用于礦物纖維的不含甲醛的粘結(jié)組合物的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明概括地涉及含氨基磺酸銨的不含甲醛的水性粘結(jié)組合物(粘合劑)，并涉及通過所述組合物的聚合作用得到的纖維礦物材料。有利地是，本發(fā)明的組合物使在形成纖維礦物材料過程中獲得快速的聚合時(shí)間成為可能，而同時(shí)保證了它的熱和機(jī)械穩(wěn)定性。
【專利說明】用于礦物纖維的不含甲醛的粘結(jié)組合物

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明概括地涉及用于礦物纖維的不含甲醛的水性粘結(jié)組合物（粘合劑），其包 含氨基磺酸銨和至少一種單糖。

【背景技術(shù)】
[0002] 例如在民用或工業(yè)建筑中廣泛用作隔熱和隔聲材料的纖維礦物材料，如巖棉或玻 璃棉，在本領(lǐng)域中是已知的。這類材料由礦物纖維通過粘結(jié)組合物（粘合劑）結(jié)合形成，通 常是含水的；材料中包含聚合/交聯(lián)劑，具有熱固性并能夠通過高溫?zé)釞C(jī)械處理緊固地連 接纖維。在此方面，這些纖維礦物材料的制備方法通常包括下面的步驟：首先產(chǎn)生所謂的 "自由"（即未連接的）礦物纖維，然后將所述自由纖維用粘結(jié)組合物熱浸漬，由于接觸和高 溫作用，組合物聚合，從而使纖維緊緊接合在一起，并形成最終的纖維材料。
[0003] 可用于此目的多種水性粘結(jié)組合物是本領(lǐng)域已知的。這些組合物含有能夠通過美 拉德反應(yīng)（對美拉德反應(yīng)的一般參考見，例如，GP Ellis等人的Advances in Carbohydrate Chem，1959, 63-134頁）聚合的化合物，例如糖和蛋白質(zhì)，或多元或一元羧酸和氨源，且進(jìn)一 步包括不同類型的聚合/交聯(lián)劑。
[0004] W02000996532公開了用于不同性質(zhì)纖維的含單糖和一元羧酸銨鹽的粘結(jié)組合物， 其特征在于不含甲醛。
[0005] US5300562公開了一種粘結(jié)組合物（粘合劑），可用于制備玻璃纖維材料，它包含 在甲醛和尿素存在下的酚醛樹脂。然而，使用上述酚醛樹脂有一個(gè)缺點(diǎn)，就是可能從最終的 纖維材料中釋放出甲醛，這是眾所周知的一種劇毒物質(zhì)并有害健康。酚醛樹脂替代物的代 表為丙烯酸類樹脂，其包含替代所述酚類組分的丙烯酸基聚合物組分且基本上不含甲醛。 然而，所述組合物生產(chǎn)成本高，從工業(yè)生產(chǎn)角度考慮是不利的。
[0006] US8114210公開了一種用作纖維材料粘合劑的水溶液，其包含還原糖，作為聚合/ 交聯(lián)劑的無機(jī)銨鹽（硫酸銨），以及，任選地，羧酸。
[0007] 申請人:現(xiàn)已驚奇地發(fā)現(xiàn)一種不含甲醛的水性粘結(jié)組合物（粘合劑），其可用于纖 維礦物材料的制備，并包含作為聚合/交聯(lián)劑的選自氨基磺酸銨或堿金屬或堿土金屬的氨 基磺酸鹽的有機(jī)鹽，這使得解決現(xiàn)有技術(shù)的問題成為可能，并確保如下詳細(xì)描述的進(jìn)一步 的優(yōu)點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 第一方面，本發(fā)明涉及一種不含甲醛的水性粘結(jié)組合物（粘合劑），其包含：
[0009] 至少一種單糖，
[0010] 氨基磺酸銨或堿金屬或堿土金屬的氨基磺酸鹽，
[0011] 氫氧化銨（NH4OH)，和/或有機(jī)或無機(jī)銨鹽。
[0012] 在進(jìn)一步方面，本發(fā)明涉及所述水性粘結(jié)組合物在制備纖維礦物材料例如玻璃棉 和巖棉中的應(yīng)用。
[0013] 在另外的方面，本發(fā)明涉及通過包含聚合本發(fā)明的水性粘結(jié)組合物的方法獲得的 纖維礦物材料。

【具體實(shí)施方式】
[0014] "水性粘結(jié)組合物"是指通過在水中溶解所述組合物的組分得到的水溶液，作為纖 維材料的潛在粘結(jié)劑（粘合劑）。
[0015] 除非另有說明，組分的"重量百分比"是指所述組分相對于干的即不含水的組合物 (干組合物）的組分總重量的百分比。
