JP2004503643A - ミネラルウール製品用結合剤 - Google Patents
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Abstract
ミネラルウール製品用結合剤を提供する製法であって、前記製法は、カルボン酸とアルカノールアミンとを反応条件下で一緒に混合する段階を含み、その際、任意には、これらを最初に混合して樹脂を製造し、この樹脂を引き続き別のカルボン酸基含有ポリマーと反応させる。
Description
【０００１】
本発明は、鉱物繊維、即ち合成のガラス質繊維（例えばガラス、スラグ又はストーンウール）用の結合剤を提供する製法と、そのような製法により得られる結合剤と、そのような結合剤を含むミネラルウール製品とに関する。
【０００２】
ミネラルウール製品は、一般に、硬化された熱硬化性ポリマー材料により相互に結合された鉱物繊維を含む。溶融されたガラス、スラグ又はストーンの１つ以上の流れを引き延ばして繊維にし、成形室に吹込み、そこでウエブとして走行コンベヤー上に堆積させる。繊維を成形室中に空輸し、まだ熱いうちに結合剤をスプレーする。次いで、被覆された繊維ウエブを室から硬化炉に輸送し、そこで、加熱空気をマットを通して吹き込んで、結合剤を硬化させ、ミネラルウール繊維を強固に相互に結合させる。
【０００３】
フェノールホルムアルデヒド結合剤は、未硬化状態で低粘度を有するが、硬化すると、鉱物繊維用の硬質の熱硬化性ポリマーマトリックスを形成するので、ミネラルウール産業で広く使用されている。
【０００４】
しかしながら、フェノールホルムアルデヒド結合剤の使用は、工程の間に、環境に好ましくない化学薬品を使用し、かつ放出するために、次第に望ましくなくなってきている。
【０００５】
結合剤を提供するために、ポリアクリル酸などのポリカルボキシポリマーを硬化させるβ−ヒドロキシアルキルアミドを使用することは公知である。
【０００６】
β−ヒドロキシアルキルアミドにより硬化されるポリアクリルを用いる問題は、そのような樹脂で結合されたミネラルウール製品は、通常、老化の前は良好な機械的特性を示すが、高湿度及び上昇された温度、例えば４０℃以上に曝露された後では、機械的特性が著しく減じることである。
【０００７】
そのため、公知の結合剤に改良を加えた結合剤を開発することが望まれる。
【０００８】
本発明の目的は、これらの問題を１つ以上解決することを目的とする他の結合剤を提供することである。
【０００９】
本発明の第一の態様によれば、ミネラルウール製品用結合剤を提供する製法が提供され、この製法は、カルボン酸とアルカノールアミンとを反応条件下で相互に混合する段階を含むものである。
【００１０】
これにより得られた結合剤は、ミネラルウール製品に利用した場合、老化後、引っ張り歪みを施した後、かつ高湿度及び上昇された温度に晒した後でも、ミネラルウール製品に所望の機械的特性を与えるものである。
【００１１】
このカルボン酸とアルカノールアミンとを、有利には、最初に、反応条件下で混合して樹脂を製造し、この樹脂を、任意には、引き続き、別のカルボン酸基含有ポリマーと混合して結合剤を形成する。
【００１２】
カルボン酸は、分子量約１０００以下、有利には約５００以下、最も有利には約２００以下を有する、ジ、トリ、又はテトラのカルボン酸であるのが有利である。最も有利には、カルボン酸は、一般式：
ＣＯＯＨ−（ＣＲ１Ｒ２）ｎ−ＣＯＯＨ
［式中、ｎ≧２、有利にｎ≧４であり、Ｒ１及びＲ２は、互いに独立して、Ｈ又は低級アルキル基、有利にメチル又はエチル基から選択される］を有するジカルボン酸である。
【００１３】
カルボン酸は、アジピン酸、クエン酸、トリメリト酸、セバシン酸、アゼライン酸及びコハク酸から実質的になる群から選択されるのが有利であり、最も有利にはアジピン酸である。
【００１４】
アルカノールアミンは、有利には、ジ及びトリのアルカノールアミンを含む群から選択される。アルカノールアミンは、第二級β−ヒドロキシアルキルアミンであってよく、有利には、ジエタノールアミン、１−エチル（又はメチル）ジエタノールアミン、ｎ−ブチルジエタノールアミン、３−アミノ−１，２−プロパンジオール、２−アミノ−１，３−プロパンジオール、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタンから実質的になる群から選択されるＮ−置換アルカノールアミンであり、最も有利には、ジエタノールアミンである。
【００１５】
結合剤中のカルボン酸対アルカノールアミンのモル比は、０．１〜１：１〜０．１の範囲にあるのが有利である。結合剤中のカルボン酸基含有ポリマーの重量％は、０．５〜５０、例えば１０〜４０、有利には１５〜３０の範囲にあり、最も有利には約２０である。
【００１６】
アルカノールアミンを、有利には、最初に、約６０℃まで加熱し、その後、カルボン酸を添加し、この混合物の温度を引き続き少なくとも約９０℃まで、有利には約９５〜２００℃、例えば約１２０〜１５０℃の範囲の温度まで上昇させる。
【００１７】
カルボン酸基含有ポリマーは、有利には、分子量１０００〜３０００００、例えば１０００〜２５００００、有利に１０００〜２０００００の範囲を有し、最も有利には、約６００００、約１０００００及び約１９００００の分子量を有する。
【００１８】
