JP2022128456A - バインダシステム - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2016年6月6日に出願された、米国仮特許出願第62/345,885号に対する優先権およびその利益を主張するものであり、その内容は、あたかも本明細書に具陳されるかのごとくここにその全体が参照により組み込まれる。
本発明は概して、繊維状絶縁材および不織マットに関し、より詳細には、繊維状絶縁材および不織マットを製造する際に使用するためのバインダに関する。
次いで、バインダでコーティングされた繊維を含むブランケットを、硬化オーブンに通過させ、ブランケットを所望の厚さに設定するために、バインダを硬化する。バインダが硬化した後、繊維絶縁材は、ある長さに切断して個別の絶縁製品を形成してもよく、絶縁製品は、顧客の場所に出荷するためにパッケージングされてもよい。製造された典型的な絶縁製品の一つは、絶縁性中入れ綿またはブランケットであり、これは、住宅における壁絶縁材としての、または建築物の屋根裏および床絶縁空洞における絶縁材としての使用に適する。絶縁製品の別のタイプは、絶縁ボードである。絶縁ボードは、絶縁性中入れ綿またはブランケットと同様の様式で使用されてもよいが、より剛く、かつ一般により密度が高い。
不織マットはまた、乾燥チョップド繊維および/または連続フィラメントから調製されてもよい。例えば、繊維はブッシングから分与され、所望の長さに細断される(chopped)。繊維には、ある特定の化学薬剤が細断前に施されても、されなくてもよい。次いで、チョップド繊維は、表面、例えばコンベヤベルトに施されて、マットを形成する。バインダがマットに適用され、これは、硬化オーブンに運搬される。
連続フィラメント繊維製品に関しては、繊維は、表面に分与され(最初に施される化学薬剤とともに、またはそれなしで)、マットを形成することができる。次いで、バインダ組成物がマットに適用され、次いで、これは硬化用オーブンに運搬される。したがって一般に、この硬化マットは、チョップド繊維マットよりも少ない繊維から構成される。
ホルムアルデヒド系樹脂、例えば、フェノール樹脂からの望ましくないホルムアルデヒド放出を減少させるために様々な試みがなされてきた。例えば、様々なホルムアルデヒド捕捉剤、例えば、アンモニアおよび尿素が、絶縁製品からホルムアルデヒド放出を減少させようとしてホルムアルデヒド系樹脂に添加されてきた。
繊維状ガラス製品のために、上記のものに対する代替的なポリマー性バインダシステムも提案されてきた。しかしながら、これらの代替的なポリマー性バインダシステムは、ある特定の場合には問題を抱えたままである。例えば、移行ゾーンにおいて絶縁材パックの最大垂直膨張を可能にする、低分子量で低粘度のバインダは、一般に、硬化すると完成製品において可塑的な非硬質マトリックスを形成し、それにより、取り付けられるときの完成絶縁製品の達成可能な垂直高さの回復を減少させる。逆に、硬化すると完成製品において硬質マトリックスを一般に形成する高粘度バインダは、コーティングされた未硬化パックの所望の最大垂直膨張を可能にしない。
繊維を一緒に結合させるように反応する成分に加えて、大部分の従来のバインダシステムは、完成製品の様々な特性(例えば、防塵、静電防止)を調整するためのいくつかの他の成分を含む。これらの個別の成分のそれぞれは、繊維の最終的な結合を妨げないことに加えて、安全かつ他の成分と適合性であると立証されなければならない。
ある特定の実施形態では、本発明の一般的概念は、複数のランダムに配向された繊維と、繊維の少なくとも一部に適用され、繊維を相互に連結させるバインダ組成物とを含む繊維状絶縁製品に関する。バインダは、1:99~1:1の質量比で金属塩およびポリオールを含む。
ある特定の実施形態では、本発明の一般的概念は、第1の主要表面および第2の主要表面を有するマットの形態で絡み合わされた、個別の長さを有する複数のランダムに配向された繊維と、マットの第1の主要表面を少なくとも部分的にコーティングし、またはある特定の実施形態では、マットに少なくとも部分的に含浸するバインダ組成物から形成される不織マットに関する。バインダは、金属塩およびポリオールを含む。金属塩およびポリオールは、一般に1:99~1:1の質量比で存在する。いずれの適当な繊維が使用されてもよい。ある特定の実施形態では、繊維はガラス繊維である。繊維は、6.5μm~24μmの範囲内の平均直径を有する。ある特定の実施形態では、繊維は、ミネラルウール繊維である。バインダ組成物は、1%~25%の強熱減量の量で不織マット中に存在する。
本発明の一般的概念の様々な実施形態は、典型的には以下の例示的な特徴の1つまたは複数を示す。
本発明のバインダ組成物が、添加されたホルムアルデヒドを含まないことは、本発明の一般的概念の特徴である。
本発明のバインダ組成物が、満足な製品を製造するために必要とする原料がより少ないことは、本発明の一般的概念の特徴である。
本発明のバインダ組成物を用いる絶縁製品および不織マットが、現在の製造ラインを使用して製造され、それにより、時間および資金を節約することができることは、本発明の一般的概念の特徴である。ある特定の実施形態では、本発明のバインダ組成物を用いる絶縁製品および不織マットは、典型的には従来のバインダシステムを硬化させるために使用されるものよりも低い温度で製造され、全体的な性能標準をなお維持し得る。
本明細書で提供される例示的水性バインダ組成物で作られた最終絶縁製品が、絶縁製品のための様々な色を生じさせるための染料、顔料、または他の着色剤の使用を可能にする所望の強熱減量(LOI)レベルで薄い色を示すことは、本発明の一般的概念の特徴である。
