水性胺-碳水化合物熱固性材料的制作方法
【專利摘要】水性胺-碳水化合物熱固性材料。本發(fā)明提供一種熱固性水性粘結劑組合物，其含有一種或多種還原性糖，一種或多種二伯二胺或多（伯胺），以及按總固體重量計7-45重量%的一種或多種多糖，該多糖的右旋糖值（DE）為5-30。該組合物提供處理后的制品，如玻璃纖維墊料。該粘結劑提供的制品可大大降低粘結劑在固化過程中的重量損失及減少獲得早期干強度所需的固化能量。
【專利說明】水性胺-碳水化合物熱固性材料
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及水性粘結劑組合物，其含有一種或多種還原性糖、一種或多種二伯二胺(diprimary diamine)或多(伯胺)(poly (primary amine))和一種多糖,例如麥芽糖糊精；其作為可固化的粘結劑用于多種細碎的基材及編織和非編織基材的用途；以及由其制得的經(jīng)粘結劑處理并固化之后的產(chǎn)品。
【背景技術】[0002]由于成本優(yōu)勢和良好的性能，過去上選的熱固性粘結劑樹脂是酚醛樹脂或脲甲醛樹脂。甲醛樹脂應用廣泛，尤其是用于粘結礦物纖維和玻璃纖維。但是，為了避免由含有甲醛的樹脂所引起的毒性及環(huán)境問題，已有多種市售的無甲醛粘結劑，它們大部分通常含有多元羧酸聚合物和多元醇，其加熱固化時經(jīng)酯化反應形成熱固性材料。已知所有這些粘結劑都主要是原油的衍生物，而原油的儲量日益減少且價格波動大，并且這些原油增加大氣中的二氧化碳。更新的無甲醛粘結劑采用非石油衍生的可持續(xù)材料制成。
[0003]Mueller等在國際專利公布號為W02012/037451A的專利申請中公開了一種無甲醛粘結劑組合物，所述組合物通過胺或氨和碳水化合物縮合形成類黑精，屬于熱固性材料，該粘結劑用含硫或含磷的有機酸催化制得，所述碳水化合物包括聚合度為3-10的多糖，如糖漿和水解纖維素或淀粉。該組合物旨在提供使用過程中腐蝕性較小的粘結劑。然而，當該組合物作為粘結劑使用時，若僅含有多糖而沒有還原性糖，則可能無法形成熱固性材料。因此，該粘結劑可能形成抗拉強度和耐水性不足的固化產(chǎn)物。另外，即使含有還原性糖，在使用過程中，很大比例的粘結劑組合物會成為水、氨或揮發(fā)性胺和二氧化碳氣體而損失。例如，右旋糖/多胺粘結劑組合物體系在80/20 (w/w)配方下,重量損失高達35%。該使用過程中的重量損失代表著粘結劑的損失，且增加了終端使用者的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在提供一種無甲醛的粘結劑以解決下述問題:提供可再生來源的熱固性粘結劑，它能滿足對耐水性、無甲醛、熱固性粘結劑的需求，該粘結劑在固化過程中更多地保留在基材上，因而固化重量損失較少。
【具體實施方式】
[0005]1、基于本發(fā)明的水性熱固性粘結劑組合物含有:i) 一種或多種還原性糖，例如右旋糖，ii) 一種或多種二伯二胺或多(伯胺)，所有二伯二胺或多(伯胺)固體與所有還原性糖固體的重量比范圍為1.2:1-0.12:1，優(yōu)選的為0.5:1-0.05:1 ;iii)按所有固體計，7-45重量％，優(yōu)選的為10-30重量％的一種或多種多糖，該多糖的右旋糖(detrose)值(DE)為5-30，優(yōu)選的為7或更高，更優(yōu)選的為10-23，例如擁有所需DE值的麥芽糖糊精。
[0006]2、如本發(fā)明上述I中所述的組合物，還可含有最多20重量％，或優(yōu)選的，最多10重量％的一種或多種穩(wěn)定劑，例如PKa為8.5或更小的穩(wěn)定劑酸或鹽，優(yōu)選的pKa為7.5或更小，例如無機酸的銨鹽，比如磷酸銨、磷酸氫二銨(DAP)或硫酸銨(AS)。
