。

根据本发明的阵列是有利的，因为它增加了可以储存然后消散的水的体积。

本发明还涉及用于排水的排水装置的用途，其中该排水装置包括与固化的水性黏合剂组合物黏合的人造玻璃质纤维(MMVF)；其中固化前的水性黏合剂组合物包括：

-组分(i)，其为一种或一种以上氧化木质素的形式；

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式；

-组分(iii)，其为一种或一种以上增塑剂的形式。

本发明的该实施方案可以具有上述用于本发明方法的任何附加特征。

本发明还涉及一种排水装置的制造方法。所述方法包括以下步骤：

(i)提供人造玻璃质纤维；

(ii)用水性黏合剂组合物喷洒人造玻璃质纤维；

(iii)收集和固结人造玻璃质纤维，使水性黏合剂组合物固化以形成排水装置；

其中，固化前的黏合剂组合物包括：

-组分(i)，其为一种或一种以上氧化木质素的形式；

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式；

-组分(iii)，其为一种或一种以上增塑剂的形式。

排水装置可以具有上面详细讨论的任何优选特征。

人造玻璃质纤维可以由矿物熔体制成。通过提供矿物材料并在熔炉中熔化它们，以常规方式提供矿物熔体。该炉可以是任何已知用于生产MMVF矿物熔体的炉子类型，如竖炉，如冲天炉、罐式炉或旋风炉。

可以采用任何合适的方法通过纤维化从矿物熔体中形成MMVF。纤维化可以通过纺杯工艺进行，其中熔体通过转杯(纺杯，也称为内部离心)壁上的孔口离心挤出。或者，纤维化可以通过离心纤维化，通过将熔体喷射到一个纤维化转子的外表面上并剥离，或者从多个纤维化转子的级联剥离，这些转子绕基本水平的轴旋转(级联喷丝头)。

因此，熔体被形成为夹带在空气中的纤维云，纤维作为传送带上的网被收集，并从纤维化装置中带走。然后将纤维网固结，这会涉及交叉搭接和/或纵向压缩和/或垂直压缩和/或缠绕在芯轴上，以生产用于管道绝缘的圆柱形制品。也可以执行其他固结工艺。

黏合剂组合物优选在它们是空气中夹带的云时被施加到纤维上。或者，它可以在收集到传送带上后施加，但这不太优选。

固结后，固结的纤维网被送入固化装置中以固化黏合剂。

在一个实施方案中，固化在100℃至300℃的温度下进行，如170℃至270℃，如180℃至250℃，如190℃至230℃。

在优选的实施方案中，固化在用于矿棉生产的常规固化炉中进行，优选在150℃至300℃的温度下操作，如170℃至270℃，如180℃至250℃，如190℃至230℃。

在一个实施方案中，固化发生时间为30秒至20分钟，如1分钟至15分钟，如2分钟至10分钟。

在典型的实施方案中，固化在150℃至250℃的温度下进行30秒至20分钟。

固化过程可以在将黏合剂施加到纤维上后立即开始。固化被定义为黏合剂组合物经历物理和/或化学反应的过程，在化学反应的情况下，通常增加黏合剂组合物中化合物的分子量，从而增加黏合剂组合物的粘度，通常直到黏合剂组合物达到固态。固化的黏合剂组合物黏合纤维以形成结构性粘附的纤维基体。

在一个实施方案中，在热压机中进行与矿物纤维接触的黏合剂的固化。

在热压机中固化与矿物纤维接触的黏合剂具有特殊优势，可以生产高密度制品。

在一个实施方案中，固化过程包括通过压力干燥。可以通过将空气或气体吹过矿物纤维和黏合剂的混合物/在矿物纤维和黏合剂的混合物上吹空气或气体而施加压力。

附图详细说明

图5示出了根据本发明的一个方面的MMVF排水装置1，该排水装置已被埋入房屋3附近的地面2中。房屋3设置有排水沟4，其从屋顶5收集水，并通过排水管6和导管7将水引导至MMVF排水装置1。导管7与MMVF排水装置1流体连通。导管7可以平接MMVF排水装置1，但优选部分嵌入MMVF排水装置1中，以确保碎屑不会进入导管7。导管7在嵌入MMVF排水装置1中的部分可以设置有孔8，以增加导管7与MMVF排水装置1之间的流体连通面积。

