JP7219271B2 - 水性バインダー組成物 - Google Patents

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Description

関連出願
本出願は、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年１０月９日出願の米国特許仮出願第６２／５６９，７７８号の優先権およびあらゆる利益を主張する。
水性バインダー組成物は従来、織布および不織布繊維製品、例えば絶縁製品、複合製品、木質繊維板などの形成に利用されてきた。絶縁製品、例えば繊維ガラスおよびミネラルウール絶縁製品は、典型的に、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、微細繊維を繊維化装置、例えば回転式スピナーから紡ぐことによって製造される。絶縁製品を形成するためには、回転式スピナーによって製造された繊維が、ブロアによってスピナーからコンベヤへと下方に延伸される。繊維が下方に移動する際に、バインダー材が繊維に噴霧され、繊維はコンベヤ上の嵩高い連続ブランケットへと収集される。バインダー材は、絶縁製品にパッケージング後の回復のための弾性を付与し、剛性および取り扱い性をもたらすため、絶縁製品は必要に応じて建築物の絶縁空洞において取り扱われ、適用される。バインダー組成物はまた、繊維をフィラメント間の摩耗から保護し、個々の繊維間の適合性を促進する。次いで、バインダーでコーティングされた繊維を含むブランケットは硬化オーブンに通され、バインダーは硬化しブランケットは所望の厚さに調整される。
バインダーが硬化すると、繊維絶縁材をある長さに切断し個々の絶縁製品を形成することができ、絶縁製品はパッケージングされて顧客の場所へと運送され得る。
このようにして調製された繊維ガラス絶縁製品は、様々な用途における使用のためのバット、ブランケットおよび板（加熱圧縮されたバット）を含む、種々の形態で提供され得る。バインダーでコーティングされた繊維のバットは、形成チャンバから出る際に、ガラス繊維の弾性のために膨張しやすい。典型的には、膨張したバットは次いで硬化オーブンに運ばれてオーブンを通過し、そこで加熱空気が絶縁製品を通ることでバインダーが硬化する。バインダーの硬化に加え、硬化オーブンでは、絶縁製品がコンベヤベルトまたはローラーで圧縮され、得られるブランケット、バット、または板製品が所望の寸法になり、所望の表面仕上げを得ることができる。
フェノール－ホルムアルデヒド（ＰＦ）バインダー組成物ならびに尿素で増量されたＰＦ樹脂（ＰＵＦ樹脂）が、繊維ガラス絶縁製品の製造に従来的に使用されてきた。「重量」製品としても公知の絶縁板、例えば天井板、ダクトラップ、ダクトライナーなどでは、安価で許容される物性および機械的特性を有する重量製品を製造するために、フェノール－ホルムアルデヒドバインダー技術が利用されてきた。しかし、ホルムアルデヒドバインダーは、繊維ガラス絶縁材の製造中に望ましくない放出物を放出する。
ホルムアルデヒドベースバインダーの代替物として、特定のホルムアルデヒド不含配合物が、繊維ガラス絶縁製品におけるバインダーとして使用するために開発されている。しかし、好適な代替物を開発することの課題の１つは、望ましくない特性、例えば変色を回避しつつ、同等の機械的特性および物性を有する配合物を特定することである。そのような特性の課題としては、高温／多湿性能、剛性、接着強度、加工性（粘度、切断、研磨、エッジペインティング）、および黄変を伴わずに明るい色達することが挙げられる。
したがって、物性および機械的特性を損なうことなく絶縁製品を製造するために使用される、環境に優しくホルムアルデヒド不含のバインダー組成物が必要とされている。
本発明の概念の種々の例示的態様は、少なくとも２つのヒドロキシル基を有し、数平均分子量が少なくとも２，０００である少なくとも１種の長鎖ポリオールと、少なくとも２つのカルボン酸基を含む架橋剤と、少なくとも２つのヒドロキシル基を有し、数平均分子量が２，０００未満である短鎖ポリオールと、を含み、カルボン酸基のヒドロキシル基に対するモル当量の比が約１／０．０５～約１．０／５．０であり、長鎖ポリオールの短鎖ポリオールに対する比が約０．１／０．９～約０．９／０．１である、水性バインダー組成物を対象とする。
一部の例示的実施形態では、架橋剤は、ポリマー性ポリカルボン酸、例えばアクリル酸のコポリマーのホモポリマーである。架橋剤は、水性バインダー組成物の全固形分含有量に対して約５０質量％～約８５質量％の量でバインダー組成物中に存在してもよい。一部の例示的実施形態では、架橋剤は、水性バインダー組成物の全固形分含有量に対して約６５質量％～約８０質量％の量でバインダー組成物中に存在する。
一部の例示的実施形態では、長鎖ポリオールは、部分的または完全に加水分解されたポリビニルアルコールおよびポリ酢酸ビニルからなる群から選択される。長鎖ポリオールは、水性バインダー組成物の全固形分含有量に対して約５質量％～約３０質量％の量でバインダー組成物中に存在してもよい。種々の例示的実施形態では、短鎖ポリオールは、糖アルコール、２，２－ビス（メチロール）プロピオン酸、トリ（メチロール）プロパン、および短鎖アルカノールアミンのうちの１つまたは複数を含む。短鎖ポリオールが糖アルコールを含む場合、糖アルコールは、グリセロール、エリスリトール、アラビトール、キシリトール、ソルビトール、マルチトール、マンニトール、イジトール、イソマルチトール、ラクチトール、セロビトール、パラチニトール、マルトトリトール、それらのシロップ、およびそれらの混合物からなる群から選択され得る。
種々の例示的実施形態では、短鎖ポリオールは、水性バインダー組成物の全固形分含有量に対して約３質量％～約３０質量％の量でバインダー組成物中に存在する。
種々の例示的実施形態では、バインダー組成物は、硬化後の水溶性材料含有量が６．０質量％以下である。
本発明の概念の他の例示的態様は、ランダムに配向した複数の繊維、および繊維を少なくとも部分的にコーティングする水性バインダー組成物を含む、絶縁製品を対象とする。バインダー組成物は、少なくとも２つのヒドロキシル基を有し、数平均分子量が少なくとも２，０００ダルトンである、少なくとも１種の長鎖ポリオールと、少なくとも２つのカルボン酸基を含む架橋剤と、少なくとも２つのヒドロキシル基を有し、数平均分子量が２，０００ダルトン未満である短鎖ポリオールと、を含み得る。一部の例示的実施形態では、カルボン酸基のヒドロキシル基に対するモル当量の比は約１／０．０５～約１．０／５．０であり、長鎖ポリオールの短鎖ポリオールに対する比は約０．１／０．９～約０．９／０．１である。
絶縁製品の繊維は、鉱物繊維、天然繊維、および合成繊維のうちの１つまたは複数を含んでもよく、一部の実施形態では、繊維はガラス繊維を含む。
本発明の一般的な概念の多数の他の態様、利点および／または特色が、以下の例示的実施形態の詳細な説明、および本明細書とともに提出される添付の図面から容易に明らかになる。
本発明の一般的な概念ならびにその例証的実施形態および利点が、例として、図面を参照して下に詳細に記載される。
