JP2014515793A - バイオベースバインダーを有する断熱製品 - Google Patents
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Abstract
Description
繊維断熱材は、典型的には、ポリマー、ガラスまたは他の鉱物の溶融組成物を繊維化し、繊維化装置、例えば、回転式スピナーにより細い繊維を紡ぐことによって製造される。断熱製品を成形するために、回転式スピナーによって製造される繊維は、ブロアによって、スピナーからコンベヤに向けて、下方に引かれる。繊維が下方に移動する時、繊維上にバインダー材料がスプレーされ、繊維は集められて、コンベヤ上で嵩高い連続ブランケットになる。バインダー材料は、断熱製品に、梱包後の回収のための弾性(resiliency)を付与し、また、断熱製品を取り扱い、必要に応じて建築物の断熱キャビティに適用できるように、剛性(stiffness)および取扱適性をもたせる。バインダー組成物はまた、フィラメント間の磨損から繊維を保護し、個々の繊維の間の適合性を高める。
不織マットは、通常の湿式(wet−laid)法によって成形され得る。例えば、湿潤チョップドファイバーが、界面活性剤、粘度調整剤、消泡剤および/または他の化学試剤を含む水スラリーに分散される。次いで、チョップドファイバーを含むスラリーは、繊維がスラリー全体に分散した状態になるように撹拌される。繊維を含むスラリーは、移動しているスクリーン上に落とされ、そこで、水の大部分が除かれて、ウェブが成形される。次いで、バインダーが適用され、得られるマットは、乾燥されて、残っている水が除去され、バインダーが硬化される。成形される不織マットは、分散した、個々のガラスフィラメントの集合体である。エアレイド(air−laid)法は、ガラス繊維が、水スラリーにではなく、空気の流れに分散されるということ以外は同様である。
様々な試みが、ホルムアルデヒド系樹脂からの望ましくないホルムアルデヒドの放出を減らすためになされてきた。例えば、アンモニアおよび尿素のような様々なホルムアルデヒド捕捉剤が、断熱製品からのホルムアルデヒドの放出を減らそうとする試みにおいて、ホルムアルデヒド系樹脂に添加された。その低コストのために、尿素が、ホルムアルデヒド捕捉剤として働くように、未硬化樹脂系に直接添加される。樹脂系への尿素の添加は、尿素で延長されたフェノール−ホルムアルデヒドレゾール樹脂を生成する。これらのレゾール樹脂は、塗料またはバインダーとして、さらに処理または適用され、次いで硬化され得る。残念ながら、尿素で延長されたレゾールは不安定であり、この不安定性の故に、尿素で延長されたレゾールは、現場で調製されなければならない。さらに、バインダーの在庫原材料は、保管の間に形成し得る二量体化学種の望ましくない結晶性沈殿物によって引き起こされる工程上の問題を避けるために、注意深くモニターされなければならない。アンモニアは、不快な臭気を発し、作業者に喉および鼻の刺激を生じ得るので、アンモニアは、ホルムアルデヒド捕捉剤としての尿素に対する特別に望ましい代替ではない。さらに、ホルムアルデヒド捕捉剤の使用は、断熱製品の特性へのその潜在的な悪影響、例えば、回収率低下および剛性低下のために、一般に望ましくない。
さらに、先行技術は、ポリヒドロキシ架橋剤と共にポリアクリル酸を、またはメイラード反応に関連する炭水化物に基づく化学を、用いることに集中している。しかし、ポリアクリル酸バインダーは、いくつかの欠点を有する。例えば、ポリアクリル酸バインダーは、石油に基づく材料、および現行のフェノールバインダー系のコストの典型的には少なくとも2倍のコストを用いる。さらに、高い粘度および様々な硬化特性は、加工上の難しさを課する。また、メイラード反応に基づく製品は、硬化後に、望ましくない暗い茶色を有する。さらに、バインダーを製造するために必要とされる大量のアンモニアの使用は、安全上のリスクおよび起こり得る放出の問題を生じさせる。
マルトデキストリンが容易に入手でき、また低コストであることは、本発明のさらに別の利点である。
本発明のバインダー組成物を用いる断熱製品および不織マットは、様々な製品の形状、密度および用途を生み出すために、現行の製造ラインを用いて製造できるので、時間と資金が節約されることは、本発明のさらなる利点である。
バインダー組成物が、添加されたホルムアルデヒドを有さないことは、本発明の別の利点である。
また、最終製品が、断熱製品に様々な色をもたらすための染料、顔料、または他の着色剤の使用を可能にする明るい色を有することも、本発明の利点である。さらに、ボード製品の表面を、塗料または織布もしくは不織布の覆いで仕上げる時、従来のボードより明るい色のこれらのボードを覆うためには、より少ない重量の塗料または布を要する。
炭水化物ポリマーが、2〜20のデキストロース当量(DE)数を有し得ることは、本発明の特徴である。
マルトデキストリンが、スプレーアプリケータを含めて、通常のバインダーアプリケータによって適用することができる水性混合物を形成できることは、本発明の特徴である。
