Область применения изобретения

Настоящее изобретение относится к противопожарному изоляционному продукту, содержащему волокна из минеральной ваты.

Предпосылки создания изобретения

Известно, что волокнистые продукты из минеральной ваты имеют противопожарные свойства. Примеры известны из EP 1 086 055, EP 1 928 796, WO 97/20780 или EP 3 187 474 A1.

Традиционно для связывания волокон из минеральной ваты друг с другом в качестве связующих композиций использовали экономичные в изготовлении фенолформальдегидные смолы.

Однако эти связующие вещества имеют недостаток, который заключается в том, что они содержат формальдегид, и, следовательно, они потенциально вредны, и есть желание заменить эти обычные связующие вещества связующими веществами, которые не содержат формальдегида.

Связующими веществами, которые не содержат фенолформальдегида, часто являются связующие вещества на основе сахара, такие как, например, композиции, описанные в EP2990494A1, PCT/EP2015/080758, W02007/014236, WO2011/138458 и W02009/080938.

Однако все эти связующие вещества имеют недостаток, который заключается в том, что для отверждения им требуются высокие температуры, что делает необходимым применение тепла в течение длительного периода времени для отверждения связующего вещества и связывания минеральных волокон друг с другом. Соответственно, в процессе производства связующее вещество должно быть отверждено после формирования продукта. Это отверждение достигается путем нагревания продукта в печи, как правило, до температуры 200-250°C в течение определенного периода времени. Такое нагревание увеличивает время производства и стоимость производства, а также устанавливает некоторые ограничения, при которых материалы могут быть добавлены в продукт, поскольку материалы должны быть способны выдерживать этот повышенный нагрев. Кроме того, высокотемпературное отверждение этих известных связующих веществ приводит к выбросам вредных или раздражающих веществ, которые необходимо обрабатывать.

Соответственно, целью настоящего изобретения является создание противопожарного изоляционного продукта, который уменьшает или устраняет вышеупомянутые недостатки.

Изложение сущности изобретения

В соответствии с целями получают противопожарный изоляционный продукт, содержащий волокна из минеральной ваты, уложенные суховоздушным формованием, и связующее вещество, причем указанное связующее вещество является результатом отверждения связующей композиции, содержащей по меньшей мере один гидроколлоид, и при этом указанный продукт дополнительно содержит эндотермический материал в виде частиц.

Неожиданно было обнаружено, что можно использовать связующее вещество, которое может быть отверждено при относительно низких температурах, что позволяет добавлять дополнительные вещества в противопожарный изоляционный продукт из минеральной ваты для дополнительного улучшения противопожарных свойств продукта. Более того, поскольку в некоторых вариантах осуществления связующее вещество, используемое в продукте, как правило, не содержит каких-либо вредных веществ и обычно не содержит каких-либо вредных веществ в процессе отверждения, можно обеспечить более экологичное производство.

Предпочтительно связующее вещество дополнительно содержит по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина.

В одном варианте осуществления эндотермический материал в виде частиц равномерно распределен внутри противопожарного изоляционного продукта.

Однако в предпочтительном варианте осуществления продукт имеет первую и вторую лицевую секцию с расположенной между ними основной секцией, а эндотермический материал в виде частиц распределен таким образом, что в основной секции продукта из минерального волокна присутствует более высокая концентрация эндотермического материала, чем в лицевых секциях. Преимущество заключается в том, что эндотермический материал поглощает энергию и тем самым задерживает тепло от огня при растяжении с одной стороны на другую в продукте из минеральной ваты в соответствии с изобретением. За счет наличия материала в виде частиц главным образом в основной секции риск того, что он выпадает из продукта во время обработки, сводится к минимуму. Кроме того, преимуществом является то, что такой продукт обеспечивает одинаково хорошую противопожарную защиту с любой стороны.

В одном варианте осуществления изобретения эндотермический материал выбран из группы, состоящей из гипса, гидроксида магния, гидромагнезита, гидроксида алюминия и тригидроксида алюминия.