本発明のバインダ組成物が、酸性条件下でミネラルウールを結合することは、本発明の一般的概念の特徴である。一般的に言えば、適当に架橋/硬化させるために酸性環境を必要とするバインダは、ミネラルウールを結合する場合に有効でないか、または性能の低下を示す。驚くべきことに、本明細書に記載される本発明のバインダは、2.5~3のpHを含めて、1~4.5のpHで絶縁性中入れ綿を形成するためにミネラルウールを結合するのに有効であることが見出された。
バインダ組成物(例えば、ポリビニルアルコールおよび金属塩)が、スプレーアプリケータを含めて、従来のバインダアプリケータにより適用され得る水性混合物を形成し得ることは、本発明の一般的概念の特徴である。
本発明のバインダ組成物が、複合強化材を含有するマットの製造に有用であり得ることも、本発明の一般的概念の特徴である。
本発明の様々な例示的利点は、特に以下の添付の図面と併せ考えることによって、本発明の以下の詳細な開示に基づいて明らかになろう。
層、領域、基材、またはパネルなどの要素が、別の要素の「上に」あると称される場合、それは、直接その他の要素の上に存在してもよく、または介在要素が存在してもよいことが理解される。また、ある要素が別の要素に「隣接」して存在すると称される場合、その要素は、その他の要素に直接隣接していてもよく、または介在要素が存在してもよい。用語「上部」、「底部」、「側部」などは、説明のみを目的として本明細書で使用される。図の全体を通して見られる類似の数字は、類似の要素を表す。
用語「含む(includes)」または「含む(including)」が本明細書または特許請求の範囲で使用される限り、用語「含む(comprising)」が特許請求の範囲の移行語として用いられる場合に解釈されるとおりにその用語と同様に包括的であることが意図される。さらに、用語「または」が用いられる(例えば、AまたはB)限り、「AもしくはBまたは両方」を意味することが意図される。
本明細書で使用される場合の方法(method)またはプロセス(process)ステップの任意の組み合わせは、特に断りがないか、または言及される組み合わせがなされる文脈により反対に明らかに暗示されない限り、任意の順序で行われてもよい。
本明細書に記載される組成物の様々な実施形態はまた、本明細書に記載されるいずれの任意選択または選択された成分または特徴を実質的に含まなくてもよいが、ただし、残存する組成物は、本明細書に記載されるとおりの必要な成分または特徴のすべてを依然として含むものとする。この文脈で、特に断りのない限り、用語「実質的に含まない(substantially free)」は、選択されたバインダ組成物が含有する任意選択の原料が機能量未満である、典型的にはこのような任意選択または選択された本質的原料が質量で1%未満、例えば0.5%未満、0.1%未満、またゼロパーセントであることを意味する。
本明細書に記載される組成物は、バインダ用途または関連用途で本明細書に記載されるか、またはそうでなければ有用な任意の追加または任意選択の要素のみならず、本明細書に記載されるとおりの製品および方法の本質的な要素を含み、それからなり、またはそれから本質的になってもよい。
ある特定の例示的実施形態では、本発明のバインダは、少なくとも1種のポリオールを含む。ある特定の例示的実施形態では、ポリオールには、化合物、例えば、脂肪族アルコール、グリセロール、トリエタノールアミン、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、未変性ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコールのコポリマー、ポリ酢酸ビニル、およびポリアクリル酸が含まれる。ある特定の例示的実施形態では、ポリオールは、ポリマーアルコールであってもよい。本明細書で使用される場合の用語ポリオールは、脂肪族または芳香族主鎖、および少なくとも2個のヒドロキシル官能基を有する化合物を指すことが意図される。しかしながら、他の官能基がまた、ヒドロキシル官能基に加えて存在してもよく、またはある特定の実施形態では、官能基が同様の様式でガラス表面および金属塩と相互作用することが予想される限り、他の官能基がヒドロキシル官能基の1個もしくは複数を置き換えてもよいことを理解するべきである。したがって、用語ポリオールは、ある特定の実施形態では、ヒドロキシル官能基を少ししかまたはまったく有しないが、ポリオールに関連しており、および同様の相互作用を保持する化合物、例えば、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリル酸、および変性ポリビニルアルコールを指してもよい。用語「ポリオール」および「ポリマーアルコール」は、本明細書で交換可能に使用され、少なくとも2個のヒドロキシル官能基を有する化合物を指す。これらの用語は、特定の官能基による化合物を指す一方で、当業者は、多種多様な他の官能基が、他の基が、本明細書で検討される本発明の一般的概念を妨げ、または実質的に妨害しない限り、化合物中に存在してもよいことを認識する。
ある特定の例示的実施形態では、本発明のバインダ組成物を用いる繊維状絶縁製品および不織マットは、既存の製造ラインを使用して製造し、それにより、時間および資金を節約することができる。
ある特定の例示的実施形態では、本明細書で提供される例示的バインダ組成物で作製された最終絶縁製品は、染料、顔料、または他の着色剤の使用を可能にして、絶縁製品のための様々な色を生じさせる所望の強熱減量(LOI)レベルで薄い色を有する。
ある特定の例示的実施形態では、バインダ組成物(例えば、少なくとも50%の加水分解度を有するポリビニルアルコールおよびアルミニウム塩)は、スプレーアプリケータを含めて、従来のバインダアプリケータにより適用され得る水性混合物を形成し得る。