カルボン酸基含有ポリマーは、有利には、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸及び／又はこれらのコポリマーの１つ以上を含み、有利には、以下の１つ以上から選択される。
Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓ社のＨＦ−０５Ａ。
Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓ社のＡｃｕｓｏｌｅ１９０。
Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓ社のＡｃｕｍｅｒ１５１０。
Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｉｎｃ．の４１．６００−２。
【００１９】
結合剤には、以下の添加剤の１つ以上を添加することができる。
カップリング剤、例えばアミノシラン、有利にはγ−アミノプロピルトリエトキシシラン。
重合促進剤、硬化促進剤及び任意には更に標準的なミネラルウール結合剤の添加剤。
【００２０】
樹脂の水溶性を改良するために、ｐＨが７になるまで塩基を添加することができる。樹脂反応を水の添加により有利には停止させた後で、塩基をポリアクリル酸と混合して、樹脂反応混合物に添加すると有利である。従って、樹脂の製造後、最初に塩基を添加すると良い。好適な塩基は、ＮＨ３、ＤＥＡ、ＴＥＡを含む。
【００２１】
他の特徴は、請求項１８乃至２３に参照される。
【００２２】
老化不変性（ａｇｅｉｎｇ ｃｏｎｓｔａｎｃｙ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）を改良するために、シランを添加することができる。シランは、限定はされないが、通常、結合剤の製造の間に、又は直接に（別々に）ラインに添加される。その量は、通常、０．１％〜５％（０．２％〜３％）の範囲である。有利な量は、ほぼ１％である。
【００２３】
本発明の他の態様によれば、この製法により得られる結合剤、ミネラルウール製品を提供する製法、ミネラルウール製品、並びに、任意にカルボン酸基含有ポリマーが混合された、アルカノールアミンとカルボン酸との反応混合物のミネラルウール製品用結合剤としての使用が提供される。
【００２４】
本発明は、以下の例及び結果を用いて、詳細に説明される。
【００２５】
例１
ジエタノールアミン１５８ｇを、２重ジャケットと撹拌器を備えた１リットルのガラス反応器中に装入した。ジエタノールアミンの温度を６０℃まで上昇させ、その後、アジピン酸９９ｇをゆっくりと添加した。そして温度を９５℃まで上昇させた。約９５℃で１時間の反応時間後、水２００ｇの添加により、反応を停止させた。反応生成物は無色透明の低粘性液体であり、水で希釈可能なものであった。
【００２６】
例２
ジエタノールアミン１５８ｇを、２重ジャケットと撹拌器を備えた１リットルのガラス反応器中に装入した。ジエタノールアミンの温度を６０℃まで上昇させ、その後、アジピン酸１７５ｇをゆっくりと添加した。そして温度を９５℃まで上昇させた。約９５℃で１時間の反応時間後、水２００ｇの添加により、反応を停止させた。反応生成物は透明で無色の低粘性液体であり、水で希釈可能なものであった。
【００２７】
例３
トリエタノールアミン６７．２ｇをアジピン酸３３．０ｇと室温で混合した。溶液が透明に変った後、温暖な水６０ｍｌを添加した。混合物は、無色透明の低粘性液体であり、水で希釈可能なものであった。
【００２８】
例４〜６
例１と同じ手順を用いて樹脂を製造した。以下の量の化学薬品を使用した。
【表１】
【００２９】
例７
ジエタノールアミン１５８ｇを、２重ジャケットと撹拌器を備えた１リットルのガラス反応器中に装入した。ジエタノールアミンの温度を６０℃まで上昇させ、その後、アジピン酸９９ｇをゆっくりと添加した。その後、温度を約１３０℃まで上昇させ、温度は１２８〜１３５℃に保持した。３時間の反応時間後、水の添加により、反応を停止させた。
例４〜７で製造された反応生成物は、すべて無色透明の低粘性液体であり、水で希釈可能なものであった。
【００３０】
例８
鉱物繊維組成を有するショット（ｓｈｏｔｓ）に対する結合強度を評価するための選択された結合剤サンプルの製造及びテスト（Ｇｒｉｔ ｂａｒ ｔｅｓｔ：グリットバーテスト）。ショットとして、繊維と同一の組成である未繊維化繊維材料が考えられる。
【００３１】
直径０．２５〜０．５ｍｍのサイズのショットを使用して、１４０ｍｍ×２５ｍｍ×１０ｍｍ寸法のバーを製造した。
【００３２】
結合剤溶液は、例１〜７からの樹脂８０％を市販のポリアクリル樹脂２０％と室温で混合して製造した。
【００３３】
ポリアクリル酸として、Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓから市販のタイプのＨＦ−０５Ａ、Ａｃｕｓｏｌｅ１９０及びＡｃｕｍｅｒ１５１０、並びに平均分子量２５００００を有するポリアクリル酸（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｉｎｃ．の４１．６００−２）を使用した。
【００３４】
バーを製造するために、固体含分１５％及び結合剤固体の０．２％であるシランカップリング剤を有する結合剤溶液９０ｍｌをショット４５０ｇと混合した。 カップリング剤は、γ−アミノプロピルトリエトキシシランであった。