Во втором аспекте настоящего изобретения предложено применение противопожарного изоляционного продукта, содержащего волокна из минеральной ваты, уложенные суховоздушным формованием, и связующее вещество, причем указанное связующее вещество является результатом отверждения связующей композиции, содержащей по меньшей мере один гидроколлоид, и при этом указанный продукт содержит эндотермический материал в виде частиц.

Соответственно, продукт в соответствии с изобретением можно использовать для противопожарной защиты структуры, такой как строительная конструкция, в качестве вставки для противопожарной двери или для противопожарной защиты вентиляционного канала.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

Элемент из минеральной ваты

Элементы из минеральной ваты, как правило, содержат искусственные стекловидные волокна (MMVF), такие как, например, стеклянные волокна, керамические волокна, базальтовые волокна, шлаковая вата, минеральная вата и каменная вата, которые связаны друг с другом отвержденным связующим веществом для минеральной ваты, которое традиционно является термоотверждаемым полимерным связующим материалом. Для применения в качестве продуктов для термической и акустической изоляции обычно получают маты из скрепленных минеральных волокон превращением расплава, полученного из подходящих сырьевых материалов, в волокна традиционным способом, например с помощью прядильной чашки или каскадного роторного способа. Волокна выдувают в формующую камеру и в процессе воздушного переноса и в еще горячем состоянии опрыскивают раствором связующего вещества и случайным образом укладывают в форме мата или полотна на движущемся конвейере. Волоконное полотно затем перемещают в печь для отверждения, где горячий воздух продувается через полотно для отверждения связующего вещества и жесткого скрепления минеральных волокон друг с другом.

При необходимости полотно можно подвергать формованию перед отверждением. Скрепленный элемент из минеральных волокон можно нарезать в нужном формате, например, в виде холста. Таким образом, элементы из минеральной ваты имеют, например, форму тканого или нетканого материала, матов, холстов, плит, листов, пластин, полос, рулонов, гранул и других формованных изделий, которые можно применять, например, в качестве термоизоляционных или звукоизоляционных материалов, поглотителей вибрации, строительных материалов, фасадной изоляции, упрочняющих материалов для крыш и полов, в качестве фильтровальной массы, в виде среды для выращивания сельскохозяйственных культур и в других сферах применения. Известно, что элементы из минеральной ваты имеют отличные противопожарные свойства и, следовательно, часто используются для противопожарной защиты структур, таких как строительные конструкции, технические установки или вставки в противопожарные двери.

Связующее вещество для минеральной ваты

Связующее вещество настоящего изобретения является результатом отверждения связующей композиции, которая содержит по меньшей мере один гидроколлоид. В предпочтительном варианте осуществления связующая композиция также содержит по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина.

В предпочтительном варианте осуществления связующие вещества, используемые в настоящем изобретении, не содержат формальдегида.

Для целей настоящей заявки термин «не содержит формальдегида» используется, чтобы охарактеризовать продукт из минеральной ваты, в котором эмиссия формальдегида из продукта из минеральной ваты составляет менее 5 мкг/м²/ч, предпочтительно менее 3 мкг/м²/ч. Предпочтительно тест проводят в соответствии со стандартом ISO 16000 по тестированию эмиссии альдегидов.

Неожиданным преимуществом вариантов осуществления продуктов из минеральной ваты в соответствии с настоящим изобретением является то, что для них характерны свойства самовосстановления. После воздействия очень жестких условий, когда продукты из минеральной ваты теряют часть своей прочности, они могут восстанавливать, частично или полностью, или даже превосходить исходную прочность в соответствии с настоящим изобретением. В одном варианте осуществления прочность в состаренном состоянии составляет по меньшей мере 80%, например по меньшей мере 90%, например по меньшей мере 100%, например по меньшей мере 130%, например по меньшей мере 150% прочности в несостаренном состоянии. Это контрастирует с традиционными продуктами из минеральной ваты, для которых потеря прочности после воздействия жестких условий среды является необратимой. Без ограничений, накладываемых какой-либо конкретной теорией, авторы настоящего изобретения полагают, что это неожиданное свойство продуктов из минеральной ваты в соответствии с настоящим изобретением обусловлено сложным характером связей, формирующих сеть в отвержденной связующей композиции, например в белке, поперечносшитом содержащим фенол и/или хинон соединением, или поперечносшитом ферментом, также с содержанием четвертичных структур и водородных связей, что обеспечивает формирование связей в сети после возврата к нормальным условиям среды. Для изоляционного продукта, который, например, используется в качестве теплоизоляции и противопожарной защиты технических установок, которые иногда могут работать при высоких температурах, это является важным преимуществом для долгосрочной стабильности продукта.