[0007]3、如本發(fā)明上述I或2中所述的組合物，還可含有最多6重量％，或優(yōu)選的最多4重量％的一種或多種阻燃劑，例如含磷的鹽或有機溴化合物，例如十溴二苯醚/三氧化銻。
[0008]4、如上述1-3所述的任一組合物，一種或多種還原糖優(yōu)選為5-碳或6-碳的單糖。
[0009]5、本發(fā)明的另一方面是使用上述1-4所述的任一水性熱固性粘結劑組合物的方法，所述方法包括將該粘結劑組合物涂覆于基材上或與基材混合，然后加熱該處理后的基材或混合物以固化粘結劑，例如加熱至100-400 V。合適的基材包括纖維、碎片、碎屑、顆粒物、薄膜、板材和它們的組合。合適的基材材料包括如玻璃、玻璃纖維、石頭、石纖維、有機和無機基材的復合材料和復合纖維、木材或木質材料。
[0010]6、另一方面,本發(fā)明包含一種處理過的基材，例如，纖維租(matt),其含有通過將1-4所述的任一組合物施涂于其上得到的已固化的粘結劑。優(yōu)選的，該纖維氈的密度為5-220 (kg/m3)。
【具體實施方式】
[0011 ] 本文所用的術語“烷基”是指任何含有一個或多個碳原子的脂肪族烷基基團，該烷基基團包括正烷基、仲烷基、異烷基、叔烷基基團或含有一個多個五元、六元或七元環(huán)結構的環(huán)狀脂肪族基團。
[0012]本文所用的術語“水性”包括水以及基本上由水和可與水混合的溶劑組成的混合物。
[0013]本文所用的術語“按所有固體計”是指任何給定組分的重量與粘結劑中所有非揮發(fā)性組分(如還原性糖、多糖、伯胺、穩(wěn)定劑、硅烷等)的總重量比較。
[0014]本文所用的術語“DE”或“右旋糖值”是指“用基于干質的右旋糖百分比來表示還原性糖含量”，是用來表征多糖的分子量。參見《淀粉水解產(chǎn)物和其衍生物手冊》(Handbookof Starch Hydrolysis Products and Their Derivatives)(第 86 頁，1995 年出版，由M.ff.Kearsley、S.Z.Dziedzic編著，其與數(shù)均分子量(Mn)成反比的理論值計算為DE=M葡萄糖/]\100或180/]\111\100。參見 Rong Y、Silick M、Gregson CM 的“滲透壓法測定右旋糖值和麥芽糖糊精的數(shù)均分子量”，J Food Sc1.2009年1-2月；74 (I )，pp.C33-C40。例如右旋糖的DE為100，而純淀粉(如玉米)的DE為0)。
[0015]本文所用的穩(wěn)定劑的“pKa”視為酸穩(wěn)定劑中酸性最強的質子的pKa，或者理解為酸或鹽穩(wěn)定劑的最低的pKa,即最強質子或堿共軛物的pKa。
[0016]本文所用的術語“多(伯胺)”是指任何含有三個或更多伯胺基團的化合物。
[0017]本文所用的術語“基本上無甲醛”是指無添加甲醛的組合物，其在干燥和/或固化過程中基本上不釋放甲醛。優(yōu)選的，所述的粘結劑或包含所述粘結劑的材料因干燥和/或固化粘結劑而釋放的甲醛量小于lOOppm，更優(yōu)選的是釋放甲醛量小于25ppm，最優(yōu)選的是釋放甲醒量小于5ppm。
[0018]本文所用的“重量％”或“重量百分比”是指按固體計的重量百分比。
[0019]所用的單數(shù)形式“一個”、“一種”和“該”包括復數(shù)形式，除非文中另有明確說明。除另有定義外，本文中所用的技術和科學術語的含義與本領域技術人員通常理解的含義相同。[0020]除非另有指明，任何包含括號的術語是指如同括號不存在時的整條術語，或者指不存在括號中的內(nèi)容的術語，以及兩種可選情況的組合。因此，術語“(多)糖”包括糖，或者多糖，或者它們的混合物。