图6示出了具有从MMVF排水装置的第一端延伸到MMVF排水装置的第二端的通道200的排水装置100。通道朝向MMVF排水装置的底部。

实施例

实施例1-抗压强度

在八个尺寸为10x10x10cm的75kg/m³ MMVF立方体上测定抗压强度(Y方向)。表1示出了根据本发明的具有2.1重量％黏合剂且不含任何润湿剂的立方体的结果。表2示出了根据本发明的具有2.1重量％黏合剂和十二烷基醚硫酸钠(SLES)润湿剂的立方体的结果。

根据本发明的黏合剂具有以下组成：

-AOL(氨氧化木质素)：1000kg(284kg木质素，UPM BioPiva100，57kg H₂O₂(35％)，53kg NH₄OH(24.7％)，506kg水)

-增塑剂(PEG200)：44kg

-交联剂(EMS-Chemie AG提供的Primid XL552-β-羟基烷基-酰胺(HAA)交联剂)：22kg。

Primid XL552具有以下结构：

表1(不含润湿剂的本发明黏合剂)

表2(含有润湿剂的本发明黏合剂)

根据本发明的具有黏合剂(有或没有润湿剂)的排水装置的抗压强度与其他75kg/m³矿棉样品相当。

实施例2

制备并分析了六种不同基质的抗压强度。

制品1：含有2.1重量％的根据本发明的无甲醛黏合剂的MMVF基质；密度76kg/m³；3.5升/吨的润湿剂

本制品的黏合剂具有如下组成：

-AOL(氨氧化木质素)：1000kg(284kg木质素，UPM BioPiva100，57kgH₂O₂(35％)，53kgNH₄OH(24.7％)，506kg水)

-增塑剂(PEG200)：44kg

制品2：含有2.1重量％的根据本发明的无甲醛黏合剂的MMVF基质；密度76kg/m³；无润湿剂。本制品中的黏合剂与上述制品1的黏合剂相同。

比较用制品1：含有2.6重量％PUF黏合剂的MMVF基质；密度77kg/m³；5.7升/吨润湿剂(直链烷基苯磺酸酯)。如下制备本制品中的黏合剂：

-329升苯酚脲甲醛树脂；1337升水；13升氨水；30.5升硫酸铵；1.6升来自Momentive的氨基硅烷VS-142。

比较用制品2：含有2.6重量％PUF黏合剂的MMVF基质；密度77kg/m³；3.5升/吨的润湿剂

本制品中的黏合剂与上述比较用制品1的黏合剂相同。

比较用制品3：含有2.8重量％无甲醛黏合剂的MMVF基质；密度78kg/m³；6.7升/吨的润湿剂(直链烷基磺酸盐)。如下制备本制品中的黏合剂：

185kg AAA树脂：239kg葡萄糖：575kg水：1.1kg硅烷。AAA树脂的制备方法如下：

将90kg二乙醇胺(DEA)装入400L反应器中并加热至60℃。然后，加入75kg四氢邻苯二甲酸酐(THPA)。升温并在130℃下保持1小时后，加入50kg偏苯三酸酐(TMA)。将反应混合物冷却至95℃，加入水并搅拌混合物1小时。

比较用制品4：含有2.8重量％无甲醛黏合剂的MMVF基质；密度78kg/m³；3.5升/吨的润湿剂

本制品中的黏合剂与上述比较用制品3的黏合剂相同。

结果如图1A至1E所示，根据1996年的标准EN826对绝缘材料测量了湿式和干式压缩，偏差如下：

-在EN 826中，未计算初始变形X₀和临界抗压强度σ_c和σ_e。

-绝缘材料的EN标准要求试样必须在(23±5)℃下储存和测量。如有争议，应在(23±2)℃和(50±5)％的相对湿度下进行储存和测量，因为认为这样对矿棉没有任何影响。