バインダーが、酸性、中性、または塩基性であり得ることは、本発明のさらなる特徴である。
本発明の断熱製品および不織マットが、添加されたホルムアルデヒドを有さないことは、本発明の別の特徴である。
本発明のバインダー組成物が、触れた時にソフトな感じを与える(これは、これらの繊維製品を取り付ける人または使用者にとって利点がある)繊維製品、特に、より低密度の製品を生成することは、本発明のさらなる利点である。
本発明のバインダー組成物が、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、およびルーフィング用途に用いられる複合強化材(例えば、チョップドストランド)にとって有用であり得ることもまた、本発明の特徴である。さらに、本発明のバインダーは、シングルエンドとマルチエンドロービングの両方に使用され得る。
本発明の前記および他の目的、特徴および利点は、以下の詳細な説明の考察により、以下でより完全に明らかになるであろう。しかし、図は例示のためであり、本発明の範囲を限定すると解釈されるべきではないことが明確に理解されるべきである。
本発明の利点は、特に添付図と関連して考慮する時、以下の本発明の詳細な開示を考察すれば、明らかになるであろう。
図において、線の太さ、層、および部分は、明確さのために誇張されていることがある。
層、部分、基材、またはパネルのような構成要素が、別の構成要素の「上」に存在するとして言及される場合、それは、その別の構成要素の上に直に存在していてもよい、または、介在する構成要素もまた存在していてもよい。また、ある構成要素が、別の構成要素に「隣接して」存在するとして言及される場合、その構成要素は、その別の構成要素に直に隣接していてもよい、または、介在する構成要素が存在していてもよい。用語「最上部」、「最下部」、「側面」などは、本明細書において、説明のためにのみ用いられている。図の全体を通して見出される類似の数は、類似の構成要素を示す。語句「バインダー」、「バイオベースバインダー」、「バインダー組成物」、および「バインダー配合物」は、本明細書において交換可能に用いられ得ることに留意されたい。
本発明は、少なくとも1種のバイオベース成分を含む、環境に優しい水性ポリエステルバインダー組成物に関する。例示的な一実施形態において、バイオベース成分は、炭水化物であり、バインダーは、炭水化物および架橋剤を含む。典型的には、炭水化物は、反応性ヒドロキシル基を有し、架橋剤は反応性カルボキシル基を有する。ある例示的な実施形態において、炭水化物ベースバインダー組成物はまた、カップリング剤、加工助剤、増量剤、pH調整剤、触媒、架橋密度向上剤、脱臭剤、酸化防止剤、粉塵抑制剤、殺生物剤、耐湿剤、またはこれらの組合せも含む。バインダーは、断熱材およびチョップドストランド不織マットの成形に使用され得る。さらに、バインダーは、添加されたホルムアルデヒドを含まない。さらに、バインダー組成物は、通常のフェノール/尿素/ホルムアルデヒドのバインダー組成物に比べて、微粒子の放出を減少させる。本発明のバインダーはまた、パーティクルボード、合板および/またはハードボードの成形においても有用であり得る。
少なくとも1つの例示的な実施形態において、炭水化物は、デキストリンまたはマルトデキストリンのような水溶性多糖である。炭水化物ポリマーは、バインダー組成物における全固形分の約40重量%〜約95重量%、バインダー組成物における全固形分の約50重量%〜約95重量%、約60重量%〜約90重量%、または約70重量%〜約85重量%の量で、バインダー組成物中に存在し得る。本明細書で用いられる場合、重量%は、バインダー組成物における全固形分に対する重量%を示す。
・アクリル:3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン;3−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン;3−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン;3−アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン;3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン;3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン
・アミノ:アミノプロピルメチルジメトキシシラン;アミノプロピルトリエトキシシラン;アミノプロピルトリメトキシシラン/EtOH;アミノプロピルトリメトキシシラン;N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン;N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン;(2−アミノエチル)−(2−アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン;N−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン
・エポキシ:3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン;3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン;3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン;2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルメチルジメトキシシラン;2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルメチルジエトキシシラン;2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン;2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン
・メルカプト:3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン;3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン;3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン;3−メルカプトプロピルメチルジエトキシシラン
・スルフィド:ビス[3−(トリエトキシシリル)プロピル]−テトラスルフィド;ビス[3−(トリエトキシシリル)プロピル]−ジスルフィド
・アルキル:メチルトリメトキシシラン;メチルトリエトキシシラン;ジメチルジメトキシシラン;ジメチルジエトキシシラン;テトラメトキシシラン;テトラエトキシシラン;エチルトリエトキシシラン;n−プロピルトリメトキシシラン;n−プロピルトリエトキシシラン;イソブチルトリメトキシシラン;ヘキシルトリメトキシシラン;ヘキシルトリエトキシシラン;オクチルトリメトキシシラン;デシルトリメトキシシラン;デシルトリエトキシシラン;オクチルトリエトキシシラン;tert−ブチルジメチルクロロシラン;シクロヘキシルメチルジメトキシシラン;ジシルオヘキシルジメトキシシラン;シクロヘキシルエチルジメトキシシラン;t−ブチルメチルジメトキシシラン
・クロロアルキル:3−クロロプロピルトリエトキシシラン;3−クロロプロピルトリメトキシシラン;3−クロロプロピルメチルジメトキシシラン
・ペルフルオロ:デカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシル)トリメトキシシラン;((ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシル)トリメトキシシラン
・フェニル:フェニルトリメトキシシラン;フェニルトリエトキシシラン;ジフェニルジエトキシシラン;ジフェニルジメトキシシラン;ジフェニルジクロロシラン
・上に列挙したシランの加水分解物
・ジルコネート:ジルコニウムアセチルアセトネート;ジルコニウムメタクリレート
・チタネート:テトラ−メチルチタネート;テトラ−エチルチタネート;テトラ−n−プロピルチタネート;テトラ−イソプロピルチタネート;テトラ−イソブチルチタネート;テトラ−sec−ブチルチタネート;テトラ−tert−ブチルチタネート;モノn−ブチル、トリメチルチタネート;モノエチルトリシクロヘキシルチタネート;テトラ−n−アミルチタネート;テトラ−n−ヘキシルチタネート;テトラ−シクロペンチルチタネート;テトラ−シクロヘキシルチタネート;テトラ−n−デシルチタネート;テトラn−ドデシルチタネート;テトラ(2−エチルヘキシル)チタネート;テトラオクチレングリコールチタネートエステル;テトラプロピレングリコールチタネートエステル;テトラベンジルチタネート;テトラ−p−クロロベンジルチタネート;テトラ2−クロロエチルチタネート;テトラ2−ブロモエチルチタネート;テトラ2−メトキシエチルチタネート;テトラ2−エトキシエチルチタネート。
さらに、バインダー組成物はまた、ガラス繊維製品でのカビおよび真菌の成長を弱める、または排除するために、1種または複数の殺生物剤、例えば、3−ヨード−2 プロピル−n−ブチルカルバメート、カルバミン酸,ブチル−,3−ヨード−2−プロピニルエステル(IPBC)、2−ブロモ−2−ニトロプロパン−1,3−ジオール、硝酸マグネシウム、5−クロロ−2−メチル−4−イソチアゾリン−3−オン、塩化マグネシウム、スルファミン酸,N−ブロモ,ナトリウム塩、ジヨードメチル−p−トリスルホン、ジブロモアセトニトリル、および2,2−ジブロモ−3−ニトリロプロピオンアミドを含み得る。殺生物剤は、約0重量%〜約10.0重量%、約0.05重量%〜約1.0重量%、または約0.1重量%〜約0.5重量%の量で、バインダー組成物中に存在し得る。