カルボン酸基／ヒドロキシル基および長鎖ポリオール／短鎖ポリオールのモル当量の比が変化する、例示的な硬化バインダー組成物で作製された繊維ガラス絶縁材の曲げ応力／質量／ＬＯＩを示すグラフである。 カルボン酸基／ヒドロキシル基のモル当量の比が１／０．１であり、長鎖ポリオール／短鎖ポリオール比が変化する、例示的なバインダー組成物で作製された繊維ガラスの引張力／ＬＯＩを示すグラフである。 カルボン酸基／ヒドロキシル基のモル当量の比が１／０．１であり、長鎖ポリオール／短鎖ポリオール比が変化する、例示的なバインダー組成物の硬化後水溶性材料％を示すグラフである。 カルボン酸基／ヒドロキシル基のモル当量の比が１／１．５であり、長鎖ポリオール／短鎖ポリオール比が変化する、例示的な硬化バインダー組成物の引張力／ＬＯＩを示すグラフである。 カルボン酸基／ヒドロキシル基のモル当量の比が１／１．５であり、長鎖ポリオール／短鎖ポリオール比が変化する、例示的なバインダー組成物の硬化後水溶性材料％を示すグラフである。 カルボン酸基／ヒドロキシル基のモル当量の比が１／０．５であり、長鎖ポリオール／短鎖ポリオール比が変化する、例示的な硬化バインダー組成物の引張力／ＬＯＩを示すグラフである。 カルボン酸基／ヒドロキシル基のモル当量の比が１／０．５であり、長鎖ポリオール／短鎖ポリオール比が変化する、例示的なバインダー組成物の硬化後水溶性材料％を示すグラフである。 カルボン酸基／ヒドロキシル基のモル当量の比が１／０．１であり、長鎖ポリオール／短鎖ポリオール比が変化する、例示的な硬化バインダー組成物の引張力／ＬＯＩを示すグラフである。 カルボン酸基／ヒドロキシル基のモル当量の比が１／１であり、長鎖ポリオール／短鎖ポリオール比が変化する、例示的なバインダー組成物の硬化後水溶性材料％を示すグラフである。 カルボン酸基／ヒドロキシル基のモル当量の比が変化する、例示的な硬化バインダー組成物の引張力／ＬＯＩを示すグラフである。 従来のデンプンハイブリッドバインダー組成物およびフェノール尿素ホルムアルデヒドベースバインダー組成物と比較した、本出願による種々のバインダー組成物を使用して形成された、プラント実験板の曲げ弾性率を示すグラフである。 高温／多湿条件下で、従来のデンプンハイブリッドバインダー組成物およびフェノール尿素ホルムアルデヒドベースバインダー組成物と比較した、本出願による種々のバインダー組成物を使用して形成された、４’×４’繊維ガラス絶縁天井板タイルのサグを示すグラフである。 従来のデンプンハイブリッドバインダー組成物およびフェノール尿素ホルムアルデヒドベースバインダー組成物と比較した、本出願による種々のバインダー組成物を使用して形成された、プラント実験板製品の圧縮強度を示すグラフである。 従来のデンプンハイブリッドバインダー組成物およびフェノール尿素ホルムアルデヒドベースバインダー組成物と比較した、本出願による種々のバインダー組成物を使用して形成されたプラント実験板製品の破断時接着強度を示すグラフである。
別様に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術科学用語は、例示的実施形態が属する分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書の記載で使用される用語は例示的実施形態を説明するためのみのものであり、例示的実施形態を限定することは意図しない。したがって、本発明の一般的な概念は、本明細書に例証される具体的な実施形態に限定されることは意図しない。本明細書に記載されるものと同様または等価の他の方法および材料が本発明の実施または試験において使用され得るが、好ましい方法および材料は本明細書に記載される。
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに別様に指示しない限り、複数形も含むことを意図する。
別様に指示されない限り、本明細書および特許請求の範囲で使用される材料、化学的および分子特性、反応条件などの量を表すすべての数は、すべての場合において「約」という用語で修飾されていることを理解されたい。したがって、別のことが指示されない限り、本明細書および添付の特許請求の範囲に示される数値パラメーターは、本発明の例示的実施形態によって得ようとする所望の特性によって変化し得る近似値である。最低限、各数値パラメーターは、有効数字の数および一般的な丸め手法に照らして解釈されるべきである。
例示的実施形態の広範な範囲を示す数値範囲およびパラメーターが近似値であるにもかかわらず、具体的な例に示される数値は、可能な限り正確に報告される。しかし、いずれの数値も、それぞれの試験測定値において見出される標準偏差から必然的に生じる特定の誤差を本質的に含む。本明細書および特許請求の範囲を通して与えられるすべての数値範囲は、より厳密な数値範囲がすべて本明細書に明示的に記されているのと同様に、そのような広範な数値範囲に入るすべてのそのようなより厳密な数値範囲を含む。
本開示は、従来のホルムアルデヒドベースバインダー組成物を用いて製造された製品と比較して、同等のまたは改善された機械的および物理的性能を有する絶縁製品の製造において使用するための、ホルムアルデヒド不含水性バインダー組成物に関する。ホルムアルデヒド不含バインダー組成物は、硬化ホルムアルデヒド不含バインダーで作製された繊維絶縁製品および関連製品、例えば薄繊維補強マット（以下すべて総称して繊維補強製品と称する）およびガラス繊維またはミネラルウール製品、特に繊維ガラスまたはミネラルウール絶縁製品の製造において使用され得る。他の製品は、複合製品、木質繊維板製品、金属建築物の絶縁材、パイプ絶縁材、天井板、天井タイル、「重量」製品、例えば天井板、ダクトラップ、ダクトライナー、さらに「軽量」製品を含み得る。
一部の例示的実施形態では、ホルムアルデヒド不含水性バインダー組成物は、少なくとも１種の長鎖ポリオールと、少なくとも１つの一次架橋剤と、少なくとも１種の短鎖ポリオールを含む少なくとも１つの二次架橋剤とを含む。
一次架橋剤は、ポリオールを架橋するために好適な任意の化合物であってもよい。例示的実施形態では、一次架橋剤は、数平均分子量が、９０ダルトンより多い、約９０ダルトン～約１０，０００ダルトン、または約１９０ダルトン～約５，０００ダルトンである。一部の例示的実施形態では、架橋剤は、数平均分子量が約２，０００ダルトン～５，０００ダルトン、または約４，０００ダルトンである。好適な架橋剤の非限定的な例としては、１つまたは複数のカルボン酸基（－ＣＯＯＨ）、例えばポリカルボン酸（およびその塩）、酸無水物、酸無水物を有するモノマー性およびポリマー性ポリカルボン酸（すなわち、混合酸無水物）、ならびにアクリル酸のホモポリマーまたはコポリマー、例えばポリアクリル酸（およびその塩）、ならびにポリアクリル酸ベース樹脂、例えば、いずれもＴｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから市販のＱＲ－１６２９ＳおよびＡｃｕｍｅｒ９９３２を有する材料が挙げられる。Ａｃｕｍｅｒ９９３２は、分子量が約４０００かつ次亜リン酸ナトリウムの含有量が６～７質量％のポリアクリル酸／次亜リン酸ナトリウム樹脂である。ＱＲ－１６２９Ｓは、ポリアクリル酸／グリセリン混合物である。
一部の場合では、一次架橋剤は、中和剤で事前に中和されてもよい。そのような中和剤としては、有機および／または無機塩基、例えば水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム、およびジエチルアミン、および任意の種類の第一級、第二級、または第三級アミン（アルカノールアミンを含む）が挙げられる。種々の例示的実施形態では、中和剤は、水酸化ナトリウムおよびトリエタノールアミンのうちの少なくとも１つを含んでもよい。
一部の例示的実施形態では、一次架橋剤は、水性バインダー組成物の全固形分含有量に対して少なくとも５０質量％、例えば、限定することなく、少なくとも５５質量％、少なくとも６０質量％、少なくとも６３質量％、少なくとも６５質量％、少なくとも７０質量％、少なくとも７３質量％、少なくとも７５質量％、少なくとも７８質量％、および少なくとも８０質量％で水性バインダー組成物中に存在する。一部の例示的実施形態では、一次架橋剤は、水性バインダー組成物の全固形分含有量に対して５０質量％～８５質量％、例えば、限定することなく、６０質量％～８０質量％、６２質量％～７８質量％、および６５質量％～７５質量％の量で水性バインダー組成物中に存在する。
