CN116670100A

CN116670100A - 屋顶系统

Info

Publication number: CN116670100A
Application number: CN202180088683.9A
Authority: CN
Inventors: 多特·巴特尼克·约翰松; 米罗斯拉夫·尼科利茨; 夏洛特·林德
Original assignee: Rockwell Co ltd
Current assignee: Rockwell Co ltd
Priority date: 2020-12-30
Filing date: 2021-10-01
Publication date: 2023-08-29
Also published as: CA3201822A1; EP4271691A1; MX2023007678A; WO2022144111A1; CN116670098A; BR112023012990A2; CN116648440A; CN116685566A; WO2022144113A1; JP2024506785A; WO2022144109A1; EP4271692A1; CA3203866A1; WO2022144104A1; WO2022144103A1; EP4271687A1; MX2023007762A; CA3203868A1; CN116710419A; WO2022144106A1

Abstract

本发明涉及一种包括水衰减层的平屋顶结构，所述水衰减层包括至少一个水衰减层，所述至少一个水衰减层包括由用固化的粘结剂组合物粘结的人造玻璃质纤维形成的至少一个水衰减构件。平屋顶结构还包括在水衰减层下方的减水层(water reducing layer)，以及至少一个排水点，所述排水点与水衰减层流体连通的排水点，并且设置为将水从平屋顶结构导向地面。粘结剂是不含苯酚和甲醛的水性组合物，包含：组分(i)，其为一种或一种以上木质素磺酸盐类木质素的形式，其基于所述木质素磺酸盐类木质素的干重具有0.03mmol/g至2.0mmol/g的羧酸基团含量；组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式。

Description

屋顶系统

技术领域

本发明涉及通常被称为“蓝色屋顶”的类型的屋顶系统(roof systems)，其包括由用固化的粘结剂组合物粘结的人造玻璃质纤维(MMVF)基质形成的水衰减层(waterattenuation layer)。

背景技术

在有大量建筑和人行道的城市地区，洪涝风险很高。当大雨时，大量的水会在短时间内到达建筑物，并从建筑物到达地面。污水管往往无法在如此短的时间内处理极大量的水，从而导致洪涝。然而，蓝色屋顶的使用为在平屋顶上储存或缓冲水提供了相应途径，从而减少进入污水管、水道和河流系统的水。

已知能够提供这样的蓝色屋顶结构，其为设计成允许在大雨和暴风雨事件期间减少降雨的平屋顶。蓝色屋顶将以可管控的速度向拥有蓝色屋顶的建筑周围的污水管、水道和河流系统排水。National Federation of Roofing Contractors Limited(NFRC)在其关于蓝色屋顶施工和设计的NFCR技术指南说明中对蓝色屋顶进行了说明。

蓝色屋顶包括水衰减层，该水衰减层由吸收并保持进入的雨水并随后以受控速度排放而将其释放的材料形成。典型地，水衰减层由如聚丙烯制成的蜂窝型水滞留构件形成。一个例子是Nophadrain ND WSE-70。

WO2020/018599A2描述了一种绿色屋顶结构，其也可以具有蓝色屋顶功能。绿色屋顶是指能够支持植物生长的平屋顶。该结构包括负载层和滞留层，负载层可以是植物生长层，滞留层被构造为滞留雨水。其中提到矿棉作为屋顶层的可能组分。

通常还已知使用矿棉层作为绿色屋顶的一部分，以在植物生长基材层下提供储水器。

WO2020/058384描述了一种蓝色屋顶，包括可以选择由矿棉形成的储水部件。

蓝色屋顶的另一个例子是ACO提供的SpongeTop系统。在该系统中，由亲水抗压岩棉板的板材形成衰减层。亲水岩棉板可以容纳和缓冲水，并通过蒸发或控制从屋顶的排放来释放水。

粘结MMVF(如岩棉)产品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。纤维被吹入成型室，在空运中且仍然热的时候，用粘结剂溶液喷洒，并作为垫或幅材沉积在移动的传送带上。然后将纤维垫转移到固化炉中，在那里加热的空气吹过所述垫以固化粘结剂并将矿物纤维牢固地粘结在一起。

在过去，所选择的粘结剂树脂是酚醛树脂，其可以经济地生产，并且可以在用作粘结剂之前用脲延展。然而，旨在降低或消除甲醛排放的现有和拟议立法使得不含甲醛的粘结剂得到发展，例如基于聚羧基聚合物和多元醇或多胺的粘结剂组合物，如EP-A-583086、EP-A-990727、EP-A-1741726、US-A-5,318,990和US-A-2007/0173588中公开的那些。

另一组非酚醛粘结剂是脂肪族和/或芳香族酸酐与烷醇胺的加成/消除反应产物，例如，如WO 99/36368、WO 01/05725、WO 01/96460、WO 02/06178、WO 2004/007615和WO2006/061249中公开的那些。这些粘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粘结性能。

WO 2008/023032公开了该类型的脲改性粘结剂，其提供了具有减少的吸湿性的矿棉产品。

由于用于生产这些粘结剂的一些起始材料是相当昂贵的化学品，因此目前需要提供能够经济生产的、不含甲醛的粘结剂。

与先前已知的矿物纤维水性粘结剂组合物相关的进一步影响是，至少用于生产这些粘结剂的大多数起始材料来自化石燃料。消费者渐趋更喜欢完全或至少部分由可再生材料生产的产品，因此需要提供至少部分由可再生材料生产的矿棉用粘结剂。

与先前已知的矿物纤维用水性粘结剂组合物相关的另一个影响是，它们包括腐蚀性和/或有害性成分。这需要对参与生产矿棉产品的机械采取保护措施以防止腐蚀，并且还需要对操作该机械的人员采取安全措施。这导致成本和健康问题增加，因此需要提供具有降低的腐蚀性和/或有害性物质含量的矿物纤维用粘结剂组合物。

同时，已经提供了许多用于矿物纤维的粘结剂，这些粘结剂在很大程度上基于可再生的起始材料。在许多情况下，这些在很大程度上基于可再生资源的粘结剂也是不含甲醛的。

然而，这些粘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。

之前已提出了用于除蓝色屋顶以外的吸水装置的不含甲醛的粘结剂。然而，与用酚醛树脂制备的MMVF产品相比，用这些粘结剂制备的MMVF产品在较低的机械性能方面仍然存在一些缺点。此外，这种粘结剂通常由昂贵的原材料制成。

此外，希望改善蓝色屋顶的水衰减层的保水性能，例如，排水到水衰减层中、缓冲和渗透/排放。

此外，已知的用于吸水、但用于除蓝色屋顶以外的应用的MMVF产品可以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产品中冲蚀掉。这尤其成问题，因为润湿剂可能会浸出并污染周围的地面。此外，随着润湿剂被冲蚀掉，装置的保水性能显著改变。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构件所需的成分数量。

因此，希望制造这样一种包括MMVF水衰减构件(water attenuation element)的蓝色屋顶，其包括不含甲醛但具有与苯酚-甲醛粘结剂、和/或相对于其他不含甲醛的粘结剂相同或更优的机械处理性能(如压缩强度、湿强度和脱层强度)的粘结剂。希望这种构件具有改进的保水性能(如改进的排水、水缓冲和渗透)。此外，希望这种粘结剂能够经济地生产，并且主要基于可再生资源。最后，希望这种粘结剂使得所述构件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

根据本发明，我们提供了一种平屋顶结构，包括：

至少一个水衰减层，所述水衰减层包括用水性粘结剂组合物的固化而得到的粘结剂粘结的人造玻璃质纤维(MMVF)形成的至少一个水衰减构件，其中所述水性粘结剂组合物不含苯酚和甲醛，所述水性粘结剂组合物包含：

-组分(i)，其为一种或一种以上木质素磺酸盐类木质素的形式，其基于所述木质素磺酸盐类木质素的干重具有0.03mmol/g至2.0mmol/g的羧酸基团含量，

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式；

防水层，所述防水层位于所述水衰减层下方；

以及至少一个排水点(drainage point)，所述排水点与所述水衰减层流体连通并且被设置为引导水离开所述平屋顶结构。

因此，根据本发明，可以将强降雨(甚至暴雨)的雨水保持在平屋顶结构的水衰减层内。这意味着雨水不会立即从屋顶流到污水管和水道系统，而是延迟流出。

形成水衰减层的材料是MMVF，其用所限定的固化水性粘结剂组合物粘结。MMVF结构具有在相当长的一段时间内吸水并保水的能力。然而，它也有能力在一定延迟的情况下释放水，这由所谓的排水率限定。

已经发现可以制造一种不含甲醛的粘结剂，该不含甲醛的粘结剂可得到具有与用苯酚-甲醛粘结剂粘结的粘结MMVF产品等同的机械处理性能(如，作为初始强度但也作为老化强度的压缩强度、湿强度和脱层强度)的粘结MMVF产品，并且与其它不含甲醛的粘结剂相比可以得到改进。我们还制造了这样一种粘结剂，其可得到具有改进的保水性能(如排水、缓冲、渗透/排放)的粘结MMVF产品，这对于水处理是非常有益的。这种粘结剂是经济的并且主要基于可再生资源。最后，这种粘结剂意味着不需要向衰减装置中添加润湿剂，从而防止润湿剂浸出到周围的地面中，并同时具有环境和成本优势。