【００３５】
結合剤溶液と混合されたショット４５０ｇから、バー８本が製造され、これは、定温器中、２００℃で２時間にわたり硬化させた。
【００３６】
バーの４本を直接に砕き（乾燥強度）、他の４本は、砕く前に８０℃の水中に３時間置いておいた（ウエット強度）。
【００３７】
結合強度は、測定装置中で、バーを砕くことにより決定し、その装置では、締付け長さ（ｃｌａｍｐｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈ）は１００ｍｍであり、圧縮梁（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｎｇ ｂｅａｍ）の速度は１０ｍｍ／分であった。締付け長さ、バーの幅及び厚みを使用して、曲げ強さをＮ／ｍｍ２で決定した。
【００３８】
比較のために、ＥＭＳ Ｃｈｅｍｉｅ ＡＧからの市販品Ｐｒｉｍｉｄ ＸＬ−５５２を使用した。Ｐｒｉｍｉｄ ＸＬ−５５２は、アジピン酸のジメチルエステルとジエタノールアミンとの反応生成物である。その際、これは、架橋しない遊離ＯＨ基のみが存在するので、Ｐｒｉｍｉｄ１００％は、硬化し得ないことが判明した。Ｐｒｉｍｉｄ８０％及びＰＡＡ２０％の混合物は、非常に速い硬化時間（２００℃で、４５秒（ＨＦ−０．５）及び２０秒（Ｍｗ：２５００００））を生じるが、生成物は、老化後、残存強度を有さない。結果は、表２に示す。
【００３９】
【表２】
【００４０】
選択された例について硬化時間の測定
試験すべき結合剤の数滴を顕微鏡のカバーグラス上に置いた。グラスは、加熱戸棚で、９０℃で４５分間乾燥させた。
【００４１】
乾燥後、カバーグラスを２５０℃の加熱ステージ上に置き、１本の金属ワイヤ（真直ぐにされたペーパークリップ）で撹拌しながら、結合剤が硬化するまでの時間を測定した。
結果は表３に示す。
【００４２】
【表３】
【００４３】
ポリアクリル酸として、Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓから市販のタイプのＨＦ−０５Ａ、Ａｃｕｓｏｌｅ１９０及びＡｃｕｍｅｒ１５１０、並びに平均分子量２０００及び２５００００をそれぞれ有する２つの純粋ポリアクリル酸（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｉｎｃ．の３２，３６６−７及び４１，６００−２）を使用した。
【００４４】
例９
ジエタノールアミン２０．８ｋｇを、撹拌器と加熱／冷却ジャケットを備えた８０リットルのスチール反応器に移し、６０℃まで加熱した。アジピン酸２３．０ｋｇを反応器に５回に分けて添加した。そして温度を反応温度９５℃まで上昇させた。１時間の反応後、暖めた水２６．３ｋｇを添加し、その後、樹脂を室温まで冷却した。
【００４５】
生じた樹脂は、無色透明低粘性の水で希釈可能な液体であった。
室温で前記樹脂８０％を、Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓから市販のポリアクリル樹脂（ＨＦ−０５）２０％と混合した。
【００４６】
生じた樹脂を水と混合し、シランカップリング剤０．２％の添加後、標準的なストーンウールラインの製造トライアルで結合剤として使用した。製造された生成物は、密度１００ｋｇ／ｍ３、厚さ１００ｍｍの標準的なスラブであり、結合剤含分はほぼ３％であった。
【００４７】
比較として、トライアルを市販のポリアクリル樹脂２個を用いて製造した。両者は、Ｒｏｈｍ＆ＨａａｓのＨＦ−０５及びＱＲＸＰ１５１３である。両樹脂を水で希釈し、シランカップリング剤０．２％を添加した。
カップリング剤は、γ−アミノプロピルトリエトキシシランであった。
【００４８】
機械的強度をＥＮ１６０７（離層強さ）により測定した。離層強さは、気候室で、高湿度及び上昇された温度に晒した後のもの（７０℃／９５ＲＨ；老化サンプル）と、未老化のものの両方について測定した。
テストの結果は、以下の表４、５及び６に示す。
【００４９】
【表４】
【００５０】
例１０
【表５】
【００５１】
【表６】
【００５２】
例１１
樹脂
ＤＥＡ１１６ｋｇを４００ｌ反応器に移して、６０℃まで加熱し、撹拌した。 ＡＤＰ１６．３ｋｇを添加し、混合物を加熱し１３０℃で６０分間反応させた。
その後、８５℃まで冷却し、ＴＨＰＡ３３．８ｋｇを添加した。その後ＰＴＡ８２．５ｋｇを添加し、温度を１３０℃まで上昇させ、そのまま１２０分間保持した。
その後、反応混合物を１１０℃まで冷却し、水１００ｋｇを添加した。
温度をほぼ５０℃で安定化させた。混合物は均一になるまで、更に１５分間撹拌した。
樹脂を冷却し、貯蔵タンクに移した。
樹脂固体含分６２．２％を、２００℃で決定した。残留モノマーは、添加ＤＥＡの３９％、添加ＴＨＰＡの１２％、添加ＰＴＡの２５％であった。平均分子量は約６００であった。
【００５３】
サンプルについて、ファクトリートライアルを実施し、その場合、樹脂固体に基づいて計算した４％のＤＥＡ及び２５％の固体Ａｃｕｍｅｒ１５１０、固体合計の０．４％であるシラン及び固体含分２５％までの水を添加し、分析した。
【００５４】
ファクトリートライアルの結果
結合剤収率：６０％
離層強さ（ＥＮ１６０７）：１３．４ｋＰａ（Ｔｅｒｒａｎｂａｔｔｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｉ）−老化３．６ｋＰａ（７０℃／９５％ＲＨ）