一部の例示的実施形態では、長鎖ポリオールは、数平均分子量が少なくとも２，０００ダルトン、例えば、分子量が３，０００ダルトン～４，０００ダルトンである少なくとも２つのヒドロキシル基を有するポリオールを含む。一部の例示的実施形態では、長鎖ポリオールは、ポリマー性ポリヒドロキシ化合物、例えば部分的または完全に加水分解されているポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、またはそれらの混合物のうちの１つまたは複数を含む。例証として、部分的に加水分解されたポリ酢酸ビニルがポリヒドロキシ成分として作用する場合、８０％～８９％加水分解されたポリ酢酸ビニル、例えば、いずれも約８５％（Ｐｏｖａｌ（登録商標）３８５）および８８％（Ｓｅｌｖｏｌ（商標）５０２）加水分解されている、Ｐｏｖａｌ（登録商標）３８５（Ｋｕｒａｒａｙ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．）およびＳｅｖｏｌ（商標）５０２（Ｓｅｋｉｓｕｉ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ａｍｅｒｉｃａ，ＬＬＣ）などを利用することができる。
長鎖ポリオールは、最大約３０質量％の全固形分、例えば、限定することなく、最大約２８質量％、２５質量％、２０質量％、１８質量％、１５質量％、および１３質量％の全固形分の量で水性バインダー組成物中に存在してもよい。一部の例示的実施形態では、長鎖ポリオールは、５．０質量％～３０質量％の全固形分、例えば、限定することなく、７質量％～２５質量％、８質量％～２０質量％、９質量％～１８質量％、および１０質量％～１６質量％の全固形分の量で水性バインダー組成物中に存在する。
水性バインダー組成物は、二次架橋剤、例えば短鎖ポリオールを含んでもよい。短鎖ポリオールは、分子量が２，０００ダルトン未満、例えば、７５０ダルトン未満、５００ダルトン未満であり、複数のヒドロキシル（－ＯＨ）基を有する水溶性化合物を含み得る。好適な短鎖ポリオール成分としては、糖アルコール、２，２－ビス（メチロール）プロピオン酸（ビス－ＭＰＡ）、トリ（メチロール）プロパン（ＴＭＰ）および短鎖アルカノールアミン、例えばトリエタノールアミンが挙げられる。一部の例示的実施形態では、短鎖ポリオールは粘度降下剤として作用し、長鎖ポリオール分子（例えば、ポリビニルアルコール）間の分子内および分子間水素結合を破壊することで、組成物の粘度を低下させる。しかし、これらの短鎖ポリオール分子は長鎖ポリオールと同様の構造を有するため、同じような態様で架橋剤と反応し得る。このため、バインダーおよび製品の性能に悪影響を及ぼさない。
糖アルコールは、糖のアルドまたはケト基が対応するヒドロキシ基に還元される（例えば、水素化によって）ときに得られる化合物を意味すると理解される。開始糖は、単糖、オリゴ糖、および多糖、およびそれらの生成物の混合物、例えばシロップ、糖蜜、およびデンプン加水分解物から選択することができる。また、開始糖は、糖の無水形態である場合もある。糖アルコールは対応する開始糖に酷似しているが、糖ではない。したがって、例えば、糖アルコールは還元能を有さず、還元糖に典型的なメイラード反応に関与し得ない。一部の例示的実施形態では、糖アルコールは、グリセロール、エリスリトール、アラビトール、キシリトール、ソルビトール、マルチトール、マンニトール、イジトール、イソマルチトール、ラクチトール、セロビトール、パラチニトール、マルトトリトール、それらのシロップ、およびそれらの混合物を含む。種々の例示的実施形態では、糖アルコールは、グリセロール、ソルビトール、キシリトールおよびそれらの混合物から選択される。一部の例示的実施形態では、二次架橋剤は糖アルコールのダイマーまたはオリゴマー縮合生成物である。種々の例示的実施形態では、糖アルコールの縮合生成物はイソソルビドである。一部の例示的実施形態では、糖アルコールはジオールまたはグリコールである。
一部の例示的実施形態では、短鎖ポリオールは、最大約３０質量％の全固形分、例えば、限定することなく、最大約２５質量％、２０質量％、１８質量％、１５質量％、１３質量％、１１質量％および１０質量％の全固形分の量で水性バインダー組成物中に存在する。一部の例示的実施形態では、短鎖ポリオールは、０～３０質量％の全固形分、例えば、限定することなく、２質量％～３０質量％、３質量％～２５質量％、５質量％～２０質量％、８質量％～１８質量％、および９質量％～１５質量％の全固形分の量で水性バインダー組成物中に存在する。
種々の例示的実施形態では、長鎖ポリオール、架橋剤、および短鎖ポリオールは、カルボン酸基、酸無水物基、またはそれらの塩のモル当量の数の、ヒドロキシル基のモル当量の数に対する比が、約１／０．０５～約１／５、例えば約１／０．０８～約１／２．０、約１／０．１～約１／１．５、および約１／０．３～約１／０．６６になるような量で存在する。しかし、驚くべきことに、この比の範囲内では、長鎖ポリオールの短鎖ポリオールに対する比が、バインダー組成物の性能、例えば硬化後のバインダーの引張強度および水溶性に影響を及ぼすことが発見された。例えば、長鎖ポリオールの短鎖ポリオールに対する比が約０．１／０．９～約０．９／０．１、例えば約０．３／０．７～０．７／０．３、または約０．４／０．６～０．６／０．４であると、バランスのとれた望ましい機械的および物性が得られることが発見された。種々の例示的実施形態では、長鎖ポリオールの短鎖ポリオールに対する比はおよそ０．５／０．５である。長鎖ポリオールの短鎖ポリオールに対する比は、最終的な使用用途の必要性に応じて特定の特性が最適化されるように最適化されてもよい。例えば、長鎖ポリオールの濃度を低下させると、バインダー組成物で形成された製品の引張強度が減少する場合がある。しかし、長鎖ポリオールを低下させると、他の特性、例えば物性に影響が及ぶ可能性がある。したがって、種々の特性間のバランスは、本明細書に開示される比の範囲内で予想外に見出された。
水性バインダー組成物は、硬化促進剤としても公知のエステル化触媒を含んでもよい。触媒には、無機塩、ルイス酸（すなわち、塩化アンモニウムまたは三フッ化ホウ素）、ブレンステッド酸（すなわち、硫酸、ｐ－トルエンスルホン酸およびホウ酸）有機金属錯体（すなわち、カルボン酸リチウム、カルボン酸ナトリウム）および／またはルイス塩基（すなわち、ポリエチレンイミン、ジエチルアミン、またはトリエチルアミン）が含まれ得る。さらに、触媒には、リン含有有機酸のアルカリ金属塩、特にリン酸、次亜リン酸、またはポリリン酸のアルカリ金属塩が含まれ得る。そのようなリン触媒の例としては、これらに限定されないが、次亜リン酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、ピロリン酸二ナトリウム、ピロリン酸四ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、リン酸カリウム、トリポリリン酸カリウム、トリメタリン酸ナトリウム、テトラメタリン酸ナトリウム、およびそれらの混合物が挙げられる。さらに、触媒または硬化促進剤は、フルオロボレート化合物、例えばフルオロホウ酸、テトラフルオロホウ酸ナトリウム、テトラフルオロホウ酸カリウム、テトラフルオロホウ酸カルシウム、テトラフルオロホウ酸マグネシウム、テトラフルオロホウ酸亜鉛、テトラフルオロホウ酸アンモニウムおよびそれらの混合物であってもよい。さらに、触媒は、リン化合物とフルオロボレート化合物の混合物であってもよい。他のナトリウム塩、例えば硫酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、炭酸ナトリウムもまた、または代替的に、触媒として使用することができる。
触媒は、バインダー組成物の全固形分の約０質量％～約１０質量％、例えば、限定することなく、約１質量％～約５質量％、または約２質量％～約４．５質量％、または約２．８質量％～約４．０質量％、または約３．０質量％～約３．８質量％の量で水性バインダー組成物中に存在してもよい。