[0021]同一成分或特性的所有范圍包括端點值，且各端點值可獨立組合。因此，例如，若公開右旋糖值(DE)值范圍為5-30，優(yōu)選的為7或更高，或更優(yōu)選的為10-23，則它包括5-30、7-30、5-23、5-10、7-10、7-23、10-23、5-7、10-30 和 23-30 中任一 DE 值。[0022]除非另有指明，本發(fā)明所述的溫度和壓力條件為室溫(約20_22°C)和標準壓力，也稱作“環(huán)境條件”。該水性粘結劑組合物可在非環(huán)境條件下干燥。
[0023]本發(fā)明所述的水性粘結劑組合物包括來自天然來源的在很大程度上可再生的材料，如植物性原料。使用本發(fā)明的水性粘結劑組合物，使早期固化強度和固化后粘結劑剩余比例同時提高。因此，本發(fā)明的水性熱固性粘結劑組合物在固化過程中具有較低的粘結劑重量損失，從而使粘結劑使用者的花費更低。另外，由于固化過程中物理性能的迅速發(fā)展，該水性粘結劑組合物與用其他天然或可再生原料獲得的粘結劑相比，在獲得早期干燥強度時具有較低的能量消耗。
[0024]本文所述的每個水性粘結劑組合物中存在一個伴隨實施方式，該伴隨實施方式中水性組合物是粘結劑組合物，該組合物為復合材料或產(chǎn)品。本文所定義的術語“復合材料”是指這樣的材料，其含有:(a)從纖維、碎片、碎屑、顆粒物、薄膜、板材和它們的組合中選取的基材材料；和(b)所述實施方式的粘結劑組合物。
[0025]本發(fā)明提供了水性粘結劑組合物，按水性粘結劑的總重量計，其所有固體的含量為5-95重量％，優(yōu)選的為4重量％或更多，或優(yōu)選的為60重量％或更少,或更優(yōu)選的為30-50
重量％。
[0026]水性熱固性粘結劑組合物包含DE值為5-30的多糖，例如達到所需DE值的麥芽糖糊精、糊精、樹膠或膠凝糖(gelIan)、高比例的玉米糖漿或水解了的淀粉或麥芽糖糊精。從固化時粘結劑重量損失的角度來考慮，優(yōu)選較低DE值的多糖。但DE值小于5的多糖在粘結劑溶液中會形成沉淀，從而降低了儲存穩(wěn)定性；優(yōu)選的，如果多糖的DE值為7或更小，則以含有少于35重量％多糖的水性分散混合物的形式使用。DE值為7-10的多糖的可溶性比DE值小于7的多糖好，但考慮避免沉淀的需要，其沒有DE值大于10的多糖理想。DE值為10或更大的多糖可提供儲存穩(wěn)定性超過60天的粘結劑。優(yōu)選的，合適的多糖的DE值為7-23，或更優(yōu)選的為10-23。
[0027]合適的多糖可包含，例如Clintose? CR10、15和18DE麥芽糖糊精[美國伊利諾伊州狄克多市(Decatur，IL) ADM公司]，玉米糖漿26/42 (DE26)(伊利諾伊州狄克多市ADM公司)，STAR-DRI?5 (DE) UO(DE)和20 (DE)麥芽糖糊精[美國伊利諾伊州狄克多市泰萊公司(Tate&Lyle)]。
[0028]本發(fā)明所述的水性熱固性粘結劑組合物中合適的多糖量，按所有固體計，為7-45重量％，優(yōu)選的為10-30重量％。若多糖高于50重量％，粘結劑制得的產(chǎn)品的機械性能可能開始下降。
[0029]本發(fā)明所述的水性粘結劑組合物含有至少一種還原性糖，其可以是單糖或二糖。此處所指的還原性糖是在開鏈形式上含有醛基或酮基的任何糖。這使糖可作為還原劑，例如在與胺的反應中。當異頭碳(連接兩個氧原子的碳原子)是自由形式時，糖為還原性糖。糖可在鏈結構中也可在環(huán)結構中，它可能在這兩種形式中達到平衡。另外，一些酮基糖是還原性糖，因為它們可通過一系列互變的轉換，將羰基轉移到鏈末端，形成醛。這種路徑在熱固化過程中是可行的。
