ВОДНАЯ СВЯЗУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОЛОКОН, ИЗДЕЛИЕ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК C03C25/32 C08F8/32 A01G31/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к водной, не содержащей формальдегида связующей композиции для минеральных волокон, способу получения изделия из связанного минерального волокна при помощи указанного связующего и изделию из связанного минерального волокна, содержащему минеральные волокна, находящиеся в контакте с отвержденным связующим.

Предшествующий уровень техники

Изделия из минерального волокна обычно содержат искусственные стеклообразные волокна (MMVF), такие как, например, стекловолокно, керамические волокна, базальтовые волокна, шлаковата, минеральная вата и каменная вата, которые связаны друг с другом отвержденным термореактивным полимерным связующим материалом. Для применения в качестве термоизолирующих или звукоизолирующих изделий маты из связанного минерального волокна обычно получают путем превращения расплава, сделанного из подходящих сырьевых материалов, в волокна общепринятым способом, например при помощи центробежного способа или при помощи каскадного роторного способа. Волокна вдувают в камеру волокноосаждения и, во время перенесения по воздуху и пока они остаются горячими, их обрызгивают раствором связующего и хаотично укладывают в виде мата или полотна на движущийся конвейер. Затем мат из волокна помещают в камеру для термофиксации, где через мат продувают нагретый воздух для того, чтобы отвердить связующее и жестко связать минеральные волокна друг с другом.

В прошлом предпочтительными связующими смолами были фенолформальдегидные смолы, которые можно было дешево производить и которые можно было наполнять при помощи мочевины перед применением в качестве связующего. Однако стремление минимизировать выделения летучих органических соединений (VOC) из изделий в сочетании с существующим законодательством и предложенными законопроектами, направленными на снижение или исключение применения формальдегида, привело к разработке не содержащих формальдегид связующих, таких как, например, связующие композиции на основе поликарбоновых полимеров и полиолов, как раскрыто в ЕР-А-583086, ЕР-А-990727 и US-A-5,318,990.

Другая группа не содержащих фенолформальдегид связующих для минеральных волокон представляет собой продукты реакции присоединения/элиминирования алифатических и/или ароматических ангидридов с алканоламинами, например, как раскрыто в WO 99/36368, WO 01/05725, WO 01/96460, WO 02/06178, WO 2004/007615 и WO 2006/061249. Данные связующие для минеральных волокон являются водорастворимыми и демонстрируют превосходные свойства связывания, выраженные в терминах скорости отверждения и плотности отверждения. Однако, несмотря на эти раскрытия, существует постоянная потребность в обнаружении новых, не содержащих формальдегида отверждаемых водных композициях, подходящих для применения в качестве связующего для изделий из минерального волокна.

Тип изделия, страдающего сходными экологическими проблемами, которые ассоциируются с фенолформальдегидными связующими, это почвенные субстраты для растений на основе искусственных стеклообразных волокон или других пористых субстратов; см., например, GB-A-1336426. Данные субстраты могут, например, быть получены в виде плит, блоков, вставок цилиндрической формы или других сцепленных изделий или в виде гранулята.

Общепринятые изделия - субстраты для растений - обычно содержат связующее, часто фенолформальдегидную смолу или мочевиноформальдегидную смолу, которое обеспечивает сплошность изделия. После применения связующего изделия подвергают отверждению при высокой температуре в камере для термофиксации.

Существенным является то, что данные почвенные субстраты для растений были способны поглощать и удерживать воду, и, следовательно, требуется определенная влажность. Фенолформальдегидные смолы и, в меньшей степени, мочевиноформальдегидные смолы, однако, как обнаружено, придают гидрофобность изделиям из минерального волокна, и, следовательно, общепринятым является включение увлажнителя в почвенный субстрат для растений для того, чтобы достичь требуемой гидрофильности и смачиваемости; см., например, WO 92/04824 и WO 01/82683. Такие увлажнители должны демонстрировать хорошую экологическую совместимость, в частности низкую фитотоксичность. Кроме того, с точки зрения условий эксплуатации, применяемых при производстве, они должны иметь хорошую термическую стабильность, а также давать изделия, имеющие требуемую прочность на сжатие во влажном и сухом состоянии, дополнительно к требуемой способности поглощать воду и водоудерживающей способности.

Однако по прохождении времени обычные увлажнители зачастую вымываются из почвенного субстрата для растений, и изделие приобретает недостаточные смачиваемость и водоудерживающую способность.

Краткое изложение сущности изобретения

Соответственно, задачей настоящего изобретения является получить водную связующую композицию, которая является особенно подходящей для связывания минеральных волокон, которая демонстрирует превосходные характеристики связывания, выраженные в терминах скорости отверждения и плотности отверждения, имеет хорошие растворимость в воде и разбавимость водой, и при помощи которого можно получить изделия из связанного минерального волокна с уменьшенным выделением вредных веществ или без выделения вредных веществ.

Дополнительно задачей настоящего изобретения является получить изделие из минерального волокна, связанного при помощи такой связующей композиции.

Конкретной задачей настоящего изобретения является получить гидрофильную связующую систему, которая особенно применима для связывания пористых и, особенно, волокнистых субстратов, пригодных для сельскохозяйственных и садоводческих целей, например, в качестве почвенного субстрата для растений. Гидрофильная связующая система не должна быть легко вымываемой водной средой из связанных изделий и должна давать связанные изделия, имеющие улучшенные смачиваемость в течение длительного времени, способность поглощать воду и время погружения.