水性バインダー組成物は、少なくとも１つのカップリング剤を含んでもよい。少なくとも１つの例示的実施形態では、カップリング剤はシランカップリング剤である。カップリング剤は、バインダー組成物の全固形分の約０．０１質量％～約５質量％、約０．０１質量％～約２．５質量％、または約０．０５質量％～約１．５質量％、または約０．１質量％～約１．０質量％の量でバインダー組成物中に存在してもよい。
バインダー組成物に使用することができるシランカップリング剤の非限定的な例は、官能基アルキル、アリール、アミノ、エポキシ、ビニル、メタクリルオキシ、ウレイド、イソシアネート、およびメルカプトを特徴とし得る。例示的実施形態では、シランカップリング剤には、１つまたは複数の官能基、例えばアミン（第一級、第二級、第三級および第四級）、アミノ、イミノ、アミド、イミド、ウレイド、またはイソシアネートを有する１つまたは複数の窒素原子を含むシランが含まれる。好適なシランカップリング剤の具体的な非限定的な例としては、これらに限定されないが、アミノシラン（例えば、トリエトキシアミノプロピルシラン、３－アミノプロピル－トリエトキシシランおよび３－アミノプロピル－トリヒドロキシシラン）、エポキシトリアルコキシシラン（例えば、３－グリシドキシプロピルトリメトキシシランおよび３－グリシドキシプロピルトリエトキシシラン）、メタクリル（ｍｅｔｈｙａｃｒｙｌ）トリアルコキシシラン（例えば、３－メタクリロキシプロピルトリメトキシシランおよび３－メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン）、炭化水素トリアルコキシシラン、アミノトリヒドロキシシラン、エポキシトリヒドロキシシラン、メタクリルトリヒドロキシシランおよび／または炭化水素トリヒドロキシシランが挙げられる。１つまたは複数の例示的実施形態では、シランはアミノシラン、例えばγ－アミノプロピルトリエトキシシランである。
水性バインダー組成物は、加工助剤を含んでもよい。加工助剤は、繊維形成および配向処理を促進するように機能する限り、特に限定されない。加工助剤は、バインダーの塗布分布均一性を改善するため、バインダーの粘度を低減するため、形成後のランプ（ｒａｍｐ）高さを増加させるため、縦方向の重量分布均一性を改善するため、および／または形成工程およびオーブン硬化工程の両方でバインダーの脱水を加速させるために使用することができる。加工助剤は、バインダー組成物の全固形分含有量に対して、０～約１０質量％、約０．１質量％～約５．０質量％、または約０．３質量％～約２．０質量％、または約０．５質量％～１．０質量％の量でバインダー組成物中に存在してもよい。一部の例示的実施形態では、水性バインダー組成物は、加工助剤を本質的にまたは全く含まない。
加工助剤の例としては、消泡剤、例えば鉱物、パラフィン、もしくは植物油のエマルションおよび／または分散液、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）流体の分散液およびポリジメチルシロキサンまたは他の材料で疎水化されたシリカの分散液が挙げられる。さらなる加工助剤には、アミドワックス、例えばエチレンビス－ステアラミド（ＥＢＳ）または疎水化シリカからなる粒子が含まれ得る。バインダー組成物に利用することができるさらなる加工助剤は、界面活性剤である。バインダーの霧化、湿潤および界面接着を補助するために、１つまたは複数の界面活性剤がバインダー組成物に含まれてもよい。
界面活性剤は特に限定されず、これらに限定されないが、イオン性界面活性剤（例えば、サルフェート、スルホネート、ホスフェートおよびカルボキシレート）、サルフェート（例えば、アルキルサルフェート、ラウリル硫酸アンモニウム、ラウリル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、アルキルエーテルサルフェート、ラウレス硫酸ナトリウムおよびミレス硫酸ナトリウム）、両性界面活性剤（例えば、アルキルベタイン、例えばラウリル－ベタイン）、スルホネート（例えば、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ペルフルオロオクタンスルホネート、ペルフルオロブタンスルホネートおよびアルキルベンゼンスルホネート）、ホスフェート（例えば、アルキルアリールエーテルホスフェートおよびアルキルエーテルホスフェート）、カルボキシレート（例えば、アルキルカルボキシレート、脂肪酸塩（石けん）、ステアリン酸ナトリウム、ラウロイルサルコシンナトリウム、カルボキシレートフッ素系界面活性剤、ペルフルオロナノエートおよびペルフルオロオクタノエート）、カチオン（例えば、アルキルアミン塩、例えばラウリルアミン酢酸塩）、ｐＨ依存性界面活性剤（第一級、第二級または第三級アミン）、恒久的に荷電した第四級アンモニウムカチオン（例えば、アルキルトリメチルアンモニウム塩、セチルトリメチルアンモニウムブロミド、セチルトリメチルアンモニウムクロリド、セチルピリジニウムクロリドおよびベンゼトニウムクロリド）ならびに双性イオン性界面活性剤、第四級アンモニウム塩（例えば、ラウリルトリメチルアンモニウムクロリドおよびアルキルベンジルジメチルアンモニウムクロリド）ならびにポリオキシエチレンアルキルアミンなどの界面活性剤が含まれる。
バインダー組成物とともに使用することができる好適な非イオン性界面活性剤には、ポリエーテル（例えば、エチレンオキシドおよびプロピレンオキシドの縮合物、これには直鎖および分岐鎖アルキルおよびアルカリールポリエチレングリコールおよびポリプロピレングリコールエーテルおよびチオエーテルが含まれる）、約７～約１８個の炭素原子を含むアルキル基を有し、約４～約２４０個のエチレンオキシ単位を有するアルキルフェノキシポリ（エチレンオキシ）エタノール（例えば、ヘプチルフェノキシポリ（エチレンオキシ）エタノールおよびノニルフェノキシポリ（エチレンオキシ）エタノール）、ソルビタン、ソルビド、マンニタンおよびマンニドを含むヘキシトールのポリオキシアルキレン誘導体、部分長鎖脂肪酸エステル（例えば、ソルビタンモノラウエート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリステアレート、ソルビタンモノオレエートおよびソルビタントリオレエートのポリオキシアルキレン誘導体）、エチレンオキシドと疎水性塩基の縮合物であって、塩基がプロピレンオキシドとプロピレングリコールを縮合することによって形成される、縮合物、硫黄含有縮合物（例えば、エチレンオキシドと高級アルキルメルカプタン、例えばノニル、ドデシル、もしくはテトラデシルメルカプタンを、またはアルキルチオフェノールを縮合することによって調製される縮合物、ここでアルキル基は約６～約１５個の炭素原子を含む）、長鎖カルボン酸（例えば、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸およびオレイン酸、例えばトール油脂肪酸）のエチレンオキシド誘導体、長鎖アルコール（例えば、オクチル、デシル、ラウリルまたはセチルアルコール）のエチレンオキシド誘導体、ならびにエチレンオキシド／プロピレンオキシドのコポリマーが含まれる。