Гидроколлоид

Гидроколлоиды представляют собой гидрофильные полимеры растительного, животного, микробного или искусственного происхождения, которые обычно содержат много гидроксильных групп и могут являться полиэлектролитами. Они широко применяются для контроля функциональных свойств пищевых продуктов на водной основе.

Гидроколлоиды могут представлять собой белки или полисахариды, полностью или частично растворимые в воде и используемые главным образом для повышения вязкости непрерывной фазы (водной фазы), т. е. в качестве желирующего агента или загустителя. Их также можно применять в качестве эмульгаторов, поскольку их стабилизирующее влияние на эмульсии обусловлено увеличением вязкости водной фазы.

Гидроколлоид обычно состоит из смесей сходных, но не идентичных молекул, и его можно получать из разных источников и с применением разных способов получения. На характерные для него физические свойства влияет термообработка и, например, такие факторы, как содержание солей, pH и температура. В описаниях гидроколлоидов часто представлены идеализированные структуры, но поскольку они являются натуральными продуктами (или их производными) со структурами, определяемыми, например, стохастическим действием ферментов, в точности не заложенным в генетическом коде, структура может отличаться от идеализированной структуры.

Многие гидроколлоиды представляют собой полиэлектролиты (например, альгинат, желатин, карбоксиметилцеллюлоза и ксантановая камедь).

Полиэлектролиты - это полимеры, в которых существенное количество повторяющихся звеньев несет электролитную группу. Полиэлектролитами являются поликатионы и полианионы. Эти группы диссоциируют в водных растворах (в воде), в результате чего полимеры становятся заряженными. По свойствам полиэлектролиты, таким образом, сходны как с электролитами (соли), так и полимерами (высокомолекулярные соединения), и иногда их называют полисолями.

Заряженные группы обеспечивают сильную гидратацию, особенно применительно к молекулам. Присутствие противоионов и коионов (ионов с тем же зарядом, что у полиэлектролита) вносит сложное поведение, которое является ионоспецифичным.

Часть противоионов остается плотно связанной с полиэлектролитом в результате захвата его электростатическим полем, таким образом, их активность и подвижность уменьшается.

В одном варианте осуществления связующая композиция содержит один или более противоионов, выбранных из группы, состоящей из Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+.

Другим свойством полиэлектролита является высокая линейная плотность заряда (количество заряженных групп на единицу длины).

По существу нейтральные гидроколлоиды являются менее растворимыми, тогда как полиэлектролиты являются более растворимыми.

Многие гидроколлоиды также образуют гели. Гели представляют собой содержащие жидкую воду сети, демонстрирующие поведение, сходное с поведением твердых веществ, с характеристической прочностью, зависящей от концентрации, и твердостью и хрупкостью, зависящими от структуры присутствующего (-их) гидроколлоида (-ов).

Гидрогели являются гидрофильными поперечносшитыми полимерами, которые способны набухать, поглощая и удерживая большие количества воды. Особенно известно их применение в средствах гигиены. Часто применяются такие материалы, как полиакрилаты, но гидрогели можно получить путем поперечного сшивания растворимых гидроколлоидов с получением нерастворимого, но эластичного и гидрофильного полимера.