Другой задачей настоящего изобретения является предложить способ получения гидрофильной связующей системы.

Еще одной задачей настоящего изобретения является предложить связанные пористые изделия - субстраты, например, почвенные субстраты для растений, имеющие улучшенные смачиваемость в течение длительного времени, способность поглощать воду и время погружения.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложена водная связующая композиция для минеральных волокон, содержащая водорастворимый связующий компонент, который может быть получен путем реакции, в один или более этапов, по меньшей мере, одного алканоламина, по меньшей мере, одного ангидрида карбоновой кислоты и, по меньшей мере, одного полиалкиленгликольного компонента, выбранного из числа полиалкиленгликолей, их сополимеров или производных, и, необязательно, обработки продукта реакции основанием.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен способ получения изделия из связанного минерального волокна, который включает этапы приведения в контакт минеральных волокон или изделия из минерального волокна с водной связующей композицией, как описано выше, и отверждения связующей композиции.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложено изделие из минерального волокна, содержащее минеральные волокна, находящиеся в контакте с отвержденной связующей композицией, описанной выше.

Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения предложены связанные пористые субстраты, включая изделия - почвенные субстраты для растений, которые содержат отвержденную связующую композицию, описанную выше.

Описание предпочтительных вариантов реализации

Не содержащая формальдегида водная связующая композиция, согласно настоящему изобретению, содержит водорастворимый связующий компонент, который может быть получен путем реакции в один или более этапов, по меньшей мере, одного алканоламина, по меньшей мере, одного ангидрида карбоновой кислоты и, по меньшей мере, одного полиалкиленгликольного компонента, выбранного из числа полиалкиленгликолей, их сополимеров или производных, и, необязательно, обработки продукта реакции основанием.

В конкретном варианте реализации настоящего изобретения полиалкиленгликольный компонент подвергают предварительной реакции с кислотным компонентом (С), выбранным из числа ди- и поликарбоновых кислот и их ангидридов, с образованием сложного эфира полиалкиленгликоля, имеющего карбоксильные функциональные группы.

Алканоламин, ангидрид карбоновой кислоты, полиалкиленгликоль и необязательные кислотные компоненты могут быть подвергнуты реакции посредством ряда различных способов, включая следующие.

В одном из вариантов реализации связующую композицию можно получить при помощи:

a) реакции ангидрида карбоновой кислоты (А), алканоламина и полиалкиленгликольного компонента,

b) реакции реакционной смеси, полученной на этапе (а), с ангидридом карбоновой кислоты (В), и

c) необязательно, обработки продукта реакции основанием.

В другом варианте реализации настоящего изобретения связующую композицию можно получить при помощи:

a) реакции алканоламина и ангидрида карбоновой кислоты (А),

b) реакции реакционной смеси, полученной на этапе (а), с ангидридом карбоновой кислоты (В) и полиалкиленгликольным компонентом, и

с) необязательно, обработки продукта реакции основанием.

В данном варианте реализации изобретения ангидрид карбоновой кислоты (В) и полиалкиленгликольный компонент могут быть подвергнуты реакции вместе за один этап или отдельно, на последовательных этапах.

В еще одном варианте реализации настоящего изобретения связующую композицию можно получить при помощи:

a) реакции полиалкиленгликольного компонента и кислотного компонента (С), выбранного из числа ди- и поликарбоновых кислот и их ангидридов, с образованием сложного эфира полиалкиленгликоля, имеющего карбоксильные функциональные группы,

b) реакции реакционной смеси, полученной на этапе (а), с алканоламином и ангидридом карбоновой кислоты (А),

c) реакции реакционной смеси, полученной на этапе (b), с ангидридом карбоновой кислоты (В), и

d) необязательно, обработки продукта реакции основанием.

В следующем варианте реализации настоящего изобретения связующую композицию можно получить при помощи:

a) реакции полиалкиленгликольного компонента и кислотного компонента (С), выбранного из числа ди- и поликарбоновых кислот и их ангидридов, с образованием сложного эфира полиалкиленгликоля, имеющего карбоксильные функциональные группы,

b) реакции реакционной смеси, полученной на этапе (а), с алканоламином и ангидридом карбоновой кислоты (А),

c) реакции реакционной смеси, полученной на этапе (b), с ангидридом карбоновой кислоты (В), и

d) необязательно, обработки продукта реакции основанием.

В другом варианте реализации настоящего изобретения связующую композицию можно получить при помощи:

a) реакции алканоламина с ангидридом карбоновой кислоты (А),

b) реакции реакционной смеси, полученной на этапе (а), с ангидридом карбоновой кислоты (В),

c) реакции полиалкиленгликольного компонента и кислотного компонента (С), выбранного из числа ди- и поликарбоновых кислот и их ангидридов, с образованием сложного эфира полиалкиленгликоля, имеющего карбоксильные функциональные группы,

d) объединения реакционных смесей, полученных на этапах (b) и (с), и

e) необязательно, обработки продукта реакции основанием.

В еще одном другом варианте реализации настоящего изобретения связующую композицию получают следующим образом:

a) реакцией алканоламина с ангидридом карбоновой кислоты (А),

b) реакцией реакционной смеси, полученной на этапе (а), с ангидридом карбоновой кислоты (В) и сложным эфиром полиалкиленгликоля, имеющего карбоксильные функциональные группы, полученным по реакции полиалкиленгликольного компонента и кислотного компонента (С), выбранного из числа ди- и поликарбоновых кислот и их ангидридов, и

c) необязательно, обработкой продукта реакции основанием.