少なくとも１つの例示的実施形態では、界面活性剤は、２，５，８，１１－テトラメチル－６－ドデシン－５，８－ジオールであるＤｙｎｏｌ ６０７、エトキシ化２，４，７，９－テトラメチル－５－デシン－４，７－ジオール界面活性剤であるＳＵＲＦＯＮＹＬ（登録商標）４２０、ＳＵＲＦＯＮＹＬ（登録商標）４４０およびＳＵＲＦＯＮＹＬ（登録商標）４６５（Ｅｖｏｎｉｋ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ、Ｐａ．）から市販されている）、Ｓｔａｎｆａｘ（ラウリル硫酸ナトリウム）、Ｓｕｒｆｙｎｏｌ ４６５（エトキシ化２，４，７，９－テトラメチル５デシン－４，７－ジオール）、Ｔｒｉｔｏｎ（商標）ＧＲ－ＰＧ７０（１，４－ビス（２－エチルヘキシル）スルホコハク酸ナトリウム）、およびＴｒｉｔｏｎ（商標）ＣＦ－１０（ポリ（オキシ－１，２－エタンジイル）、アルファ－（フェニルメチル）－オメガ－（１，１，３，３－テトラメチルブチル）フェノキシ）のうちの１つまたは複数を含む。バインダー組成物はまた、ｐＨ調整剤として、ｐＨを所望のレベルに調整するのに十分な量で、有機および／または無機酸ならびに塩基を含んでもよい。ｐＨは、バインダー組成物の材料の適合性を促進する、または種々の種類の繊維に作用するように、所期の用途に基づいて調整され得る。一部の例示的実施形態では、ｐＨ調整剤を利用して、バインダー組成物のｐＨを酸性ｐＨに調整する。好適な酸性ｐＨ調整剤の例としては、無機酸、例えば、これらに限定されないが、硫酸、リン酸およびホウ酸、さらに有機酸、例えばｐ－トルエンスルホン酸、モノまたはポリカルボン酸、例えば、これらに限定されないが、クエン酸、酢酸およびこれらの無水物、アジピン酸、シュウ酸、およびこれらの対応する塩が挙げられる。また、酸前駆体であり得る無機塩も含まれる。酸はｐＨを調整し、一部の場合では、上記で考察したように、架橋剤として作用する。他の例示的実施形態では、有機および／または無機塩基が、バインダー組成物のｐＨを上昇させるために含まれ得る。一部の例示的実施形態では、塩基は揮発性塩基であっても不揮発性塩基であってもよい。例示的な揮発性塩基には、例えば、アンモニアおよびアルキル置換アミン、例えばメチルアミン、エチルアミンまたは１－アミノプロパン、ジメチルアミンおよびエチルメチルアミンが含まれる。例示的な不揮発性塩基には、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、およびｔ－ブチルアンモニウムヒドロキシドが含まれる。
硬化前の状態では、バインダー組成物のｐＨは、その間のすべての量および範囲を含めて約２～約５に及び得る。一部の例示的実施形態では、バインダー組成物のｐＨは、硬化前の状態で約２．２～４．０、例えば約２．５～３．８および約２．６～３．５である。硬化後、バインダー組成物のｐＨは少なくともｐＨ６．０、例えば約６．５～７．２、または約６．８～７．２のレベルまで上昇し得る。
バインダーは、その後の絶縁材料の製作および取付けに悪影響を及ぼす可能性がある無機および／または有機粒子の存在を低減する、または排除するために、粉塵抑制剤を含んでもよい。粉塵抑制剤は、任意の従来の鉱物油、鉱物油エマルション、天然または合成油、バイオベース油、または潤滑油、例えば、これらに限定されないが、シリコーンおよびシリコーンエマルション、ポリエチレングリコール、ならびに、オーブン内の油の蒸発を最小限に抑えるように引火点が高い任意の石油系または非石油系油であってよい。
一部の例示的実施形態では、水性バインダー組成物は、最大で約１０質量％、例えば最大で約８質量％、または最大で約６質量％の粉塵抑制剤を含む。種々の例示的実施形態では、水性バインダー組成物は、０質量％～１０質量％、例えば約１．０質量％～約７．０質量％、または約１．５質量％～約６．５質量％、または約２．０質量％～約６．０質量％、または約２．５質量％～５．８質量％の粉塵抑制剤を含む。
バインダーは、活性固形物を溶解または分散させて補強繊維へ塗布するために水をさらに含む。水は、水性バインダー組成物を、補強繊維に塗布するために、さらに繊維での所望の固形分含有量を達するのに適する粘度に希釈するのに十分な量で添加されてもよい。本発明のバインダー組成物は、従来のフェノール－尿素ホルムアルデヒドまたは炭水化物ベースバインダー組成物よりも低い固形分含有量を含み得ることが発見された。特に、バインダー組成物は、５質量％～３５質量％のバインダー固形分、例えば、限定することなく、１０質量％～３０質量％、１２質量％～２０質量％、および１５質量％～１９質量％のバインダー固形分を含み得る。固形分のこのレベルから、本発明のバインダー組成物が従来のバインダー組成物よりも多く水を含み得ることが示される。しかし、バインダー組成物は硬化速度が速いため、バインダーは高いランプ水分レベル（約８％～１０％）で処理することができ、バインダー組成物は従来のバインダー組成物と比べると水分を除去する必要が少ない。バインダーの含有量は、強熱減量（ＬＯＩ）として測定され得る。ある特定の実施形態では、ＬＯＩは５％～２０％、例えば、限定することなく、１０％～１７％、１２％～１５％、および１３％～１４．５％である。
一部の例示的実施形態では、バインダー組成物は、より低いＬＯＩで従来のフェノールまたはデンプンハイブリッドバインダー組成物と同様のまたはそれよりも高い性能を達することが可能である。
一部の例示的実施形態では、水性バインダー組成物は、１つまたは複数の添加剤、例えばカップリング剤、増量剤、架橋密度向上剤、脱臭剤、酸化防止剤、粉塵抑制剤、殺生物剤、防湿剤、またはこれらの組合せも含み得る。バインダーは、限定することなく、染料、顔料、さらなる充填剤、着色剤、ＵＶ安定化剤、熱安定化剤、発泡防止剤、乳化剤、保存剤（例えば、安息香酸ナトリウム）、腐食阻害剤、およびこれらの混合物を含み得る。工程および製品の性能を改善するために、他の添加剤がバインダー組成物に添加されてもよい。そのような添加剤には、潤滑剤、湿潤剤、帯電防止剤、および／または撥水剤が含まれる。添加剤は、微量（例えば＜バインダー組成物の約０．１質量％）から、バインダー組成物の全固形分の約１０質量％まで、バインダー組成物中に存在してもよい。
一部の例示的実施形態では、水性バインダー組成物は、モノマー性カルボン酸成分を実質的に含まない。例示的なモノマー性ポリカルボン酸成分には、アコニット酸、アジピン酸、アゼライン酸、ブタンテトラカルボン酸二水和物、ブタントリカルボン酸、クロレンド酸無水物、シトラコン酸、クエン酸、ジシクロペンタジエン－マレイン酸付加物、ジエチレントリアミンペンタ酢酸ペンタナトリウム塩、ジペンテンと無水マレイン酸の付加物、エンドメチレンヘキサクロロフタル酸無水物、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、完全マレエート化ロジン、マレエート化トール油脂肪酸、フマル酸、グルタル酸、イソフタル酸、イタコン酸、アルコールに次いでカルボン酸に過酸化カリウムで酸化不飽和化されるマレエート化ロジン、リンゴ酸、無水マレイン酸、メサコン酸、シュウ酸、無水フタル酸、ポリ乳酸、セバシン酸、コハク酸、酒石酸、テレフタル酸、テトラブロモフタル酸無水物、テトラクロロフタル酸無水物、テトラヒドロフタル酸無水物、トリメリト酸無水物、およびトリメシン酸が含まれる。
種々の例示的実施形態では、水性バインダー組成物は、長鎖ポリオール（例えば、完全または部分加水分解ポリビニルアルコール）、一次架橋剤（例えば、ポリマー性ポリカルボン酸）、および二次架橋剤（例えば、糖アルコール）を含む。ある特定の例示的実施形態による、本発明のバインダー組成物に使用される成分の範囲を表１に示す。
Figure 0007219271000001
 本開示の種々の例示的実施形態による水性バインダー組成物は、表２に示される触媒／促進剤（例えば、次亜リン酸ナトリウム）、界面活性剤、および／またはカップリング剤（例えば、シラン）をさらに含んでもよい。
Figure 0007219271000002
一部の例示的実施形態では、バインダー組成物は、バインダー約１グラムにつき約１０００ｇの脱イオン水を使用して、水溶性材料を脱イオン水で２時間室温で抽出することによって判定される、硬化後水溶性材料レベルが低減されるように配合される。硬化後の水溶性材料レベルが高いほど、硬化材料が水および／または高温／多湿環境に曝された場合／ときに浸出する可能性が高くなる。一部の例示的実施形態では、バインダー組成物は、硬化後に６質量％以下の水溶性材料を有する。一部の例示的実施形態では、バインダー組成物は、硬化後に５．０質量％未満、例えば５．０質量％、４．０質量％、３．０質量％未満、２．５質量％未満、２．０質量％未満、１．５質量％未満、または１．０質量％未満の水溶性材料を有する。硬化後の水溶性材料レベルを６．０質量％以下まで低減させることによって、硬化後に６．０質量％より多い水溶性材料を有するが他の点では同様のバインダー組成物と比較して、バインダー組成物の引張強度が改善されることが発見された。