本发明制品1和2中使用的黏合剂量明显低于比较用制品1至4中使用的量。然而，尽管如此，与PUF黏合剂和另一种无甲醛黏合剂相比，可以看到相当的压缩结果。因此，使用较少量的本发明黏合剂，即可达到等效的抗压强度。预计将本发明的黏合剂量增加到2.8重量％将使抗压强度的提高。然而，在较低的量下具有相当的压缩结果提供了减少制品中黏合剂总量的额外优势。

实施例3

测量MMVF样品的平均缓冲、平均排水和平均渗透。

如下所述测量缓冲、排水和渗透：

-首先使用沙子和待测试的MMVF样品制备普列克斯玻璃柱。首先用沙子填充所述柱，高度约为25cm。接下来，将排水装置置于沙子的顶部。然后用相邻的水箱中的水填充柱。

-注意重量增加和向柱中添加5升水所需的时间。填充柱直至在矿棉顶部可以看到水。然后停止加水。现在所有的水都缓冲在矿棉中。

-接下来排空柱。每从柱排出2升水，就记录时间和重量。这进行约2小时。然后关闭排水阀。

-剩余的水渗入填料砂中，填料砂通过软管离开柱进入桶中。尽可能长时间地测量减少2升水后的重量和时间。

-重复测量缓冲、排水和渗透的循环。

对下表3中描述的基质进行了试验，结果如图2、3和4所示。

表3

按上述实施例2所述制备本发明的黏合剂和PUF黏合剂。

从结果可以看出，含有或不含有润湿剂的本发明的样品表现出相似的性能。因此，润湿剂没有显著效果。

本发明的样品(样品1和2)比所有其他比较用矿棉类型缓冲更快。

样品1和2(根据本发明)比样品3和4排水更快，并且与样品5相似。

样品1和2(根据本发明)比所有其他比较用矿棉类型渗透更快。

实施例4

如下制备本发明排水装置所用的黏合剂：

将3267kg水装入6000L反应器中，接着加入287kg氨水(24.7％)。然后在30分钟至45分钟内缓慢加入1531kg Lignin UPM BioPiva 100。将混合物加热至40℃并在该温度下保持1小时。1小时后检查不溶性木质素。这是通过在玻璃板或Hegman量规上检查溶液来完成的。可见不溶性木质素为棕色黏合剂中的小颗粒。在溶解步骤中，木质素溶液的颜色将从棕色变为有光泽的黑色。

在木质素完全溶解后，加入1升消泡剂(来自

-Verodan的

11-10)。将批次的温度保持在40℃。

然后开始加入307.5kg的35％过氧化氢。过氧化氢以200升/小时至300升/小时的速率给料。过氧化氢的前半部分以200升/小时的速率加入，之后给料速率增加到300升/小时。

在加入过氧化氢期间，通过加热或冷却控制反应混合物中的温度，使得最终反应温度达到65℃。

在65℃下反应15分钟后，反应混合物冷却至50℃以下的温度。在此获得的树脂的COOH值为1.2mmol/g固体。

从上述AOL树脂中，通过在水中加入270kg聚乙二醇200和433kg的31％ PrimidXL-552的溶液而配制黏合剂。

对最终黏合剂的分析显示以下数据：

固体含量：18.9％；

pH：9.7；

粘度：25.5mPas.s；

密度：1.066kg/l

木质素氧化实施例

实施例I

实施例IA–过氧化氢在氨水溶液中的木质素氧化：

在表IA 1.1和IA 1.2中提供根据实施例IA使用的成分量。

尽管硫酸盐木质素在相对较高的pH值下可溶于水，但已知在一定重量百分比下，溶液的粘度会急剧增加。通常认为，粘度增加的原因在于强氢键合和木质素中存在的大量芳环的π电子相互作用的联合效应。对于硫酸盐木质素，观察到水中粘度突然增加约21重量％至22重量％，并且在该实施例中使用了19重量％的硫酸盐木质素。

在pH调节步骤中，使用氨水溶液作为碱。根据总反应重量将量固定为4重量％。pH调节步骤后和氧化开始时的pH值为10.7。

表IA2示出了硫酸盐木质素氧化前后的CHNS元素分析结果。分析之前，样品在160℃下进行热处理以除去吸附的氨。分析表明，在氧化工艺过程中，一定量的氮成为氧化木质素结构的一部分。