В следующем варианте реализации настоящего изобретения связующую композицию получают следующим образом:

a) реакцией кислотного компонента (С), выбранного из числа ди- и поликарбоновых кислот и их ангидридов, алканоламина и полиалкиленгликольного компонента,

b) реакцией реакционной смеси, полученной на этапе (а), с ангидридом карбоновой кислоты (А),

c) реакцией реакционной смеси, полученной на этапе (b), с ангидридом карбоновой кислоты (В), и

d) необязательно, обработкой продукта реакции основанием.

Следует заметить, однако, что настоящее изобретение не ограничено вышеупомянутыми предпочтительными вариантами реализации, но охватывает различные другие последовательности реакций, включающие реакцию алканоламина, ангидрида карбоновой кислоты, полиалкиленгликоля и необязательных кислотных компонентов.

Алканоламин

Предпочтительные алканоламины для применения при получении связующей композиции, согласно настоящему изобретению, представляют собой алканоламины, имеющие, по меньшей мере, две гидроксильные группы, такие как, например, алканоламины, представленные формулой

где R¹ представляет собой водород, C_1-10-алкильную группу или C_1-10-гидроксиалкильную группу; и R² и R³ представляют собой С_1-10-гидроксиалкильные группы.

Предпочтительно R² и R³ независимо представляют собой С_2-5-гидроксиалкильные группы, и R представляет собой водород, C_1-5-алкильную группу или C_1-10-гидроксиалкильную группу. Особенно предпочтительными гидроксиалкильными группами являются β-гидроксиалкильные группы.

Конкретными примерами подходящих алканоламинов являются диэтаноламин, триэтаноламин, диизопропаноламин, триизопропаноламин, метилдиэтаноламин, этилдиэтаноламин, н-бутилдиэтаноламин, метилдиизопропаноламин, этилизопропаноламин, этилдиизопропаноламин, 3-амино-1,2-пропандиол, 2-амино-1,3-пропандиол и трис(гидроксиметил)аминометан. В настоящее время наиболее предпочтительным алканоламином является диэтаноламин.

Согласно настоящему изобретению дополнительно к алканоламину или в качестве его заменителя может применяться глицерин. До 100%, предпочтительно от 10 до 99 или 100% и более предпочтительно от 25% до 90%, алканоламина может быть заменено глицерином.

Ангидрид карбоновой кислоты

Реагент ангидрид карбоновой кислоты может быть выбран из числа насыщенных или ненасыщенных алифатических и циклоалифатических ангидридов, ароматических ангидридов и их смесей, насыщенных или ненасыщенных циклоалифатических ангидридов, ароматических ангидридов и их смесей, являющихся предпочтительными.

В вышеупомянутых предпочтительных вариантах реализации настоящего изобретения ангидриды карбоновой кислоты (А) и (В) являются одинаковыми или различными, и их независимо выбирают из числа циклоалифатических и ароматических ангидридов и их смесей.

Например, один из ангидридов карбоновой кислоты (А) и (В) может быть циклоалифатическим ангидридом, а другой ароматическим ангидридом. В предпочтительном варианте реализации оба ангидрида карбоновой кислоты (А) и (В) являются одинаковыми или различными ароматическими ангидридами.

Конкретными примерами подходящих алифатических ангидридов карбоновой кислоты являются янтарный ангидрид, малеиновый ангидрид и глутаровый ангидрид. Конкретными примерами подходящих циклоалифатических ангидридов являются тетрагидрофталевый ангидрид, гексагидрофталевый ангидрид, метилтетрагидрофталевый ангидрид и надикангидрид, т.е. ангидрид эндо-цис-бицикло[2.2.1]-5-гептен-2,3-дикарбоновой кислоты. Конкретными примерами подходящих ароматических ангидридов являются фталевый ангидрид, метилфталевый ангидрид, тримеллитовый ангидрид и пиромеллитовый диангидрид.

Полиалкиленгликольный компонент

Полиалкиленгликольный компонент, применяемый при получении связующей композиции, согласно настоящему изобретению, предпочтительно выбирают из числа полиалкиленгликолей, таких как полиэтиленгликоль (PEG), полипропиленглколь (PPG), полибутиленгликоль (PBG) и их смесей и сополимеров. Также подходящими являются произвольные полиалкиленгликоля, включая, но не ограничиваясь ими, простые и сложные эфиры полиалкиленгликоля, такие как, например, простые и сложные моноалкиловые эфиры, например, метилPEG, этилPEG, пропилPEG, бутилPEG и их смеси и сополимеры.

Полиалкиленгликольный компонент предпочтительно имеет молекулярную массу между 150 и 20000; более предпочтительно между 150 и 10000; в особенности между 200 и 5000; и наиболее предпочтительно между 300 и 1000.

Конкретными примерами имеющихся в продаже полиалкиленгликольных компонентов являются PEG 200, PEG 300, PEG 400, PEG 600, PEG 800, PEG 1000, PEG 2000, PEG 5000, PEG 10000, PEG 20000 и PEG 50000.