硬化後にバインダー組成物に残存する水溶性材料の量は、バインダー中のカルボン酸基の量によって少なくとも部分的に判定され得る。特に、酸基が過剰になると水溶性物質含有量が増加し、硬化後の水溶性材料が増加する。下の表３に示されるように、比較例１および２は非常に酸性のＣＯＯＨ／ＯＨ比を有し、結果として硬化後の水溶性材料のパーセンテージが許容されないほど高くなっている。対照的に、硬化後に残存する水溶性材料のパーセンテージは、１／０．１以下のＣＯＯＨ／ＯＨ比で実質的に減少する。
Figure 0007219271000003
硬化後の水溶性材料レベルが許容される程度に低い（例えば、６質量％以下）バインダー組成物を製造するためには、全ポリオール含有量に少なくとも１０質量％の１つまたは複数の短鎖ポリオールが含まれているべきであることが、さらに発見された。一般的に、ソルビトールなどの短鎖ポリオールは水溶性が高いため、これは特に驚くべきことである。したがって、ソルビトールレベルを上昇させると、バインダー組成物中の水溶性材料量が増加することが予想されていた。
一部の例示的実施形態では、バインダー組成物は固形分３０％以下で約４００ｃＰ未満、例えば固形分３０％以下で約３００ｃＰ未満、および固形分３０％以下で約２００ｃＰ未満の粘度を有する。種々の例示的実施形態では、バインダー組成物の粘度は固形分３０％以下で２５０ｃＰ以下である。
本開示の繊維製品は、ランダムに配向した複数の繊維を含む。ある特定の例示的実施形態では、ランダムに配向した複数の繊維は、鉱物繊維、例えば、これらに限定されないが、ガラス繊維、ガラスウール繊維、ミネラルウール繊維、スラグウール繊維、ストーンウール繊維、セラミック繊維、金属繊維、およびこれらの組合せである。
他の補強繊維、例えば天然繊維および／または合成繊維、例えば炭素、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が不織布繊維マットに使用されてもよい。「天然繊維」という用語は、本明細書で使用される場合、植物の任意の部分、例えば、これらに限定されないが、茎、種子、葉、根または師部から抽出された植物繊維を指す。補強繊維材料として使用するのに適する天然繊維の例としては、木部繊維、セルロース系繊維、藁、木材チップ、木材ストランド、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、ヘネケ麻、およびこれらの混合物が挙げられる。不織布製品は、完全に１種類の繊維で形成されてもよく、複数の種類の繊維の組合せで形成されてもよい。例えば、絶縁製品は、所望の用途に応じて、種々の種類のガラス繊維の組合せで形成されてもよく、異なる無機繊維および／または天然繊維の種々の組合せで形成されてもよい。ある特定の例示的実施形態では、絶縁製品は完全にガラス繊維で形成される。
本発明を概括的に記載したが、例証の目的でのみ提供され、別様に指定されない限りすべて包含するまたは限定的であることは意図されない、以下に示される特定の具体的な例を参照することによって、さらなる理解が得られる。
（実施例１）
カルボン酸／ヒドロキシル比が変化する、かつポリビニルアルコール／ソルビトール比が変化するバインダー配合物を利用して、薄板（硬化温度約２１８℃（４２５°Ｆ）および厚さ約３．１８ｍｍ（０．１２５インチ））を形成し、細片に切断した。これらの比を下の表５に示す。各板細片を３点曲げ試験に供し、この試験では各細片の中央に荷重を加え、破断するまで耐えた荷重と板細片の量を測定した。結果を図１に示す。
Figure 0007219271000004
図１に示されるように、各カルボン酸／ヒドロキシル基比内で、ポリビニルアルコール／ソルビトール比に応じて曲げ応力／質量／ＬＯＩが上昇または低下した。曲げ応力は、厚さ１／８’’の２’’×６’’板を利用する３点曲げ試験で測定する（すなわち、破断するまでの力）。全体で最も高い曲げ応力／ＬＯＩは、カルボン酸／ヒドロキシル基比が１／０．６６のときに得られた。さらに、この比の範囲内で、ポリビニルアルコール／ソルビトール比が０．５／０．５であったとき曲げ応力／ＬＯＩはさらに上昇した。実際、カルボン酸／ヒドロキシル基比の各セット内で、ポリビニルアルコール／ソルビトール比が約０．５／０．５のとき最も高い曲げ応力が示された。
（実施例２）
ＣＯＯＨ／ＯＨ比および長鎖ポリオール／短鎖ポリオール比が変化するバインダー組成物を利用して、幅９．５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍおよび長さ９７ｍｍの不織布繊維ガラスバインダー含浸フィルター（ＢＩＦ）シートを形成した。不織布繊維ガラスＢＩＦシートを約２１８℃（４２５°Ｆ）で３分３０秒硬化した。各試料の引張強度、強熱減量（ＬＯＩ）、およびＬＯＩで除した引張強度（引張強度／ＬＯＩ）を、周囲条件および蒸気（「高温／多湿」）条件下で測定した。引張強度は、Ｉｎｓｔｒｏｎ（引張り速度約５．１ｃｍ／分（２インチ／分））を使用して測定した。補強繊維のＬＯＩは、バインダー組成物が燃焼するか、繊維から熱分解するのに十分な温度に繊維を加熱した後の繊維の質量減少である。ＬＯＩは、TAPPI T-1013 OM06, Loss on Ignition of Fiberglass Mats (2006)に示される手順に従って測定した。高温／多湿環境をつくるために、フィルターシートを約１１６℃（２４０°Ｆ）、圧力約２．８～３．４ＭＰａ（４００～５００ｐｓｉ）で６０分間オートクレーブに置いた。
図２に示されるように、引張／ＬＯＩは概して、周囲条件および高温／多湿条件の両方で、（１／０．１のＣＯＯＨ／ＯＨ比内で）組成物中の短鎖ポリオールの割合が増加すると上昇するように思われた。この関係性は、硬化後に組成物に残存する水溶性物質のレベルと一致するように思われる（図３）。図３は、短鎖ポリオールの割合が増加するにつれ、硬化後の組成物中の水溶性材料のパーセンテージが減少することを示す。
図４および５に示されるように、この関係性はＣＯＯＨ／ＯＨ比が１／１．５に調整されたときも継続した。しかし、注目すべきことに、硬化後に組成物に残存する水溶性材料のパーセンテージは、このＣＯＯＨ／ＯＨ範囲で実質的に低下した。例えば、短鎖ポリオールを一切有さない組成物であっても、水溶性材料のパーセンテージは８．０％未満であり、短鎖ポリオールをある程度添加すると、パーセンテージは５．０％より低く降下した。
しかし、ＣＯＯＨ／ＯＨ比を１／０．５、１／０．１、および１／１に調整すると、水溶性材料パーセントは短鎖ポリオールの割合の増加に伴い同じ態様で低下したが、周囲および高温／多湿引張強度は長鎖ポリオール／短鎖ポリオール比にかかわらず比較的一定のままであった。図６～９を参照されたい。しかし、最も高い周囲引張強度／ＬＯＩは、ＣＯＯＨ／ＯＨ比が１／０．５のときに、０．５／０．５および０．３／０．７の長鎖ポリオール／短鎖ポリオール比で示されたことに留意すべきである（それぞれ引張強度／ＬＯＩ約４４および４５）。
図１０は、ＣＯＯＨ／ＯＨ比が１／０．１～１／１０に変化する、バインダー組成物含浸フィルターシートの引張／ＬＯＩの変化を示す。示されるように、周囲条件および高温／多湿条件下の両方での最適な引張／ＬＯＩは、ＣＯＯＨ／ＯＨ比が低すぎず高すぎないときに見ることができる。高すぎるまたは低すぎるＣＯＯＨ／ＯＨ比では、高温／多湿条件下での引張／ＬＯＩは悪化し、強度特性が不十分になる。
（実施例３）
比が変化するバインダー組成物を利用して繊維ガラス絶縁板（例えば、天井タイル）を形成した。本出願によるバインダー組成物で形成された絶縁板（種々の比のポリアクリル酸／ソルビトール／ポリビニルアルコールのＰＡＡ／Ｓ／ＰＶＯＨと示す）を、従来の炭水化物ベースバインダー組成物（「デンプンハイブリッドバインダー板」）およびフェノール尿素ホルムアルデヒドバインダー組成物（「ＰＵＦ板」）の両方を使用して形成された板と比較した。各試料の弾性率、圧縮強度（デルタｂ）、およびサグ（インチ）を周囲条件下で判定した。