引張強さ：５．５ｋＰａ（Ｆｌｅｘｉ Ａ Ｂａｔｔｓ）
【００５５】
例１２
樹脂
ＤＥＡ２４ｋｇを８０ｌ反応器に移して、６０℃まで加熱し、撹拌した。
ＡＤＰ６．７ｋｇを添加し、混合物を加熱し１３０℃で６０分間反応させた。
その後、８５℃まで冷却し、ＴＨＰＡ６．９ｋｇを添加した。その後ＰＴＡ１６．９ｋｇを添加し、温度を１３０℃まで上昇させ、そのまま１２０分間保持した。
その後、反応混合物を１１０℃まで冷却し、２０．５ｋｇの水を添加した。温度をほぼ５０℃で安定化させた。
混合物は均一になるまで、更に１５分間撹拌した。
樹脂を冷却し、貯蔵タンクに移した。
樹脂固体含分６３．４％を、２００℃で測定した。残留モノマーは、添加ＤＥＡの３７％、添加ＴＨＰＡの１４％、添加ＰＴＡの２５％であった。平均分子量は約６００であった。
【００５６】
サンプルについて、ファクトリートライアルを実施し、その場合、樹脂固体に基づいて計算した４％のＤＥＡ及び２５％の固体Ａｃｕｍｅｒ１５１０、固体合計の０．４％であるシラン及び固体含分２５％までの水を添加し、分析した。
【００５７】
ファクトリートライアルの結果
結合剤収率：７０％
離層強さ（ＥＮ１６０７）：１２．１ｋＰａ（Ｔｅｒｒａｎｂａｔｔｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｉ）−老化４．３ｋＰａ（７０℃／９５％ＲＨ）
【００５８】
本発明は、前記記述に限定されず、要求される権利は、特許請求の範囲により決定される。
本発明は、鉱物繊維、即ち合成のガラス質繊維（例えばガラス、スラグ又はストーンウール）用の結合剤を提供する製法と、そのような製法により得られる結合剤と、そのような結合剤を含むミネラルウール製品とに関する。
【０００２】
ミネラルウール製品は、一般に、硬化された熱硬化性ポリマー材料により相互に結合された鉱物繊維を含む。溶融されたガラス、スラグ又はストーンの１つ以上の流れを引き延ばして繊維にし、成形室に吹込み、そこでウエブとして走行コンベヤー上に堆積させる。繊維を成形室中に空輸し、まだ熱いうちに結合剤をスプレーする。次いで、被覆された繊維ウエブを室から硬化炉に輸送し、そこで、加熱空気をマットを通して吹き込んで、結合剤を硬化させ、ミネラルウール繊維を強固に相互に結合させる。
【０００３】
フェノールホルムアルデヒド結合剤は、未硬化状態で低粘度を有するが、硬化すると、鉱物繊維用の硬質の熱硬化性ポリマーマトリックスを形成するので、ミネラルウール産業で広く使用されている。
【０００４】
しかしながら、フェノールホルムアルデヒド結合剤の使用は、工程の間に、環境に好ましくない化学薬品を使用し、かつ放出するために、次第に望ましくなくなってきている。
【０００５】
結合剤を提供するために、ポリアクリル酸などのポリカルボキシポリマーを硬化させるβ−ヒドロキシアルキルアミドを使用することは公知である。
【０００６】
β−ヒドロキシアルキルアミドにより硬化されるポリアクリルを用いる問題は、そのような樹脂で結合されたミネラルウール製品は、通常、老化の前は良好な機械的特性を示すが、高湿度及び上昇された温度、例えば４０℃以上に曝露された後では、機械的特性が著しく減じることである。
【０００７】
そのため、公知の結合剤に改良を加えた結合剤を開発することが望まれる。
【０００８】
本発明の目的は、これらの問題を１つ以上解決することを目的とする他の結合剤を提供することである。
【０００９】
本発明の第一の態様によれば、ミネラルウール製品用結合剤を提供する製法が提供され、この製法は、カルボン酸とアルカノールアミンとを反応条件下で相互に混合する段階を含むものである。
【００１０】
これにより得られた結合剤は、ミネラルウール製品に利用した場合、老化後、引っ張り歪みを施した後、かつ高湿度及び上昇された温度に晒した後でも、ミネラルウール製品に所望の機械的特性を与えるものである。
【００１１】
このカルボン酸とアルカノールアミンとを、有利には、最初に、反応条件下で混合して樹脂を製造し、この樹脂を、任意には、引き続き、別のカルボン酸基含有ポリマーと混合して結合剤を形成する。
【００１２】
カルボン酸は、分子量約１０００以下、有利には約５００以下、最も有利には約２００以下を有する、ジ、トリ、又はテトラのカルボン酸であるのが有利である。最も有利には、カルボン酸は、一般式：
ＣＯＯＨ−（ＣＲ１Ｒ２）ｎ−ＣＯＯＨ
［式中、ｎ≧２、有利にｎ≧４であり、Ｒ１及びＲ２は、互いに独立して、Ｈ又は低級アルキル基、有利にメチル又はエチル基から選択される］を有するジカルボン酸である。
【００１３】
カルボン酸は、アジピン酸、クエン酸、トリメリト酸、セバシン酸、アゼライン酸及びコハク酸から実質的になる群から選択されるのが有利であり、最も有利にはアジピン酸である。
【００１４】
アルカノールアミンは、有利には、ジ及びトリのアルカノールアミンを含む群から選択される。アルカノールアミンは、第二級β−ヒドロキシアルキルアミンであってよく、有利には、ジエタノールアミン、１−エチル（又はメチル）ジエタノールアミン、ｎ−ブチルジエタノールアミン、３−アミノ−１，２−プロパンジオール、２−アミノ−１，３−プロパンジオール、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタンから実質的になる群から選択されるＮ−置換アルカノールアミンであり、最も有利には、ジエタノールアミンである。