ある特定の例示的実施形態では、本発明の一般的概念は、複数の繊維、および繊維の少なくとも一部に適用され、繊維を相互に連結させるバインダ組成物を含む繊維状絶縁製品に関する。ある特定の例示的実施形態では、繊維はランダムに配向している。
ある特定の例示的実施形態では、本発明の一般的概念は、第1の主要表面および第2の主要表面を有するマットの形態で絡み合わされた、個別の長さに細断されている複数のランダムに配向したガラス繊維と、マットの第1の主要表面を少なくとも部分的にコーティング、またはある特定の実施形態では、マットの第1の主要表面に少なくとも部分的に含浸するバインダ組成物とから形成される、不織マットに関する。
ある特定の例示的実施形態では、本発明の一般的概念は、第1の主要表面および第2の主要表面を有するマットの形態での複数のランダムに配向したミネラルウール繊維と、マットの第1の主要表面を少なくとも部分的にコーティング、またはある特定の実施形態では、マットの第1の主要表面に少なくとも部分的に含浸するバインダ組成物とから形成される、不織マットに関する。
ポリビニルアルコール(PV)=
PVを特徴付ける方法の一つは、それが加水分解される度合いへの言及による。ある特定の実施形態では、PVは、少なくとも50%の加水分解度を有する。ある特定の実施形態では、PVは、50%~98%、またはそれ以上の加水分解度を有する。ある特定の実施形態では、PVは、75%加水分解されているポリマーを含めて、80%加水分解されているポリマーを含めて、85%加水分解されているポリマーを含めて、90%加水分解されているポリマーを含めて、95%加水分解されているポリマーを含めて、98%加水分解されているポリマーを含めて、99%またはそれ以上加水分解されているポリマーを含めて、高い加水分解度を有する。
PVを特徴付ける別の方法は、ある特定の百分率のPVを含有する溶液の粘度測定値による。PVの粘度は、PVの4%溶液を作製し、周囲温度(すなわち、およそ20℃)でホップラ落球粘度計を使用して粘度を測定することによって測定されてもよい。ある特定の例示的実施形態では、PVは、3センチポイズの粘度を有する。ある特定の例示的実施形態では、PVは、4センチポイズの粘度を有する。ある特定の例示的実施形態では、PVは、5センチポイズの粘度を有する。
相互作用の提案機構にもかかわらず、上記検討は、本発明のバインダとガラス基材の表面との間の相互作用に関連し、本発明のバインダ組成物は、表面でのヒドロキシル官能基なしのものを含めて、他の材料(例えば、ミネラルウールまたはスラグウール)を同様に結合し得る。
ある特定の例示的実施形態では、バインダ組成物は、限定されないが、二次バインダ組成物、架橋剤、カップリング剤、耐湿気剤、ダスト抑制剤、触媒、無機酸または塩基、および有機酸または塩基の1種または複数を含めて、追加の成分を含んでもよい。バインダ組成物は、添加されたホルムアルデヒドを含まず、したがって、一般に同様のホルムアルデヒド含有バインダよりも環境に優しい。
バインダ組成物は、繊維上への適用のための活性固体を溶解または分散させるための水をさらに含んでもよい。水は、繊維へのその適用に適する粘度に水性バインダ組成物を希釈し、繊維上の所望の固体含有量を達成するのに十分な量で添加されてもよい。特に、バインダ組成物は、バインダ組成物の約50質量%~約98質量%の量で水を含有してもよい。ある特定の例示的実施形態では、バインダ組成物は、バインダ組成物の60質量%を超える量の水を含む。ある特定の例示的実施形態では、バインダ組成物は、バインダ組成物の70質量%を超える量の水を含む。ある特定の例示的実施形態では、バインダ組成物は、バインダ組成物の80質量%を超える量の水を含む。ある特定の例示的実施形態では、バインダ組成物は、バインダ組成物の90質量%~97質量%を含めて、バインダ組成物の90質量%を超える量の水を含む。
ガラス繊維には、形成チャンバ内を通過中に、かつ延伸操作からの高温のまま、本発明の水性バインダ組成物がスプレーされる。また、水が形成チャンバ中のガラス繊維に適用されてもよい。
次いで、形成チャンバ中のパックを通しての空気の流れのために圧縮状態にあるコーティングされた繊維状パックは、形成チャンバから出て移行ゾーンに移送され、ここで、パックは、ガラス繊維の反発弾性により垂直に膨張する。次いで、膨張した絶縁材パックは、硬化オーブン中で加熱され、ここでは、加熱空気が絶縁材パックを通って吹き付けられて、バインダ中の残存する水をすべて蒸発させ、バインダを硬化させ、繊維を一緒に固く結合させる。絶縁材パックは、圧縮されて、繊維状絶縁ブランケットを形成してもよい。絶縁ブランケットは、上面および下面を有することが理解されるべきである。ある特定の実施形態では、パックは、様々な密度のいずれか一つに圧縮されてもよい。
次いで、面仕上げ材が絶縁ブランケット上に置かれて、面層を形成してもよい。適当な面仕上げ材の非限定的例には、クラフト紙、ホイル-スクリム-クラフト紙ラミネート、再生紙、およびカレンダ加工紙が含まれる。面仕上げ材は、結合剤によって絶縁ブランケットの表面に接着されて、面仕上げ絶縁製品が形成されてもよい。適当な結合剤には、面仕上げ材にコーティングされ、またはそうでなければそれに適用され得る接着剤、ポリマー樹脂、アスファルト、および瀝青質材料が含まれる。面仕上げ繊維状絶縁材は、その後に保存および/または出荷のために巻かれてもよい。ある特定の実施形態では、面仕上げ繊維状絶縁材は、パッケージング前に切断デバイスで所定の長さに切断されてもよい。そのような面仕上げ絶縁製品は、例えば、地下仕上げシステムにおけるパネルとして、ダクト覆いとして、ダクトボードとして、面仕上げ住宅絶縁材として、およびパイプ絶縁材として使用されてもよい。
本発明を一般的に記載してきたが、さらなる理解は、特に断りのない限り、例証の目的のみのために提供され、すべて包括的または限定的であること意図しない、以下に例証されるある特定の実施例に対する参照により得ることができる。