附图说明

图1示出了木质素磺酸盐的模型结构。

图2显示了引入本发明的水衰减层的典型保暖屋顶结构。

具体实施方式

优选地，平屋顶结构具有上述NFRC指南中描述的技术特征。它优选在最大设计降雨事件结束后的24小时内减少水。排水率应优选地计算为允许屋顶在12小时的时间内排空一半减少的水。优选总排水率可以在具有平屋顶的建筑物周围的每公顷场地每秒3至15升的范围内、优选每秒5至8升。

平屋顶结构的构件必须具有正确的结构承载力，以耐受所需饰面的永久(静)荷载和维护/应急车辆或其他构件得到的任何临时(动)荷载。部件的设计应能容纳24小时内预测的雨水的全部容量。

根据本发明的平屋顶结构包括水衰减构件。优选地，其由水衰减构件的阵列形成，所述水衰减构件设置成彼此流体连通以形成连续层。下面给出了水衰减构件的优选方面的细节。

在水衰减层的下面设置防水层。防水层可以由用于在平屋顶中提供防水层的任何已知材料形成。

取决于所使用的结构，平屋顶结构可以包括在水衰减层上方、和/或在水衰减层和防水层之间、和/或者在防水层下方的其他层。

优选地，所述结构包括在水衰减层下方的排水层(discharge layer)。这通常与水衰减层流体连通，并且具有从衰减层去除水并将其引导到排水点的功能。

优选地，平屋顶结构是保暖屋顶结构，其中主要的保温材料被放置在屋顶覆盖物(即防水膜层)的正下方，使得结构层面(structural deck)和支撑件处于接近建筑物内部的温度。这是基于用于保暖屋顶的常规结构，并且从上到下包括：表层/景观层；任选地，基底层；水衰减层；任选地，排水层；防水膜层；绝热层；任选地，蒸汽控制层；然后是在其上建造平屋顶的基础结构基底。

图2显示了保暖屋顶结构的实例中各层的透视图。这包括由用于植物生长的表土层形成的表层/景观层1；由MMVF形成的基底层2，用于保持用于植物生长的水；水衰减层3；防水膜层4；由MMVF形成的绝热层5；蒸汽控制层6；然后是在其上建造平屋顶的基础结构基底7。

可以提供其他类型的平屋顶结构，例如倒置式屋面结构。这是保暖屋顶的变化形式，其中主要保温材料放置在屋顶覆盖物上方，使得屋顶覆盖物、结构层面和结构支撑件的温度接近建筑物内部的温度。这是基于倒置式屋面的传统结构，从上到下包括：表层/景观层；任选地，基底层；水衰减层；水流减少层/排水层；倒置绝热层；防水膜层；然后是在其上建造平屋顶的基础结构基底。

平屋顶结构具有至少一个排水点，该排水点与水衰减层流体连通。连接可以是直接的或间接的，例如通过排水层。接收并保持在水衰减层中的水因此可以行进到该排水点或各个排水点。排水点通常与排水沟系统相连，以便将水从平屋顶结构中带走。通常，它被向下输送到地面，并进入污水管和水道。排水点处的排水管可以是任何已知的用于蓝色屋顶的排水管结构，例如在上述NFRC指南、WO2020/018599或WO2020/058384中描述的。

优选地，平屋顶结构包括在水衰减层下方的排水层。这提供了优选多向的自由流动路径，将水引导至排水点。排水层也可以被称为水流减少层。如已知的现有技术的蓝色屋顶，它可以由用于这种层的任何已知材料制成，例如，回收的高抗冲聚苯乙烯(HIPS)片材与潜在范围的不同土工织物和膜(例如聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE))的组合并被后者覆盖。例子有Nophadrain ND 100/120或ND 800及其他。

排水层还可以包括由用固化的粘结剂组合物粘结的人造玻璃质纤维(MMVF)基质形成的层。层的厚度可以例如在10mm至50mm的范围内、优选地在15mm至30mm的范围内。

排水层可以包括两个或两个以上的亚层，例如如上所述一层MMVF和一层更常规的材料。

在一个实施方案中，水衰减构件在其底部包括集成的排水区，该排水区由构件底面上的十字槽形成，例如2x 2cm的槽。通过这种方式，可以促进水流到达屋顶上的排水点。从而，水衰减层和排水层由单一类型的构件形成。

形成排水层的下部可以具有比形成水衰减层的上部更高的密度，从而提供额外的压缩强度。这在存在槽的情况下尤其有价值，因为这可以补偿由槽引起的压缩强度的任何损失。

本发明的平屋顶结构是蓝色屋顶，因为其具有吸收和保持水并随后从水衰减层释放/排放水的能力。此外，其可具有绿色屋顶的特征。因此，其也可以在水衰减层上方提供有一个或一个以上的层，包括其中可以生长植物的生长基材层和任选的用于为植物生长保留水分的保水层。

绿色屋顶结构也是已知的，并且已经针对这种结构描述的任何生长基材都可以用作本发明中的生长基材层。优选的例子是MMVF生长基材。

这样的生长基材层由用粘结剂粘结的MMVF的基质形成。粘结剂可以是已知用于MMVF生长基材的任何类型。优选地，它与水衰减层中所需的基本粘结剂类型相同。

由MMVF形成的生长基材层的密度优选在40kg/m³至80kg/m³的范围内、优选在50kg/m³至70kg/m³的范围内。用于生长基材层的MMVF优选是亲水性的，并且可以包含润湿剂。然而，优选地，其不包含润湿剂。

水衰减构件是亲水性的，也就是说，它吸引水。亲水性具有其在本领域的通常含义

水衰减构件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衰减构件的亲水性。优选地，衰减构件的导水率为5米/天至300米/天，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衰减构件可以吸收多余的水，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200x200x200 mm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，衰减构件的下沉时间可能为几秒钟，例如小于15秒、优选小于10秒。

优选地，水衰减构件包括占该水衰减构件的总固体含量重量的至少90重量％的人造玻璃质纤维。在水衰减构件中存在这样数量的纤维的优点是，在纤维之间形成足够的孔以允许装置容纳大量的水。剩余的固体含量可以主要由粘结剂组成。

为了保持亲水性，水衰减构件通常基本上不含油。

水衰减构件优选为粘附MMVF基质的形式，即粘附块。也就是说，水衰减构件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。

根据本发明的水衰减构件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。

水衰减构件可包括非离子润湿剂如

水衰减构件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水衰减构件中冲蚀掉。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装置中冲蚀掉。

水衰减构件可包含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，已经发现润湿剂对于本发明的水衰减构件不是必需的。据认为这是由于粘结剂组合物的性质决定的。因此，优选水衰减构件不包含任何润湿剂。这意味着水衰减构件优选不包含润湿剂，即包含0重量％的润湿剂。

这有几个优点。首先，它减少了构件中的添加剂的数量，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，润湿剂可以从水衰减构件中洗出。这是有问题的，因为润湿剂可能会污染周围的地面。当润湿剂被冲蚀掉时，也改变了水衰减构件的性质，通常会改变至水衰减层的排水、缓冲、和排放/渗透，因此难以预测水衰减构件的行为。避免使用润湿剂可以避免这些问题。

包含MMVF的水衰减构件的密度优选在70kg/m³至200kg/m³的范围内、优选100kg/m³至180kg/m³、并且特别是在120kg/m³至150kg/m³的范围内。这种密度的优点是水衰减构件具有相对较高的压缩强度。任选地，将力分配板置于水衰减构件的顶部，以便分配施加到水衰减构件上的力。优选由于水衰减构件的密度而不需要这种力分配板。

包含MMVF的水衰减构件的体积优选在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，优选在一个阵列中使用多个构件。

包括MMVF的水衰减构件的厚度优选地大于50mm，更优选为至少55mm。它可以是至少100mm，优选地至多500mm。特别地，它可以是至多200mm，例如至多150mm。

这些构件通常是长方体，具有由垂直的副面连接的两个平行的主面。它们可以排列成主面邻接或副面邻接的阵列。它们可以被设置为以水平阵列邻接。此外，它们可以被设置成两层或更多层。

绝大多数水衰减构件用于缓冲输送到水衰减构件的水量。水衰减构件的比例越大，给定横截面积的水衰减构件可以缓冲的水的体积就越大。

优选地，水衰减构件的保水能力为至少80体积％，优选为80体积％至99体积％，最优选为85体积％至95体积％。保水量越大，在给定体积下可以储存的水就越多。由于开孔结构和亲水性，水衰减构件具有高保水容量。

优选地，当水衰减构件放出水时由其保留的水量小于20体积％，优选小于10体积％，最优选小于5体积％。保留的水可以为2体积％至20体积％，例如5体积％至10体积％。水衰减构件保留的水量越低，水衰减构件吸收更多水的容量就越大。

优选地，水衰减构件的缓冲容量，即可保留的最大水量与当水衰减构件放出水时保留的水量之差是至少60体积％，优选至少70体积％，优选至少80体积％。缓冲容量可以是60体积％至90体积％，例如60体积％至85体积％。