【００１５】
結合剤中のカルボン酸対アルカノールアミンのモル比は、０．１〜１：１〜０．１の範囲にあるのが有利である。結合剤中のカルボン酸基含有ポリマーの重量％は、０．５〜５０、例えば１０〜４０、有利には１５〜３０の範囲にあり、最も有利には約２０である。
【００１６】
アルカノールアミンを、有利には、最初に、約６０℃まで加熱し、その後、カルボン酸を添加し、この混合物の温度を引き続き少なくとも約９０℃まで、有利には約９５〜２００℃、例えば約１２０〜１５０℃の範囲の温度まで上昇させる。
【００１７】
カルボン酸基含有ポリマーは、有利には、分子量１０００〜３０００００、例えば１０００〜２５００００、有利に１０００〜２０００００の範囲を有し、最も有利には、約６００００、約１０００００及び約１９００００の分子量を有する。
【００１８】
カルボン酸基含有ポリマーは、有利には、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸及び／又はこれらのコポリマーの１つ以上を含み、有利には、以下の１つ以上から選択される。
Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓ社のＨＦ−０５Ａ。
Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓ社のＡｃｕｓｏｌｅ１９０。
Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓ社のＡｃｕｍｅｒ１５１０。
Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｉｎｃ．の４１．６００−２。
【００１９】
結合剤には、以下の添加剤の１つ以上を添加することができる。
カップリング剤、例えばアミノシラン、有利にはγ−アミノプロピルトリエトキシシラン。
重合促進剤、硬化促進剤及び任意には更に標準的なミネラルウール結合剤の添加剤。
【００２０】
樹脂の水溶性を改良するために、ｐＨが７になるまで塩基を添加することができる。樹脂反応を水の添加により有利には停止させた後で、塩基をポリアクリル酸と混合して、樹脂反応混合物に添加すると有利である。従って、樹脂の製造後、最初に塩基を添加すると良い。好適な塩基は、ＮＨ３、ＤＥＡ、ＴＥＡを含む。
【００２１】
他の特徴は、請求項１８乃至２３に参照される。
【００２２】
老化不変性（ａｇｅｉｎｇ ｃｏｎｓｔａｎｃｙ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）を改良するために、シランを添加することができる。シランは、限定はされないが、通常、結合剤の製造の間に、又は直接に（別々に）ラインに添加される。その量は、通常、０．１％〜５％（０．２％〜３％）の範囲である。有利な量は、ほぼ１％である。
【００２３】
本発明の他の態様によれば、この製法により得られる結合剤、ミネラルウール製品を提供する製法、ミネラルウール製品、並びに、任意にカルボン酸基含有ポリマーが混合された、アルカノールアミンとカルボン酸との反応混合物のミネラルウール製品用結合剤としての使用が提供される。
【００２４】
本発明は、以下の例及び結果を用いて、詳細に説明される。
【００２５】
例１
ジエタノールアミン１５８ｇを、２重ジャケットと撹拌器を備えた１リットルのガラス反応器中に装入した。ジエタノールアミンの温度を６０℃まで上昇させ、その後、アジピン酸９９ｇをゆっくりと添加した。そして温度を９５℃まで上昇させた。約９５℃で１時間の反応時間後、水２００ｇの添加により、反応を停止させた。反応生成物は無色透明の低粘性液体であり、水で希釈可能なものであった。
【００２６】
例２
ジエタノールアミン１５８ｇを、２重ジャケットと撹拌器を備えた１リットルのガラス反応器中に装入した。ジエタノールアミンの温度を６０℃まで上昇させ、その後、アジピン酸１７５ｇをゆっくりと添加した。そして温度を９５℃まで上昇させた。約９５℃で１時間の反応時間後、水２００ｇの添加により、反応を停止させた。反応生成物は透明で無色の低粘性液体であり、水で希釈可能なものであった。
【００２７】
例３
トリエタノールアミン６７．２ｇをアジピン酸３３．０ｇと室温で混合した。溶液が透明に変った後、温暖な水６０ｍｌを添加した。混合物は、無色透明の低粘性液体であり、水で希釈可能なものであった。
【００２８】
例４〜６
例１と同じ手順を用いて樹脂を製造した。以下の量の化学薬品を使用した。
【表１】
例７
ジエタノールアミン１５８ｇを、２重ジャケットと撹拌器を備えた１リットルのガラス反応器中に装入した。ジエタノールアミンの温度を６０℃まで上昇させ、その後、アジピン酸９９ｇをゆっくりと添加した。その後、温度を約１３０℃まで上昇させ、温度は１２８〜１３５℃に保持した。３時間の反応時間後、水の添加により、反応を停止させた。
例４〜７で製造された反応生成物は、すべて無色透明の低粘性液体であり、水で希釈可能なものであった。
【００３０】
例８
鉱物繊維組成を有するショット（ｓｈｏｔｓ）に対する結合強度を評価するための選択された結合剤サンプルの製造及びテスト（Ｇｒｉｔ ｂａｒ ｔｅｓｔ：グリットバーテスト）。ショットとして、繊維と同一の組成である未繊維化繊維材料が考えられる。