[0016] 本發(fā)明的組合物可有效地用于制備纖維材料，如玻璃棉或巖棉?？墒褂靡阎募?術(shù)制備通常用作隔熱和隔聲材料的所述纖維材料，所述技術(shù)提供自由玻璃或巖石纖維的初 步形成，然后用粘結(jié)組合物（粘合劑）浸漬所述纖維，隨后熱聚合后者以將礦物纖維牢固地 結(jié)合在一起。
[0017] 因此，在第一方面，本發(fā)明涉及一種水性粘結(jié)組合物（粘合劑），其特征在于除含 至少一種單糖和氨源如氫氧化銨（或銨水合物，具有分子式NH4OH)和/或有機(jī)或無機(jī)銨鹽 夕卜，還含有氨基磺酸銨或堿金屬或堿土金屬的氨基磺酸鹽。
[0018] 在這方面，可使用的有機(jī)銨鹽的例子是單或雙羧基有機(jī)酸的鹽，所述有機(jī)酸優(yōu)選 選自：檸檬酸，酒石酸，乙醇酸，蘋果酸和乳酸?？墒褂玫臒o機(jī)銨鹽優(yōu)選選自硝酸銨，磷酸銨 和硫酸銨。
[0019] 在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的組合物包含氫氧化銨和/或有機(jī)或無機(jī)銨鹽，其重 量百分比至少為2%，優(yōu)選為2-10%，更優(yōu)選為2-5%。
[0020] 上述氫氧化銨和/或有機(jī)或無機(jī)的銨鹽的存在，除了提供氨源，也用于調(diào)節(jié)本發(fā) 明的組合物的pH至5-9中的值，優(yōu)選6-8。在該pH下，事實(shí)上，已觀察到在纖維礦物材料的 制備過程中本發(fā)明的組合物具有更大的聚合速率。
[0021] 如上所述，本發(fā)明的組合物包含至少一種單糖，其重量百分?jǐn)?shù)優(yōu)選為80%至 95 %，優(yōu)選為80 %至90 %。所述單糖可有利地選自本領(lǐng)域已知的單糖，酮糖和醛糖，丙糖， 戊糖和/或己糖，這些單糖具有L-或D-異頭構(gòu)型，或它們的混合物。因此，可用的單糖 的實(shí)例是：果糖，葡萄糖，半乳糖，木糖，阿拉伯糖，核糖，來蘇糖（Iixose)，甘露糖，鼠李糖 (ramnose)等。所述單糖可以購買并直接使用，或者使用已知方法制備，例如通過二糖或多 糖，例如，尤其是蔗糖、麥芽糖等的一般的化學(xué)還原。
[0022] 在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述單糖選自果糖和葡萄糖，且更優(yōu)選地以80%至 90 %的重量百分比存在。
[0023] 優(yōu)選地，本發(fā)明的組合物含有至少兩種單糖，其中至少一種優(yōu)選為葡萄糖。在一個(gè) 優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明的組合物包含至少一種醛糖單糖，例如葡萄糖，和至少一種酮糖 單糖，例如果糖。
[0024] 特別地，至少一種葡萄糖的存在使有可能獲得所述組合物改進(jìn)的粘合性能和纖維 材料的穩(wěn)定性。
[0025] 當(dāng)存在時(shí)，兩種單糖的使用量可為其總重量占組合物總重量的80%至95%。優(yōu)選 地，兩種單糖以對彼此的重量比為約1:1存在，或者兩種單糖中的一種以略微過量存在，例 如以1:1. 5至1:3的比例存在。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的組合物含有1:1. 25比例的果 糖和葡萄糖且其總量相對于干的即沒有水的組分的總重量為80重量％至90重量％。
[0026] 關(guān)于氨基磺酸銨，或堿金屬或堿土金屬的氨基磺酸鹽，它充當(dāng)聚合/交聯(lián)劑，且在 制備纖維材料的過程中，通常通過美拉德反應(yīng)與單糖聚合而特別有助于蛋白黑素衍生物的 形成。特別地，該美拉德反應(yīng)導(dǎo)致高分子量的芳族分子，或芳族聚合物混合物和/或含氮聚 合物（蛋白黑素）的形成，這使該組合物呈現(xiàn)有效作為礦物纖維粘合劑所必需的粘合和熱 固特性。特別地，所述蛋白黑素具有的碳：氮比、不飽和度和芳香性變化范圍很大，這取決 于溫度（一般參考文獻(xiàn)見 Ames 等人的 The Maillard Browning Reaction, Chemistry and Industry, 1988, 7, 558-561)。