図１１に示されるように、従来の炭水化物ベースバインダー組成物およびフェノール尿素ホルムアルデヒドベースバインダー組成物の両方と比較して、ＰＡＡ／Ｓ／ＰＶＯＨ絶縁板試料はそれぞれ改善された曲げ弾性率を示した。ＰＡＡ／Ｓ／ＰＶＯＨが５０：２０：３０およびＰＡＡ／Ｓ／ＰＶＯＨが６０：１０：３０のとき最高の改善が示され、曲げ弾性率レベルはそれぞれ約４８３ｋＰａ（約７０ｐｓｉ）および約４６９ＫＰａ（６８ｐｓｉ）であった。対照的に、ＰＵＦ板は約３１７ｋＰａ（約４６ｐｓｉ）の曲げ弾性率を示し、デンプンハイブリッドバインダー板は約２１４ｋＰａ（約３１ｐｓｉ）の弾性率を示した。一部の例示的実施形態では、本発明の概念による、厚さ約２．５ｃｍ（約１インチ）および密度約９６ｋｇ／ｍ3（約６ｌｂｓ／ｆｔ3）の絶縁板は、少なくとも約２７６ｋＰａ（４０ｐｓｉ）、例えば少なくとも約３１０ｋＰａ（４５ｐｓｉ）、少なくとも約３４５ｋＰａ（５０ｐｓｉ）、および少なくとも約３７９ｋＰａ（５５ｐｓｉ）の曲げ弾性率を達する。
図１２は、約３２℃（９０Ｆ）／９０％ｒＨ（相対的湿度）の高温／多湿環境で所定の日数放置した後の、種々の４’×４’絶縁板パネルで観察されたサグを示す。
図１２に示されるように、ＰＶＯＨレベルが低いＰＡＡ／Ｓ／ＰＶＯＨバインダー組成物（すなわち、６０：２０：１５のＰＡＡ／Ｓ／ＰＶＯＨおよび７５：１０：１５のＰＡＡ／Ｓ／ＰＶＯＨ）は、高温／多湿条件下で、ＰＵＦ板およびデンプンハイブリッドバインダー板の両方よりも少ないサグを示した。このことは、バインダー組成物中の長鎖ポリオールを減少させることで、非常に高い標準の高温多湿性能が求められる用途における高温／多湿性能の改善が促進される可能性があることを示す。
図１３は、異なるバインダーおよびＬＯＩ％を有する繊維ガラス板製品の、１０％変形での圧縮強度を示す。ＡＳＴＭ法Ｃ－１６５に従い、厚さ約１’’および密度約９６ｋｇ／ｍ3（約６ｌｂｓ／ｆｔ3）の６’’×６’’絶縁板に試験を行った。図１３に示されるように、ＰＡＡ／Ｓ／ＰＶＯＨバインダーで形成された絶縁板の圧縮強度は、デンプンハイブリッドバインダーおよびＰＵＦバインダーの両方で形成された絶縁板の圧縮強度を上回り、約１２ｋＰａ（約２６０ｌｂｓ／ｆｔ2）～約２４ｋＰａ（５００ｌｂｓ／ｆｔ2）超えの圧縮強度が示された。一部の例示的実施形態では、本発明の概念による、厚さ約２．５ｃｍ（約１インチ）の６’’×６’’絶縁板は、少なくとも約９．６ｋＰａ（２００ｌｂｓ／ｆｔ2）、例えば少なくとも約１４ｋＰａ（３００ｌｂｓ／ｆｔ2）、少なくとも約１９ｋＰａ（４００ｌｂｓ／ｆｔ2）、および少なくとも約２４ｋＰａ（５００ｌｂｓ／ｆｔ2）の圧縮強度を達する。
図１４は、異なるバインダーおよびＬＯＩ％を有する繊維ガラス板製品の破断時接着強度を示す。試験では、厚さ約１’’および密度約９６ｋｇ／ｍ3（約６ｌｂ／ｆｔ3）の６’’×６’’絶縁板のＺ方向の強度を測定する。図１４に示されるように、ＰＡＡ／Ｓ／ＰＶＯＨバインダーで形成された絶縁板の接着強度は、デンプンハイブリッドバインダーで形成された絶縁板の接着強度を上回った。さらに、ＰＡＡ／Ｓ／ＰＶＯＨバインダーで形成された絶縁板は、ＰＵＦバインダーで形成された絶縁板と同等の接着強度を示し、約４８０Ｐａ（約１０ｌｂｓ／ｆｔ2）～約７２０Ｐａ（１５ｌｂｓ／ｆｔ2）超えの接着強度が示された。一部の例示的実施形態では、本発明の概念による、厚さ約２．５ｃｍ（約１インチ）の６’’×６’’絶縁板は、少なくとも約３６０Ｐａ／ＬＯＩ（７．５ｌｂｓ．／ｆｔ2／ＬＯＩ）、例えば少なくとも約４８０Ｐａ／ＬＯＩ（１０ｌｂｓ．／ｆｔ2／ＬＯＩ）、少なくとも約６００Ｐａ／ＬＯＩ（１２．５ｌｂｓ．／ｆｔ2／ＬＯＩ）、および少なくとも約７２０Ｐａ／ＬＯＩ（１５ｌｂｓ．／ｆｔ2／ＬＯＩ）の接着強度を達する。
例証された製品および工程のより多くの詳細な態様の大部分が当技術分野で公知であり、このような態様は本発明の一般的な概念を正確に提示する目的で省略されていることが理解される。本発明を特定の手段、材料および実施形態を参照して説明したが、前述から、当業者であれば本開示の本質的な特性を容易に確認することができ、種々の変更および修正を行って、上記されたような、かつ添付の特許請求の範囲に示される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の使用および特性を適合させることができる。
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〕少なくとも２つのヒドロキシル基を有し、数平均分子量が少なくとも２，０００ダルトンである少なくとも１種の長鎖ポリオールと、
少なくとも２つのカルボン酸基を含む架橋剤と、
少なくとも２つのヒドロキシル基を有し、数平均分子量が２，０００ダルトン未満である短鎖ポリオールと、
を含む水性バインダー組成物であって、カルボン酸基のヒドロキシル基に対するモル当量の比が約１／０．０５～約１．０／５．０であり、長鎖ポリオールの短鎖ポリオールに対する比が約０．１／０．９～約０．９／０．１である、水性バインダー組成物。
〔２〕前記架橋剤が、ポリマー性ポリカルボン酸である、前記〔１〕に記載の水性バインダー組成物。
〔３〕前記架橋剤が、アクリル酸のコポリマーのホモポリマーを含む、前記〔１〕に記載の水性バインダー組成物。
〔４〕前記架橋剤が、水性バインダー組成物の全固形分含有量に基づき、約５０質量％～約８５質量％の量でバインダー組成物中に存在する、前記〔１〕に記載の水性バインダー組成物。
〔５〕前記架橋剤が、水性バインダー組成物の全固形分含有量に基づき、約６５質量％～約８０質量％の量でバインダー組成物中に存在する、前記〔４〕に記載の水性バインダー組成物。
〔６〕前記長鎖ポリオールが、ポリビニルアルコールおよびポリ酢酸ビニル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ー組成物。
〔７〕前記長鎖ポリオールが、水性バインダー組成物の全固形分含有量に基づき、約５質量％～約３０質量％の量でバインダー組成物中に存在する、前記〔１〕に記載の水性バインダー組成物。
〔８〕前記短鎖ポリオールが、糖アルコール、２，２－ビス（メチロール）プロピオン酸、トリ（メチロール）プロパン、および短鎖アルカノールアミンのうちの１つまたは複数を含む、前記〔１〕に記載の水性バインダー組成物。
〔９〕前記短鎖ポリオールが、グリセロール、エリスリトール、アラビトール、キシリトール、ソルビトール、マルチトール、マンニトール、イジトール、イソマルチトール、ラクチトール、セロビトール、パラチニトール、マルトトリトール、それらのシロップ、およびそれらの混合物からなる群から選択される糖アルコールを含む、前記〔８〕に記載の水性バインダー組成物。
〔１０〕前記短鎖ポリオールが、水性バインダー組成物の全固形分含有量に基づき、約３質量％～約３０質量％の量でバインダー組成物中に存在する、前記〔１〕に記載の水性バインダー組成物。
〔１１〕長鎖ポリオールの短鎖ポリオールに対する比が、約０．３／０．７～０．７／０．３である、前記〔１〕に記載の水性バインダー組成物。
〔１２〕硬化後の水溶性材料含有量が６．０質量％以下である、前記〔１〕に記載の水性バインダー組成物。
〔１３〕ランダムに配向した複数の繊維、および
前記繊維を少なくとも部分的にコーティングする水性バインダー組成物
を含む絶縁製品であって、前記水性バインダー組成物が、
少なくとも２つのヒドロキシル基を有し、数平均分子量が少なくとも２，０００ダルトンである少なくとも１種の長鎖ポリオールと、
少なくとも２つのカルボン酸基を含む架橋剤と、
少なくとも２つのヒドロキシル基を有し、数平均分子量が２，０００ダルトン未満である短鎖ポリオールと、