【００３１】
直径０．２５〜０．５ｍｍのサイズのショットを使用して、１４０ｍｍ×２５ｍｍ×１０ｍｍ寸法のバーを製造した。
【００３２】
結合剤溶液は、例１〜７からの樹脂８０％を市販のポリアクリル樹脂２０％と室温で混合して製造した。
【００３３】
ポリアクリル酸として、Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓから市販のタイプのＨＦ−０５Ａ、Ａｃｕｓｏｌｅ１９０及びＡｃｕｍｅｒ１５１０、並びに平均分子量２５００００を有するポリアクリル酸（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｉｎｃ．の４１．６００−２）を使用した。
【００３４】
バーを製造するために、固体含分１５％及び結合剤固体の０．２％であるシランカップリング剤を有する結合剤溶液９０ｍｌをショット４５０ｇと混合した。 カップリング剤は、γ−アミノプロピルトリエトキシシランであった。
【００３５】
結合剤溶液と混合されたショット４５０ｇから、バー８本が製造され、これは、定温器中、２００℃で２時間にわたり硬化させた。
【００３６】
バーの４本を直接に砕き（乾燥強度）、他の４本は、砕く前に８０℃の水中に３時間置いておいた（ウエット強度）。
【００３７】
結合強度は、測定装置中で、バーを砕くことにより決定し、その装置では、締付け長さ（ｃｌａｍｐｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈ）は１００ｍｍであり、圧縮梁（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｎｇ ｂｅａｍ）の速度は１０ｍｍ／分であった。締付け長さ、バーの幅及び厚みを使用して、曲げ強さをＮ／ｍｍ２で決定した。
【００３８】
比較のために、ＥＭＳ Ｃｈｅｍｉｅ ＡＧからの市販品Ｐｒｉｍｉｄ ＸＬ−５５２を使用した。Ｐｒｉｍｉｄ ＸＬ−５５２は、アジピン酸のジメチルエステルとジエタノールアミンとの反応生成物である。その際、これは、架橋しない遊離ＯＨ基のみが存在するので、Ｐｒｉｍｉｄ１００％は、硬化し得ないことが判明した。Ｐｒｉｍｉｄ８０％及びＰＡＡ２０％の混合物は、非常に速い硬化時間（２００℃で、４５秒（ＨＦ−０．５）及び２０秒（Ｍｗ：２５００００））を生じるが、生成物は、老化後、残存強度を有さない。結果は、表２に示す。
【００３９】
【表２】
選択された例について硬化時間の測定
試験すべき結合剤の数滴を顕微鏡のカバーグラス上に置いた。グラスは、加熱戸棚で、９０℃で４５分間乾燥させた。
【００４１】
乾燥後、カバーグラスを２５０℃の加熱ステージ上に置き、１本の金属ワイヤ（真直ぐにされたペーパークリップ）で撹拌しながら、結合剤が硬化するまでの時間を測定した。
結果は表３に示す。
【００４２】
【表３】
ポリアクリル酸として、Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓから市販のタイプのＨＦ−０５Ａ、Ａｃｕｓｏｌｅ１９０及びＡｃｕｍｅｒ１５１０、並びに平均分子量２０００及び２５００００をそれぞれ有する２つの純粋ポリアクリル酸（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｉｎｃ．の３２，３６６−７及び４１，６００−２）を使用した。
【００４４】
例９
ジエタノールアミン２０．８ｋｇを、撹拌器と加熱／冷却ジャケットを備えた８０リットルのスチール反応器に移し、６０℃まで加熱した。アジピン酸２３．０ｋｇを反応器に５回に分けて添加した。そして温度を反応温度９５℃まで上昇させた。１時間の反応後、暖めた水２６．３ｋｇを添加し、その後、樹脂を室温まで冷却した。
【００４５】
生じた樹脂は、無色透明低粘性の水で希釈可能な液体であった。
室温で前記樹脂８０％を、Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓから市販のポリアクリル樹脂（ＨＦ−０５）２０％と混合した。
【００４６】
生じた樹脂を水と混合し、シランカップリング剤０．２％の添加後、標準的なストーンウールラインの製造トライアルで結合剤として使用した。製造された生成物は、密度１００ｋｇ／ｍ３、厚さ１００ｍｍの標準的なスラブであり、結合剤含分はほぼ３％であった。
【００４７】
比較として、トライアルを市販のポリアクリル樹脂２個を用いて製造した。両者は、Ｒｏｈｍ＆ＨａａｓのＨＦ−０５及びＱＲＸＰ１５１３である。両樹脂を水で希釈し、シランカップリング剤０．２％を添加した。
カップリング剤は、γ−アミノプロピルトリエトキシシランであった。
【００４８】
機械的強度をＥＮ１６０７（離層強さ）により測定した。離層強さは、気候室で、高湿度及び上昇された温度に晒した後のもの（７０℃／９５ＲＨ；老化サンプル）と、未老化のものの両方について測定した。
テストの結果は、以下の表４、５及び６に示す。
【００４９】
【表４】
例１０
【表５】
【表６】
例１１
樹脂
ＤＥＡ１１６ｋｇを４００ｌ反応器に移して、６０℃まで加熱し、撹拌した。 ＡＤＰ１６．３ｋｇを添加し、混合物を加熱し１３０℃で６０分間反応させた。
その後、８５℃まで冷却し、ＴＨＰＡ３３．８ｋｇを添加した。その後ＰＴＡ８２．５ｋｇを添加し、温度を１３０℃まで上昇させ、そのまま１２０分間保持した。