在批量实验的试验中，确定在小的时间间隔内添加全部量的过氧化氢有利于氧化，而不是在长的时间段内少量添加过氧化物。在本实施例中使用基于总反应重量2.0重量％的H₂O₂。

氧化是一种放热反应，加入过氧化物后注意到温度升高。在该实施例中，在反应的三个小时内将温度保持在60℃。

氧化后，每克样品的木质素官能团量增加，如通过³¹P NMR和水滴定法测定的。以2-氯-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧磷杂环戊烷(TMDP)为磷酸化试剂并以胆固醇为内标，制备³¹P NMR的样品。对硫酸盐木质素氧化前后的核磁共振谱进行了分析，结果总结于表IA3中。2-氯-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-

通过水滴定并利用以下公式确定COOH基团的变化：

其中V_2s和V_1s是样品的终点体积，而V_2b和V_1b是空白对照的体积。在这种情况下，C_酸是0.1M HCI，m_s是样品的重量。氧化前后水滴定得到的值如表IA4所示。

也可以通过皂化值来量化平均COOH官能度，皂化值表示皂化1g木质素所需的KOH的毫克数。这种方法可以在AOCS Official Method Cd 3-25中找到。

用PSS PolarSil色谱柱(9:1(v/v)二甲基亚砜/水洗脱液，0.05M LiBr)和在280nm用紫外检测器在氧化前后测定平均分子量。COOH浓度和平均分子量的组合还使得能够计算每木质素大分子的平均羧酸基团含量，这些结果如表IA5所示。

实施例IB–通过过氧化氢将在氨中的木质素氧化规模扩大为中试规模

用过氧化氢氧化木质素是放热过程，即使在实验室规模中，添加过氧化物后也观察到温度显著升高。在扩大化学工艺规模时，这是自然要考虑的问题，因为产生的热量与三次方的尺寸(体积)有关，而冷却通常仅随着平方尺寸(面积)而增加。此外，由于粘接中间体的高粘度，工艺设备必须仔细选择或设计。因此，扩大规模是精心设计的，并分几个步骤进行。

第一个规模扩大步骤是使用不锈钢专业混合器辅以非常有效的机械混合，从1升(实验室规模)扩大到9升。扩大后的最终温度仅略高于实验室规模，这归因于反应器的高效空气冷却和过氧化氢的缓慢添加。

下一个规模扩大步骤是在具有高效水套和高效螺旋桨搅拌器的封闭式200L反应器中完成的。这次规模为180L，分两步加入过氧化氢，分离约30分钟。这次扩大规模相对顺利，尽管相当多的泡沫是一个问题，部分原因是高度反应器填充。为了控制发泡，在泡沫上喷洒少量食品级消泡剂。最重要的是，使用外部水冷却获得温度可控和低于70℃的最终温度。

中试规模反应在具有水冷夹套和双叶螺旋桨搅拌的800L反应器中进行。将干物质含量为67重量％的158kg木质素(UPM LignoBoost TM BioPiva 100)粉碎并悬浮在224kg水中并搅拌以形成均匀的悬浮液。继续搅拌，将103kg的25％氨水泵入反应器中，再搅拌2小时至形成深色粘稠的木质素溶液。

在20℃至25℃下15分钟内向搅拌好的木质素溶液中加入140kg7.5重量％的过氧化氢。在向冷却夹套中添加过氧化氢和冷却水期间和之后，仔细监测温度和泡沫水平，以保持可接受的泡沫水平和每分钟低于4℃的升温以及低于70℃的最终温度。升温停止后，关闭冷却，将制品混合物再搅拌2小时，然后转移到运输容器中。

根据规模扩大运行，可以得出结论，即使反应是放热的，实际上通过从室温到约60℃的水热容平衡掉了大部分反应热量，只有最后一部分必须通过冷却去除。应该注意的是，由于这一点，并且由于反应时间短，该工艺非常适合使用连续反应器(如在线混合器、管式反应器或CSTR型反应器)进行规模扩大和工艺强化。这将确保良好的温度控制和更明确的反应过程。