[0030]還原性糖包括所有單糖，不論是醛糖(含有醛基)還是酮糖(含有酮基)。還原性糖包括葡萄糖、果糖、甘油醛、乳糖、阿拉伯糖和麥芽糖。因此，本發(fā)明所述的還原性糖組分可以是以醛糖或酮糖形式存在的單糖，包括丙糖、丁糖、戊糖、己糖或庚糖。甘油醛和二羥基丙酮分別被認為是醛糖和酮糖。丁醛糖的例子包括赤蘚糖和蘇糖；丁酮糖包括赤蘚酮糖。戊醛糖包括核糖、阿拉伯糖、木糖和來蘇糖；戊酮糖包括核酮糖、阿拉伯酮糖、木酮糖和來蘇酮糖。己醛糖的例子包括葡萄糖(glucose)(例如:右旋糖)、甘露糖、半乳糖、阿洛糖、阿卓糖、塔洛糖、古洛糖和艾杜糖；己酮糖包括果糖、阿洛酮糖、山梨糖和塔格糖。庚酮糖包括景天庚酮糖。絕大多數(shù)二糖也是還原性糖。其它還原性糖的天然或合成的立體異構體或光學異構體也可用作水性粘結劑組合物的還原性糖組分；例如，右旋糖，它是葡萄糖的一種光學異構體。水性粘結劑組合物的還原性糖組分可任選被取代，例如用羥基、鹵素、烷基、烷氧基或其他取代基團取代；例如二羥基丙酮是合適的酮取代的酮糖。另外，還原性糖可包括脫水形式的還原性單糖或二糖，例如脫氫葡萄糖形成的羥甲基糠醛。
[0031]還原性糖可任選被取代，例如用羥基、鹵素、烷基、烷氧基、羰基或其他取代基團取代。
[0032]合適的還原性糖包括:例如果糖、甘油醛、乳糖、阿拉伯糖、麥芽糖、葡萄糖、右旋糖和左旋糖。另外，可采用許多合適的還原性糖原料，例如玉米糖漿、高果糖的玉米糖漿及其他果糖和右旋糖等同物。
[0033]在一個實施方式中，還原性糖組分包含高右旋糖含量的糖漿，如含量高于30重量％的右旋糖。在該糖漿中，右旋糖含量越高越好；右旋糖含量高于95%的糖漿市場上有售，例如阿徹丹尼爾米德蘭公司(Archer Daniels Midland Company)(美國伊利諾伊州狄克多市)的ADM97/71玉米糖漿。
[0034]合適的伯二胺和聚伯多胺(polyprimary polyamine)可包括例如烷基二伯二胺或更高級伯二胺，如脂肪族的伯二胺，比如氨基胍及其鹽，如氨基胍鹽酸鹽、腐胺、正亞烷基二胺(如乙二胺、己二胺和其它亞烷基二胺)；脂環(huán)族伯二胺，如二氨基乙基哌嗪；含伯胺官能團的氨基酸類，如賴氨酸和氨基甘氨酸；以及芳香族二伯胺，如二 (氨基甲基)環(huán)己烷(bisAMC)、間二甲苯二胺(MXD);具有所需分子量的多胺聚合物，如聚乙烯亞胺(polyethyleneimine)、含有10重量％或更多的伯胺基團的含聚乙烯亞胺的共聚物和嵌段共聚物，(甲基)丙烯酸正氨基烷基酯(共)聚合物如甲基丙烯酸氨基乙酯，聚胍和其它含有至少10重量％、優(yōu)選20重量％伯胺基團的任何(共)聚合物。
[0035]適當?shù)?，在水性熱固性粘結劑組合物中，伯胺的總當量數(shù)與還原性糖中羰基(如醛基或酮基)的總當量數(shù)的相對比例為0.3:1或更高，最高為2:1，優(yōu)選的為0.6:1或更高，或優(yōu)選的為0.8:1或更高，或1.0:1或更高。伯胺與還原性糖中羰基的當量比為2:1時相當于每摩爾含有一個羰基的還原性糖(如右旋糖)對應存在50mol%的二伯二胺。