Кислотный компонент

Необязательно применяемый кислотный компонент (С) представляет собой, по меньшей мере, одну ди- или поликарбоновую кислоту или ее ангидрид. Кислотный компонент предпочтительно выбирают из числа алифатических, циклоалифатических, насыщенных, ненасыщенных и ароматических карбоновых кислот и ангидридов.

Более предпочтительно кислотный компонент выбирают из числа ди- или поликарбоновых кислот, включая насыщенные ди- или поликарбоновые кислоты, имеющие от 3 до 7 атомов углерода, такие как янтарная кислота, глутаровая кислота, адипиновая кислота, лимонная кислота и малоновая кислота, или их ангидриды; и ненасыщенных ди- или поликарбоновых кислот, имеющих от 4 до 7 атомов углерода, и их ангидриды, таких как малеиновая кислота, фумаровая кислота и малеиновый ангидрид; циклоалифатических ди- или поликарбоновых кислот или их ангидридов, таких как тетрагидрофталевая кислота, гексагидрофталевая кислота и метилтетрагидрофталевая кислота и соответствующие ангидриды; ароматических ди- и поликарбоновых кислот или их ангидридов, таких как фталевая кислота, метилфталевая кислота, тримеллитовая кислота, пиромеллитовая кислота и соответствующие ангидриды.

Условия реакции

При получении связующей композиции пропорции алканоламина, ангидрида карбоновой кислоты, полиалкиленгликоля и необязательных кислотных реагентов предпочтительно выбирают таким образом, что отношение эквивалентов аминогрупп плюс гидроксильных групп (NH+ОН) к эквивалентам карбоксильных групп (СООН) находится в интервале от около 0,4 до около 2,0, более предпочтительно от около 0,6 до около 1,75 и наиболее предпочтительно от около 1,0 до около 1,75.

Полиалкиленгликольный компонент предпочтительно применяют в количествах до 30%, берут массовые проценты в пересчете на сухое твердое связующее, предпочтительно в количестве от около 0,01 до около 20%, более предпочтительно от около 0,1 до около 10%.

Если в реакции применяют глицерин, его количество, предпочтительно такое, что отношение эквивалентов ОН-групп глицерина к общему количеству эквивалентов аминогрупп плюс гидроксильных групп (NH+ОН) составляет от 0,2 до 0,9, предпочтительно от 0,3 до 0,8 и более предпочтительно от 0,5 до 0,8.

Реакцию между алканоламином, ангидридом карбоновой кислоты, полиалкиленгликолем и необязательными кислотными реагентами обычно проводят при температуре реакции между комнатной температурой и точкой кипения любого растворителя, который используют, или точкой кипения любых реагентов, предпочтительно при температуре реакции от, по меньшей мере, около 50°С до около 200°С. В предпочтительном варианте реализации, и в частности, когда применяют два различных ангидрида, сначала нагревают алканоламин до температуры, по меньшей мере, около 50°С, затем добавляют первый ангидрид и повышают температуру реакции до, по меньшей мере, около 70°С, предпочтительно, по меньшей мере, около 95°С и более предпочтительно, по меньшей мере, около 125°С, при данной температуре в реакционную смесь добавляют второй ангидрид, когда первый ангидрид в значительной степени весь растворился и/или прореагировал. Повышение температуры реакции от 70-95°С до 100-200°С дает возможность для более высокой конверсии мономеров в оликомеры. В данном случае предпочтительный температурный интервал составляет 105-170°С, более предпочтительно 110-150°С.

Реакцию необязательно можно проводить в присутствии катализатора, предпочтительно аминового катализатора, такого как, например, алифатический амин, такой как триэтиламин, или ароматического или гетероциклического амина, такого как имидазол.

Необязательно реакцию также можно проводить в присутствии апротонного, полярного растворителя, такого как кетон, такой как ацетон, либо такого как терагидрофуран, сложный эфир, такой как ацетоацетат, или амина, такого как пиридин.

Вода может быть добавлена после того, как первый ангидрид прореагировал, либо вместе со вторым ангидридом, или перед добавлением второго ангидрида, или в конце реакции, для того чтобы остановить реакцию и сделать связующее более легко перекачиваемым.

Для того чтобы улучшить растворимость в воде и разбавимость связующего, может быть добавлено основание, до рН около 8, предпочтительно до рН между около 5-8 и более предпочтительно рН около 6-7. Кроме того, добавление основания будет вызывать, по меньшей мере, частичную нейтрализацию непрореагировавших кислот и сопутствующее снижение коррозионной активности. Обычно основание добавляют в количестве, достаточном для того, чтобы достичь требуемой растворимости в воде или разбавимости. Предпочтительно основание выбирают из числа летучих оснований, которые будут испаряться при или ниже температуры отверждения и, следовательно, не будут влиять на отверждение. Конкретными примерами подходящих оснований являются аммиак (NH3) и органические амины, такие как диэтаноламин, триэтаноламин и диметилэтаноламин. Основание, предпочтительно, добавляют в реакционную смесь после того, как реакция эффективно остановлена добавлением воды.

Кроме того, после прекращения реакции могут быть добавлены один или более поликарбоксильных сшивающих агентов, и необязательно, вместе с основанием. Подходящими поликарбоксильными сшивающими агентами являются, например, гомополимеры и сополимеры кислотных мономеров, такие как акриловая кислота, алкилакриловая кислота (например, метакриловая кислота) и малеиновая кислота, и сополимеры таких кислотных мономеров и акрилаты. Массовый процент данных поликарбоксильных сшивающих агентов составляет, по меньшей мере, 0,5, предпочтительно, по меньшей мере, 10 мас.% и до 50, предпочтительно до 30 мас.%, более предпочтительно до 15 мас.%, в пересчете на связующую композицию.