规模扩大批次的试验表明，生产的氧化木质素具有与实验室生产的批次一致的性能。

表IA 1.1

以所提供的形式使用的物料量：

表IA 1.2

活性材料用量：

表IA 2

氧化前后硫酸盐木质素的元素分析：

表IA 3

通过³¹P-NMR获得氧化前后的硫酸盐木质素官能团分配：

表IΑ4

通过水滴定法测定的COOH基团含量(mmol/g)：

表IA5

表IA5.通过尺寸排阻色谱法确定的数均摩尔质量(Mn)和重均摩尔质量(Mw)，以g/mol表示，以及氧化前后每个木质素大分子的平均羧酸基团含量。

实施例II

在下面的实施例中，制备了若干种氧化木质素。

确定了氧化木质素的以下性质：

组分固体含量：

给定氧化木质素溶液中每种组分的含量基于组分的无水质量或如下所述。

硫酸盐木质素由UPM作为BioPiva100^TM以干粉供应。由Sigma-Aldrich提供NH₄OH25％，并以供应形式使用。H₂O₂，30％(Cas no 7722-84-1)由Sigma-Aldrich提供，并以供应形式或用水稀释使用。PEG 200由Sigma-Aldrich提供，为了简单起见，假定为无水并原样使用。PVA(Mw 89.000-98.000、Mw 85.000-124.000、Mw 130.000、Mw 146.000-186.000)(Casno 9002-89-5)由Sigma-Aldrich提供，为简单起见，假定为无水并原样使用。由Sigma-Aldrich提供尿素(Cas no 57-13-6)，并以供应形式或用水稀释使用。由Sigma-Aldrich提供甘油(Cas no 56-81-5)，为简单起见，假定为无水并原样使用。

氧化木质素固体

加热至200℃达1小时后氧化木质素的含量称为“干固体物质”，并且表示为加热后剩余重量的百分比。

将盘状岩棉样品(直径：5cm；高度1cm)从岩棉中切出，并在580℃下热处理至少30分钟以除去所有有机物。通过将黏合剂混合物的样品(约2g)分配到锡箔容器中的热处理岩棉盘上来测量黏合剂混合物的固体。在加入黏合剂混合物之前和之后直接称量装有岩棉盘的锡箔容器的重量。在锡箔容器中生产两种这样的黏合剂混合物装载岩棉盘，然后在200℃下加热它们1小时。冷却并在室温下储存10分钟后，称量样品并作为两个结果的平均值计算干固体物质。

COOH基团含量

COOH基团含量的变化也是通过水滴定和利用以下公式确定的：

其中V_2s和V_1s是样品的终点体积，而V_2b和V_1b是空白对照样品的体积。在这种情况下，C_酸是0.1M HCI，m_s,g是样品的重量。

生产氧化木质素的方法：

1)搅拌过程中将水和木质素在室温(20℃至25℃)的水浴中在连接有冷凝器和温度记录装置的3颈玻璃底烧瓶中混合。搅拌1小时。

2)在搅拌过程中分1份加入氨。

3)如果与氨的微放热反应没有升高温度，则加热将温度升高到35℃。

4)测量pH值。

5)加入增塑剂PEG200，搅拌10分钟。

6)木质素完全溶解约1小时后，缓慢加入1份30％的H₂O₂。

7)加入H₂O₂的放热反应提高了玻璃底烧瓶中的温度，如果反应温度低于60℃，则将温度升高至60℃，样品在60℃放置1小时。

8)然后将圆底烧瓶从水浴中取出并冷却至室温。

9)取出样品测定干固体物质、COOH、粘度、密度和pH值。

氧化木质素组合物

在下文中，氧化木质素实施例的条目号对应于表II中使用的条目号。

实施例IIA

将71.0g木质素UPM Biopiva 100在20℃下溶解在149.0g水中，加入13.3g 25％NH₄OH并通过磁力搅拌器搅拌1小时，其中之后在搅拌过程中缓慢加入16.8g H₂O₂ 30％。在水浴中将温度升高到60℃。氧化1小时后，冷却水浴，从而停止反应。对所得材料进行COOH、干固体物质、pH、粘度和密度分析。