[0036]本發(fā)明所述的水性熱固性粘結劑組合物還可包括一種或多種封端劑，如鈦酸鹽、鋯酸鹽或鋁酸鹽，比如乳酸鈦。該封端劑的用量，按總粘結劑固體重量計，為1.0-5重量％。本發(fā)明中可用的封端劑包括，如鈦酸鹽和鋯酸鹽，比如杜邦公司銷售的商品名為Tyzor的有機鈦酸鹽和鋯酸鹽，例如水溶性的Tyzor，如Tyzor? LA、Tyzor?13U Tyzor?217和Tyzor?218 ;二月桂酸二丁基錫，其它有機錫鹽，如烷氧基錫(IV);鋁或鎂的單羧酸鹽和二羧酸鹽，化學式為MXn的封端劑，其中M是金屬，X是有機酸、酮酸(如葡糖酸)、還原性糖或烷氧基(烷基)，η是整數(shù)，范圍為1-5，如二葡糖酸鐵(II)。封端劑可選自如鋅、鋁、鋯、鐵、鎂、錫、鈦和硼的檸檬酸鹽、乳酸鹽和葡糖酸鹽；以及它們的金屬鹽混合物；有機錫化合物或鹽；以及醇或羧酸的鈦酸鹽或鋯酸鹽。也可組合使用多種封端劑。優(yōu)選的，封端劑為水溶性的，即其在水中的溶解度大于lg/L。[0037]優(yōu)選對于柔性粘結劑，其水性組合物還包含乳液聚合物。合適的乳液聚合物可包括丙烯酸類乳液，其含有作為聚合單元的聚合酸共聚單體，該聚合單體的含量，按共聚物單體總重量計，最高為30重量％，優(yōu)選的為1-20重量％，或優(yōu)選的為10-18重量％ ;疏水性乳液聚合物，其含有大于30重量％ (按乳液聚物固體重量計)的烯鍵式不飽和丙烯酸類單體，其含有C2基團或更大的烷基；以及丙烯酸類或苯乙烯丙烯酸類乳液聚合物?？捎糜谛纬扇橐壕酆衔锏暮线m的酸共聚單體包括，如甲基丙烯酸、丙烯酸、富馬酸、馬來酸、衣康酸、2-甲基衣康酸、a, b-亞甲基戊二酸、馬來酸單烷基酯和富馬酸單烷基酯；烯鍵式不飽和的酸酐，如馬來酸酐、衣康酸酐、丙烯酸酐和甲基丙烯酸酐；以及它們的鹽。優(yōu)選的羧酸共聚單體為(甲基)丙烯酸。
[0038]按所有固體重量計,組合物中的乳液聚合物的含量為I重量％或更高,或5重量％或更高，或最多50重量％，或30重量％。
[0039]本發(fā)明所述的水性粘結劑組合物還可包括本領域所知的其他添加劑，包括但不限于:聚合多酸水溶液聚合物(如聚丙烯酸);改善流動性的表面活性劑(硅酮、脂肪酸);抗微生物劑；腐蝕抑制劑或金屬表面鈍化劑，如三唑和磷酸鹽/酯化合物、草酸錫、硫脲、草酸鹽、鉻酸鹽，以及PH調(diào)節(jié)劑；潤滑劑；除塵油(如礦物油)；消泡劑[如二甲基硅油、硅-聚合物(聚硅氧烷)油和乙氧基化的非離子表面活性劑；以及阻燃劑，如溴化物阻燃劑(十溴二苯醚/三氧化二銻)，比如GL-675 [美國密歇根州米德蘭市陶氏化學公司(Dow Chemical)]。
[0040]在又一個實施方式中，該水性粘結劑組合物還可包含偶合劑，如有機硅烷，尤其是3-氨丙酸硅烷，如Silquest? A-187硅烷[位于康涅狄格州威爾頓市(Wilton，CT)的通用硅酮-OSi特殊品公司生產(chǎn))];其它氨基硅烷如3-氨基丙基二烷氧基硅烷和3-(2-氨基乙基)氣基丙基硅烷；環(huán)氧硅烷如縮水甘油釀氧基丙基硅烷、乙稀基硅烷和疏水硅烷。按總固體重量計,該有機硅烷的合適用量為I重量％或更高,或優(yōu)選的最高為5重量％。
[0041]為了使水性組合物中甲醛的含量盡量少，當制備含有聚合物的無甲醛可固化的組合物時，優(yōu)先使用聚合輔助劑和添加劑，如:本身不含有甲醛或者在粘結劑制備、應用或固化過程中不包含或產(chǎn)生甲醛的引發(fā)劑、還原劑、鏈轉移劑、固化劑、殺菌劑、表面活性劑、乳化劑、偶合劑、消泡劑、除塵劑、填料等。