[0027] 可以使用的氨基磺酸鹽的實(shí)例選自：鈉、鉀、鈣和氨基的磺酸鹽，優(yōu)選氨基磺酸銨 (CAS號(hào)：7773-06-0)。特別地，具有通式H 2NSCVNH4+的氨基磺酸銨，是一種有機(jī)（非羧基） 鹽，易于處理，因?yàn)樗哂械投拘裕遗c皮膚接觸時(shí)不刺激。它可例如通過由用發(fā)煙硫酸處 理尿素得到的反應(yīng)產(chǎn)物的水解作用而制得或在市場上購買。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中， 本發(fā)明的水性組合物包含按重量百分比為1-10 %，優(yōu)選1-5 %的氨基磺酸銨和/或堿金屬 或堿土金屬的氨基磺酸鹽。
[0028] 有利的是，其用作本發(fā)明的組合物的成分導(dǎo)致在纖維礦物材料的制備過程中聚合 時(shí)間比使用現(xiàn)有技術(shù)的粘結(jié)組合物所要求的時(shí)間短得多。事實(shí)上，正如在本文實(shí)驗(yàn)部分中 所描述的，本發(fā)明的組合物使得有可能得到通過測量凝膠時(shí)間（對于凝膠時(shí)間的定義，參 見例如US8114210)而確定的聚合速率，其明顯高于（超過20% )相應(yīng)的含有例如硫酸銨 而不是氨基磺酸銨作為聚合/交聯(lián)劑的粘結(jié)組合物的聚合速率。高的聚合速率導(dǎo)致更短的 纖維材料制備時(shí)間，而且允許聚合步驟中的溫度降低到甚至低于200°C的溫度，從而確保了 更易應(yīng)用在工業(yè)水平的更有利的實(shí)驗(yàn)條件。此外，所述氨基磺酸鹽，優(yōu)選銨，在本發(fā)明的組 合物中以相比于其他交聯(lián)劑，例如硫酸銨，更少的量用作聚合/交聯(lián)劑（甚至相當(dāng)于三分之 一），同時(shí)還保證了高產(chǎn)率和如此得到的礦物纖維的優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度性能。
[0029] 因此，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種不含甲醛的水性粘結(jié)組合物 (粘合劑），其包含以下量的成分，以相對于干組合物的重量百分比表示：
[0030] 至少一種單糖80-95%
[0031] 氨基磺酸銨或堿金屬或堿土金屬的氨基磺酸鹽1-10%，
[0032] 氫氧化銨（NH4OH)，和/或有機(jī)或無機(jī)的銨鹽 2-10 %。
[0033] 在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種不含甲醛的水性粘結(jié)組合物（粘 合劑），其包含 ：
[0034] 至少一種單糖，
[0035] 氨基磺酸銨，和
[0036] 氫氧化銨（NH4OH)，
[0037] 優(yōu)選地以以下重量百分比的量存在：
[0038] 至少一種單糖80-95%，
[0039] 氨基磺酸銨 1-10%，和
[0040] 氫氧化銨（NH4OH) 2-10%。
[0041] 在一個(gè)進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明的組合物包含：
[0042]

【權(quán)利要求】
1. 一種不含甲醛的水性粘結(jié)組合物，其包含： 至少一種單糖， 氨基磺酸銨或堿金屬或堿土金屬的氨基磺酸鹽， 氫氧化銨，和/或有機(jī)或無機(jī)銨鹽。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的粘結(jié)組合物，其中所述至少一種單糖以80%至95%的重量百分比 存在，優(yōu)選80%至90%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的粘結(jié)組合物，其中所述單糖選自于：葡萄糖、果糖、半乳糖、 木糖、阿拉伯糖、核糖、來蘇糖（lixose)、甘露糖和鼠李糖（ramnose)，優(yōu)選選自葡萄糖和果 糖。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的粘結(jié)組合物，其包含至少兩種單糖，優(yōu)選為葡萄糖和果 糖。