实施例IIE

将71.0g木质素UPM Biopiva 100在20℃下溶解在88.8g水中，加入13.3g 25％NH₄OH，并通过磁力搅拌器搅拌1小时。加入22.8g的PEG 200并搅拌10分钟，其中之后在搅拌过程中缓慢加入16.7g H₂O₂30％。在水浴中将温度升高至60℃。氧化1小时后，冷却水浴，从而停止反应。对所得材料进行COOH、干固体物质、pH、粘度和密度分析。

实施例IIC

71.0g木质素UPM Biopiva 100在20℃下溶解在57.1g水中，加入13.3g 25％NH₄OH，并通过机械搅拌器搅拌1小时，其中之后在搅拌过程中缓慢加入16.6g H₂O₂ 30％。在水浴中将温度升高至60℃。氧化1小时后，冷却水浴，从而停止反应。对所得材料进行COOH、干固体物质、pH、粘度和密度分析。

实施例II F

71.0g木质素UPM Biopiva 100在20℃下溶于57.1水中，加入13.3g 25％NH₄OH，并通过机械搅拌器搅拌1小时。加入19.0g PEG 200并搅拌10分钟，其中之后在搅拌过程中缓慢加入16.6g H₂O₂ 30％。在水浴中将温度升高至60℃。氧化1小时后，冷却水浴，从而停止反应。对所得材料进行COOH、干固体物质、pH、粘度和密度分析。

表IIA

实施例III：

8.5L热水(50℃)和1.9L NH₄OH(24.7％)混合，其中之后在高搅拌(660rpm，44Hz)下10分钟内缓慢加入9.0kg木质素(UPM biopiva 100)。

温度因高剪切力而升高。30分钟后，加入4L热水，再搅拌物料15分钟后加入剩余部分热水(5L)。取出样品，通过使用Hegman量规和pH测量来分析未溶解的木质素。

然后将该预混料转移到转子-定子装置和反应装置中，其中通过使用H₂O₂(17.5体积％)进行氧化。在这种情况下使用的反应装置至少部分具有反应管和反应容器。预混料的给料量为150L/h，H₂O₂的给料量为18L/h。

在本实施例中，采用Cavitron CD1000转子-定子装置进行混合/氧化步骤。转子-定子装置以250Hz(55m/s圆周速度)运行，反压为2bar。在反应管中的停留时间为3.2分钟，在反应容器中的停留时间为2小时。

预混料温度为62℃，氧化步骤将温度升高到70℃。

分析最终制品的COOH基团含量、干固体物质、pH、粘度和剩余H₂O₂。

表III：

实施例	干固体物质,200C,1小时,％	COOH,mmol/g固体	pH	粘度
					III	22,3	1,13	9.6	介质

实施例IV：

将484L热水(70℃)和47.0L NH₄OH(24.7％)混合，其中之后在高搅拌下15分钟内缓慢加入224.0kg木质素(UPM biopiva 100)。取出样品，通过使用Hegman量规和pH测量来分析未溶解的木质素。

然后将该预混料转移到静态混合器和混合器/热交换器中，其中通过使用H₂O₂(35体积％)进行氧化。预混料的给料量为600L/h，H₂O₂的给料量为17.2L/h。在混合器/热交换器中的停留时间为20分钟。

在氧化步骤过程中，混合物的温度升高至高达95℃。

分析最终制品的COOH基团含量、干固体物质、pH、粘度和剩余的H₂O₂。

基于该AOL制备黏合剂：将49.3g AOL(19.0％固体)、0.8g primid XL552(100％固体)和2.4g PEG200(100％固体)与0.8g水混合，产生19％的固体；然后用于棒材试验中的机械性能试验。

棒材试验

在棒材试验中测试黏合剂的机械强度。对于每种黏合剂，用黏合剂和来自岩棉纺纱生产的岩棉丸的混合物制造16根棒材。

将包括15％干固体物质的该黏合剂溶液样品(16.0g)与丸(80.0g)充分混合。然后将所得混合物填充到四个以耐热硅胶形式提供的槽中，用于制作小棒(每个形状4×5个槽；槽顶部尺寸：长度＝5.6cm，宽度＝2.5cm；槽底部尺寸：长度＝5.3cm，宽度＝2.2cm；槽高＝1.1cm)。然后将放置在槽中的混合物用适当大小的扁平金属棒压制，以产生均匀的棒材表面。每个黏合剂的16根棒材都是以这种方式制成的。然后将所得的棒材在200℃下固化。固化时间为1小时。冷却至室温后，小心地将棒材从容器中取出。其中5根棒材在80℃水浴中老化3小时。