ポリビニルアルコール(PV)と塩化アルミニウム(AlCl3)との混合物(合わせてPVAl)を90:10の質量比で含むバインダ組成物を、マルトデキストリンとクエン酸との混合物を70:30の質量比で含む対照バインダ組成物(MDCA)(3.5%の次亜リン酸ナトリウムを含む)と比較した。別に示されない限り、全固形分をバインダ組成物にわたって一定に保った。バインダを用いて、以下に詳細に記載される様式でハンドシートを形成した。不織グラスファイバハンドシートを乾燥させ、475°Fで3分間硬化させた。各試料について引張り強度、LOI、および引張り強度を補正LOIで除した値(引張り強度/補正LOI)を周囲および高温/湿潤条件下で決定し、結果を図1に示す。強化繊維のLOIは、繊維からバインダの有機部分を燃焼または熱分解するのに十分な温度にグラスファイバ製品を加熱した後の質量の減少である。補正LOIは、熱分解すると予想されないバインダからのアルミニウム塩の存在について補正する。高温/湿潤条件は、90°Fおよび90%湿度で30分間試料をオートクレーブ中に置くことを含む。これらの結果から、ポリビニルアルコールおよび塩化アルミニウムを含む本発明のバインダは、有効なグラスファイババインダを生じることが示された。
(例2)
図2は、いくつかのバインダ組成物で作られたハンドシートの引張り強度測定値の結果を示す。グラフは、グラフの上位および下位で第1および第2の対照バインダの結果を示す。PVおよびAlCl3(90:10)を、ポリビニルアルコールおよび硝酸アルミニウムAl(NO3)3(すなわち、90:10、85:15、および80:20)を含むいくつかのバインダと比較した。ハンドシートは、400°Fで3分間硬化させた。次いで、試料を実施例1に記載された手順に従って試験した。図2に示されたデータから、ポリビニルアルコールおよびアルミニウム塩を組み合わせたバインダ組成物は、ハンドシートに関して良好な性能を達成することが結論づけられた。
図3は、対照MDCAバインダ(次亜リン酸ナトリウムを3.5%含む)と比較した、ポリビニルアルコール単独(PVOH)、ならびに70:30の質量比でPVおよびAl(NO3)3(70-30PVAl)を含むバインダの動的機械分析を示すグラフである。本発明のバインダは、ポリビニルアルコール単独よりもはるかに良く、対照バインダと同程度の性能であることがグラフからわかる。図3に示されたデータから、ポリビニルアルコールおよびアルミニウム塩を組み合わせた本バインダ組成物が、動的機械分析について良好な性能を達成することが結論づけられた。
(例4)
図4は、対照MDCAバインダと比較した、70:30の質量比のPVおよびAlCl3(70-30塩化物と称する)を含むバインダの動的機械分析を示すグラフである。本発明のバインダは、対照バインダと同程度の性能であることがグラフからわかる。
図5は、それぞれ、70:30、80:20、および90:10の質量比でPVおよびAl(NO3)3を含む3種類のバインダ組成物の動的機械分析を示すグラフである。グラフは、増加するAl(NO3)3含有量とともに貯蔵モジュラスの改善を示す。
(例6)
図6は、70:30、80:20、および90:10の質量比でPVおよび硫酸アルミニウム(Al2(SO4)3)を含む3種類のバインダ組成物の動的機械分析を示すグラフである。グラフは、Al2(SO4)3含有量の増加とともに貯蔵モジュラスが改善することを示す。
図7は、ポリビニルアルコール単独(100PVと称する)および対照MDCAバインダと比較した、それぞれ、90:10および80:20の質量比でPVおよびAl(NO3)3を含む2種類のバインダ組成物(PVAl)の回復パーセントを示す。回復パーセントは、周囲条件で、および高温/湿潤条件下で決定した。高温/湿潤条件は、90°Fおよび90%湿度で7日間湿度チャンバ中に試料を置くことを含む。PV含有バインダについての回復パーセントは、周囲条件下の対照バインダと同様またはそれよりも良かった。増加するアルミニウム塩含有量は、高温/湿潤性能を改善した。
(例8)
図8は、周囲および高温/湿潤条件の両方の下で、対照MDCAバインダと比較した、いくつかのアルミニウム塩と組み合わせてPVを含むバインダ組成物の回復パーセントを示す。アルミニウム塩は、塩化アルミニウム(70:30PV:Al質量比)、硝酸アルミニウム(80:20および70:30PV:Al質量比)、および硫酸アルミニウム(80:20および70:30質量比)である。回復パーセントは、周囲条件で、および高温/湿潤条件下で決定した。高温/湿潤条件は、90°Fおよび90%湿度で7日間湿度チャンバ中に試料を置くことを含む。図8に示されたデータから、これらのバインダ処方物が、回復パーセントについて良好な性能を達成することが結論づけられた。
例えば、繊維状絶縁製品を形成するために使用される機械装置の腐食は、バインダシステムを比較するときに考慮すべき重要な因子である。バインダシステムのpHは、金属機械装置を腐食させる潜在性を示す。加えて、バインダシステムのpHは、成分(例えば、バインダ中の酸)が硬化プロセス中に消費され、したがって、酸性がより低い最終組成物をもたらし得るにつれて、加熱(硬化)中に変わり得る。表1は、いくつかのバインダシステムのpH測定値を三通りで示す。初期pHは、適用プロセスにおけるスプレー前のバインダ溶液のpHである。最終pHは、水中硬化後のパイロット材料の浸漬から得られた溶液のpHである。本発明のバインダシステムについてのより低い酸性での硬化は、機械腐食の潜在性が低いことを示す。