その後、反応混合物を１１０℃まで冷却し、水１００ｋｇを添加した。
温度をほぼ５０℃で安定化させた。混合物は均一になるまで、更に１５分間撹拌した。
樹脂を冷却し、貯蔵タンクに移した。
樹脂固体含分６２．２％を、２００℃で決定した。残留モノマーは、添加ＤＥＡの３９％、添加ＴＨＰＡの１２％、添加ＰＴＡの２５％であった。平均分子量は約６００であった。
【００５３】
サンプルについて、ファクトリートライアルを実施し、その場合、樹脂固体に基づいて計算した４％のＤＥＡ及び２５％の固体Ａｃｕｍｅｒ１５１０、固体合計の０．４％であるシラン及び固体含分２５％までの水を添加し、分析した。
【００５４】
ファクトリートライアルの結果
結合剤収率：６０％
離層強さ（ＥＮ１６０７）：１３．４ｋＰａ（Ｔｅｒｒａｎｂａｔｔｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｉ）−老化３．６ｋＰａ（７０℃／９５％ＲＨ）
引張強さ：５．５ｋＰａ（Ｆｌｅｘｉ Ａ Ｂａｔｔｓ）
【００５５】
例１２
樹脂
ＤＥＡ２４ｋｇを８０ｌ反応器に移して、６０℃まで加熱し、撹拌した。
ＡＤＰ６．７ｋｇを添加し、混合物を加熱し１３０℃で６０分間反応させた。
その後、８５℃まで冷却し、ＴＨＰＡ６．９ｋｇを添加した。その後ＰＴＡ１６．９ｋｇを添加し、温度を１３０℃まで上昇させ、そのまま１２０分間保持した。
その後、反応混合物を１１０℃まで冷却し、２０．５ｋｇの水を添加した。温度をほぼ５０℃で安定化させた。
混合物は均一になるまで、更に１５分間撹拌した。
樹脂を冷却し、貯蔵タンクに移した。
樹脂固体含分６３．４％を、２００℃で測定した。残留モノマーは、添加ＤＥＡの３７％、添加ＴＨＰＡの１４％、添加ＰＴＡの２５％であった。平均分子量は約６００であった。
【００５６】
サンプルについて、ファクトリートライアルを実施し、その場合、樹脂固体に基づいて計算した４％のＤＥＡ及び２５％の固体Ａｃｕｍｅｒ１５１０、固体合計の０．４％であるシラン及び固体含分２５％までの水を添加し、分析した。
【００５７】
ファクトリートライアルの結果
結合剤収率：７０％
離層強さ（ＥＮ１６０７）：１２．１ｋＰａ（Ｔｅｒｒａｎｂａｔｔｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｉ）−老化４．３ｋＰａ（７０℃／９５％ＲＨ）
【００５８】
本発明は、前記記述に限定されず、要求される権利は、特許請求の範囲により決定される。
Claims (36)
- カルボン酸とアルカノールアミンとを反応条件下で混合する段階
を含むミネラルウール製品用結合剤の製法。 - 上記カルボン酸と上記アルカノールアミンとを最初に反応条件下で混合して樹脂を生成し、この樹脂を引き続き別のカルボン酸基含有ポリマーと混合する請求項１記載の製法。
- 上記カルボン酸基含有ポリマーが、１０００〜３０００００、例えば１０００〜２５００００、有利には１０００〜２０００００の範囲の分子量を有し、最も有利には約６００００、約１０００００及び約１９００００の分子量を有する請求項２記載の製法。
- 上記カルボン酸基含有ポリマーが、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸及び／又はこれらのコポリマーを含む請求項２又は３記載の製法。
- 上記ポリアクリル酸が、
Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓ社のＨＦ−０５Ａ、
Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓ社のＡｃｕｓｏｌｅ１９０、
Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓ社のＡｃｕｍｅｒ１５１０、
Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｉｎｃ．の４１．６００−２
の１つ以上から選択される請求項４記載の製法。 - 上記カルボン酸が、分子量約１０００以下、有利には約５００以下、最も有利には約２００以下を有するジ、トリ、又はテトラのカルボン酸である請求項１乃至５のいずれか１項記載の製法。
- 上記カルボン酸が、一般式：
ＣＯＯＨ−（ＣＲ１Ｒ２）ｎ−ＣＯＯＨ
［式中、ｎ≧２、有利にｎ≧４であり、Ｒ１及びＲ２は、互いに独立して、Ｈ又は低級アルキル基、有利にはメチル基又はエチル基から選択される］を有するジカルボン酸である請求項６又は７記載の製法。 - 上記カルボン酸が、アジピン酸、クエン酸、トリメリト酸、セバシン酸、アゼライン酸及びコハク酸から実質的になる群から選択され、最も有利にはアジピン酸である請求項６又は７記載の製法。
- 上記アルカノールアミンが、ジ及びトリのアルカノールアミンを含む群から選択される請求項１乃至８のいずれか１項記載の製法。
- 上記アルカノールアミンが、第二級β−ヒドロキシアルキルアミン、最も有利には、Ｎ−置換アルカノールアミンである請求項９記載の製法。
- 上記アルカノールアミンが、ジエタノールアミン、１−メチル（又はエチル）ジエタノールアミン、ｎ−ブチルジエタノールアミン、３−アミノ−１，２−プロパンジオール、２−アミノ−１，３−プロパンジオール、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタンから実質的になる群から選択される請求項９又は１０記載の製法。