水衰减构件的保水容量、保水量和缓冲容量可根据EN 13041：1999进行测定。

用粘结剂粘结的MMVF基质可以具有以下任何特征。

本发明中使用的人造玻璃质纤维(MMVF)可以是任何MMVF，例如玻璃纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维、矿渣棉、矿棉和石棉，它们通过所限定的固化粘结剂粘结在一起。粘结的MMVF(也称为矿物纤维)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，例如通过旋杯工艺或通过级联转子工艺。纤维被吹入成型室，在空气中且仍然热的时候，用粘结剂溶液喷洒，并作为垫或幅材随机沉积在移动的传送带上。然后将纤维垫转移到固化炉中，在固化炉加热的空气吹过所述垫以固化粘结剂并将矿物纤维牢固地粘结在一起。

本发明的衰减层包括与由不含苯酚和甲醛的水性粘结剂组合物的固化得到的粘结剂接触的MMVF，所述水性粘结剂组合物包含：

-组分(i)，其为一种或一种以上木质素磺酸盐类木质素的形式，其基于所述木质素磺酸盐类木质素的干重具有0.03mmol/g至2.0mmol/g的羧酸基团含量，如0.03mmol/g至1.4mmol/g，如0.075mmol/g至2.0mmol/g，如0.075mmol/g至1.4mmol/g，

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式。

特别地，所述粘结剂由不含苯酚和甲醛的水性粘结剂组合物的固化而产生，所述水性粘结剂组合物包含：

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式，

条件是所述水性粘结剂组合物不包含选自以下的交联剂：

·分子量M_W为500或更低的环氧化合物。

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式，

条件是所述水性粘结剂组合物不包含选自以下的交联剂：

·羰基化合物，其选自醛、式R—[C(O)R₁]_x的羰基化合物

其中：

R表示饱和或不饱和的直链、支链或环状烃基，包括一个或一个以上由5或6个碳原子组成的芳族核的基团，包括一个或一个以上含有4或5个碳原子和氧、氮或硫原子的芳族杂环的基团，R基团可以含有其他官能团，

R₁表示氢原子或C₁-C₁₀烷基，并且

x为1至10。

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式，

条件是所述水性粘结剂组合物不包含选自以下的交联剂：

·聚胺。

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式，

条件是所述水性粘结剂组合物不包含选自以下的交联剂：

·单糖和低聚糖。

在一个实施方案中，所述粘结剂由不含苯酚和甲醛的水性粘结剂组合物的固化而产生，所述水性粘结剂组合物包含：

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式，所述交联剂选自：

·β-羟基烷基酰胺交联剂，如N-(2-羟基异丙基)酰胺交联剂、如N-(2-羟乙基)酰胺交联剂、如N-(2-羟乙基)己二酰二胺交联剂，如N,N,N′,N′-四(2-羟乙基)己二酰二胺和/或

·由多官能有机胺如链烷醇胺、二胺如己二胺组成的组，和/或

·分子量大于500的环氧化合物，如基于脂肪酸甘油三酯的环氧化油，或一种或一种以上柔性低聚物或聚合物，如低Tg丙烯酸基聚合物，如低Tg乙烯基聚合物，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，和/或

·一种或一种以上多官能碳二亚胺形式的交联剂，如脂族多官能碳二亚胺，和/或

·Primid XL-552，

条件是所述水性粘结剂组合物不包含选自以下的交联剂：

·分子量M_W为500或更低的环氧化合物，

·羰基化合物，其选自醛、式R—[C(O)R₁]_x的羰基化合物，

其中：

R₁表示氢原子或C₁-C₁₀烷基，并且

x为1至10，

·聚胺。

任选地，所述水性粘结剂组合物还包含：

-组分(iii)，其为一种或一种以上增塑剂的形式。

-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(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，

条件是所述水性粘结剂组合物不包含选自以下的交联剂：

·分子量M_W为500或更低的环氧化合物。

-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，

条件是所述水性粘结剂组合物不包含选自以下的交联剂：

·羰基化合物，其选自醛、式R—[C(O)R₁]_x的羰基化合物，

其中：

R₁表示氢原子或C₁-C₁₀烷基，并且

x为1至10。

-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，

条件是所述水性粘结剂组合物不包含选自以下的交联剂：

·聚胺。

-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，

条件是所述水性粘结剂组合物不包含选自以下的交联剂：

·单糖和低聚糖。

·β-羟烷基酰胺交联剂；和/或

·分子量大于500的环氧化合物，如基于脂肪酸甘油三酯的环氧化油，或一种或一种以上柔性低聚物或聚合物，如低Tg丙烯酸基聚合物，如低Tg乙烯基聚合物，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；和/或

·一种或一种以上多官能碳二亚胺形式的交联剂，如脂族多官能碳二亚胺；和/或

·Primid XL-552；

-组分(iii)，其为一种或一种以上增塑剂的形式，

条件是所述水性粘结剂组合物不包含选自以下的交联剂：

·分子量M_W为500或更低的环氧化合物，

·羰基化合物，其选自醛、式R—[C(O)R₁]_x的羰基化合物，

其中：

R₁表示氢原子或C₁-C₁₀烷基，并且

x为1至10，

·聚胺。

在优选的实施方案中，粘结剂不含甲醛。

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

在一个优选的实施方案中，粘结剂不含苯酚。

就本申请而言，术语“不含苯酚”的定义方式是，基于干固体粘结剂含量为15重量％的水性组合物的总重量，水性粘结剂组合物含有的苯酚

的量≤0.25重量％，例如≤0.1重量％，例如≤0.05重量％。

在一个实施方案中，粘结剂组合物不含添加的甲醛。

在一个实施方案中，粘结剂组合物不含添加的苯酚。

为了本发明的目的，术语“单糖和低聚糖”被定义为包括：单糖和具有10个或更少糖单元的低聚糖。

为了本发明的目的，术语“糖”被定义为包括：单糖和具有10个或更少糖单元的低聚糖。

组分(i)

组分(i)，其为一种或一种以上木质素磺酸盐类木质素的形式，其基于所述木质素磺酸盐类木质素的干重具有0.03mmol/g至2.0mmol/g的羧酸基团含量，如0.03mmol/g至1.4mmol/g，如0.075mmol/g至2.0mmol/g，如0.075mmol/g至1.4mmol/g。

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％，全球生物质超过10亿吨。

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。木质素磺酸盐具有作为磺酸盐形式的高达8％的硫，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。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。

要生产基于木质素的增值产品，应首先将木质素与生物质分离，为此可采用多种方法。硫酸盐和亚硫酸盐制浆工艺以其从木材中有效分离木质素而闻名，因此在世界范围内得到了应用。利用NaOH和Na₂S将硫酸盐木质素从木材中分离出来。来自亚硫酸盐制浆过程的木质素被称为木质素磺酸盐，并且通过使用亚硫酸和/或以不同pH水平含有镁、钙、钠或铵的亚硫酸盐来生产。目前，在商业木质素的总市场中木质素磺酸盐占90 ％，全球木质素磺酸盐的年总产量约为180万吨。木质素磺酸盐通常具有丰富的磺酸基，因此硫的含量高于硫酸盐木质素。由于磺化基团的存在，木质素磺酸盐具有阴离子电荷和水溶性。木质素磺酸盐的分子量(M_W)可以类似于或大于硫酸盐木质素的分子量。由于其独特的性质，木质素磺酸盐具有广泛的用途，如动物饲料、杀虫剂、表面活性剂、石油钻探添加剂、胶体悬浮液中的稳定剂以及混凝土外加剂中的增塑剂。然而，大多数新的纸浆厂采用硫酸盐技术进行纸浆生产，因此，硫酸盐木质素更容易用于增值生产。

然而，木质素磺酸盐和硫酸盐木质素由于不同的分离工艺和由此得到的官能团的分布不同而具有不同的性质。木质素磺酸盐中磺酸基含量高，通常每四个C9单元中至少有一个磺酸基，使木质素磺酸盐在水中的所有pH水平下均带有强电荷。与其他工业木质素相比，这种丰富的电离官能团可以解释大部分差异。与硫酸盐木质素相比，更高的电荷密度可允许更容易的水溶性和更高的溶液固体含量。同样，由于同样的原因，在相同的固体含量下，木质素磺酸盐与硫酸盐木质素相比将具有更低的溶液粘度，这可以有助于处理和加工。木质素磺酸盐常用的模型结构如图1所示。

在一个实施方案中，基于木质素磺酸盐类木质素的干重，组分(i)的羧酸基团含量为0.05mmol/g至0.6mmol/g，如0.1mmol/g至0.4mmol/g。

在一个实施方案中，组分(i)为一种或一种以上木质素磺酸盐类木质素的形式，考虑到组分(ⅰ)的M_n重量平均值，所述木质素磺酸盐类木质素的平均羧酸基团含量为每个大分子小于1.8个基团，如小于1.4个基团、如小于1.1个基团、如小于0.7个基团、如小于0.4个基团。

在一个实施方案中，基于木质素磺酸盐类木质素的干重，组分(i)的酚类OH基团的含量为0.3mmol/g至2.5mmol/g，如0.5mmol/g至2.0mmol/g、如0.5mmol/g至1.5mmol/g。

在一个实施方案中，基于木质素磺酸盐类木质素的干重，组分(i)的脂族OH基团含量为1.0mmol/g至8.0mmol/g，如1.5mmol/g至6.0mmol/g、如2.0mmol/g至5.0mmol/g。