К примерам гидроколлоидов относятся: агар-агар, альгинат, арабиноксилан, каррагинан, карбоксиметилцеллюлоза, целлюлоза, курдлан, желатин, геллан, β-глюкан, гуаровая камедь, гуммиарабик, камедь бобов рожкового дерева, пектин, крахмал, ксантановая камедь. В одном варианте осуществления по меньшей мере один гидроколлоид выбран из группы, состоящей из желатина, пектина, крахмала, альгината, агар-агара, каррагинана, геллановой камеди, гуаровой камеди, гуммиарабика, камеди бобов рожкового дерева, ксантановой камеди, производных целлюлозы, таких как карбоксиметилцеллюлоза, арабиноксилана, целлюлозы, курдлана, β-глюкана.

Примеры полиэлектролитных гидроколлоидов содержат: желатин, пектин, альгинат, каррагинан, гуммиарабик, ксантановую камедь, производные целлюлозы, такие как карбоксиметилцеллюлоза.

В одном варианте осуществления по меньшей мере один гидроколлоид представляет собой полиэлектролитный гидроколлоид.

В одном варианте осуществления по меньшей мере один гидроколлоид выбран из группы, состоящей из желатина, пектина, альгината, каррагинана, гуммиарабика, ксантановой камеди, производных целлюлозы, таких как карбоксиметилцеллюлоза.

В одном варианте осуществления по меньшей мере один гидроколлоид представляет собой гелеобразующий агент.

В одном варианте осуществления по меньшей мере один гидроколлоид используется в форме соли, например соли Na+, K+, NH4+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+.

Желатин

Желатин получают путем химического разложения коллагена. Желатин может также быть получен рекомбинантными методами. Желатин является водорастворимым и имеет молекулярную массу от 10,000 до 500,000 г/моль, например от 30,000 до 300,000 г/моль, в зависимости от степени гидролиза. Желатин является широко применяемым пищевым продуктом, и, следовательно, по существу общепринято, что это вещество совершенно не токсично, и поэтому при работе с желатином не требуются меры предосторожности.

Желатин является гетерогенной смесью одноцепочечных и многоцепочечных полипептидов, обычно демонстрирующих спиральные структуры. Как правило, тройная спираль коллагена типа I, полученного из кожи и костей, являющихся источником желатина, состоит из двух α1(I) и одной α2(I) цепей.

В растворах желатина могут происходить превращения типа клубок-спираль.

Желатины типа A получают при обработке кислотой. Желатины типа В получают при обработке основанием.

В желатин можно вводить химические поперечные связи. В одном варианте осуществления используют трансглутаминазу для связывания остатков лизина и глутамина; в одном варианте осуществления используют глутаральдегид для связывания лизина с лизином; в одном варианте осуществления используют танины для связывания лизиновых остатков.

Желатин можно также подвергать дополнительному гидролизу до более мелких фрагментов вплоть до 3000 г/моль.

При охлаждении раствора желатина могут формироваться коллагеноподобные спирали.

Другие гидроколлоиды также могут содержать спиральные структуры, такие как коллагеноподобные спирали. Желатин может образовывать спиральные структуры.

В одном варианте осуществления отвержденное связующее вещество содержит гидроколлоид, имеющий спиральные структуры.

В одном варианте осуществления по меньшей мере один гидроколлоид представляет собой низкопрочный желатин, например желатин с прочностью геля 30-125 по Блуму.

В одном варианте осуществления по меньшей мере один гидроколлоид представляет собой среднепрочный желатин, например желатин с прочностью геля 125-180 по Блуму.

В одном варианте осуществления по меньшей мере один гидроколлоид представляет собой высокопрочный желатин, например желатин с прочностью геля 180-300 по Блуму.

В предпочтительном варианте осуществления желатин предпочтительно происходит из одного или более источников из группы, состоящей из видов млекопитающих и птиц, таких как корова, свинья, лошадь, домашняя птица, и/или из чешуи, кожи рыб.

В одном варианте осуществления к связующим композициям, используемым в настоящем изобретении, может добавляться мочевина. Авторы изобретения обнаружили, что добавление даже небольших количеств мочевины приводит к денатурации желатина, а это может замедлять гелеобразование, что может быть желательным в некоторых вариантах осуществления. Добавление мочевины также может приводить к размягчению продукта.