[0042]本發(fā)明提供一種使用粘結劑的方法，其包括將粘結劑施涂于基材上，然后干燥和/或固化。在干燥(若以水性形式施涂)和固化可固化的組合物的過程中，持續(xù)時間和加熱溫度會影響干燥速率、加工或處理的難易程度以及經(jīng)過處理的基材的性能的形成。合適的熱處理溫度范圍在100°c或更高，最高為400°C。優(yōu)選的處理方式因基材而異。對溫度敏感的基材如纖維素纖維的處理溫度為130-175?，而對溫度不太敏感的復合基材的處理溫度為150-200°C，耐高溫基材如礦物纖維可在220-300°C處理所需的時間，以實現(xiàn)固化。優(yōu)選的，熱處理的溫度范圍為150°C或更高；該優(yōu)選的熱處理溫度可最高達到225°C，或更優(yōu)選的，最高為200°C，或最高為150°C。在該方法的應用中，將粘結劑施涂到基材上之前，組合物的組分無需全部預混合。例如，可將一種或更多種組分施涂到非編織基材上，然后再以水溶液形式或干燥形式施涂本發(fā)明的其它粘結劑組分。施涂后，可加熱涂覆后的非編織基材至足以使粘結劑在基材上固化的溫度，從而使粘結劑固化。
[0043]粘結劑可通過任何合適的方法施涂于基材如纖維基料，所述方法包括例如空氣噴涂法或無空氣噴涂法、揩涂法、飽和浸潰法、輥涂法、幕涂法、攪拌沉積法、凝結法或蘸涂法和擠壓施涂法，所得到的鋪在支撐線或絲網(wǎng)上的飽和濕基料通過一個或幾個真空箱，去除足夠多的粘結劑，使產(chǎn)品或處理過的基材中達到所需的粘結劑含量。
[0044]本發(fā)明包括處理用纖維基料(web)制得的氈(mat)的方法，所述氈優(yōu)選轉移到移動絲網(wǎng)上，所述移動絲網(wǎng)穿過粘結劑施涂工位，本發(fā)明的水性粘結劑在此施涂到氈上。
[0045]在施涂粘結劑的過程中，添加到基材中的粘結劑的量，按固化之前處理后干燥基材的總重量計，為最終(finished)基材的5重量％或更高，或10重量％或更高，或最高35重量％，優(yōu)選的為12重量％或更高,或最優(yōu)選的為15-25重量％。
[0046]如需要，干燥和固化可在兩個或更多單獨的步驟中完成。例如，可固化的組合物首先在足夠高的溫度下加熱足夠多的時間，使組合物至少部分干燥但沒有完全固化，然后再次加熱，加熱的溫度更高和/或時間更長，以實現(xiàn)固化。該過程被稱為“B級法”，可用來提供經(jīng)粘結劑處理過的非編織織物，例如成卷形式的非編織織物，所述織物可在后來固化，在固化的同時，可成型或模塑形成特定形狀，也可不成型或模塑形成特定形狀。
[0047]供施涂粘結劑的合適的基材包括:例如紡織物，包括棉、亞麻布、羊毛和源自聚酯、人造絲或尼龍和超吸收纖維的合成紡織物；植物或纖維素纖維，如黃麻、劍麻、亞麻、棉和動物纖維；還有耐熱基材，如金屬；塑料；合成纖維，如聚酯、人造絲、聚(丙烯腈)(PAN)、聚(乳酸)(PLA)、聚(己內(nèi)酯) (PCL)、芳綸纖維、聚酰亞胺纖維、聚烯烴類和雙組分纖維，所述雙組分纖維含有兩種或更多種形成纖維的聚合物，如聚對苯二甲酸丙二酯和聚對苯二酸乙二酯；礦物纖維(如玻璃纖維和礦物纖維)、礦渣或石棉、陶瓷纖維、金屬纖維、碳纖維和由其制得的編織或非編織織物；以及熱敏基材，如木材，包括原木、木材顆粒、木纖維、木屑、木粉、木漿和木絮片體；紙和紙板。
[0048]本發(fā)明所述的粘結劑優(yōu)選用于處理非編織基料?！胺蔷幙椈稀笔侵溉魏斡商烊缓?或合成纖維制成的制品或片狀形式的材料，所述纖維按隨機或半隨機順序排布(即非故意有序排布)，可采用機械方法和/或化學方法或其組合，所述機械方法是例如通過針刺法、紡粘法、水刺法、熔噴法、氣流法(干法)和濕法造成纏結；化學方法是例如用聚合物粘結劑處理。礦物纖維可以基料形式存在，即吹送到成形室，用粘結劑噴涂，再在輸送機上沉積成基料。在任何形成基料的過程中，纖維會產(chǎn)生某種程度的有序性(主要在機器方向上)。在適合用于本發(fā)明的非編織基料的定義中，包括通過化學或機械加工制成的多孔薄膜(如有孔的薄膜)。