Другие компоненты

Связующая композиция, согласно настоящему изобретению, может содержать одну или более общепринятых связующих добавок.

Такие добавки включают, например, силаны, такие как, например, γ-аминопропилтриэтоксисилан, ускорители отверждения, такие как, например, β-гидроксиалкиламиды; свободная кислота и солевые формы фосфорной кислоты, фосфоновой кислоты, фосфиновой кислоты, лимонной кислоты и адипиновой кислоты. Также могут быть применены другие сильные кислоты, такие как борная кислота, серная кислота, азотная кислота и п-толуолсульфоновая кислота, или по отдельности, или в комбинации с уже упомянутыми кислотами, в частности, с фосфорной, фосфоновой или фосфиновой кислотой. Другие подходящие связующие добавки представляют собой термические стабилизаторы; УФ-стабилизаторы; улучшающие устойчивость к гидролизу средства, такие как моноалканоламины, аллиламины, перокси-соединения, эпокси-соединения, соединения, имеющие, по меньшей мере, одну длинноцепочечную алифатическую группу и, по меньшей мере, одну функциональную группу, и стирольно-бутадиеновые латексы; поверхностно-активные средства; наполнители, такие как глина, силикаты и сульфат магния; красители, такие как диоксид титана; ингибиторы коррозии; мочевина; кремний; гидроксид магния и другие.

Данные добавки к связующему и адъюванты применяют в общепринятых количествах, обычно не превышающих 20 мас.%, в пересчете на твердые компоненты связующего. Количество ускорителя отверждения в связующей композиции обычно составляет от 0,05 до 5 мас.%, в пересчете на твердые компоненты, и также количество силанов обычно составляет от 0,05 до 5 мас.%.

Могут применяться ко-связующие, такие как, например, углеводороды, в количествах, например, до 25-30 мас.% в пересчете на твердые компоненты связующего.

Готовая связующая композиция

Связующая композиция, согласно настоящему изобретению, предпочтительно имеет содержание твердых компонентов от 10 до 40 мас.%. Часто это интервал концентраций связующего в емкостях для хранения перед применением.

В виде, готовом для применения, связующее предпочтительно имеет содержание твердых компонентов от 1 до 30 мас.%.

Для транспортировки часто применяют содержание твердых компонентов в связующем от 60 до 75 мас.%.

Для достижения соответствующих свойств при применении, и в частности, свойств при распылении, вязкость связующей композиции можно регулировать. Это осуществляют, например, регулируя тип и концентрацию компонентов связующего в системе водного связующего. Вязкость можно удерживать в требуемых пределах, например, путем регулирования молекулярной массы связующего компонента (низкая температура реакции, остановка реакции добавлением воды на ранней стадии реакции, и т.д.) и путем должного регулирования относительных количеств связующих компонентов и водного растворителя.

Изделие из минерального волокна

Не содержащая формальдегида водная связующая композиция, согласно настоящему изобретению, может быть применена для минеральных волокон или изделий из минерального волокна при помощи общепринятых технологий, таких как, например, распыление сжатым воздухом или безвоздушное распыление, распыление вращающимся диском, грунтовка, пропитка, нанесение с помощью валика, нанесение покрытия поливом, барабанное нанесение или подобное.

Минеральные волокна могут быть любыми искусственными стеклообразными волокнами (MMVF), стекловолокном, керамическими волокнами, базальтовыми волокнами, шлаковатой, минеральной ватой и каменной ватой и другими. Изделия из минерального волокна представляют собой, например, тканые и нетканые материалы, маты, войлоки, плиты, листы и другие профилированные изделия, которые находят применение, например, в качестве термоизоляционных и звукоизоляционных материалов, как фильтры, и для прочих применений.

Для изготовления звукоизоляционных изделий и садоводческих изделий связующее обычно применяют в количестве от 0,1 до 15%, предпочтительно 0,3-10%, в пересчете на изделие из связанного минерального волокна.

Обычно связующую композицию наносят, обычно посредством распыления, тотчас после волокнообразования минерального расплава, после чего покрытую минеральную вату отверждают в камере для термофиксации, где нагретый воздух пропускают через ткань из минерального волокна для отверждения связующего. Обычно камера для термофиксации работает при температуре от около 200°С до около 350°С. Предпочтительно температура отверждения варьируется от около 200 до около 300°С, более предпочтительно от 225 до около 290°С. Обычно время нахождения в камере для термофиксации составляет от 30 секунд до 20 минут, в зависимости, например, от плотности изделия.

Кроме общепринятого отверждения при помощи тепла (например, нагретым воздухом), могут быть применены другие способы отверждения, например, отверждение при помощи микроволнового или инфракрасного излучения. Если необходимо, ткань из минерального волокна может быть подвергнута формованию перед отверждением.

Изделие из связанного минерального волокна, выходящее из камеры для термофиксации в виде, например, войлока, может быть разрезано по требуемому формату и, если это приемлемо, может быть сжато для упаковки и отгрузки. Его можно также применять в качестве промежуточного продукта для изготовления профилированных изделий и композиционных материалов.