Авторы изобретения обнаружили, что группы карбоновых кислот в желатинах эффективно взаимодействуют с трех- и четырехвалентными ионами, например с солями алюминия. Особенно это касается желатинов типа B, которые содержат больше групп карбоновых кислот, чем желатины типа A.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что в некоторых вариантах осуществления отверждение/сушку связующих композиций, используемых в настоящем изобретении, которые содержат желатин, не следует начинать при очень высоких температурах.

Авторы изобретения обнаружили, что запуск отверждения при низких температурах может приводить к получению более прочных продуктов. Без ограничений, накладываемых какой-либо конкретной теорией, авторы изобретения предполагают, что запуск отверждения при высоких температурах может приводить к образованию непроницаемой внешней оболочки из связующей композиции, которая затрудняет высвобождение воды под ней.

Неожиданно было обнаружено, что связующие вещества, используемые в настоящем изобретении, содержащие желатины, имеют очень высокую термостойкость. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что в некоторых вариантах осуществления затвердевшие связующие вещества могут выдерживать температуры вплоть до 300°C без разложения.

Пектин

Пектин представляет собой гетерогенную группу кислотных структурных полисахаридов, содержащихся в фруктах и овощах, образующих стабильные в кислых условиях гели.

По существу пектины не обладают точной структурой, и они могут содержать до 17 разных моносахаридов и более 20 разных типов связей.

Большую часть молекул образуют остатки D-галактуроновой кислоты.

Прочность геля увеличивается при повышении концентрации Ca2+, но уменьшается с увеличением температуры и кислотности (pH < 3).

Пектин может образовывать спиральные структуры.

Гелеобразующая способность двухвалентных катионов аналогична таковой у альгинатов (для Mg2+ намного меньше, чем для Ca2+, для Sr2+ меньше, чем для Ba2+).

Альгинат

Альгинаты представляют собой каркасные полисахариды, образуемые бурыми морскими водорослями.

Альгинаты представляют собой линейные неразветвленные полимеры, содержащие связанные β-(1,4)-связями остатки D-маннуроновой кислоты (M) и связанные α-(1,4)-связями остатки L-гулуроновой кислоты (G). Альгинат также может представлять собой бактериальный альгинат, такой как бактериальный альгинат, который дополнительно является O-ацетилированным. Альгинаты не являются случайными сополимерами, но, в зависимости от водоросли-источника, состоят из блоков сходных и строгим образом чередующихся остатков (т. е. MMMMMM, GGGGGG и GMGMGMGM), каждый из которых имеет свои конформационные предпочтения и поведение. Можно получать альгинаты с широким диапазоном средней молекулярной массы (50-100 000 остатков). Свободные карбоновые кислоты содержат молекулу воды H3O+, прочно связанную водородной связью с карбоксилатом. Ионы Ca2+ могут заместить эту водородную связь, стехиометрически соединяя между собой цепи гулуроната, но не маннуроната, в так называемую ячеечную конформацию. Для получения специализированных альгинатов можно использовать рекомбинантные эпимеразы с разными специфичностями.

Альгинат может образовывать спиральные структуры.

Каррагинан

Каррагинан - это общий термин для каркасных полисахаридов, полученных путем экстракции щелочью (и модификации) из красных морских водорослей.

Каррагинаны являются линейными полимерами, содержащими около 25 000 производных галактозы с регулярными, но не точно определенными структурами, зависящими от источника и условий экстракции.

κ-каррагинан (каппа-каррагинан) получают путем щелочного элиминирования из μ-каррагинана, выделяемого главным образом из тропической морской водоросли Kappaphycus alvarezii (также имеющей название Eucheuma cottonii).

ι-каррагинан (йота-каррагинан) получают путем щелочного элиминирования из ν-каррагинана, выделяемого главным образом из филиппинской морской водоросли Eucheuma denticulatum (также именуемой Spinosum).

λ-каррагинан (лямбда-каррагинан) (выделяемый главным образом из Gigartina pistillata или Chondrus crispus) превращают в θ-каррагинан (тета-каррагинан) путем щелочного элиминирования, но при гораздо меньшей скорости, чем скорость, которая приводит к получению ι-каррагинана и κ-каррагинана.