[0049]經(jīng)粘結劑處理的產(chǎn)品可包括非編織物，如耐熱非編織物。耐熱非編織物也可含有本身不耐熱的纖維，如聚酯纖維、人造絲纖維、尼龍纖維和超吸收纖維，只要它們對基材的性能不造成顯著的不利影響，或者其含量對基材的性能不造成顯著的不利影響。
[0050]一些合適的耐熱非編織物用于溫度高于環(huán)境溫度的情況下，如含有玻璃纖維的非編織織物浸潰有熱浙青組合物，以制成屋頂片材或鋪頂卷材。
[0051]本發(fā)明所述的粘結劑的一些合適的用途包括:例如制造用于室內(nèi)家具、裝飾和模塑的非結構復合材料和層壓材料；紙張、卡紙和硬紙的濕端成形和干端處理或涂覆，如過濾介質；編織和非編織織物的制造和處理，如纖維玻璃和石棉絕熱棉、聚酯和紡粘屋頂片材、墊料和稀松布、石膏板貼面和過濾介質(如空氣過濾器和油過濾器)。
[0052]實施例
[0053]以下實施例用于更好地闡述本發(fā)明，但本發(fā)明不受限于這些實施例。
[0054]配方和試驗應用
[0055]水性熱固性粘結劑組合物通過以下方式制備:在水中劇烈混合每個配方的組分，以得到約150g水性粘結劑，固體含量為15重量％。
[0056]下面表I和表2中所示的組合物通過以下方式制備:混合每個配方的組分，所述每個配方的固體含量為30%,按總固體計包括60重量％右旋糖、20重量％1，6-己二胺[HMDA，60%溶液，美國馬塞諸塞州沃爾瑟姆市賽默飛世爾科技公司(Thermo FisherScientific, Waltham MA),]和所標重量％的多糖，所述多糖具有各種DE值:DElO [麥芽糖糊精，美國新澤西州新布倫瑞克市光譜化學公司(Spectrum Chemicals, NewBrunswick, NJ)批號2AK0418，DE10.5]，DE26 (玉米糖漿，美國伊利諾伊州狄克多市ADM公司)，DE43 (玉米糖漿，美國伊利諾伊州狄克多市ADM公司)，DE63 (玉米糖漿，美國伊利諾伊州狄克多市ADM公司)和DE-100 (右旋糖，美國馬塞諸塞州沃爾瑟姆市賽默飛世爾科技公司)。還包括含有80重量％麥芽糖糊精(DE值為10)和20重量％HMDA而沒有右旋糖的配方。然后，將制備得 到的組合物稀釋到固體含量為15重量％，以備施涂。
[0057]通過以下方式制備浸潰有粘結劑的20.3cmX25.4cm紙片形式的微纖濾紙[英國梅德斯通市華特曼國際有限公司(Whatman International Inc., Maidstone, England),GF/A，產(chǎn)品目錄號1820866)]:通過機械方法將濾紙從注有120gl5重量％預混合的水性粘結劑的料槽(該水性粘結劑事先已被進一步攪拌混合)中拉過，然后將浸透的樣品夾在兩張硬紙片之間，以吸去多余的粘結劑，再用博馳兄弟公司的浸軋機[美國北卡羅來納州沃克斯華市博馳兄弟公司(Birch Brothers Inc., ffaxham, N.C.),]在兩張硬紙上加壓,設定壓力為68.9476kPa，速度為5m/分鐘。得到的樣品在有通風口或配有排風室的麥瑟斯烘箱[瑞士蘇黎世州迪爾斯多夫市沃納麥瑟斯公司(Werner Mathis AG Niederhasli/Zurich,Switzerland)，]中，在90°C干燥90秒。然后，干燥后的紙張在同樣型號的用來干燥樣品的麥瑟斯烘箱中，在170°C固化60秒和180秒。測定固化后的重量，用于計算粘結劑的增加量。
[0058]在粘結劑或固化處理的濾紙上進行以下測試:
[0059]“增加量”是固化后保留在經(jīng)過處理的濾紙上的粘結劑固體基于濾紙重量的重量％。所有紙張約有20重量％的粘結劑增加量。