さらに、バインダーは、バインダーの外観を向上させる、および/または、全製造コストを下げるために、少なくとも1種の増量剤を任意選択で含んでいてもよい。増量剤は、無機フィラー、例えば、酸化スズもしくは炭酸カルシウム、または有機材料、例えば、リグニン、リグニンスルホネート、もしくはタンパク質ベースのバイオマスであり得る。例示的な実施形態において、増量剤は、タンパク質含有バイオマスである。炭水化物と同様に、タンパク質含有バイオマスは、天然由来であり、再生可能資源から得られる。例えば、そのタンパク質は、ダイズ(例えば、ダイズ粉)、ラッカセイ、ヒマワリ、インゲンマメ、クルミのような植物原料に、または高いタンパク含有量を有する他の植物に由来し得る。代わりに、タンパク質は、動物原料、例えば、これらに限らないが、卵、血液、および動物組織(例えば、牛肉、豚肉、または鶏肉、さらには魚)に由来し得る。タンパク質含有バイオマスは、約95%までのタンパク質を、例示的な実施形態においては、90%、75%、または50%までのタンパク質を含み得る。本明細書で用いられる場合、用語「タンパク質」は、1種または複数のポリペプチドからなる高分子と定義され得るが、そのアミノ酸配列に関係なく、ポリペプチドの任意の組合せを含む。さらに、用語「タンパク質」は、それらの構造でタンパク質を天然に得ることができる全ての可能な構造、またはその反応性を向上させるために修飾されたタンパク質を含むものとする。天然タンパク質および合成タンパク質の誘導体もまた、用語「タンパク質」の範囲内に含められることが理解されるべきである。1つまたは複数の例示的実施形態において、タンパク質含有バイオマスは、ダイズ粉である。増量剤は、バインダー組成物における全固形分の約0重量%〜約70.0重量%、約5.0重量%〜約50.0重量%、または約10.0重量%〜約40.0重量%の量で、バインダー組成物中に存在し得る。
バインダーは、さらに、強化繊維に適用するために、活性固形分を溶解または分散させるための水を含む。水は、水性バインダー組成物を、強化繊維にそれを適用するのに適する粘度まで希釈するのに、および繊維での望ましい固形分含有量を達成するのに十分な量で添加され得る。特に、バインダー組成物は、バインダー組成物における全固形分の約50重量%〜約98.0重量%の量で、水を含み得る。
加工助剤(例えば、グリセロール)または低分子量の炭水化物を含む、本発明の別の例示的実施形態による水性バインダー組成物が、表2に記載されている。
例示的な一実施形態において、バインダー組成物は、繊維製品、典型的には断熱製品を成形するために用いられる。繊維製品は、一般に、硬化した熱硬化性ポリマー材料によって互いに接合され、マット化された無機繊維から成形される。適切な無機繊維の例には、ガラス繊維、ガラス繊維ウール、およびセラミック繊維が含まれる。任意選択で、天然繊維および/または合成繊維、例えば、ポリエステル、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリアミド、アラミドおよび/またはポリアラミド繊維のような他の強化繊維が、ガラス繊維以外に、断熱製品中に存在していてもよい。本明細書との関連で用いられる場合、用語「天然繊維」は、これらに限らないが、茎、種子、葉、根、または師部を含めて、植物のいずれかの部分から取り出される植物繊維を表す。強化用繊維材料として用いられるのに適する天然繊維の例には、玄武岩、綿、ジュート、竹、カラムシ、バガス、麻、コイア、リネン、ケナフ、サイザル、亜麻、ヘナケ麻、およびこれらの組合せが含まれる。断熱製品は、専ら1種の繊維から成形されてもよく、または、断熱製品は、複数のタイプの繊維の組合せから成形されてもよい。例えば、断熱製品は、断熱材に望まれる用途に応じて、様々なタイプのガラス繊維の組合せ、または異なる無機繊維および/または天然繊維の様々な組合せから成形されてもよい。本明細書に記載の実施形態では、主にガラス繊維で成形される断熱製品が参照される。
分類に役立つ別の特性は、製品の硬さ(rigidity)である。住宅用断熱バットは、典型的にはかなり軟質であり、それらは、ロールまたはバットに圧縮できると同時に、圧縮を解除すると、それらの「嵩高性」を回復する。対照的に、他の繊維製品、例えば、少数の例を挙げると、天井タイル、壁パネル、基礎ボード、および特定のパイプ断熱材は、設計によって、かなり硬質であり、軟質でない。これらの製品は、僅かしか曲がらず、特別なスペースにうまく合わせられる、または一致させられる見込みはない。
ブロア20は、繊維30を下方に向かわせて、繊維バット40を成形させる。ガラス繊維30は、約2〜約9μm、または約3〜約6μmの直径を有し得る。ガラス繊維30の小さな直径は、最終の断熱製品に、ソフトな感じおよび柔軟性をもたせる助けとなる。