図9は、2種類の本発明のバインダシステムについての、補正LOIについて調整した、最大負荷容量測定値を示すグラフである。最大負荷は、周囲条件で、および高温/湿潤条件下(実施例1について記載されたとおり)で決定した。本発明のバインダシステムは、それぞれ、90:10および80:20の質量比でPVAl(NO3)3を含む。本発明のバインダ組成物を、対照フェノール樹脂(PUFと称する)およびポリビニルアルコール単独と比較した。すべてのバインダシステムを、全固形分について正規化した。PVAl(NO3)3の80:20質量比が、対照バインダシステムと同程度、またはそれらよりも良い性能となった。
(例11)
図10は、実施例10で用いたバインダシステムについての補正LOIを示すグラフである。
(例12)
ハンドシートは、2種類のPVアルミニウム塩バインダの70:30質量比を使用して形成した。ハンドシートは、Al(NO3)3またはAl2(SO4)3を含むバインダで形成し、250°F、300°F、350°F、400°F、および450°Fの温度で硬化させた。図11は、周囲および高温/湿潤の両方の条件下での(実施例1について記載されたとおりの)ハンドシートの引張り強度測定値を示す。
(例13)
図12は、実施例12に記載されたハンドシートについての引張り強度測定値を示し、引張り強度はLOI測定値について補正されている。
図13は、実施例12に記載されたハンドシートについてのLOI測定値を示すグラフである。図12、図13、および図14に示されたデータから、これらのバインダ処方物は、典型的には例示的な製造プロセスで使用される比較的低い温度でハンドシートに関して良好な性能を達成した。
(例15)
図14は、異なる硬化温度での2種類のバインダシステムについての回復パーセントを示すグラフである。70:30の質量比でPVAl(NO3)3を含むバインダ組成物を、300°F、350°F、および400°Fの温度で硬化させた。本発明のバインダを、300°Fおよび400°Fで硬化させた対照MDCAバインダと比較した。回復パーセントは、周囲および高温/湿潤の両方の条件下で測定した。高温/湿潤条件は、90°Fおよび90%湿度で3日間湿度チャンバ中に試料を置くことを含む。
図15は、面積質量により正規化した回復パーセントとともに実施例14で試験したバインダについての回復パーセントを示す。
(例17)
図16は、実施例14で試験したバインダについての補正LOIを示す。図14、図15、および図16に示されたデータから、MDCAのみは高い硬化温度で性能を保持する一方で、これらのバインダ処方物は、低い(300°F)および高い(400°F)硬化温度の両方でLOIについて補正する場合でさえも、回復パーセントで良好な性能を達成することが結論づけられた。
(例18)
R-15絶縁性中入れ綿を、当業者により公知の様式でいくつかのバインダ組成物を使用して製造した。図17は、周囲および高温/湿潤の両方の条件下での絶縁性中入れ綿の剛性測定値(撓み角)を示すグラフである。高温/湿潤条件は、90°Fおよび90%湿度で3日間オートクレーブに試料を置くことを含む。バインダ組成物は、4.65%の目標LOIで、高温(中入れ綿内で測定して415~425°F)または低温(中入れ綿内で測定して350~360°F)のいずれかで硬化させた。本発明のバインダ組成物を、対照MDCAバインダ、PAG(ポリアクリレート/グリセロール)とPVAl2(SO4)3との混合物、およびPAG(ポリアクリレート/グリセロール)とPVAl2(SO4)3との混合物と比較した。
実施例18に記載されたバインダ組成物で作られた絶縁性中入れ綿の結合強度を測定した。結果を図18に示す。結合強度は、周囲および高温/湿潤の両方の条件下で測定した。高温/湿潤条件は、90°Fおよび90%湿度で3日間オートクレーブ中に試料を置くことを含む。
(例20)
図19は、実施例18に記載されたバインダ組成物で作られた絶縁性中入れ綿の引張り強度測定値を示すグラフである。引張り強度は、周囲および高温/湿潤の両方の条件下で測定した。高温/湿潤条件は、90°Fおよび90%湿度で3日間オートクレーブ中に試料を置くことを含む。
(例21)
強熱減量平均パーセントを測定し、実施例18に記載された絶縁性中入れ綿についてアルミニウム塩の質量に対して補正した。結果を表2に示す。目標LOIは、4.65%であった。
繊維状絶縁製品が吸収する水分の量は、時間にわたる絶縁容量の減少を決定する際に重要な尺度である。水分収着率を、実施例18に記載された絶縁性中入れ綿について測定した。試料についての水分収着率測定値を、表3に示す。すべての試料は、目標値である5%の水分収着率未満であった。
(例23)
腐食試験は、ASTM C665の方法によって実施例18に記載された絶縁性中入れ綿試料に対して行った。この標準によれば、3種のPVOH:Al(NO3)3バインダ組成物は、許容される腐食性能を呈した。実施例18~実施例23に提示したデータから、本発明のバインダ組成物は、典型的な製造条件下で硬化させ、繊維状絶縁製品のためのバインダとして良好な製品性能を達成し得ることが結論づけられた。
ハンドシートを様々なバインダ組成物を使用して作製した。90:10の質量比でPVおよび塩化アルミニウムを含む本発明のバインダ組成物(PVAと称する)を、対照MDCAバインダ組成物と比較した。不織グラスファイバハンドシートを乾燥させ、475°Fで3分間硬化させた。各試料についての引張り強度を、周囲および高温/湿潤条件下で決定し、結果は図20に示す。高温/湿潤条件は、90°Fおよび90%湿度で30分間オートクレーブ中に試料を置くことを含む。
(例25)
90:10の質量比でPVおよび塩化アルミニウムを含むバインダ組成物(PVAと称する)を使用するハンドシートを作製し、様々な温度で硬化させた。各試料についての引張り強度を、周囲および高温/湿潤条件下で決定した。高温/湿潤条件は、90°Fおよび90%湿度で30分間オートクレーブ中に試料を置くことを含む。結果を図21に示す。
実施例25からの結果をLOIについて補正するように調整した。引張り強度測定値/LOIについての結果を図22に示す。