Хотя не содержащая формальдегида водная связующая композиция, согласно настоящему изобретению, особенно применима для связывания минеральных волокон, ее также можно использовать для других применений, обычных для связующих и клеящих веществ, например, в качестве связующего для формовочного песка, ткани из стекловолокна, целлюлозных волокон, нетканых изделий из бумаги, композиционных материалов, литых изделий, покрытий и т.д.

Другая представляющая особенный интерес область применения представляет собой производство пористых и, особенно, волокнистых связанных субстратов, пригодных для сельскохозяйственного и садоводческого применения, например, в качестве почвенного субстрата для растений. В данном случае пористый субстрат может быть выбран из числа любых субстратов, обычно применяемых в сельскохозяйственных и садоводческих целях, и в частности, для почвенных субстратов для растений. Конкретными примерами подходящих материалов для субстратов являются, например, искусственные стеклообразные волокна, такие как минеральная вата, каменная вата, стекловата или шлаковата; природные волокна, особенно растительные волокна, такие как кокосовые волокна и хлопок; целлюлозные волокна и волокна из лигноцеллюлозы; и неорганические материалы, такие как гранулы перлита и набухающие неорганические материалы.

После нанесения связующей системы, согласно настоящему изобретению, на пористый субстрат связанное изделие отверждают с применением описанных выше условий отверждения. При использовании природных волокон или других органических материалов в качестве субстрата температура отверждения не должна, конечно, быть выше температуры разложения или горения данных материалов.

После отверждения связанный субстрат может быть разрезан или сформован в требуемом виде, таком как, например, маты, плиты, блоки, вставки цилиндрической формы, кубы и подобные. Полученное связанное пористое изделие применимо для сельскохозяйственных, садоводческих и архитектурных целей, например, в качестве почвенного материала для растений и для садов на крыше. Для получения почвенного материала для растений, связанное пористое изделие может быть комбинировано обычным образом с другими композиционными слоями (оберточной фольгой и т.д.) и добавками, такими как, например, питательные вещества/удобрения, и наполнителями, такими как, например, глина.

Благодаря своей повышенной гидрофильности, связанные пористые изделия, согласно настоящему изобретению, особенно применимы для выращивания растений, как раскрыто в WO 2004/017718 А1, включающем первый почвенный субстрат, который имеет первую способность поглощать воду и первое время погружения, и первый почвенный субстрат находится в жидкостном сообщении с дискретным вторым субстратом, который имеет вторую способность поглощать воду, меньшую, чем первая способность поглощать воду, и второе время погружения, более короткое, чем первое время погружения. Определение терминов "способность поглощать воду" и "время погружения" дано в WO 2004/017718 А1, при этом меньшее время погружения отвечает большему значению гидрофильности. Таким образом, второй субстрат предпочтительно имеет большую степень гидрофильности в сухом состоянии, чем гидрофильность в сухом состоянии первого почвенного субстрата.

Предпочтительно два субстрата содержатся в контейнере для выращивания растения, таком как горшок. Система подобрана таким образом, чтобы можно было разместить выращиваемые растения в первом почвенном субстрате, который предпочтительно представляет собой торф или кокосовые волокна.

Следующие примеры дополнительно иллюстрируют водную связующую композицию и ее применение в качестве связующего для изделий из минерального волокна. Части и проценты являются массовыми, если не указано иное. Содержание твердых веществ определено в соответствии с DIN 16916, Часть 2, Раздел 5.13, с той модификацией, что образец нагревали при температуре 200°С в течение одного часа.

В примерах используются следующие сокращения:

DEA: диэтаноламин

РТА: фталевый ангидрид

ТНРА: тетрагидрофталевый ангидрид

ТМА: тримеллитовый ангидрид

PEG: полиэтиленгликоль

Пример 1

18 г PEG 300 (7,5% мас./мас. в пересчете на твердые компоненты связующего в сухом состоянии) и 13,3 г РТА поместили в круглодонную реакционную колбу, снабженную механической мешалкой. Смеси позволили реагировать при 95°С в течение 16 часов. Затем добавили дополнительные 89,1 г РТА вместе с 105 г DEA и позволили температуре увеличиться до 130°С. По истечении 45 минут добавили 57,6 г ТМА и поддерживали температуру в течение 1 часа. Реакционную смесь охладили до 110°С и добавили 147 г воды. Смесь перемешивали при температуре 70°С в течение 1 часа, после чего ее охладили до температуры окружающей среды. Затем при перемешивании добавили 4,6 г фосфиновой кислоты и 46 мл 25% водного раствора аммиака. После добавления 2 г аминосилана добавляли воду до тех пор, пока не было получено разбавление связующей композиции 18%, в пересчете на твердые компоненты в сухом состоянии.

Пример 2

105 г DEA поместили в круглодонную реакционную колбу, снабженную механической мешалкой и нагрели до 60°С. Затем маленькими порциями добавили 97,3 г ТНРА и повысили температуру реакции до 130°С. Смеси позволили реагировать в течение 45 минут, после чего добавили 57,6 г ТМА и 6 г PEG 400 (2,5% мас./мас. в пересчете на твердые компоненты связующего в сухом состоянии). Смесь реагировала далее в течение 1 часа, после чего ее охладили до 110°С и медленно добавили в реакционную смесь 147 г воды, при перемешивании до тех пор, пока не получили желто-коричневую прозрачную смесь. Затем при перемешивании добавили 4,6 г фосфиновой кислоты и 39 мл 25% водного раствора аммиака. Добавляли воду до тех пор, пока не было получено разбавление связующей композиции 18% в пересчете на твердые компоненты в сухом состоянии.