[0060]抗拉試驗:將固化后的紙張切成2.56cm (I英寸)(與機器方向交叉)X 10.24cm(4英寸)(機器方向)的測試條,并在Thwing-Albert Intelect 500拉伸測試儀[美國新澤西州西柏林市斯文艾伯特儀器公司(Thwing-Albert Instrument Co, West Berlin, NJ),]中沿機器方向測試抗拉強度。夾具的間隙為5.12cm (2英寸)，牽拉速率為2.56cm (I英寸)/分鐘。固化的粘結劑處理后的濾紙測試條直接測試(干拉伸)或在85°C下吸水10分鐘后馬上測試(30分鐘濕拉伸)。測量斷裂過程中的峰值力并將其記作抗拉強度。報告的數(shù)據(jù)是7條測試條的平均值。
[0061]保留率:是濕抗拉強度相對于干抗拉強度的％保留率。150°C時，30%的保留率是可接受的；170°C時，35%的保留率是可接受的。
[0062]固化后的重暈損失是與拉伸數(shù)據(jù)分開測量的，其方法是在150°C烘箱中將0.6g含有30%固體(0.18g)的粘結劑溶液固化30分鐘。100%減去固化后材料的重量與所添加的
0.18g固體重量相比的百分比即為損失的重量。每個樣品測試三次，然后取平均值；報告平均值。
[0063]尺寸(Dimensional)機械分析(DMA)是通討將0.5g含有30%固體(0.15g)的粘結劑溶液涂覆在兩條華特曼GF/B濾紙樣條上來進行的。然后將兩條樣條放置在TA儀器DMA[Q800 DMA，美國特拉華州紐卡斯爾市(New Castle) TA儀器公司]中，并以4°C /分鐘的速率從30°C加熱至250°C。得到的結果表明構建模量所需的固化能量。
[0064]表1:固化溫度為150°C時抗拉強度數(shù)據(jù)
[0065]
【權利要求】
1.一種水性熱固性粘結劑組合物，其包括: i)一種或多種還原性糖， ii)一種或多種二伯二胺或多(伯胺)，所有二伯二胺或多(伯胺)固體重量與所有還原性糖固體重量比為1.2:1-0.12:1 ； iii)按總固體計，7-45重量％的一種或多種右旋糖值DE為5_30的多糖。
2.如權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述還原性糖為右旋糖。
3.如權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述二伯二胺或多(伯胺)是二伯二胺。
4.如權利要求3所述的組合物，其特征在于，所述二伯二胺是己二胺，HMDA。
5.如權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述一種或多種多糖的DE值為7-23。
6.如權利要求5所述的組合物，其特征在于，所述一種或多種多糖為麥芽糖糊精。
7.如權利要求1所述的組合物，其特征在于，按總固體重量計，所述一種或多種多糖的含量為10-30重量％。
8.如權利要求1所述的組合物，還包括一種或多種穩(wěn)定劑。
9.一種使用如權利要求1所述的水性熱固性粘結劑組合物的方法，所述方法包括: 將粘結劑組合物施涂在基材上或與基材混合，然后在100-400°C加熱該處理后的基材或混合物，使粘結劑固化。
10.一種處理后的含有固化的粘結劑的纖維氈，其通過施涂如權利要求1所述的粘結劑組合物得到。
【文檔編號】C09J11/06GK103450824SQ201310204899
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年5月28日 優(yōu)先權日:2012年5月29日
【發(fā)明者】W·C·芬奇, H·李, C·J·蘭德, C·D·羅多斯基, B·維因斯泰恩 申請人:羅門哈斯公司