(例27)
ハンドシートを様々なバインダ組成物を使用して作製した。90:10の質量比でPVおよび塩化アルミニウムを含む本発明のバインダ組成物(PVAと称する)を、対照MDCAバインダ組成物と比較した。他の処方物は、MDCAPV=マルトデキストリン、クエン酸およびポリビニルアルコール、PVCA=ポリビニルアルコールおよびクエン酸、PVSi=ポリビニルアルコールおよびケイ酸ナトリウムを含む。不織グラスファイバハンドシートを乾燥させ、425°Fで3分間硬化させた。各試料についての引張り強度を周囲および高温/湿潤条件下で決定した。次いで、引張り強度をLOIについて補正した。高温/湿潤条件は、90°Fおよび90%湿度で30分間オートクレーブ中に試料を置くことを含む。結果は、図23に示す。
図24は、対照MDCAバインダならびにポリビニルアルコールを含む2種類の追加のバインダ、すなわち、ポリビニルアルコール、没食子酸、および塩化アルミニウム(PVGAAlと称する)、ならびにポリビニルアルコール、没食子酸、硝酸鉄(PVGAFeと称する)と比較した、本発明のバインダ組成物の剛性測定値を示すグラフである。
(例29)
実施例28で試験したバインダ組成物についての平均LOIを、図25に示す。
(例30)
実施例28に記載されたバインダについての回復パーセントを、図26に示す。
(例31)~(例38)
一連のバインダ処方物を、様々な特性の比較試験のために調製した。バインダをミネラルウールに適用して、軽い密度の中入れ綿(すなわち、3ポンド/フィート3~4ポンド/フィート3)を製造した。表4は、バインダの組成物および適用中のそれぞれのバインダの流速を示す。
図27は、表4に記載された8種類のミネラルウール中入れ綿のサグ測定値を示すグラフである。中入れ綿の寸法は、以下のとおりである:長さ=48インチ、幅=16インチ、厚さ=3インチ。サグは、中入れ綿の1つの各端部を支持し、中入れ綿の中間点の撓み(インチ)を測定することによって決定する。高温/湿潤条件は、90°Fおよび90%相対湿度で3日間である。
(例32)
引張り強さは、硬化中入れ綿を引き離すのに必要とされる力の測定値である。図28は、表4に記載された8種類のミネラルウール中入れ綿の引張り強さ測定値を示すグラフである。
(例33)
反発弾性は、中入れ綿の厚さを測定し、周囲または高温/湿潤条件のいずれかの下で所与の時間量の間ある特定の負荷で圧縮し、負荷を除去し、厚さを再測定することによって決定する。圧縮後の厚さを初期の厚さで除し、100を乗じて、反発弾性%を得る。反発弾性は、軽い密度の中入れ綿以外は、回復と同様である。図29は、表4に記載された8種類のミネラルウール中入れ綿の反発弾性測定値を示すグラフである。
圧縮強度は、その高さの10%、中入れ綿(ポンド/フィート2)を圧縮するのに必要とされる力の量である。図30は、表4に記載された8種類のミネラルウール中入れ綿の圧縮強度測定値を示すグラフである。
(例35)
図31は、表4に記載された8種類のバインダについてのバインダ固体の量を示すグラフである。
(例36)
ある特定のバインダシステムは、貯蔵すると挙動が異なることが知られている。バインダプレミックスは多くの場合、比較的短い貯蔵寿命を有することが知られている。図32は、貯蔵後に、20%および25%で適用された70:30PV/Al(NO3)3バインダシステムを用いて調製されたミネラルウールハンドシートについての引張り強度を示すグラフである。グラフからわかるように、2カ月後、本発明のバインダシステムは、性能の低下をほとんど、またはまったく示さなかった。
図33は、貯蔵後、PV/Al(NO3)3バインダシステムを用いて調製されたミネラルウールハンドシートについての引張り強度を示すグラフである。引張り強度は、バインダの量(強熱減量により測定された)について補正する。
(例38)
バインダ処方物から形成されたフィルムの動的機械分析(DMA)は、フィルムのガラス転移温度(Tg)を評価するのに役立つツールである。Tgのより高温へのシフトは、架橋を示す。図34は、PVOH単独から形成されたフィルムのDMAのプロットである。図35は、PV/Al(NO3)3のDMAのプロットである。Al(NO3)3を添加すると、フィルムのTgがより高い温度にシフトする。図36は、PV/KNO3のDMAのプロットである。アルミニウムの代わりにカリウムを用いると、PVOHフィルムにより近いTgがもたらされる。同様の測定を、酸性条件を模倣するようにリン酸を添加することによって行った。これも、PV/Al(NO3)3バインダシステムほど良好には働かなかった。これらの結果は両方とも、バインダシステムの全体的性能においてアルミニウムの役割が必要であることを示す。
本発明の一般的概念について、総称的に、また特定の実施形態に関して上述してきた。本発明は、一部の好ましい実施形態であると考えられるもので示してきたが、当業者に公知の多種多様な代替案が、より広い開示の範囲内で選択され得る。本発明は、以下に示される特許請求の範囲の記載以外に、別途限定されることはない。
本発明の一般的概念について、総称的に、また特定の実施形態に関して上述してきた。本発明は、一部の好ましい実施形態であると考えられるもので示してきたが、当業者に公知の多種多様な代替案が、より広い開示の範囲内で選択され得る。本発明は、以下に示される特許請求の範囲の記載以外に、別途限定されることはない。
本発明のまた別の態様は、以下のとおりであってもよい。
〔1〕繊維状絶縁材および不織マットの形成における使用のためのバインダ組成物であって、
水、
金属塩、
およびポリオール
を含み、金属塩およびポリオールは、1:99~1:1の質量比で存在する、バインダ組成物。
〔2〕金属塩とポリオールとの質量比が、1:9~1:1の範囲である、前記〔1〕に記載の水性バインダ組成物。