在一个实施方案中，组分(i)包括木质素磺酸铵和/或木质素磺酸钙和/或木素磺酸镁，以及它们的任意组合。

在一个实施方案中，组分(i)包括木质素磺酸铵和木质素磺酸钙，其中NH₄ ⁺与Ca²⁺的摩尔比在5:1至1:5的范围内、特别是在3:1至1:3的范围内。

为了本发明的目的，术语木质素磺酸盐包括磺化的硫酸盐木质素。

在一个实施方案中，组分(i)是磺化的硫酸盐木质素。

在一个实施方案中，基于木质素磺酸盐和糖的重量，所述水性粘结剂组合物包含添加糖的量为0重量％至5重量％，如小于5重量％、如0重量％至4.9重量％、如0.1重量％至4.9重量％。

在一个实施方案中，其中基于组分(i)和(ii)的总重，水性粘结剂组合物包含的组分(ⅰ)即木质素磺酸盐的量为50重量％至98重量％，如65重量％至98重量％、如80重量％至98重量％。

在一个实施方案中，其中基于组分(i)、(ii)和(iii)的干重，水性粘结剂组合物包含的组分(ⅰ)的量为50重量％至98重量％，如65重量％至98重量％、如80重量％至98重量％。

为了本发明的目的，通过使用³¹P NMR作为表征方法来测定木质素官能团的含量。

³¹P NMR的样品制备是以使用2-氯-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧磷杂环戊烷(TMDP)作为磷酸化试剂、并以胆固醇作为内标进行的。根据Granata和Argyropoulos的著作(J.Agric.Food Chem.43:1538–1544)整合。

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-羟烷基酰胺交联剂和/或噁唑啉交联剂的交联剂。

β-羟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-羟烷基酰胺交联剂通过酯化反应固化形成多个酯键。β-羟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，并且更优选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个或一个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US 6 818699 B2公开了这种方法。

在一个实施方案中，组分(ii)是一种或一种以上分子量大于500的环氧化合物，如基于脂肪酸甘油三酯的环氧化油，或一种或一种以上柔性低聚物或聚合物，如低Tg丙烯酸基聚合物，如低Tg乙烯基聚合物，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，如β-羟烷基酰胺基团。

在一个实施方案中，组分(ii)是一种或一种以上选自脂肪胺的交联剂。

在一个实施方案中，组分(ii)是一种或一种以上脂肪酰胺形式的交联剂。

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

在一个实施方案中，组分(ii)是一种或一种以上多官能碳二亚胺形式的交联剂，如脂族多官能碳二亚胺。

在一个实施方案中，组分(ii)是一种或一种以上氮丙啶形式的交联剂，如CX100、NeoAdd-Pax521/523。

在一个实施方案中，组分(ii)是一种或一种以上选自基于三聚氰胺的交联剂的交联剂，如基于六羟甲基三聚氰胺六甲醚(HMMM)的交联剂。

此类化合物的例子包括Picassian XL 701、702、725(Stahl Polymers)，如XL-29SE(Angus Chemical Company)，如CX300(DSM)，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)也可以是上述化合物的任何混合物。

在一个实施方案中，基于组分(i)的干重，粘结剂组合物包含的组分(ii)的量为1重量％至50重量％，如4重量％至20重量％，如6重量％至12重量％。

在一个实施方案中，组分(ii)为选自以下的一种或一种以上交联剂的形式：

oβ-羟烷基酰胺交联剂，如N-(2-羟基异丙基)酰胺交联剂、如N-(-2-羟乙基)酰胺交联剂、如N-(2-羟乙基)己二酰二胺交联剂，如N,N,N′,N′-四(2-羟乙基)己二酰二胺和/或

o由多官能有机胺如链烷醇胺、二胺如己二胺组成的组，和/或

o分子量大于500的环氧化合物，如基于脂肪酸甘油三酯的环氧化油，或一种或一种以上柔性低聚物或聚合物，如低Tg丙烯酸基聚合物，如低Tg乙烯基聚合物，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，和/或

o一种或一种以上多官能碳二亚胺形式的交联剂，如脂族多官能碳二亚胺。

在一个实施方案中，组分(ii)包括一种或一种以上交联剂，所述交联剂选自：

oβ-羟烷基酰胺交联剂，如N-(2-羟基异丙基)酰胺交联剂、如N-(-2-羟乙基)酰胺交联剂、如N-(2-羟乙基)己二酰二胺交联剂，如N,N,N′,N′-四(2-羟乙基)己二酰二胺。

在一个实施方案中，基于组分(i)的干重，所述粘结剂组合物包含的组分(ii)的量为2重量％至90重量％，如6重量％至60重量％，如10重量％至40重量％，如25重量％至40重量％。

粘结剂组合物的组分(iii)

任选地，粘结剂组合物可以包含组分(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)是一种或一种以上增塑剂，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选自聚乙二醇、聚乙二醇醚的增塑剂和/或一种或一种以上多元醇形式的增塑剂如1,1,1-三(羟甲基)丙烷和/或三乙醇胺。

本发明中使用的粘结剂组合物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结构中的粘结的水衰减层的机械性能，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粘结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380℃、更优选120℃至300℃、更优选140℃至250℃。

据认为在粘结剂组合物中的这些增塑剂的有效性与在固化过程中增加木质素的流动性作用有关。据认为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)包括一种或一种以上的聚乙二醇，其平均分子量为150g/mol至50000g/mol、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，如在固化制品中不希望的吸水性。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。

在一个实施方案中，组分(iii)选自聚乙二醇、聚乙二醇醚。

在一个实施方案中，组分(iii)选自三乙醇胺。

在一个实施方案中，组分(iii)为丙二醇、苯酚衍生物、硅烷醇、硅氧烷、羟基酸、植物油、聚乙二醇、聚乙二醇醚和/或一种或一种以上多元醇形式的增塑剂如1,1,1-三(羟甲基)丙烷、三乙醇胺或其任意混合物。

已经意想不到地发现，在粘结剂组合物中添加增塑剂大幅改善了形成本发明的结构的部分的MMVF层的机械性能。

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)的存在量为0.5重量％至60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，基于组分(i)、(ii)和(iii)的干重，组分(iii)的存在量为0.5重量％至60重量％、优选2.5重量％至25重量％、更优选3重量％至15重量％。

由包含组分(i)和(iia)的粘结剂组合物的固化得到的粘结剂

在一个实施方案中，MMVF水衰减层包括与粘结剂接触的矿物纤维，所述粘结剂是由用于矿物纤维的粘结剂组合物的固化得到的，该粘合剂组合物包含：

-组分(i)，其为一种或一种以上木质素磺酸盐类木质素的形式，其基于所述木质素磺酸盐类木质素的干重具有0.03mmol/g至2.0mmol/g的羧酸基团含量，如0.03mmol/g至1.4mmol/g，如0.075mmol/g至2.0mmol/g，如0.075mmol/g至1.4mmol/g；

-组分(iia)，其为一种或一种以上改性剂的形式，优选地，条件是水性粘结剂组合物不包含选自以下的交联剂：

·分子量M_W为500或更低的环氧化合物；

和/或条件是水性粘结剂组合物不包含选自以下的交联剂：

·羰基化合物，其选自醛、式R—[C(O)R₁]_x的羰基化合物，

其中：

R₁表示氢原子或C₁-C₁₀烷基，并且

x为1至10；

和/或条件是水性粘结剂组合物不包含选自以下的交联剂：

·聚胺；

和/或条件是水性粘结剂组合物不包含选自以下的交联剂：

·单糖和低聚糖。

本发明人发现，优异的粘结剂性能还可以通过双组分体系来实现，该双组分体系包括：组分(i)，其为一种或一种以上木质素磺酸盐类木质素的形式，其基于所述木质素磺酸盐类木质素的干重具有0.03mmol/g至2.0mmol/g的羧酸基团含量，如0.03mmol/g至1.4mmol/g，如0.075mmol/g至2.0mmol/g，如0.075mmol/g至1.4mmol/g；和组分(iia)，其为一种或一种以上改性剂的形式，和任选的上文和下文提到的任意其他组分。

在一个实施方案中，组分(iia)为一种或一种以上如下化合物形式的改性剂，其选自：分子量大于500的环氧化合物，如基于脂肪酸甘油三酯的环氧化油，或一种或一种以上柔性低聚物或聚合物，如低Tg丙烯酸基聚合物，如低Tg乙烯基聚合物，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，如β-羟烷基酰胺基团。

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)是一种或一种以上改性剂，其选自多官能碳二亚胺，如脂肪族多官能碳二亚胺。

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粘结剂组合物所实现的优异的粘结剂性能，至少部分是由于用作组分(iia)的改性剂至少部分地起到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，粘结剂组合物包含组分(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

在一些实施方案中，粘结剂包含其他组分。

在一个实施方案中，粘结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，和/或多聚磷酸钠(STTP)和/或偏磷酸钠(STMP)，和/或氧氯化磷。这种催化剂的存在可以改善粘结剂组合物的固化性能。

在一个实施方案中，粘结剂组合物包含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，粘结剂组合物包含选自金属氯化物的催化剂，如KCl、MgCl₂、ZnCl₂、FeCl₃和SnCl₂或它们的加合物如AlCl₃加合物、如BF₃加合物、如BF₃-乙胺络合物。