- 上記アルカノールアミンが、ジエタノールアミンである請求項１乃至１１のいずれか１項記載の製法。
- 上記結合剤中のカルボン酸対アルカノールアミンのモル比が０．１〜１：１〜０．１の範囲である請求項１乃至１２のいずれか１項記載の製法。
- 上記結合剤中のカルボン酸基含有ポリマーの重量％が、０．５〜５０、例えば１０〜４０、有利には１５〜３０の範囲であり、最も有利には約２０である請求項１乃至１３のいずれか１項記載の製法。
- 上記アルカノールアミンを最初に第一の所定の温度まで加熱し、その後、上記カルボン酸を添加し、この混合物の温度を第二の所定の温度まで上昇させる請求項１乃至１４のいずれか１項記載の製法。
- 上記第一の温度が約６０℃であり、上記第二の温度が、少なくとも約９０℃であり、有利には約９５〜２００℃の範囲であり、例えば約１２０〜１５０℃の範囲である請求項１５記載の製法。
- 上記結合剤に、
カップリング剤、例えばアミノシラン、有利にはγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、
重合促進剤、硬化促進剤及び任意には更に標準的なミネラルウールの結合剤の添加剤
の１つ以上を添加する段階を更に含む請求項１乃至１６のいずれか１項記載の製法。 - 上記カルボン酸と上記アルカノールアミンとの反応を、有利には上記樹脂反応混合物に水を添加することにより、積極的に停止させ、その際、水を、上記樹脂混合物の重量、有利には上記樹脂混合物中の固体の重量に対して、有利には約５０％まで、より有利には２５％より多く添加する請求項１乃至１７のいずれか１項記載の製法。
- 引き続き、塩基を上記反応混合物に添加する請求項１８記載の製法。
- 上記塩基が、ＮＨ３、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、トリエタノールアミン（ＴＥＡ）を含む群から選択され、任意には、それをポリアクリル酸、有利にはＲｏｈｍ＆Ｈａａｓ社のＭｗが約６００００のＡｃｕｍｅｒ１５１０と混合する請求項１９記載の製法。
- 上記樹脂反応混合物中の塩基の重量％、有利には上記反応混合物中の固体の重量により計算された塩基の重量％が、２０％まで、有利には１０％まで、更に有利には１〜５％の範囲、最も有利には４％であり、塩基が有利にはＤＥＡである請求項２０記載の製法。
- 上記混合物中のポリアクリル酸の重量％が、５０％まで、例えば４０％、有利に３０％、最も有利に２５％までの範囲である請求項１９乃至２１のいずれか１項記載の製法。
- シランを、上記樹脂反応混合物の重量、有利には上記樹脂固体の重量に基づき、有利には０．１％〜５％で、より有利には０．２％〜３％の範囲で、最も有利には約１％で添加する段階を更に含み、該シランが最も有利には前加水分解されたγ−アミノプロピルトリエトキシシラン（ＶＳ１４２／Ｖｉｔｃｏ）である請求項１乃至２２のいずれか１項記載の製法。
- 請求項１乃至２３のいずれか１項記載の製法により得られる結合剤。
- アルカノールアミン、有利には請求項９乃至１２のいずれか１項で定義されたアルカノールアミンと、カルボン酸、有利には請求項６乃至８のいずれか１項で定義されたカルボン酸との反応生成物を含むミネラルウール製品用結合剤。
- 請求項２乃至５のいずれか１項で定義されたカルボン酸基含有ポリマーを更に含む請求項２５記載の結合剤。
- ２５０℃で、多くとも１００秒、例えば９０秒、有利には多くとも約５０秒、例えば多くとも約４５秒、最も有利には２５０℃で３５秒、例えば２００℃で３５秒の硬化時間を有する請求項２４乃至２６のいずれか１項記載の結合剤。
- ２００℃で、多くとも１００秒、例えば９０秒、有利には多くとも約５０秒、例えば多くとも約３５秒の硬化時間を有する請求項２４乃至２７のいずれか１項記載の結合剤。
- 請求項２３に定義されたシランを更に含む請求項２５乃至２８のいずれか１項記載の結合剤。
- 鉱物繊維を請求項２４乃至２９のいずれか１項記載の結合剤と接触させる段階と、引き続きそれを硬化させる段階とを含むミネラルウール製品の製法。
- 請求項３０により得られるミネラルウール製品。
- 請求項２４乃至２９のいずれか１項記載の結合剤を含むミネラルウール製品。
- 請求項２４乃至２９のいずれか１項記載の結合剤を含むミネラルウール製品であって、該ミネラルウール製品が、少なくとも１００℃、例えば少なくとも１５０℃、有利には少なくとも２００℃の温度で硬化されているミネラルウール製品。
- グリットバーテストにより測定された耐老化性が、少なくとも０．５、有利には少なくとも１．０、更に有利には少なくとも１．５、一層有利には少なくとも２．０、最も有利には少なくとも２．５Ｎ／ｍｍ２を有するミネラルウール結合剤。
- グリットバーテストにより測定された残存強度が、少なくとも１０％、例えば少なくとも２０％、有利には少なくとも３０％、例えば少なくとも４０％、最も有利には少なくとも５０％を有する請求項３４記載のミネラルウール結合剤。
- 任意にカルボン酸基含有ポリマーが混合された、アルカノールアミンとカルボン酸との反応混合物のミネラルウール製品用結合剤としての使用。
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