Пример 3

Смесь А

105 г DEA поместили в круглодонную реакционную колбу, снабженную механической мешалкой и нагрели до 60°С. Затем маленькими порциями добавили 91,3 г ТНРА и повысили температуру реакции до 130°С. Смеси позволили реагировать в течение 45 минут, после чего добавили 57,6 г ТМА. Смесь реагировала далее в течение 1 часа, после чего ее охладили до 110°С и медленно добавили в реакционную смесь 147 г воды, при перемешивании до тех пор, пока не получили желто-коричневую прозрачную смесь. Выделенную смолу охладили до температуры окружающей среды.

Смесь В

Продукт реакции получили путем добавления 19,8 г РТА к 40,1 г PEG 600 (5% мас./мас. в пересчете на твердые компоненты связующего в сухом состоянии) в круглодонную реакционную колбу, снабженную механической мешалкой. Смеси позволили реагировать при 95°С в течение 16 часов, после чего ее охладили.

Готовую связующую композицию получили сочетанием 10,1 г Смеси А и 0,4 г Смеси В и добавлением к данной смеси 0,12 г фосфиновой кислоты и 1,2 мл 25% водного раствора аммиака и 18 г воды.

Настоящее изобретение относится к водной связующей композиции для минеральных волокон, способу получения изделия из связанного минерального волокна, изделию и связанному пористому субстрату. Водная связующая композиция содержит водорастворимый связующий компонент. Указанный компонент получают реауцией в один или более этапов, по меньшей мере, одного алканоламина, по меньшей мере, одного ангидрида карбоновой кислоты и, по меньшей мере, одного полиалкиленгликольного компонента. Полиалкиленгликольный компонент выбирают из полиалкиленгликолей, их сополимеров или производных. Способ получения изделия включает контактирование минеральных волокон со связующей композицией с последующим отверждением связующей композиции. Технический результат - получение водной связующей композиции, подходящей для связывания минеральных волокон и демонстрирующей превосходные характеристики связывания, имеющей хорошие растворимость в воде и разбавимость водой, получение изделий из связанного минерального волокна с уменьшенным выделением или без выделения вредных веществ, а также имеющие улучшенные смачиваемость в течение длительного времени, способность поглощать воду и время погружения. 6 н. и 25 з.п. ф-лы, 3 пр.

1. Водная связующая композиция для минеральных волокон, содержащая водорастворимый связующий компонент, который получают реакцией в один или более этапов, по меньшей мере, одного алканоламина, по меньшей мере, одного ангидрида карбоновой кислоты и, по меньшей мере, одного полиалкиленгликольного компонента, выбранного из числа полиалкиленгликолей, их сополимеров или производных, и, необязательно, обработкой продукта реакции основанием.

2. Связующая композиция по п.1, в которой полиалкиленгликольный компонент подвергают предварительной реакции с кислотным компонентом (С), выбранным из числа ди- и поликарбоновых кислот и их ангидридов, с образованием сложного эфира полиалкиленгликоля, имеющего карбоксильные функциональные группы.

3. Связующая композиция по п.1, которую получают
a) реакцией ангидрида карбоновой кислоты (А), алканоламина и полиалкиленгликольного компонента,
b) реакцией реакционной смеси, полученной на этапе (а), с ангидридом карбоновой кислоты (В), и
c) необязательно, обработкой продукта реакции основанием.

4. Связующая композиция по п.1, которую получают
a) реакцией алканоламина и ангидрида карбоновой кислоты (А),
b) реакцией реакционной смеси, полученной на этапе (а), с ангидридом карбоновой кислоты (В) и полиалкиленгликольным компонентом, и
с) необязательно, обработкой продукта реакции основанием.

5. Связующая композиция по п.4, в которой на этапе (b) ангидрид карбоновой кислоты (В) и полиалкиленгликольный компонент реагируют за одну стадию или на последовательных стадиях.

6. Связующая композиция по п.2, которую получают
a) реакцией полиалкиленгликольного компонента и кислотного компонента (С), выбранного из числа ди- и поликарбоновых кислот и их ангидридов, с образованием сложного эфира полиалкиленгликоля, имеющего карбоксильные функциональные группы,
b) реакцией реакционной смеси, полученной на этапе (а), с алканоламином и ангидридом карбоновой кислоты (А),
c) реакцией реакционной смеси, полученной на этапе (b), с ангидридом карбоновой кислоты (В), и
d) необязательно, обработкой продукта реакции основанием.

7. Связующая композиция по п.2, которую получают
a) реакцией алканоламина с ангидридом карбоновой кислоты (А),
b) реакцией реакционной смеси, полученной на стадии (а), с ангидридом карбоновой кислоты (В),
c) реакцией полиалкиленгликольного компонента и кислотного компонента (С), выбранного из числа ди- и поликарбоновых кислот и их ангидридов, с образованием сложного эфира полиалкиленгликоля, имеющего карбоксильные функциональные группы,
d) объединением реакционных смесей, полученных на стадиях (b) и (с), и
e) необязательно, обработкой продукта реакции основанием.