を含み、長鎖ポリオールの短鎖ポリオールに対する比が約０．１／０．９～約０．９／０．１である、
絶縁製品。
〔１４〕前記繊維が、鉱物繊維、天然繊維、および合成繊維のうちの１つまたは複数を含む、前記〔１３〕に記載の絶縁製品。
〔１５〕前記繊維が、ガラス繊維を含む、前記〔１３〕に記載の絶縁製品。
〔１６〕厚さ約２．５ｃｍ（約１インチ）および密度約９６ｋｇ／ｍ 3 （約６ｌｂｓ／ｆｔ 3 ）であるとき、曲げ弾性率が少なくとも約２７６ｋＰａ（４０ｐｓｉ）である、前記〔１３〕に記載の絶縁製品。
〔１７〕厚さ約２．５ｃｍ（約１インチ）および密度約９６ｋｇ／ｍ 3 （約６ｌｂｓ／ｆｔ 3 ）であるとき、１０％変形での圧縮強度が少なくとも約９．６ｋＰａ（２００ｌｂｓ．／ｆｔ 2 ）である、前記〔１３〕に記載の絶縁製品。
〔１８〕厚さ約２．５ｃｍ（約１インチ）および密度約９６ｋｇ／ｍ 3 （約６ｌｂｓ／ｆｔ 3 ）であるとき、破断時接着強度が少なくとも約３６０Ｐａ／ＬＯＩ（７．５ｌｂｓ．／ｆｔ 2 ／ＬＯＩ）である、前記〔１３〕に記載の絶縁製品。
〔１９〕バインダー組成物におけるカルボン酸基のヒドロキシル基に対するモル当量の比が、約１／０．０５～約１．０／５．０である、前記〔１３〕に記載の絶縁製品。
〔２０〕水性バインダー組成物で少なくとも部分的にコーティングされたランダムに配向した複数の繊維を含む絶縁製品であって、前記バインダー組成物が、
少なくとも２つのヒドロキシル基を有し、数平均分子量が少なくとも２，０００ダルトンである少なくとも１種の長鎖ポリオール、および
少なくとも２つのヒドロキシル基を有し、数平均分子量が２，０００ダルトン未満である少なくとも１種の短鎖ポリオール
を含み、長鎖ポリオールの短鎖ポリオールに対する比が約０．１／０．９～約０．９／０．１であり、前記製品が厚さ約２．５ｃｍ（約１インチ）および密度約９６ｋｇ／ｍ 3 （約６ｌｂｓ／ｆｔ 3 ）であるとき、前記製品は１０％変形での圧縮強度が少なくとも約９．６ｋＰａ（２００ｌｂｓ．／ｆｔ 2 ）である、絶縁製品。
〔２１〕バインダー組成物におけるカルボン酸基のヒドロキシル基に対するモル当量の比が、約１／０．０５～約１．０／５．０である、前記〔２０〕に記載の絶縁製品。

Claims (21)

  1. 少なくとも２つのヒドロキシル基を有し、数平均分子量が少なくとも２，０００ダルトンである少なくとも１種の長鎖ポリオールと、
    少なくとも２つのカルボン酸基を含む架橋剤と、
    少なくとも２つのヒドロキシル基を有し、数平均分子量が２，０００ダルトン未満である短鎖ポリオールと、
    を含む水性バインダー組成物であって、カルボン酸基のヒドロキシル基に対するモル当量の比が１／０．０５～１．０／５．０であり、長鎖ポリオールの短鎖ポリオールに対するモル当量の比が０．１／０．９～０．９／０．１である、水性バインダー組成物。
  2. 前記架橋剤が、ポリマー性ポリカルボン酸である、請求項１に記載の水性バインダー組成物。
  3. 前記架橋剤が、アクリル酸のコポリマーのホモポリマーを含む、請求項１に記載の水性バインダー組成物。
  4. 前記架橋剤が、水性バインダー組成物の全固形分含有量に基づき、５０質量％～８５質量％の量でバインダー組成物中に存在する、請求項１に記載の水性バインダー組成物。
  5. 前記架橋剤が、水性バインダー組成物の全固形分含有量に基づき、６５質量％～８０質量％の量でバインダー組成物中に存在する、請求項４に記載の水性バインダー組成物。
  6. 前記長鎖ポリオールが、ポリビニルアルコールおよびポリ酢酸ビニル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ー組成物。
  7. 前記長鎖ポリオールが、水性バインダー組成物の全固形分含有量に基づき、５質量％～３０質量％の量でバインダー組成物中に存在する、請求項１に記載の水性バインダー組成物。
  8. 前記短鎖ポリオールが、糖アルコール、２，２－ビス（メチロール）プロピオン酸、トリ（メチロール）プロパン、および短鎖アルカノールアミンのうちの１つまたは複数を含む、請求項１に記載の水性バインダー組成物。
  9. 前記短鎖ポリオールが、グリセロール、エリスリトール、アラビトール、キシリトール、ソルビトール、マルチトール、マンニトール、イジトール、イソマルチトール、ラクチトール、セロビトール、パラチニトール、マルトトリトール、それらのシロップ、およびそれらの混合物からなる群から選択される糖アルコールを含む、請求項８に記載の水性バインダー組成物。
  10. 前記短鎖ポリオールが、水性バインダー組成物の全固形分含有量に基づき、３質量％～３０質量％の量でバインダー組成物中に存在する、請求項１に記載の水性バインダー組成物。
  11. 長鎖ポリオールの短鎖ポリオールに対するモル当量の比が、０．３／０．７～０．７／０．３である、請求項１に記載の水性バインダー組成物。
  12. 硬化後の水溶性材料含有量が６．０質量％以下である、請求項１に記載の水性バインダー組成物。
  13. ランダムに配向した複数の繊維、および
    前記繊維を少なくとも部分的にコーティングする水性バインダー組成物
    を含む絶縁製品であって、前記バインダー組成物が、
    少なくとも２つのヒドロキシル基を有し、数平均分子量が少なくとも２，０００ダルトンである少なくとも１種の長鎖ポリオールと、
    少なくとも２つのカルボン酸基を含む架橋剤と、
    少なくとも２つのヒドロキシル基を有し、数平均分子量が２，０００ダルトン未満である短鎖ポリオールと、
    を含み、長鎖ポリオールの短鎖ポリオールに対するモル当量の比が０．１／０．９～０．９／０．１である、
    絶縁製品。
  14. 前記繊維が、鉱物繊維、天然繊維、および合成繊維のうちの１つまたは複数を含む、請求項１３に記載の絶縁製品。
  15. 前記繊維が、ガラス繊維を含む、請求項１３に記載の絶縁製品。
  16. 厚さ約２．５ｃｍ（１インチ）および密度約９６ｋｇ／ｍ3（６ｌｂｓ／ｆｔ3）であるとき、曲げ弾性率が少なくとも約２７６ｋＰａ（４０ｐｓｉ）である、請求項１３に記載の絶縁製品。
  17. 厚さ約２．５ｃｍ（１インチ）および密度約９６ｋｇ／ｍ3（６ｌｂｓ／ｆｔ3）であるとき、１０％変形での圧縮強度が少なくとも約９．６ｋＰａ（２００ｌｂｓ．／ｆｔ2）である、請求項１３に記載の絶縁製品。
  18. 厚さ約２．５ｃｍ（１インチ）および密度約９６ｋｇ／ｍ3（６ｌｂｓ／ｆｔ3）であるとき、破断時接着強度が少なくとも約３６０Ｐａ／ＬＯＩ（７．５ｌｂｓ．／ｆｔ2／ＬＯＩ）である、請求項１３に記載の絶縁製品。
  19. バインダー組成物におけるカルボン酸基のヒドロキシル基に対するモル当量の比が、１／０．０５～１．０／５．０である、請求項１３に記載の絶縁製品。
  20. 水性バインダー組成物で少なくとも部分的にコーティングされたランダムに配向した複数の繊維を含む絶縁製品であって、前記バインダー組成物が、
    少なくとも２つのヒドロキシル基を有し、数平均分子量が少なくとも２，０００ダルトンである少なくとも１種の長鎖ポリオール、および
    少なくとも２つのヒドロキシル基を有し、数平均分子量が２，０００ダルトン未満である少なくとも１種の短鎖ポリオール
    を含み、長鎖ポリオールの短鎖ポリオールに対するモル当量の比が０．１／０．９～０．９／０．１であり、前記製品が厚さ約２．５ｃｍ（１インチ）および密度約９６ｋｇ／ｍ3（６ｌｂｓ／ｆｔ3）であるとき、前記製品は１０％変形での圧縮強度が少なくとも約９．６ｋＰａ（２００ｌｂｓ．／ｆｔ2）である、絶縁製品。
  21. バインダー組成物におけるカルボン酸基のヒドロキシル基に対するモル当量の比が、１／０．０５～１．０／５．０である、請求項２０に記載の絶縁製品。
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