干燥1至2天后，老化棒材和5根未老化棒材在3点弯曲试验中断裂(试验速度：10.0mm/min；破裂程度：50％；标称强度：30N/mm²；支撑距离：40mm；最大挠度20mm；标称电子模块体10000N/mm²)在Bent Tram机上研究其机械强度。在机器中放置棒材时，“顶面”(即尺寸长度＝5.6cm，宽度＝2.5cm的面)朝上。

Claims

1.一种排水方法，其包括以下步骤：

-提供一种排水装置，其中所述排水装置包括与固化的水性黏合剂组合物黏合的人造玻璃质纤维(MMVF)；

-使所述排水装置位于与地面接触的位置，其中所述排水装置吸收水并将水释放到接收处；

其中固化前的水性黏合剂组合物包括：

-组分(i)，其为一种或一种以上氧化木质素的形式；

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式；

-组分(iii)，其为一种或一种以上增塑剂的形式。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述组分(i)为一种或一种以上氨氧化木质素(AOL)的形式。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述组分(ii)包括一种或一种以上选自β-羟基烷基酰胺交联剂和/或噁唑啉交联剂的交联剂。

4.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述组分(ii)包括：

-一种或一种以上交联剂，其选自聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、脂肪胺；和/或

-一种或一种以上交联剂，其为脂肪酰胺的形式；和/或

-一种或一种以上交联剂，其选自二甲氧基乙醛、乙醇醛、乙醛酸；和/或

-一种或一种以上交联剂，其选自聚酯多元醇如聚己内酯；和/或

-一种或一种以上交联剂，其选自淀粉、改性淀粉、CMC；和/或

-一种或一种以上交联剂，其为脂肪族多官能碳二亚胺的形式；和/或

-一种或一种以上交联剂，其选自三聚氰胺类交联剂，如六(甲基甲氧基)三聚氰胺(HMMM)类交联剂。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，基于组分(i)的干重，包括的组分(ii)的量为1重量％至40重量％，如4重量％至20重量％，如6重量％至12重量％。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中组分(iii)包括一种或一种以上增塑剂，其选自聚乙二醇、聚乙二醇醚、聚醚、氢化糖、邻苯二甲酸酯和/或酸，如己二酸、香草酸、乳酸和/或阿魏酸、丙烯酸类聚合物、聚乙烯醇、聚氨酯分散体、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、内酯、内酰胺、丙交酯、具有游离羧基的丙烯酸类聚合物和/或具有游离羧基的聚氨酯分散体。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中组分(iii)包括：