在一个实施方案中，粘结剂组合物包含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，粘结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、铜离子和/或选自过氧化物的催化剂，如有机过氧化物、如过氧化二异丙苯。

在一个实施方案中，根据本发明的粘结剂组合物包含选自亚磷酸酯的催化剂，如亚磷酸烷基酯、如亚磷酸芳基酯、如亚磷酸三苯酯。

在一个实施方案中，根据本发明的粘结剂组合物包含选自三元胺的催化剂，如2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚。

在一个实施方案中，粘结剂组合物还包含另外的组分(iv)，该另外的组分(iv)为一种或一种以上硅烷的形式。

在一个实施方案中，水性粘结剂组合物包含另外的组分(iv)，该另外的组分(iv)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的硅烷、环氧官能化的硅烷，如聚合或低聚环氧官能化的硅烷、甲基丙烯酸酯官能化的硅氧烷、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，粘结剂组合物还包含组分(v)，该组分(v)为一种或一种以上选自下组中的碱的组分形式：如氨、如碱金属氢氧化物、如KOH、如碱土金属氢氧化物、如Ca(OH)₂、如Mg(OH)₂、如胺或它们的任意盐。

在一个实施方案中，所述粘结剂组合物还包含脲形式的另外的组分，基于组分(i)的干重计，脲的量特别为5重量％至40重量％，如10重量％至30重量％、如15重量％至25重量％。

在一个实施方案中，粘结剂组合物包含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、多糖(polycarbohydrates)以及它们的混合物，优选糊精和麦芽糊精，更优选葡萄糖浆，并且更优选葡萄糖当量值为DE＝30至小于100的葡萄糖浆，如DE＝60至小于100，如DE＝60至99，如DE＝85至99，如DE＝95至99。

在一个实施方案中，粘结剂组合物包含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，基于粘结剂组分的总干重，认为糖含量为50重量％或以上的粘结剂组合物是糖基粘结剂。在本发明的上下文中，基于粘结剂组分的总干重，认为粘结剂组合物的糖含量小于50重量％是非糖基粘结剂。

在一个实施方案中，粘结剂组合物包含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。

在粘结剂中使用木质素基磺化产品可能会增加一些粘结剂和最终产品的亲水性。

在一个实施方案中，水性粘结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木质素的形式，所述木质素选自以下木质素磺酸盐类木质素：

·其基于所述木质素磺酸盐类木质素的干重具有0.03mmol/g至2.0mmol/g的羧酸基团含量，如0.03mmol/g至1.4mmol/g，如0.075mmol/g至2.0mmol/g，如0.075mmol/g至1.4mmol/g，

和/或

-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形式如有机官能硅烷；

-任选的组分，其为一种或一种以上选自下组中的碱的化合物的形式：如氨、如碱金属氢氧化物、如KOH、如碱土金属氢氧化物、如Ca(OH)₂、如Mg(OH)₂、如胺或它们的任意盐；

-任选地，脲形式的组分；

-任选地，一种或一种以上表面活性剂；

-水。

和/或

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式；

-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；

-任选地，脲形式的组分；

-任选地，一种或一种以上表面活性剂；

-水。

本发明人意想不到地发现，包括与如上所述的水性粘结剂组合物的固化得到的粘结剂接触的矿物纤维的矿物纤维产品(如本发明结构中的水衰减层和生长基材层)，在刚生产时和老化条件后均具有非常高的稳定性。

此外，本发明人发现，通过使用>230℃的固化温度，可以获得甚至更高的产品稳定性。

因此，在一个实施方案中，本发明涉及一种包括水衰减层的结构，该水衰减层包括与由如上所述的水性粘结剂组合物的固化得到的粘结剂接触的矿物纤维，其中使用>230℃的固化温度。

本发明人还发现，可以通过以下措施进一步提高矿物纤维层的稳定性：

-降低生产线产量(line capacity)，意味着固化时间更长

-添加大量交联剂

-添加两种或两种以上不同交联剂的组合

-添加少量阳离子物质，如多价金属离子如钙、和/或有机阳离子物质如胺、和/或经有机改性的无机化合物如经胺改性的蒙脱石粘土。

水衰减层可以通过包括使矿物纤维与粘结剂组合物接触的步骤的方法制造，所述粘结剂组合物包含：

-组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式，

-任选的组分(iii)，其为一种或一种以上增塑剂的形式，

优选地，条件是水性粘结剂组合物不包含选自以下的交联剂：

·分子量M_W为500或更低的环氧化合物，

和/或

条件是水性粘结剂组合物不包含选自以下的交联剂：

·羰基化合物，其选自醛、式R—[C(O)R₁]_x的羰基化合物，

其中：

R₁表示氢原子或C₁-C₁₀烷基，并且

x为1至10，

和/或

条件是水性粘结剂组合物不包含选自以下的交联剂：

·聚胺；

和/或

条件是水性粘结剂组合物不包含选自以下的交联剂：

·单糖和低聚糖。

固化

幅材通过粘结剂组分的化学和/或物理反应而固化。

在一个实施方案中，固化在固化装置中进行。

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℃。

在一个实施方案中，固化在用于矿棉生产的常规固化炉中进行，该固化炉在150℃至300℃，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，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。

固化过程可以在将粘结剂施加到纤维上后立即开始。固化被定义为粘结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，通常增加粘结剂组合物中化合物的分子量，从而增加粘结剂组合物的粘度，通常直到粘结剂组合物达到固态。

所使用的矿物纤维可以是任何人造玻璃质纤维(MMVF)，例如玻璃纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维、矿渣纤维、岩石纤维、石纤维等。这些纤维可以作为毛产品存在，例如像岩棉产品一样。

纤维/熔体组成

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，以重量％计表示为：

SiO₂：30至51

Al₂O₃:12至30

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具有以氧化物的重量％计的以下水平的元素：

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。

本发明中使用的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的另一种优选组成以重量％计如下所示：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，以重量％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微米至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性。

制造用于水衰减层的MMVF基质的合适的纤维形成方法和随后的生产步骤是本领域的常规方法。通常，在矿物熔体成纤后立即将粘结剂喷涂到空运中的矿物纤维上。水性粘结剂组合物通常以粘结矿物纤维产品的0.1重量％至18％、优选0.2重量％至8重量％的量(以干基计)施加。

喷涂的矿物纤维幅材通常在固化炉中借助于热空气流进行固化。热空气流可以从下方、上方或在固化炉的长度方向上的不同区域中的交替方向引入矿物纤维幅材中。

通常，固化炉在约100℃至约300℃的温度下操作，例如170℃至270℃，例如180℃至250℃，例如190℃至230℃。通常，固化炉停留时间为30秒至20分钟，例如1分钟至15分钟，例如2分钟至10分钟，这取决于例如产品密度。

如果需要，可以在固化之前对矿棉幅材进行成型处理。从固化炉中出来的粘结矿物纤维产品可以被切割成所需的形式，例如絮胎(batt)的形式。

MMVF层通常具有在6kg/m³至250kg/m³、优选20kg/m³至200kg/m³范围内的密度。矿物纤维产品通常具有的烧失量(LOI)在0.3重量％至18.0重量％的范围内、优选0.5重量％至8.0重量％。

实施例

在以下实施例中，制备了若干种属于本发明定义的粘结剂，并将其与现有技术的粘结剂进行了比较。分别测定了本发明的粘结剂和现有技术的粘结剂的以下性能：

粘结剂组分固体含量

固化前在给定粘结剂溶液中各组分的含量基于组分的无水质量。

木质素磺酸盐由Borregaard,Norway and LignoTech,Florida以液体形式提供，其中固体含量约为50％。Primid XL552由EMS-CHEMIE AG提供，硅烷(Momentive VS-14240％活性)由Momentive提供，为简便起见计算为100％。PEG 200、脲、KOH颗粒、1,1,1-三(羟甲基)丙烷由Sigma-Aldrich提供，为简便起见，假定为无水。

粘结剂固体(solid)

固化后的粘结剂固形物称为“粘结剂固体”。

将盘状岩棉样品(直径：5cm；高度1cm)从岩棉中切出，并在580℃热处理至少30分钟以除去所有有机物。通过将粘结剂混合物的样品(约2g)分配到锡箔容器中的经热处理的岩棉盘上来测量粘结剂混合物的固体。在添加粘结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。在锡箔容器中制造两种这样的载有粘结剂混合物装载岩棉盘，然后在200℃将它们加热1小时。冷却并在室温下储存10分钟后，称量样品并以两个结果的平均值计算粘结剂固体。

然后可以通过用所需量的水和10％的硅烷水溶液(Momentive VS-142)稀释来制备具有所需粘结剂固体的粘结剂。

实施例1：吸水性

根据EN1609:2013“建筑用隔热制品-部分浸入法测定短期吸水率(Thermalinsulating products for building applications-Determination of short termwater absorption by partial immersion)”测定四种不同的粘结剂组合物的吸水性，如下表2所示。使用四个产品全厚度为200x 200mm的单独试样进行测试，得到一个结果

如下所述制备比较用粘结剂1，PUF粘结剂：

通过在46％氢氧化钾水溶液(25.5g)的存在下使37％的甲醛水溶液(606g)和苯酚(189g)反应，以每分钟约为1℃的加热速率至84℃的反应温度，从而制备酚醛树脂。反应在84℃下继续进行，直到树脂的耐酸性为4，并且大部分苯酚被转化。然后添加脲(241g)并冷却混合物。