8. Связующая композиция по п.2, которую получают
a) реакцией алканоламина с ангидридом карбоновой кислоты (А),
b) реакцией реакционной смеси, полученной на стадии (а), с ангидридом карбоновой кислоты (В) и сложным эфиром полиалкиленгликоля, имеющего карбоксильные функциональные группы, полученным по реакции полиалкиленгликольного компонента и кислотного компонента (С), выбранного из числа ди- и поликарбоновых кислот и их ангидридов, и
с) необязательно, обработкой продукта реакции основанием.

9. Связующая композиция по п.2, которую получают
a) реакцией кислотного компонента (С), выбранного из числа ди- и поликарбоновых кислот и их ангидридов, алканоламина и полиалкиленгликольного компонента,
b) реакцией реакционной смеси, полученной на стадии (а), с ангидридом карбоновой кислоты (А),
c) реакцией реакционной смеси, полученной на стадии (b), с ангидридом карбоновой кислоты (В), и
d) необязательно, обработкой продукта реакции основанием.

10. Связующая композиция по п.1, в которой полиалкиленгликольный компонент представляет собой, по меньшей мере, один, выбранный из группы, состоящей из полиэтиленгликоля (PEG), полипропиленгликоля (PPG), полибутиленгликоля (PBG), их сополимеров и производных.

11. Связующая композиция по п.1, в которой дополнительно к алканоламину применяют глицерин.

12. Связующая композиция по п.1, в которой ангидриды карбоновой кислоты (А) и (В) являются одинаковыми или различными, и их независимо выбирают из числа насыщенных или ненасыщенных, алифатических или циклоалифатических ангидридов, а также ароматических ангидридов или их смесей.

13. Связующая композиция по п.12, в которой один из ангидридов карбоновой кислоты (А) и (В) может быть циклоалифатическим ангидридом, а другой - ароматическим ангидридом.

14. Связующая композиция по п.12, а которой ангидриды карбоновой кислоты (А) и (В) являются одинаковыми или различными ароматическими ангидридами.

15. Связующая композиция по п.12, в которой циклоалифатические ангидриды выбирают из группы, состоящей из тетрагидрофталевого ангидрида, гексагидрофталевого ангидрида и метилтетрагидрофталевого ангидрида.

16. Связующая композиция по п.12, в которой ароматические ангидриды выбирают из группы, состоящей из фталевого ангидрида, метилфталевого ангидрида, тримеллитового ангидрида и пиромеллитового диангидрида.

17. Связующая композиция по п.2, в которой кислотный компонент (С) выбирают из числа ди- или поликарбоновых кислот или соответствующих ангидридов, предпочтительно алифатических, циклоалифатических, насыщенных, ненасыщенных и ароматических карбоновых кислот и ангидридов.

18. Связующая композиция по п.17, в которой ди- или поликарбоновые кислоты или ангидриды выбирают из группы, состоящей из малеиновой кислоты, фумаровой кислоты, тетрагидрофталевой кислоты, гексагидрофталевой кислоты, метилтетрагидрофталевой кислоты, фталевой кислоты, метилфталевой кислоты, тримеллитовой кислоты, пиромеллитовой кислоты и соответствующих ангидридов.

19. Связующая композиция по п.1, в которой алканоламин выбирают из группы, состоящей из диэтаноламина, триэтаноламина, диизопропаноламина, триизопропаноламина, метилдиэтаноламина, этилдиэтаноламина, н-бутилдиэтаноламина, метилдиизопропаноламина, этилизопропаноламина, этилдиизопропаноламина, 3-амино-1,2-пропандиола, 2-амино-1,3-пропандиола и трис(гидроксиметил)аминометана.

20. Связующая композиция по п.1, в которой пропорции алканоламина, ангидрида карбоновой кислоты, полиалкиленгликоля и необязательных кислотных реагентов выбирают таким образом, что отношение эквивалентов аминогрупп плюс гидроксильных групп (NH+OH) к эквивалентам карбоксильных групп (СООН) находится в интервале от около 0,4 до 2,0.

21. Связующая композиция по п.1, где полиалкиленгликольный компонент применяют в количестве до 30 мас.% в пересчете на сухое твердое связующее.

22. Связующая композиция по п.1, которая дополнительно содержит ускоритель отверждения и, необязательно, другие общепринятые добавки к связующим.

23. Связующая композиция по п.22, которая содержит фосфиновую кислоту в качестве ускорителя отверждения.

24. Способ получения изделия из связанного минерального волокна, который включает приведение в контакт минеральных волокон или изделия из минерального волокна со связующей композицией по любому из пп.1-23 и отверждение связующей композиции.

25. Способ по п.24, в котором отверждение осуществляют под действием температуры от около 200°С до около 350°С.

26. Изделие из минерального волокна, содержащее минеральные волокна, находящиеся в контакте с отвержденной связующей композицией по любому из пп.1-23.

27. Связанный пористый субстрат, который содержит отвержденную связующую композицию по любому из пп.1-23.

28. Связанный пористый субстрат по п.27, который содержит искусственные стеклообразные волокна или природные волокна, включая растительные волокна, целлюлозные волокна и волокна из лигноцеллюлозы.

29. Связанный пористый субстрат по п.27, который содержит неорганические пористые материалы, такие, как гранулы перлита.

30. Изделие, представляющее собой почвенный субстрат для растений, содержащее связанный пористый субстрат по любому из пп.27-29.

31. Применение изделия из минерального волокна по п.26, или связанного пористого субстрата по любому из пп.27-29, или изделия, представляющего собой почвенный субстрат для растений по п.30, в сельскохозяйственных, садоводческих или архитектурных целях.