〔3〕金属塩が、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、スズ、鉄、亜鉛、チタン、ビスマス、ジルコニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される金属を含む、前記〔1〕に記載の水性バインダ組成物。
〔4〕金属塩が、アルミニウムの塩である、前記〔3〕に記載の水性バインダ組成物。
〔5〕金属塩が、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、第一リン酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、前記〔4〕に記載の水性バインダ組成物。
〔6〕ポリオールが、芳香族アルコール、グリセロール、ポリグリセロール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、脂肪族アルコール、未変性ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコールコポリマー、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリル酸、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、前記〔1〕に記載の水性バインダ組成物。
〔7〕ポリオールが、ポリビニルアルコールである、前記〔6〕に記載の水性バインダ組成物。
〔8〕ポリビニルアルコールが、3~5センチポイズの粘度を有する、前記〔7〕に記載の水性バインダ組成物。
〔9〕ポリビニルアルコールが、少なくとも50%加水分解されている、前記〔8〕に記載の水性バインダ組成物。
〔10〕複数の繊維、および
繊維の少なくとも一部に適用されるバインダ組成物
を含む、繊維状絶縁製品であって、バインダ組成物は、
水、
金属塩、
およびポリオールを含み、
金属塩とポリオールとの質量比は、1:99~1:1の範囲であり、かつ
バインダ組成物は、1%~25%の強熱減量の量で繊維状絶縁製品中に存在する、繊維状絶縁製品。
〔11〕金属塩とポリオールとの質量比が、1:9~1:1の範囲である、前記〔10〕に記載の繊維状絶縁製品。
〔12〕金属塩が、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、スズ、鉄、亜鉛、チタン、ビスマス、ジルコニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される金属を含む、前記〔10〕に記載の繊維状絶縁製品。
〔13〕金属塩が、アルミニウムの塩である、前記〔12〕に記載の繊維状絶縁製品。
〔14〕金属塩が、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、第一リン酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、前記〔13〕に記載の繊維状絶縁製品。
〔15〕ポリオールが、芳香族アルコール、グリセロール、ポリグリセロール、ソルビトール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ペンタエリスリトール、脂肪族アルコール、未変性ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコールコポリマー、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリル酸、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、前記〔10〕に記載の繊維状絶縁製品。
〔16〕ポリオールが、ポリビニルアルコールである、前記〔15〕に記載の繊維状絶縁製品。
〔17〕ポリビニルアルコールが、3~5センチポイズの粘度を有する、前記〔16〕に記載の繊維状絶縁製品。
〔18〕ポリビニルアルコールが、少なくとも50%加水分解されている、前記〔17〕に記載の水性バインダ組成物。
〔19〕添加されたホルムアルデヒドを含まない、前記〔10〕に記載の繊維状絶縁製品。
〔20〕繊維が、ガラス繊維である、前記〔10〕に記載の繊維状絶縁製品。
〔21〕第1の主要表面および第2の主要表面を有するマットの形態の複数の繊維と、
前記マットの前記第1の主要表面を少なくとも部分的にコーティングするバインダ組成物と
を含む、不織マットであって、前記バインダ組成物は、
水、
金属塩、
およびポリオール
を含み、
金属塩とポリオールとの質量比は、1:99~1:1の範囲であり、かつ
バインダ組成物は、1%~25%の強熱減量の量で不織マット中に存在する、不織マット。
〔22〕繊維が、ガラス繊維であり、繊維は、6.5μm~24μmの範囲内の平均直径を有する、前記〔21〕に記載の不織マット。
〔23〕繊維状絶縁製品を作製する方法であって、
複数の繊維を含む繊維状ブランケットを形成する工程と、
前記ガラス繊維の少なくとも一部にバインダ組成物を適用する工程であって、前記バインダ組成物は、
水、
金属塩、
およびポリオール
を含み、
金属塩とポリオールとの質量比は、1:99~1:1の範囲内である、工程と、
繊維状ブランケットをオーブンに通過させて、繊維状ブランケット上のバインダを少なくとも部分的に硬化させ、絶縁製品を形成する工程であって、
バインダ組成物は、1%~25%の強熱減量の量で繊維状絶縁製品中に存在する、工程と
を含む、方法。
〔24〕線維が、ガラス繊維である、前記〔23〕に記載の方法。
Claims (24)
- 繊維状絶縁材および不織マットの形成における使用のためのバインダ組成物であって、
水、
金属塩、
およびポリオール