ガラス繊維は、成形チャンバ25を通過している間で、延伸動作のためにまだ高温である間に、繊維ガラスで成形される断熱パック40の全体にわたってバインダー組成物が分布するように、環状のスプレーリング35によって、本発明の水性バインダー組成物をスプレーされる。水もまた、水性バインダー組成物を適用する前に、少なくともある程度ガラス繊維30を冷却するために、成形チャンバ25において、例えばスプレーによって、ガラス繊維30に適用されてもよい。バインダーは、繊維製品全体の約1重量%〜30重量%、より普通には、約2重量%〜約20重量%、または約3重量%〜約14重量%の量で存在し得る。繊維製品のバインダー含有量は、典型的には、硬化後の製品の強熱減量または「LOI」によって求められる。
未硬化樹脂バインダーが付着したガラス繊維30は、成形チャンバ25内の成形用エンドレスコンベヤ45の上で、集積され、成形用コンベヤ45の下からの、繊維パック40を通しての真空引き(示されていない)に助けられながら、未硬化断熱材パック40に成形される。成形動作の間の、ガラス繊維30および繊維パック40を通る空気の流れによる残存する熱は、通常、ガラス繊維30が成形チャンバ25を出ていく前に、バインダーの水の大部分を蒸発させるのに十分であるので、残っているバインダー成分が、粘性のある、または幾分粘性のある高固形分液体として繊維30上に残される。
建築物の断熱キャビティに置かれる断熱材の大部分は、上に記載されたような断熱製品を平らにした断熱ブランケットの形態である。表面材付き断熱製品は、典型的には断熱キャビティの屋内側に、表面材を断熱キャビティの端部と凹凸のないように置いて、設置される。表面材が防湿層(vapor retarder)である断熱製品は、暖かい屋内空間を、低温の外部空間から隔てる壁、床、または天井のキャビティを断熱するために一般的に使用される。防湿層は、断熱製品を通しての水蒸気の移動を遅らせる、または妨げるために、断熱製品の片側に配置される。
成形または造形された製品は、製品をその最終の形状に成型または造形するさらなるステップ(硬化の間でもよい)を含み得る。硬質ボードは、造形製品の1つのタイプであり、その形状は平坦である。他の造形製品は、ダイまたはモールドまたは他の成形装置によって成形され得る。硬さは、高密度の繊維の使用によって、また/または、高レベルのバインダー付着によって付与され得る。回転繊維化に代わるものとして、ある繊維断熱製品は、特に高密度不織断熱製品は、ランダムな配向に撒き散らされ、バインダーに接触させられて、製品を成形する、予め製造されたガラス、他の鉱物またはポリマーの繊維を用い、エアレイドまたは湿式法によって製造され得る。
ある場合には、連続繊維、例えば、E−ガラスのスクラップを用い、流体に分散させる製造方法に適する長さに、それらを切断することさえ可能である。テキスタイルパイプ断熱材の一実施形態において、スクラップE−ガラスの長さは、約0.5〜約6インチの範囲に、通常は、約2インチの長さに切断される。これらは、流体(水または空気)によって分散され、流体は除去され、繊維はバイオベースバインダー(これは、前と同様に硬化される)をスプレーされる。
本発明によるバイオベースバインダーを用い、製造され得るいくつか例示的繊維製品には、下の表Aに例示されるものが含まれる。
本発明を一般的に説明したので、下に例示される特定の具体例(これらは、例示のためにのみ提供されており、特に断らなければ、全てを包含する、または限定であるとは意図されていない)を参照することによってさらなる理解を得ることができる。
表4に記載のバインダー組成物を、下に詳細に記載される様にして、手すき紙を成形するために用いた。不織ガラス繊維手すき紙は、乾燥し、400°Fで3分間、硬化させた。各試料の引張強さ、強熱減量(LOI)、およびLOIで除した引張強さ(引張強さ/LOI)を、雰囲気条件および水蒸気条件下に求めた。引張強さは、Instronを用い、測定した。強化繊維の強熱減量(LOI)は、繊維から有機サイズ剤を燃焼または熱分解させて除くのに十分な温度で繊維を加熱した後、繊維に見られる重量の減少である。加熱減量は、TAPPI T−1013 OM06、ガラス繊維マットの加熱減量(2006)に記載の手順に従って測定した。水蒸気環境に手すき紙を置くために、手すき紙を、400と500psiの間の圧力で、240°Fのオートクレーブに30分間入れた。
表6に記載のバインダー配合物を、例1に記載の手順に従って、手すき紙を成形するために用いた。不織ガラス繊維手すき紙は、乾燥し、400°Fで3分間、硬化させた。各試料の引張強さ、強熱減量(LOI)、およびLOIで除した引張強さ(引張強さ/LOI)を、雰囲気条件および水蒸気条件下に求めた。水蒸気条件は、例1に記載のものと同じであった。さらに、各試料の強熱減量および引張強さを、例1において記載の手順に従って測定した。結果は、表7に記載されている。表6における重量は、グラム(g)で表されていることに注意すべきである。