耐酸性(AT)表示给定体积的粘结剂可以用酸稀释而不会使混合物变得浑浊(粘结剂沉淀)的次数。用硫酸确定粘结剂生产中的停止标准，并且耐酸性低于4表示粘结剂反应结束。

为了测定AT，通过用1L离子交换水稀释2.5ml浓硫酸(>99％)来产生滴定剂。然后在室温下用该滴定剂对5mL待研究的粘结剂进行滴定，同时通过手动摇动使粘结剂保持活动；如果需要，可以使用磁力搅拌器和磁子。继续滴定，直到粘结剂中出现摇晃粘结剂时不会消失的轻微浑浊。

通过将滴定所用的酸的量(mL)除以样品的量(mL)来计算耐酸性(AT)：

AT＝(使用的滴定体积(mL))/(样品体积(mL))

使用所获得的脲改性酚醛树脂，通过添加25％的氨水(90mL)和硫酸铵(13.2g)，然后添加水(1.30kg)来制备粘结剂。

然后如上所述测定粘结剂固体，并用所需量的水和硅烷(15％的粘结剂固体溶液，0.5％的粘结剂固体的硅烷溶液)稀释混合物。

如下所述制备比较用粘结剂2：

在6000L反应器中添加3267kg水，然后添加287kg氨水(24.7％)。然后在30分钟至45分钟的时间内缓慢添加1531kg木质素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，对不溶解的木质素进行检查。这可以通过在玻璃板或赫格曼量规上检查溶液来实现。不溶木质素在棕色粘结剂中可见为小颗粒。在溶解步骤中，木质素溶液的颜色将从棕色变为亮黑色。在木质素完全溶解后，添加1升消泡剂(11-10，来自/>)。该批次物料的温度保持在40℃。然后开始添加307.5kg 35％过氧化氢。过氧化氢以200升/小时至300升/小时的速率给料。以200升/小时的速率添加前半部分过氧化氢，而之后给料速率增加到300升/小时。

在添加过氧化氢的过程中，通过加热或冷却控制反应混合物中的温度，使最终反应温度达到65℃。

分析最终产物的COOH基团含量、干固体物质、pH、粘度和剩余的H₂O₂。将60g这种氧化的木质素(18.2％固体)与1.4g Primid XL552(100％固体)和2.8g PEG200(100％固体)混合。添加0.6g硅烷(Momentive VS-142 40％活性，10％水溶液)和17.4g水，混合得到15％的固体。

如下所述制备根据本发明的粘结剂1：

将600.0kg木质素磺酸铵置于混合容器中，向其中添加8.0升NH₄OH(24.7％)并搅拌。然后，添加190kg Primid XL552溶液(预先制备的31重量％水溶液)和68kg PEG 200(100％固体)并混合，然后添加11kg硅烷(Momentive VS-142 40％活性，10％水溶液)。

如下所述制备根据本发明的粘结剂2：

将730.0kg木质素磺酸铵置于混合容器中，向其中添加8.5升NH₄OH(24.7％)并搅拌。然后，添加151kg Primid XL552溶液(预先制备的31重量％水溶液)和43kg PEG 200(100％固体)并混合，然后添加13kg硅烷(Momentive VS-142 40％活性，10％水溶液)。

结果如下表1所示。

从表1中可以看出，根据本发明的粘结剂的吸水性显著高于PUF粘结剂或基于木质素的不含甲醛的比较用粘结剂。

表1

实施例2：湿强度

通过在室温下将棒材浸入水中四天来测定湿强度。在从水中取出棒材后20分钟内测量强度。

棒材制作如下。对于每个粘结剂，由粘结剂和来自岩棉纺丝生产的岩棉球的混合物制造16个棒材。

将具有15％干固体物质(16.0g)的这种粘结剂溶液的样品与球料(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，用于制作小棒材(每个形状4×5个槽；槽顶部尺寸：长＝5.6cm，宽＝2.5cm；槽底部尺寸：长＝5.3cm，宽＝2.2cm；槽高度＝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。每个粘结剂的16根棒材都是以这种方式制成的。然后，通常在225℃对所得棒材进行固化。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。

棒材在三点弯曲试验中断裂(试验速度：10.0mm/min；破裂程度：50％；标称强度：30N/mm²；支撑距离：40mm；最大偏转：20mm；标称电子模块：10000N/mm²)，在Bent Tram机器上研究其机械强度。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。

根据本发明的粘结剂，即粘结剂2如上述实施例1所述。

如下所述制备比较用粘结剂3：

将75.1％的葡萄糖浆水溶液(19.98g；因此有效量为15.0g葡萄糖浆)、50％次磷酸水溶液(0.60g；因此有效量为0.30g、4.55mmol的次磷酸)和氨基磺酸(0.45g，4.63mmol)的水溶液(30.0g)在室温下搅拌，直到获得澄清的溶液。

然后滴加28％的氨水溶液(0.80g；因此有效量为0.22g、13.15mmol氨)直到pH＝7.9。然后测定粘结剂固体(21.2％)。

用水(0.403g/g粘结剂混合物)和10％硅烷水溶液(0.011g/g粘结剂混合物，Momentive VS-142)稀释粘结剂混合物。用于机械强度研究的最终粘结剂混合物的pH＝7.9。

如上面实施例1所述制备比较用粘结剂1，即PUF粘结剂。

结果如表2所示。从表2中可以看出，根据本发明的粘结剂(粘结剂2)的湿强度略低于PUF的湿强度，但高于不含甲醛的比较用粘结剂的湿强度。

表2

实施例3：老化后的脱层强度

根据EN1607:2013测量老化后的脱层强度。MMVF试样的老化是在70±2℃和95±5％相对湿度的气候室中暴露于湿热处理7天。

测试了三种不同的粘结剂。

比较用粘结剂1如上面实施例1所述。

比较用粘结剂3如上所述。

粘结剂2如上所述。

结果如下表3所示。从表3中可以看出，与另一种不含甲醛的粘结剂(比较用粘结剂3)相比，具有本发明的粘结剂(粘结剂2)的产品在28天后的脱层强度(以百分比计)得到改善，并且类似于比较用粘结剂1(PUF)。14天后，其与PUF类似，并且优于其他不含甲醛的粘结剂-比较用粘结剂3。

表3-脱层，以初始％计

	0	7	14	28
					比较用粘结剂1	100	67.1	64.7	62.0
比较用粘结剂3	100	54.2	55.0	45.8
					粘结剂2	100	70.8	66.7	57.7

粘结剂实施例

在以下实施例中，制备了若干种落入本发明中使用的粘结剂定义的粘结剂，并将其与根据现有技术的粘结剂进行了比较。

分别测定了本发明中使用的粘结剂和现有技术的粘结剂的以下性能：

粘结剂组分固体含量

木质素磺酸盐由Borregaard,Norway and LignoTech,Florida以液体形式提供，其中固体含量约为50％。Primid XL552由EMS-CHEMIE AG提供，硅烷(Momentive VS-14240％活性)由Momentive提供，为简便起见计算为100％。NH₄OH 24.7％由Univar提供，并以提供的形式使用。PEG 200、脲、KOH颗粒、1,1,1-三(羟甲基)丙烷由Sigma-Aldrich提供，为简便起见，假定为无水。

粘结剂固体

固化后的粘结剂固形物称为“粘结剂固体”。

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。通过将粘结剂混合物的样品(约2g)分配到锡箔容器中的经热处理的岩棉盘上来测量粘结剂混合物的固体。在添加粘结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。在锡箔容器中制造两种这样的载有粘结剂混合物装载岩棉盘，然后在200℃将它们加热1小时。冷却并在室温下储存10分钟后，称量样品并以两个结果的平均值计算粘结剂固体。

机械强度研究

棒材试验

在棒材试验中测试粘结剂的机械强度。对于每种粘结剂，用粘结剂和来自岩棉纺纱生产的岩棉球的混合物制造16根棒材。

将包括15％干固体物质的该粘结剂溶液样品(16.0g)与球料(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，用于制作小棒材(每个形状4×5个槽；槽顶部尺寸：长＝5.6cm，宽＝2.5cm；槽底部尺寸：长＝5.3cm，宽＝2.2cm；槽高度＝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。每个粘结剂的16根棒材都是以这种方式制成的。然后，通常在225℃下对所得棒材进行固化。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。例如在表1.1、1.2、1.4、1.5、1.6中使用了这种固化制备的棒材的方法。表1.3中的结果基于一种略有不同的方法，该方法包括在90℃下预处理2小时的预处理步骤，然后在225℃下固化1小时，而其余步骤相同。

干燥3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；最大偏转：20mm；标称电子模块：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。

粘结剂实施例，参考用粘结剂(用脲改性的酚醛树脂，PUF甲阶酚醛树脂)

这种粘结剂是一种用脲改性的酚醛树脂，一种PUF甲阶酚醛树脂。

通过在46％氢氧化钾水溶液(25.5g)的存在下使37％的甲醛水溶液(606g)和苯酚(189g)反应，以每分钟约为1℃的加热速率至84℃的反应温度，从而制备酚醛树脂。反应在84℃继续进行，直到树脂的耐酸性为4，并且大部分苯酚被转化。然后添加脲(241g)并冷却混合物。