Самые прочные гели κ-каррагинана формируют с использованием K+, а не Li+, Na+, Mg2+, Ca2+ или Sr2+.

Все каррагинаны могут образовывать спиральные структуры.

Гуммиарабик

Гуммиарабик - это сложная и вариабельная смесь арабиногалактановых олигосахаридов, полисахаридов и гликопротеинов. Гуммиарабик состоит из смеси полисахарида с низкой относительной молекулярной массой и более высокомолекулярного гликопротеина, богатого гидроксипролином, при широкой вариабельности.

В гуммиарабике одновременно присутствует гидрофильный карбонат и гидрофобный белок.

Ксантановая камедь

Ксантановая камедь - это устойчивый к обезвоживанию микробный полимер, полученный, например, путем аэробной погруженной ферментации из Xanthomonas campestris.

Ксантановая камедь представляет собой анионный полиэлектролит с каркасом из β-(1,4)-D-глюкопиранозоглюкана (в качестве целлюлозы) с боковыми цепями -(3,1)-α-связанной D-маннопиранозо-(2,1)-β-D-глюкуроновой кислоты-(4,1)-β-D-маннопиранозы на чередующихся остатках.

Предполагается, что естественным состоянием ксантановых камедей являются бимолекулярные антипараллельные двойные спирали. Переход между упорядоченной двойной спиральной конформацией и одиночной более гибкой вытянутой цепью может происходить при температуре в диапазоне 40-80°C. Ксантановые камеди могут образовывать спиральные структуры.

Ксантановые камеди могут содержать целлюлозу.

Производные целлюлозы

Примером производного целлюлозы является карбоксиметилцеллюлоза.

Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) - это химически модифицированное производное целлюлозы, образующееся путем реакции целлюлозы с щелочами и хлоруксусной кислотой.

Структура КМЦ основана на β-(1,4)-D-глюкопиранозном полимере целлюлозы. Разные варианты могут иметь разные степени замещения, но, как правило, они находятся в диапазоне 0,6-0,95 производных на мономерную единицу.

Агар-агар

Агар-агар - это каркасный полисахарид, получаемый из того же семейства красных морских водорослей (Rhodophycae), что и каррагинаны. В коммерческих целях его получают из видов Gelidium и Gracilariae.

Агар-агар состоит из смеси агарозы и агаропектина. Агароза - это линейный полимер с относительной молекулярной массой (молекулярным весом) около 120 000, основанный на звене -(1,3)-β-D-галактопиранозы-(1,4)-3,6-ангидро-α-L-галактопиранозы.

Агаропектин - это гетерогенная смесь молекул меньшего размера, присутствующих в меньших количествах.

Агар-агар может образовывать спиральные структуры.

Арабиноксилан

В природе арабиноксиланы встречаются в отрубях злаковых растений (Graminiae).

Арабиноксиланы состоят из остатков α-L-арабинофуранозы, присоединенных в качестве точек ветвления к β-(1,4)-связанным D-ксилопиранозным полимерным каркасным цепям.

Арабиноксилан может образовывать спиральные структуры.

Целлюлоза

Целлюлоза - это каркасный полисахарид, встречающийся в растениях в виде микроволокон (диаметром 2-20 нм и длиной 100-40 000 нм). Целлюлозу обычно получают из древесной массы. Целлюлоза также производится в сильно гидратированной форме некоторыми бактериями (например, Acetobacter xylinum).

Целлюлоза представляет собой линейный полимер из звеньев β-(1,4)-D-глюкопиранозы в конформации 4C1. Существуют четыре кристаллических формы, Iα, Iβ, II и III.

Производными целлюлозы могут быть метилцеллюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза, гидроксиэтилметилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза.

Курдлан

Курдлан - это полимер, получаемый в коммерческих целях из мутантного штамма Alcaligenes faecalis var. myxogenes. Курдлан (курдлановая камедь) представляет собой неразветвленный линейный 1,3 β-D глюкан без боковых цепей со средней относительной молекулярной массой.

Курдлан может образовывать спиральные структуры.