表6および7に記載のデータから、様々なデキストロース当量(DE)を有するマルトデキストリンを含むバインダー配合物は、市販製品より良好なまたは匹敵する引張強さ、LOI、および水蒸気エージング後のLOIを実現したと結論付けた。
表8に記載のバインダー配合物を、例1に記載の手順に従って、手すき紙を成形するために用いた。不織ガラス繊維手すき紙は、乾燥し、400°Fで3分間、硬化させた。
各試料の引張強さ、LOI、および引張強さ/LOIを、雰囲気条件および水蒸気条件下に求めた。水蒸気条件は、例1に記載のものと同じであった。さらに、各試料の強熱減量および引張強さを、例1において記載の手順に従って測定した。結果は、表9に記載されている。表8における重量は、グラム(g)で表されていることに注意すべきである。
表10に記載のバインダー配合物を、当業者に知られている方法で、R−19ガラス繊維断熱バットを成形するために用いた。R−19ガラス繊維断熱バットは、6%のLOI目標値を有し、510°Fで硬化させた。ラインの末端でのバットの機械的特性を、周囲条件下に測定した。結果を表11に記載する。
表10および11に記載のデータから、マルトデキストリンとポリアクリル酸を、または様々な比率のマルトデキストリンとクエン酸を含むバインダー配合物は、典型的な製造条件下に硬化でき、現行の市販製品のそれに匹敵する製品性能を実現すると結論付けた。
表12に記載のバインダー配合物を、当業者に知られている方法で、R−19ガラス繊維断熱バットを成形するために用いた。R−19ガラス繊維断熱バットは、6%の強熱減量(LOI)目標値を有していた。バットの機械的特性を、周囲条件下に測定した。結果を表13に記載する。
表12および13に記載のデータから、加工助剤(例えば、グリセリン)を様々なレベルで含むバインダー配合物は、現行の市販製品のそれに匹敵する製品性能を実現すると結論付けた。オーブンに入る前の未硬化ブランケットのランプ高さが、バインダー組成物中に存在するグリセリンのパーセントに比例して向上することもまた観察された。例えば、組成物中に存在するグリセリンのパーセントを5%から15%に増やすと、ランプ高さは、15%から50%に増加した。
表14および16に記載のバインダー配合物を、例1に記載の手順に従って手すき紙を成形するため用いた。不織ガラス繊維手すき紙は、乾燥し、400°Fで3分間、硬化させた。各試料の引張強さ、LOI、および引張強さ/LOIを、雰囲気条件および水蒸気条件下に求めた。水蒸気条件は、例1に記載のものと同じであった。さらに、各試料の強熱減量および引張強さを、例1に記載の手順に従って測定した。結果を表15および17に記載する。表15および17における重量はグラム(g)で表されていることに注意すべきである。
表18および表20に記載のバインダー配合物を、当業者に知られている通常の方法で、R−21ガラス繊維断熱バットを成形するために用いた。R−21ガラス繊維断熱バットは、5.5%の強熱減量(LOI)目標値を有していた。ラインの末端でのバットの機械的特性を、周囲条件下に測定した。結果を表19および20に記載する。
表22に記載のバインダー配合物を、当業者に知られている通常の方法で、5pcfで、厚さ1インチのガラス繊維天井ボードを成形するために用いた。この天井ボードは、13%の加熱減量(LOI)目標値を有していた。天井ボードの機械的特性を、周囲条件下に求めた。結果を表23に記載する。比較のための試料1〜3は、表22に示され、試料4(この実験における対照)は、表22には詳細に特定されていないが、5ポンド/立法フィート(pcf)で厚さ1インチのOwens Corningの天井ボード(市販製品)である。
表24に記載のバインダー配合物を、当業者に知られている通常の方法で、R−6ガラス繊維軟質ダクトメディア(FDM)を成形するために用いた。この軟質ダクトメディアは、6%のLOI目標値を有していた。軟質ダクトメディアの機械的特性を、周囲条件下で求めた。結果を表25に記載する。
表26に記載のバインダー配合物を、当業者に知られている通常の方法で、R−13ガラス繊維金属建築物断熱材(MBI)を成形するために用いた。この天井ボードは、6.5%のLOI目標値を有していた。金属建築物断熱材の機械的特性を、周囲条件下に求めた。結果を表27に記載する。
バインダーの表面張力を下げるために、バインダーのスプレーによる霧化を向上させるために、バインダーの分布の均一性を向上させるために、およびバインダーの濡れと繊維−繊維の接合部へのバインダーの移動とを向上させるために、界面活性剤を含むバイオベースバインダーの表面張力を、フェノール/尿素/ホルムアルデヒドのバインダー標準と比較した。本発明のバイオベースバインダー組成物の表面張力は、Surface Tensionmeter 6000(Chem−Dyne Research GroupのSensaDyne Instrument Division製)を用い、測定した。この装置は、脱イオン水により較正した。データは、5秒ごとに記録した。システムが安定し、試験が始まった後、1分間の試験時間にわたる平均値を、各試料について得た。結果を表28に記載する。