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的粘結(jié)組合物，其中所述氫氧化銨和/或有機(jī)或無機(jī)銨鹽 以至少2%的重量百分比存在，優(yōu)選2-10重量％。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的粘結(jié)組合物，其中所述有機(jī)銨鹽為選自檸檬酸、酒石酸、 乙醇酸、蘋果酸和乳酸的酸的鹽。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的粘結(jié)組合物，其中所述無機(jī)銨鹽選自于：硝酸銨、磷酸銨 和硫酸銨。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的粘結(jié)組合物，其中所述氨基磺酸銨或堿金屬或堿土金屬 的氨基磺酸鹽以1 %至10 %的重量百分比存在。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的粘結(jié)組合物，包含重量百分比為1%至5%的氨基磺酸銨。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)的粘結(jié)組合物，其中所述堿金屬或堿土金屬的氨基磺酸 鹽選自于：鈉、鉀和鈣的氨基磺酸鹽。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的粘結(jié)組合物，進(jìn)一步包含至少一種附加成分，選自于： 尿素、木質(zhì)素磺酸銨（CAS號(hào)8061-53-8)、分子量為3000至10000的丙烯酸類組分、礦物油、 氨基硅烷、聚硅氧烷及其混合物。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的粘結(jié)組合物，其中所述附加成分為分子量為5000至8000道爾 頓的丙烯酸類組分。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11和12的粘結(jié)組合物，其中所述丙烯酸類組分選自于：熱固性的水 性丙烯酸樹脂和與多元醇混合的多元羧酸。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11-13任一項(xiàng)的粘結(jié)組合物，其中所述附加成分占干組合物總重量 的0至15%，優(yōu)選達(dá)10%。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)的粘結(jié)組合物，其包含：
至少一種丙烯酸類組分0-15%。
16. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的水性粘結(jié)組合物在制備纖維礦物材料中的應(yīng)用。
17. 由自由礦物纖維制備纖維材料的方法，所述方法包含至少一個(gè)在至少180°C的溫 度下聚合權(quán)利要求1-15的粘結(jié)組合物的步驟。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17的制備纖維礦物材料的方法，包括如下步驟： a. 由玻璃或巖石材料形成自由纖維； b. 將所述自由纖維與根據(jù)權(quán)利要求1-15的水性粘結(jié)組合物接觸，以形成礦 物纖維與根據(jù)權(quán)利要求1-15的粘結(jié)組合物團(tuán)聚體；和 c. 在至少180°C溫度下熱處理所述團(tuán)聚體。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17和18的方法獲得的纖維礦物材料。
20. 氨基磺酸銨作為交聯(lián)劑和聚合劑在用于礦物纖維的不含甲醛的水性粘結(jié)組合物中 的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C09D5/00GK104350112SQ201280073613
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月1日
【發(fā)明者】馬爾科·拉·格雷卡, 羅伯托·馬西尼 申請人:Stm技術(shù)公司