Курдлановая камедь является нерастворимой в холодной воде, но водные суспензии пластифицируются и на какое-то время растворяются с образованием обратимых гелей при нагревании до температуры около 55°C. Нагревание при более высоких температурах обеспечивает более упругие необратимые гели, сохраняющие свою структуру при охлаждении.

Склероглюкан также представляет собой 1,3 β-D глюкан, но имеет дополнительные 1,6 β-связи, которые придают ему растворимость в условиях окружающей среды.

Геллан

Геллановая камедь представляет собой линейный тетрасахарид 4)-L-рамнопиранозил-(α-1,3)-D-глюкопиранозил-(β-1,4)-D-глюкуронопиразил-(β-1,4)-D-глюкопиранозил-(β-1) с заместителями в виде O(2) L-глицерила и O(6) ацетила на 3-связанной глюкозе.

Геллан может образовывать спиральные структуры.

β-Глюкан

β-Глюканы встречаются в отрубях злаковых растений (Gramineae).

β-Глюканы состоят из линейных неразветвленных полисахаридов из связанных β-(1,3)- и β-(1,4)-D-глюкопиранозных звеньев, расположенных неповторяющимся, но и не случайным образом.

Гуаровая камедь

Гуаровая камедь (также именуемая гуараном) представляет собой запасаемый полисахарид (зерновая мука), получаемый из семян бобового кустарника Cyamopsis tetragonoloba.

Гуаровая камедь - это галактоманнан, сходный с камедью бобов рожкового дерева, состоящий из (1,4)-связанного β-D-маннопиранозного каркаса, связанного в точках ветвления в 6-положениях с α-D-галактозой (т. е. 1,6-связанной α-D-галактопиранозой).

Гуаровая камедь состоит из неионного полидисперсного палочкообразного полимера.

В отличие от камеди бобов рожкового дерева она не образует гелей.

Камедь бобов рожкового дерева

Камедь бобов рожкового дерева (также именуемая камедью сладких стручков и карубином) представляет собой запасаемый полисахарид (зерновая мука), полученный из семян (косточек) рожкового дерева (Ceratonia siliqua).

Камедь бобов рожкового дерева - это галактоманнан, сходный с гуаровой камедью, состоящий из (1,4)-связанного β-D-маннопиранозного каркаса, связанного в точках ветвления в 6-положениях с α-D-галактозой (т. е. 1,6-связанной α-D-галактопиранозой).

Камедь бобов рожкового дерева - это полидисперсное вещество, состоящее из неионных молекул.

Крахмал

Крахмал состоит из двух типов молекул, амилозы (обычно 20-30%) и амилопектина (обычно 70-80%). Оба типа состоят из полимеров, образованных звеньями α-D-глюкозы в конформации 4C1. В амилозе они имеют связи -(1,4)- с кислородными атомами кольца, все из которых расположены с одной стороны, тогда как в амилопектине около одного остатка из каждых двадцати также имеют связи -(1,6)- с образованием точек ветвления. Относительные пропорции амилозы и амилопектина, а также точек ветвления -(1,6)- зависят от источника крахмала. Крахмал можно получать из кукурузы, пшеницы, картофеля, тапиоки и риса. Амилопектин (без амилозы) можно выделить из крахмала «восковой кукурузы», тогда как амилозу (без амилопектина) лучше всего выделять после специфического гидролиза амилопектина пуллуланазой.

Амилоза может образовывать спиральные структуры.

В одном варианте осуществления по меньшей мере один гидроколлоид является функциональным производным крахмала, например поперечносшитого, окисленного, ацетилированного, гидроксипропилированного и частично гидролизованного крахмала.

В предпочтительном варианте осуществления связующая композиция содержит по меньшей мере два гидроколлоида, причем один гидроколлоид представляет собой желатин, а по меньшей мере один другой гидроколлоид выбран из группы, состоящей из пектина, крахмала, альгината, агар-агара, каррагинана, геллановой камеди, гуаровой камеди, гуммиарабика, камеди бобов рожкового дерева, ксантановой камеди, производных целлюлозы, таких как карбоксиметилцеллюлоза, арабиноксилана, целлюлозы, курдлана, β-глюкана.