バイオベースバインダーは、製品および硬化条件に依り、においを発し得る。望ましくないにおいの放出をできるだけ少なくするために、様々なアルカノールアミンをバインダー組成物に添加し、R−20製品を、典型的な(通常の)製造条件下に製造した。製造した材料は、8×8(インチ2)に切断し、ジップバッグに入れ、シールした。10人の回答者に、新しい試料バッグを与え、回答者は個々に、それぞれの試料を、最も強いにおい(最も大きな数)から最も弱いにおい(最も小さい数)までランク付けを行った。結果を表31に記載する。
表18に記載の試料1および試料2のバインダー配合物を、表32に列挙した耐湿添加剤と組み合わせて、当業者に知られている通常の方法で、R−13ガラス繊維断熱製品を成形するために用いた。R−13製品は、6.5%のLOI目標値を有していた。耐湿添加剤を加えたバイオバインダーの機械的特性を、周囲条件下に測定した。結果を表32に記載する。
環境放出試験は、表18に試料1として記載の基本配合物を、それだけでか、または既存の粉塵防止乳化鉱油と一緒にかのいずれかで用いた。試験は、対照を含めて、各配合物について、R−19断熱製品を製造する通常の製造ラインを用い、少なくとも5時間にわたって、実施した。通常の放出試料採取分析手法に従い、フィルター捕集した微粒子放出、およびホルムアルデヒド放出を表33に列挙した。
表33に記載のデータから、バイオベースバインダーは、通常のガラス繊維断熱材製造工程に適用された場合、断熱材の成形の間に、生成する微粒子放出物を18%以上減少させ、ホルムアルデヒドの放出を、ほとんど無くすると結論付けた。検出された少量のホルムアルデヒドは、ホルムアルデヒドバインダー残留物または何らかの他の汚染に由来した可能性があることが指摘される。
〔1〕
複数のランダム配向繊維;および
前記繊維の少なくとも一部に適用されたバインダー組成物
を含み、前記バインダー組成物が、
2〜20のデキストロース当量数を有する少なくとも1種の炭水化物;および
少なくとも1種の架橋剤
の反応生成物を含む、繊維断熱製品。
〔2〕
硬化した状態の前記バインダー組成物が、少なくとも1種のポリエステルを含む、〔1〕に記載の繊維断熱製品。
〔3〕
前記少なくとも1種の炭水化物が、ペクチン、デキストリン、マルトデキストリン、デンプン、変性デンプン、デンプン誘導体およびこれらの組合せからなる群から選択される水溶性多糖である、〔1〕に記載の繊維断熱製品。
〔4〕
前記架橋剤が、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸の塩、酸無水物、酸無水物を有するモノマー性カルボン酸、酸無水物を有するポリカルボン酸、クエン酸、クエン酸の塩、アジピン酸、アジピン酸の塩、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸の塩、ポリアクリル酸系樹脂およびこれらの組合せからなる群から選択される、〔3〕に記載の繊維断熱製品。
〔5〕
添加されたホルムアルデヒドを含まない、〔1〕に記載の繊維断熱製品。
〔6〕
第1の主表面および第2の主表面を有するマットの形態の、複数のランダム配向ガラス繊維;および
前記マットの前記第1の主表面を少なくとも部分的にコーティングするバインダー組成物
を含み、前記バインダー組成物が、
2〜20のデキストロース当量数を有する少なくとも1種の炭水化物;および
少なくとも1種の架橋剤
の反応生成物を含む、不織繊維製品。
〔7〕
硬化した状態の前記バインダー組成物が、少なくとも1種のポリエステルを含む、〔6〕に記載の不織マット。
〔8〕
前記少なくとも1種の炭水化物が、ペクチン、デキストリン、マルトデキストリン、デンプン、変性デンプン、デンプン誘導体およびこれらの組合せからなる群から選択される水溶性多糖である、〔6〕に記載の不織マット。
〔9〕
前記架橋剤が、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸の塩、酸無水物、酸無水物を有するモノマー性カルボン酸、酸無水物を有するポリカルボン酸、クエン酸、クエン酸の塩、アジピン酸、アジピン酸の塩、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸の塩、ポリアクリル酸系樹脂およびこれらの組合せからなる群から選択される、〔6〕に記載の不織マット。
〔10〕
前記バインダー組成物が、カップリング剤、加工助剤、増量剤、pH調整剤、触媒、架橋密度向上剤、脱臭剤、酸化防止剤、粉塵抑制剤、殺生物剤および耐湿剤からなる群から選択される少なくとも1種の構成要素をさらに含む、〔6〕に記載の不織マット。
〔11〕
添加されたホルムアルデヒドを含まない、〔6〕に記載の不織マット。
〔12〕
複数のランダム配向ガラス繊維;および
前記繊維の少なくとも一部に適用された、ホルムアルデヒドを含まない熱硬化性のバイオベースバインダー組成物