を含み、金属塩およびポリオールは、1:99~1:1の質量比で存在する、バインダ組成物。 - 金属塩とポリオールとの質量比が、1:9~1:1の範囲である、請求項1に記載の水性バインダ組成物。
- 金属塩が、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、スズ、鉄、亜鉛、チタン、ビスマス、ジルコニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される金属を含む、請求項1に記載の水性バインダ組成物。
- 金属塩が、アルミニウムの塩である、請求項3に記載の水性バインダ組成物。
- 金属塩が、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、第一リン酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項4に記載の水性バインダ組成物。
- ポリオールが、芳香族アルコール、グリセロール、ポリグリセロール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、脂肪族アルコール、未変性ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコールコポリマー、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリル酸、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1に記載の水性バインダ組成物。
- ポリオールが、ポリビニルアルコールである、請求項6に記載の水性バインダ組成物。
- ポリビニルアルコールが、3~5センチポイズの粘度を有する、請求項7に記載の水性バインダ組成物。
- ポリビニルアルコールが、少なくとも50%加水分解されている、請求項8に記載の水性バインダ組成物。
- 複数の繊維、および
繊維の少なくとも一部に適用されるバインダ組成物
を含む、繊維状絶縁製品であって、バインダ組成物は、
水、
金属塩、
およびポリオールを含み、
金属塩とポリオールとの質量比は、1:99~1:1の範囲であり、かつ
バインダ組成物は、1%~25%の強熱減量の量で繊維状絶縁製品中に存在する、繊維状絶縁製品。 - 金属塩とポリオールとの質量比が、1:9~1:1の範囲である、請求項10に記載の繊維状絶縁製品。
- 金属塩が、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、スズ、鉄、亜鉛、チタン、ビスマス、ジルコニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される金属を含む、請求項10に記載の繊維状絶縁製品。
- 金属塩が、アルミニウムの塩である、請求項12に記載の繊維状絶縁製品。
- 金属塩が、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、第一リン酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項13に記載の繊維状絶縁製品。
- ポリオールが、芳香族アルコール、グリセロール、ポリグリセロール、ソルビトール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ペンタエリスリトール、脂肪族アルコール、未変性ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコールコポリマー、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリル酸、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項10に記載の繊維状絶縁製品。
- ポリオールが、ポリビニルアルコールである、請求項15に記載の繊維状絶縁製品。
- ポリビニルアルコールが、3~5センチポイズの粘度を有する、請求項16に記載の繊維状絶縁製品。
- ポリビニルアルコールが、少なくとも50%加水分解されている、請求項17に記載の水性バインダ組成物。
- 添加されたホルムアルデヒドを含まない、請求項10に記載の繊維状絶縁製品。
- 繊維が、ガラス繊維である、請求項10に記載の繊維状絶縁製品。
- 第1の主要表面および第2の主要表面を有するマットの形態の複数の繊維と、
前記マットの前記第1の主要表面を少なくとも部分的にコーティングするバインダ組成物と
を含む、不織マットであって、前記バインダ組成物は、
水、
金属塩、
およびポリオール
を含み、
金属塩とポリオールとの質量比は、1:99~1:1の範囲であり、かつ
バインダ組成物は、1%~25%の強熱減量の量で不織マット中に存在する、不織マット。 - 繊維が、ガラス繊維であり、繊維は、6.5μm~24μmの範囲内の平均直径を有する、請求項21に記載の不織マット。
- 繊維状絶縁製品を作製する方法であって、
複数の繊維を含む繊維状ブランケットを形成する工程と、
前記ガラス繊維の少なくとも一部にバインダ組成物を適用する工程であって、前記バインダ組成物は、
水、
金属塩、
およびポリオール
を含み、
金属塩とポリオールとの質量比は、1:99~1:1の範囲内である、工程と、
繊維状ブランケットをオーブンに通過させて、繊維状ブランケット上のバインダを少なくとも部分的に硬化させ、絶縁製品を形成する工程であって、
バインダ組成物は、1%~25%の強熱減量の量で繊維状絶縁製品中に存在する、工程と
を含む、方法。 - 線維が、ガラス繊維である、請求項23に記載の方法。
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