AT＝(使用的滴定体积(mL))/(样品体积(mL))

然后如上所述测定粘结剂固体，并用所需量的水和硅烷(15％的粘结剂固体溶液，0.5％的粘结剂固体的硅烷溶液)稀释混合物以进行机械测量。

粘结剂实施例，参考用粘结剂(基于碱氧化木质素的粘结剂)

分析最终产物的COOH基团含量、干固体物质、pH、粘度和剩余的H₂O₂。将60g这种氧化的木质素(18.2％固体)与1.4g Primid XL552(100％固体)和2.8g PEG200(100％固体)混合。添加0.6g硅烷(Momentive VS-142 40％活性，10％水溶液)和17.4g水，混合得到15％固体，然后用于棒材试验中的机械性能测试。

用于本发明的粘结剂组合物

在下文中，粘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。

使用³¹P NMR测定用于根据本发明的粘结剂的所有木质素磺酸盐的羧酸基团含量，并且发现对于所有实施例，基于木质素磺酸盐类木质素的干重，羧酸基团含量在0.05mmol/g至0.6mmol/g的范围内。

实施例2

向30.0g木质素磺酸盐溶液(50％固体)中添加0.4g NH₄OH(24.7％)并混合，然后添加1.9g Primid XL552(100％固体)并混合。最后，添加0.7g硅烷(Momentive VS-14240％活性，10％水溶液)和64.3g水并混合以产生15％的固体，然后用于棒材试验中的机械性能测试。

实施例11

向30.0g木质素磺酸盐溶液(50％固体)中添加0.4gNH₄OH(24.7％)并混合，然后添加2.1g Primid XL552(100％固体)和3.4g PEG 200(100％固体)并混合。最后，添加0.7g硅烷(Momentive VS-142 40％活性，10％水溶液)和61.8g水并混合以产生15％的固体，然后用于棒材试验中的机械性能测试。

实施例15

向30.0g木质素磺酸盐溶液(50％固体)中添加0.4g NH₄OH(24.7％)并混合，然后添加2.9g Primid XL552(100％固体)和3.4g PEG 200(100％固体)并混合。最后，添加0.8g硅烷(Momentive VS-142 40％活性，10％水溶液)和67g水并混合以产生15％的固体，然后用于棒材试验中的机械性能测试。

实施例30

向30.0g木质素磺酸盐溶液(50％固体)中添加0.4g NH₄OH(24.7％)并混合，然后添加2.9g Primid XL552(100％固体)和3.4g1,1,1-三(羟甲基)丙烷(100％固体)并混合。最后，添加0.8g硅烷(Momentive VS-142 40％活性，10％水溶液)和67g水并混合以产生15％的固体，然后用于棒材试验中的机械性能测试。

实施例33

向100.0g木质素磺酸盐溶液(50％固体)中添加0.3g颗粒形式的KOH并混合，然后添加10.8g Primid XL552(100％固体)和11.3g PEG 200(100％固体)并混合。最后，添加2.6g硅烷(Momentive VS-142 40％活性，10％水溶液)和228g水并混合以产生15％的固体，然后用于棒材试验中的机械性能测试。

实施例41

向30.0g木质素磺酸盐溶液(50％固体)中添加0.4g NH₄OH(24.7％)并混合，随后添加1.9g Primid XL552(100％固体)、1.7g PEG 200(100％固体)和1.7g脲(100％固体)并混合。最后，添加0.7g硅烷(Momentive VS-142 40％活性，10％水溶液)和60.5g水并混合以产生15％的固体，然后用于棒材试验中的机械性能测试。

机械性能如表1.1-1.6所示。如表1.1至1.6所示，制备了另外的实施例粘结剂组合物。为了简单起见，所有其他组分的数量均是根据100g干木质素重新计算的。

从表1.1中可以看出，需要交联剂(Primid XL 552)和增塑剂(PEG 200)的组合来实现高的机械性能(棒材试验中的未老化和老化强度)，其处于与参考用粘结剂相当的水平(11和15相对于2，以及9相对于参考用粘结剂)。

表1.2和1.3示出可以使用不同的增塑剂(13和15相对于30)或增塑剂的组合(34相对于41)，并且PEG 200是优选的增塑剂。

表1.4示出，硅烷的添加可以帮助实现与参考用粘结剂相同水平的老化强度。

表1.5示出，在不存在碱的情况下粘结剂具有高强度，但是可以向配方中添加非永久性碱(NH₄OH)或永久性碱(KOH)以保护生产设备免受腐蚀，而强度无明显变化。

表1.6示出可以使用不同的木质素磺酸盐。

这总体上意味着，我们能够生产基于不含苯酚和甲醛的粘结剂组合物的矿棉产品，该粘结剂组合物具有高含量的基于木质素的可再生材料，其具有与参考体系相当的机械性能，并且可以以更简单、更便宜的方式制造。

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实施例47和实施例49

在下文中，粘结剂实施例的条目编号对应于表2中使用的条目编号。

使用³¹P NMR测定用于根据本发明的粘结剂的所有木质素磺酸盐的羧酸基团含量，并发现基于木质素磺酸盐类木质素的干重，羧酸基团含量在0.05mmol/g至0.6mmol/g的范围内，而对于用于实施例47和49的特定批次，羧酸基团的含量为0.14mmol/g。

实施例47

向30.0g木质素磺酸盐溶液(50％固体)中添加0.4g NH₄OH(24.7％)并混合，然后添加0.7g硅烷(Momentive VS-142 40％活性，10％水溶液)和68.9g水并混合以产生15％的固体，然后用于棒材试验中的机械性能测试。

实施例49

向30.0g木质素磺酸盐溶液(50％固体)中添加0.4g NH₄OH(24.7％)并混合，然后添加6.0g Primid XL552(100％固体)并混合。最后，添加1.0g硅烷(Momentive VS-14240％活性，10％水溶液)和102.6g水并混合以产生15％的固体，然后用于棒材试验中的机械性能测试。

机械性能如表2所示。如表2所示，制备了另外的实施例粘结剂组合物。为了简单起见，所有其他组分的数量均是根据100g干木质素重新计算的。

从表2中可以看出，在木质素磺酸盐和交联剂(Primid XL 552)的组合中，更高含量的交联剂产生更好的机械性能。

实施例53：岩棉产品的试验：

低密度产品已根据工厂制造的矿棉(MW)产品的产品标准EN13162:2012+A1:2015进行了性能检查，这意味着除石棉产品的其他基本特性外，还具有相关的机械性能。

测试是在板坯上进行的，根据EN13162中规定的每种不同测试方法的尺寸规范和获得一个测试结果所需的试样数量，切割出试样。所获得的机械性能的每个规定值是根据EN13162的更多结果的平均值。

对包装前直接从生产线上取样的产品或试样(在线切割)和/或包装后24小时从包装中取样的产品和试样(24小时包装)进行测试。

尺寸

产品和试样的尺寸的测定已根据相关试验方法进行，EN82:2013：建筑用隔热制品-长度和宽度的测定(Thermal insulating products for building applications-Determination of length and width)，以及EN823-2013：建筑用隔热制品-厚度的测定(Thermal insulating products for building applications-Determination ofthickness)。

粘结剂含量(烧失量)

根据EN13820:2003：建筑用隔热材料-有机物含量的测定(Thermal insulatingmaterials for building applications–Determination of organic content)测定粘结剂含量，其中粘结剂含量定义为在给定温度下燃烧掉的有机物的量，标准中规定温度为(500±20℃)。在测试中，使用了这样的温度(590±20℃，持续至少10分钟或更长时间，直到质量恒定)以确保所有有机材料均被烧掉。烧失量的测定由对应于使用软木钻孔机在试样上均匀分布的8个至20个切口(至少8个切口)的至少10g棉组成，以确保包括整个产品厚度。粘结剂含量作为LOI。粘结剂包括任意粘结剂添加剂。

抗拉强度

根据EN 1608:2013：建筑用隔热制品-平行于表面的抗拉强度的测定(Thermalinsulating products for building applications–Determination of tensilestrength parallel to faces)测定低密度产品的抗拉强度。抗拉强度是在在线切割的试样和24小时包装的试样上测定的。

自偏转(f70)

根据内部测试方法测量自偏转，以确定产品净重引起的偏转。将长度为990±10mm、宽度为最小270±5mm、最大680±5mm的试样水平放置在两个相互中心距离为(700±2)mm的支架(倾斜台)和两个可移动支撑装置上。在试样中间测量自偏转，并以机械或电子方式(带显示器的转换器)进行记录，然后在标尺或数字显示器上读取。如果原始产品的长度超过990±10mm，则多余的长度被切掉。在试样的两个表面上测量自偏转。自偏转＜10mm时测量精度为±0.2mm，自偏转＞10mm时为±1mm)。

自偏转报告为(f70，70cm跨度)＝(f1+f2)/2mm，其中f1是表面1朝上的测量值，f2是表面2朝上的测量值。

对在线切割的试样和24小时包装的试样进行测试。

实施例53

岩棉产品是通过使用实施例53中的粘结剂，在固化炉温度设定为275℃的条件下制造的。

将609.0kg木质素磺酸铵置于混合容器中，向其中添加8升NH₄OH(24.7％)并搅拌。然后，添加384kg Primid XL552溶液(预先制备的31重量％水溶液)并混合，然后添加14kg硅烷(Momentive VS-142 40％活性，10％水溶液)。