を含み、前記バインダー組成物が、
反応性ヒドロキシル基を有する少なくとも1種の炭水化物;および
反応性カルボン酸基を有する少なくとも1種の架橋剤
を含む、繊維製品。
〔13〕
回転繊維化法によって製造される、約0.3〜約4pcfの密度を有する軟質低密度製品である、〔12〕に記載の繊維製品。
〔14〕
約1.5〜約10pcfの密度を有する硬質製品である、〔12〕に記載の繊維製品。
〔15〕
約3〜約8pcfの密度を有する、〔14〕に記載の繊維製品。
〔16〕
約1.5〜約10pcfの密度を有する硬質製品であり、パイプの断片に合う円筒状に造形されている、〔12〕に記載の繊維製品。
〔17〕
エアレイド法によって製造される不織製品であり、約0.8〜約4pcfの密度を有する、〔12〕に記載の繊維製品。
Claims (17)
- 複数のランダム配向繊維;および
前記繊維の少なくとも一部に適用されたバインダー組成物
を含み、前記バインダー組成物が、
2〜20のデキストロース当量数を有する少なくとも1種の炭水化物;および
少なくとも1種の架橋剤
の反応生成物を含む、繊維断熱製品。 - 硬化した状態の前記バインダー組成物が、少なくとも1種のポリエステルを含む、請求項1に記載の繊維断熱製品。
- 前記少なくとも1種の炭水化物が、ペクチン、デキストリン、マルトデキストリン、デンプン、変性デンプン、デンプン誘導体およびこれらの組合せからなる群から選択される水溶性多糖である、請求項1に記載の繊維断熱製品。
- 前記架橋剤が、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸の塩、酸無水物、酸無水物を有するモノマー性カルボン酸、酸無水物を有するポリカルボン酸、クエン酸、クエン酸の塩、アジピン酸、アジピン酸の塩、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸の塩、ポリアクリル酸系樹脂およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項3に記載の繊維断熱製品。
- 添加されたホルムアルデヒドを含まない、請求項1に記載の繊維断熱製品。
- 第1の主表面および第2の主表面を有するマットの形態の、複数のランダム配向ガラス繊維;および
前記マットの前記第1の主表面を少なくとも部分的にコーティングするバインダー組成物
を含み、前記バインダー組成物が、
2〜20のデキストロース当量数を有する少なくとも1種の炭水化物;および
少なくとも1種の架橋剤
の反応生成物を含む、不織繊維製品。 - 硬化した状態の前記バインダー組成物が、少なくとも1種のポリエステルを含む、請求項6に記載の不織マット。
- 前記少なくとも1種の炭水化物が、ペクチン、デキストリン、マルトデキストリン、デンプン、変性デンプン、デンプン誘導体およびこれらの組合せからなる群から選択される水溶性多糖である、請求項6に記載の不織マット。
- 前記架橋剤が、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸の塩、酸無水物、酸無水物を有するモノマー性カルボン酸、酸無水物を有するポリカルボン酸、クエン酸、クエン酸の塩、アジピン酸、アジピン酸の塩、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸の塩、ポリアクリル酸系樹脂およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項6に記載の不織マット。
- 前記バインダー組成物が、カップリング剤、加工助剤、増量剤、pH調整剤、触媒、架橋密度向上剤、脱臭剤、酸化防止剤、粉塵抑制剤、殺生物剤および耐湿剤からなる群から選択される少なくとも1種の構成要素をさらに含む、請求項6に記載の不織マット。
- 添加されたホルムアルデヒドを含まない、請求項6に記載の不織マット。
- 複数のランダム配向ガラス繊維;および
前記繊維の少なくとも一部に適用された、ホルムアルデヒドを含まない熱硬化性のバイオベースバインダー組成物
を含み、前記バインダー組成物が、
反応性ヒドロキシル基を有する少なくとも1種の炭水化物;および
反応性カルボン酸基を有する少なくとも1種の架橋剤
を含む、繊維製品。 - 回転繊維化法によって製造される、約0.3〜約4pcfの密度を有する軟質低密度製品である、請求項12に記載の繊維製品。
- 約1.5〜約10pcfの密度を有する硬質製品である、請求項12に記載の繊維製品。
- 約3〜約8pcfの密度を有する、請求項14に記載の繊維製品。
- 約1.5〜約10pcfの密度を有する硬質製品であり、パイプの断片に合う円筒状に造形されている、請求項12に記載の繊維製品。
- エアレイド法によって製造される不織製品であり、約0.8〜約4pcfの密度を有する、請求項12に記載の繊維製品。
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