-一种或一种以上增塑剂，其选自脂肪醇、单羟基醇如戊醇、硬脂醇；和/或

-一种或一种以上增塑剂，其选自烷氧基化物如乙氧基化物、丁醇乙氧基化物如丁氧基三甘醇；和/或

-一种或一种以上增塑剂，其为丙二醇的形式；和/或

-一种或一种以上增塑剂，其为乙二醇酯的形式；和/或

-一种或一种以上增塑剂，其选自己二酸酯、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

-一种或一种以上增塑剂，其选自酚衍生物如烷基或芳基取代的酚；和/或

-一种或一种以上增塑剂，其选自硅烷醇、硅氧烷；和/或

-一种或一种以上增塑剂，其选自硫酸盐如烷基硫酸盐、磺酸盐如烷基芳基磺酸盐如烷基和/或

-磺酸盐、磷酸盐如三聚磷酸盐；和/或

-一种或一种以上增塑剂，其为羟基酸的形式；和/或

-一种或一种以上增塑剂，其选自单体酰胺，如乙酰胺、苯甲酰胺、脂肪酸酰胺如妥尔油酰胺；和/或

-一种或一种以上增塑剂，其选自季铵化合物如三甲基甘氨酸、二硬脂基二甲基氯化铵；和/或

-一种或一种以上增塑剂，其选自植物油如蓖麻油、棕榈油、亚麻籽油、妥尔油、大豆油；和/或

-一种或一种以上增塑剂，其选自氢化油、乙酰化油；和/或

-一种或一种以上增塑剂，其选自酸性甲酯；和/或

-一种或一种以上增塑剂，其选自烷基多糖苷、葡糖酰胺、氨基葡糖酰胺、蔗糖酯、脱水山梨糖醇酯；和/或

-一种或一种以上增塑剂，其选自聚乙二醇、聚乙二醇醚。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中基于组分(i)的干重，所述组分(iii)的含量为0.5重量％至50重量％，优选2.5重量％至25重量％，更优选3重量％至15重量％。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水性黏合剂组合物包括：另外的组分(iv)，该组分(iv)为一种或一种以上偶联剂的形式，如有机官能硅烷。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水性黏合剂组合物包括：组分(v)，该组分(v)为选自氨、胺或它们的任意盐中的一种或一种以上组分的形式。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水性黏合剂组合物包括：另外的组分，该组分为尿素的形式，特别地，基于组分(i)的干重，其量为5重量％至40重量％，如10重量％至30重量％，如15重量％至25重量％。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述黏合剂组合物基本上由以下组分组成：

-组分(i)，其为一种或一种以上氧化木质素的形式；

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式；

-组分(iii)，其为一种或一种以上增塑剂的形式。

-任选的组分，其为选自氨、胺或它们的任意盐中的一种或一种以上化合物的形式；

-任选的组分，其为尿素的形式；

-任选的烃油；

-任选的一种或一种以上表面活性剂；

-水。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述排水装置包括具有第一开口端和第二开口端的第一导管，其中第一开口端与所述排水装置保持流体连通，优选其中第一导管将水输送到所述排水装置中。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述排水装置包括具有第一开口端和第二开口端的第二导管，其中第一开口端与所述排水装置保持流体连通，优选其中所述第二导管将空气从所述排水装置中排出。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述排水装置包括从所述排水装置的第一端延伸至所述排水装置的第二端的通道，其中所述第一端和所述第二端相对，优选其中所述通道的第一端与来自所述第一导管和/或所述第二导管的水保持流体连通。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述排水装置从地下水、排水沟和/或来自建筑物或街道的排水系统中吸收水。

17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述接收处选自下列：地面、水库、水箱、排水管、导管、通道、集水点、排水沟或下水道。

18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述排水装置包括具有几何纤维直径为1.5微米至10微米、优选2微米至8微米、更优选2微米至5微米的MMVF。

19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述排水装置的容积在10升至300升的范围内，优选在100升至250升的范围内，更优选在150升至200升的范围内。

20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述排水装置不包含任何润湿剂。

21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述排水装置与水的接触角小于90°和/或导水率为5米/天至300米/天，优选50米/天至200米/天。

22.一种排水装置，其包括与固化的水性黏合剂组合物黏合的人造玻璃质纤维(MMVF)，其中固化前的所述水性黏合剂组合物包括：

-组分(i)，其为一种或一种以上氧化木质素的形式；

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式；

-组分(iii)，其为一种或一种以上增塑剂的形式。

23.根据权利要求22所述的排水装置，还包括权利要求2至21中任一项所述的任何特征。

24.两个或两个以上排水装置的阵列，其中该排水装置包括与固化的水性黏合剂组合物黏合的人造玻璃质纤维(MMVF)，其中固化前的所述水性黏合剂组合物包括：

-组分(i)，其为一种或一种以上氧化木质素的形式；

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式；

-组分(iii)，其为一种或一种以上增塑剂的形式。

25.根据权利要求24所述的阵列，其中一个或一个以上排水装置包括权利要求2至21中任一项所述的任何特征。

26.一种排水装置的制造方法，包括以下步骤：

(i)提供人造玻璃质纤维；

(ii)用水性黏合剂组合物喷洒人造玻璃质纤维；

(iii)收集和固结所述人造玻璃质纤维，固化所述水性黏合剂组合物以形成排水装置；

其中固化前的水性黏合剂组合物包括：

-组分(i)，其为一种或一种以上氧化木质素的形式；

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式；

-组分(iii)，其为一种或一种以上增塑剂的形式。