本实施例的粘结剂用于制造低密度岩棉产品，厚度和密度如表3所示进行测量。固化炉温度设置为275℃。

实施例54

岩棉产品是通过使用实施例54中的粘结剂、在设定为255℃的固化炉温度下生产的。

本实施例的粘结剂用于制造厚度为100mm、密度为145kg/m³的高密度岩棉产品，其中该绝缘构件的烧失量(LOI)为3.5重量％。固化炉温度设置为255℃。

Claims

1.一种平屋顶结构，包括：

至少一个水衰减层，所述水衰减层包括由用固化的粘结剂组合物粘结的人造玻璃质纤维(MMVF)形成的至少一个水衰减构件，其中所述粘结剂组合物是不含苯酚和甲醛的水性粘结剂组合物，所述水性粘结剂组合物包含：

组分(i)，其为一种或一种以上木质素磺酸盐类木质素的形式，其基于所述木质素磺酸盐类木质素的干重具有0.03mmol/g至2.0mmol/g的羧酸基团含量，

组分(ii)，其为一种或一种以上交联剂的形式；

防水层，所述防水层位于所述水衰减层下方；

以及至少一个排水点，所述排水点与所述水衰减层流体连通并且被设置为引导水离开所述平屋顶结构。

2.根据权利要求1所述的平屋顶结构，其为保暖屋顶结构。

3.根据权利要求1所述的平屋顶结构，其为倒置式屋面结构。

4.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，还包括位于所述防水层下方的绝热层。

5.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，另外还包括所述水衰减层上方的表面饰面。

6.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中所述水衰减层由水衰减构件的阵列形成。

7.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中各个水衰减构件包括MMVF，所述MMVF具有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微米的几何纤维直径。

8.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中各个水衰减构件不包含任何润湿剂。

9.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中各个水衰减构件与水的接触角小于90°和/或导水率为5米/天至300米/天、优选50米/天至200米/天。

10.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中各个水衰减构件的密度在70kg/m³至200kg/m³的范围内。

11.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中各个水衰减构件具有大于50mm至高达200mm的厚度。

12.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中各个水衰减构件具有92体积％至98体积％的孔体积。

13.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中各个水衰减构件具有9.2l/m²xcm至9.8l/m²x cm厚度范围内的缓冲容量。

14.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中组分(i)为一种或一种以上木质素磺酸盐类木质素的形式，其基于所述木质素磺酸盐类木质素的干重具有0.03mmol/g至1.4mmol/g的羧酸基团含量，优选0.075mmol/g至2.0mmol/g，更优选0.075mmol/g至1.4mmol/g。

15.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，条件是所述水性粘结剂组合物不包含选自分子量M_W为500或更低的环氧化合物的交联剂。

16.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，条件是所述水性粘结剂组合物不包含选自以下的交联剂：

-羰基化合物，其选自醛、式R—[C(O)R₁]_x的羰基化合物，

其中：

R₁表示氢原子或C₁-C₁₀烷基，并且

x为1至10。

17.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，条件是所述水性粘结剂组合物不包含选自聚胺的交联剂。

18.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，所述水性粘结剂组合物还包含：组分(iii)，其为一种或一种以上增塑剂的形式。

19.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中组分(i)基于所述木质素磺酸盐类木质素的干重具有0.05mmol/g至0.6mmol/g的羧酸基团含量。

20.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中组分(i)为一种或一种以上木质素磺酸盐类木质素的形式，考虑到组分(ⅰ)的M_n重量平均值，所述木质素磺酸盐类木质素的平均羧酸基团含量为每个大分子小于1.8个基团，如小于1.4个基团、如小于1.1个基团、如小于0.7个基团、如小于0.4个基团。

21.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中基于木质素磺酸盐类木质素的干重，组分(i)的酚类OH基团的含量为0.3mmol/g至2.5mmol/g，如0.5mmol/g至2.0mmol/g，如0.5mmol/g至1.5mmol/g。

22.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中基于木质素磺酸盐类木质素的干重，组分(i)的脂族OH基团含量为1.0mmol/g至8.0mmol/g，如1.5mmol/g至6.0mmol/g，如2.0mmol/g至5.0mmol/g。

23.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中所述组分(i)包括木质素磺酸铵和/或木质素磺酸钙和/或木素磺酸镁，以及它们的任意组合。

24.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中组分(i)包括木质素磺酸铵和木质素磺酸钙，其中NH₄ ⁺与Ca²⁺的摩尔比在5:1至1:5的范围内、特别是在3:1至1:3的范围内。

25.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中基于木质素磺酸盐和糖的重量，所述水性粘结剂组合物包含的添加糖的量为0至小于5重量％。

26.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中基于组分(i)和(ii)的干重，所述水性粘结剂组合物包含的组分(ⅰ)的量为50重量％至98重量％，如65重量％至98重量％，如80重量％至98重量％。

27.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中所述组分(ii)为选自以下的一种或一种以上交联剂的形式：

β-羟烷基酰胺交联剂，和/或

噁唑啉交联剂，和/或

由多官能有机胺如链烷醇胺、二胺如己二胺组成的组，和/或

分子量大于500的环氧化合物，如基于脂肪酸甘油三酯的环氧化油，或一种或一种以上柔性低聚物或聚合物，如低Tg丙烯酸基聚合物，如低Tg乙烯基聚合物，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，和/或

一种或一种以上选自脂肪胺的交联剂；和/或

一种或一种以上脂肪酰胺形式的交联剂；和/或

一种或一种以上选自聚酯多元醇如聚己内酯的交联剂；和/或

一种或一种以上选自淀粉、改性淀粉、CMC的交联剂；和/或

一种或一种以上多官能碳二亚胺形式的交联剂，如脂族多官能碳二亚胺；和/或

一种或一种以上选自基于三聚氰胺的交联剂的交联剂，如基于六羟甲基三聚氰胺六甲醚(HMMM)的交联剂。

28.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中所述组分(ii)包括一种或一种以上选自β-羟烷基酰胺交联剂和/或噁唑啉交联剂的交联剂。

29.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中基于组分(i)的干重，所述粘结剂组合物包含的组分(ii)的量为1重量％至50重量％，如4重量％至20重量％，如6重量％至12重量％。

30.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中所述组分(ii)为选自以下的一种或一种以上交联剂的形式：

β-羟烷基酰胺交联剂，如N-(2-羟基异丙基)酰胺交联剂、如N-(-2-羟乙基)酰胺交联剂、如N-(2-羟乙基)己二酰二胺交联剂，如N,N,N′,N′-四(2-羟乙基)己二酰二胺和/或

由多官能有机胺如链烷醇胺、二胺如己二胺组成的组，和/或

一种或一种以上多官能碳二亚胺形式的交联剂，如脂族多官能碳二亚胺。

31.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中所述组分(ii)包括一种或一种以上交联剂，所述交联剂选自：

β-羟烷基酰胺交联剂，如N-(2-羟基异丙基)酰胺交联剂、如N-(-2-羟乙基)酰胺交联剂、如N-(2-羟乙基)己二酰二胺交联剂，如N,N,N′,N′-四(2-羟乙基)己二酰二胺。

32.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中基于组分(i)的干重，所述粘结剂组合物包含的组分(ii)的量为2重量％至90重量％，如6重量％至60重量％，如10重量％至40重量％，如25重量％至40重量％。

33.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中组分(iii)为以下形式：

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、如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、大豆油；和/或

妥尔油，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；和/或

一种或一种以上增塑剂，其为多元醇形式如甘油，如1,1,1-三(羟甲基)丙烷；和/或

三乙醇胺。

34.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中组分(iii)为丙二醇、苯酚衍生物、硅烷醇、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意混合物的形式。

35.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中组分(iii)包括一种或一种以上的增塑剂，所述增塑剂具有100℃至380℃、更优选120℃至300℃、更优选140℃至250℃的沸点。

36.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中组分(iii)包括一种或一种以上的聚乙二醇，所述聚乙二醇的平均分子量为150g/mol至50000g/mol、特别是150g/mol至4000g/mol、更特别是150g/mol至1000g/mol、优选150g/mol至500g/mol、更优选200g/mol至400g/mol。

37.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中基于组分(i)的干重，所述粘结剂组合物中组分(iii)的存在量为0.5重量％至60重量％、优选2.5重量％至25重量％、更优选3重量％至15重量％。

38.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中所述粘结剂组合物包含另外的组分(iv)，该另外的组分(iv)为一种或一种以上偶联剂的形式，如有机官能硅烷。

39.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中所述粘结剂组合物还包含组分(v)，该组分(v)为一种或一种以上选自下组中的碱的组分形式：如氨、如碱金属氢氧化物、如KOH、如碱土金属氢氧化物、如Ca(OH)₂、如Mg(OH)₂、如胺或它们的任意盐。

40.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，还包含脲形式的另外的组分，基于组分(i)的干重计，脲的量特别为5重量％至40重量％，如10重量％至30重量％，如15重量％至25重量％。

41.根据前述权利要求中任一项所述的平屋顶结构，其中所述水衰减层不包含氨氧化木质素(AOL)。