В одном варианте осуществления связующая композиция содержит по меньшей мере два гидроколлоида, причем один гидроколлоид представляет собой желатин, а по меньшей мере другой гидроколлоид представляет собой пектин.

В одном варианте осуществления связующая композиция содержит по меньшей мере два гидроколлоида, причем один гидроколлоид представляет собой желатин, а по меньшей мере другой гидроколлоид представляет собой альгинат.

В одном варианте осуществления связующая композиция содержит по меньшей мере два гидроколлоида, причем один гидроколлоид представляет собой желатин, а по меньшей мере другой гидроколлоид представляет собой карбоксиметилцеллюлозу.

В предпочтительном варианте осуществления связующая композиция, используемая в настоящем изобретении, содержит по меньшей мере два гидроколлоида, причем один гидроколлоид представляет собой желатин, и при этом желатин присутствует в водной связующей композиции в количестве 10-95 мас.%, например 20-80 мас.%, например 30-70 мас.%, например 40-60 мас.%, от массы гидроколлоидов.

В одном варианте осуществления связующая композиция содержит по меньшей мере два гидроколлоида, причем один гидроколлоид и по меньшей мере другой гидроколлоид имеют комплементарные заряды.

В одном варианте осуществления один гидроколлоид представляет собой один или более из желатина или гуммиарабика, имеющих комплементарные заряды, из одного или более гидроколлоидов, выбранных из группы, состоящей из пектина, альгината, каррагинана, ксантановой камеди или карбоксиметилцеллюлозы.

В одном варианте осуществления связующая композиция может отверждаться при температуре не более 95°C, например 5-95°C, например 10-80°C, например 20-60°C, например 40-50°C.

В одном варианте осуществления водная связующая композиция, используемая в настоящем изобретении, не является термоотверждаемым связующим веществом.

Термоотверждаемая композиция находится в состоянии мягкого твердого вещества или вязкой жидкости, предпочтительно содержит преполимер, причем предпочтительно содержит смолу, которая при отверждении необратимо превращается в неплавкую нерастворимую полимерную сеть. Отверждение, как правило, индуцируют тепловым воздействием, причем обычно требуются температуры более 95°C.

Отвержденная термоотверждающаяся смола называется термоотверждаемым или термоотверждающимся пластиком/полимером, а при использовании в качестве основы в полимерном композите обычно называется термоотверждаемым полимерным матриксом. В одном варианте осуществления водная связующая композиция, используемая в настоящем изобретении, не содержит поли(мет)акриловой кислоты, соли поли(мет)акриловой кислоты или сложного эфира поли(мет)акриловой кислоты.

В одном варианте осуществления по меньшей мере один гидроколлоид представляет собой биополимер или модифицированный биополимер.

Биополимеры представляют собой полимеры, образуемые живыми организмами. Биополимеры могут содержать мономерные звенья, ковалентно связанные с образованием более крупных структур.

Существует три основных класса биополимеров, классифицированных по использованным мономерным звеньям и структуре сформированного биополимера: полинуклеотиды (РНК и ДНК), которые являются длинными полимерами, состоящими из 13 или более нуклеотидных мономеров; полипептиды, например белки, которые являются полимерами аминокислот; полисахариды, например линейно связанные полимерные углеводные структуры.

Полисахариды могут быть линейными или разветвленными; обычно они соединяются гликозидными связями. Кроме того, многие сахаридные звенья могут подвергаться различным химическим модификациям и могут образовывать части других молекул, например гликопротеинов.

В одном варианте осуществления по меньшей мере один гидроколлоид представляет собой биополимер или модифицированный биополимер с коэффициентом полидисперсности в отношении распределения молекулярных масс, равным 1, например 0,9-1.

В одном варианте осуществления связующая композиция содержит белки животного происхождения, включая коллаген, желатин и гидролизованный желатин, и связующая композиция дополнительно содержит по меньшей мере одно фенол- и/или хинонсодержащее соединение, например танин, выбранный из одного или более компонентов группы, состоящей из дубильной кислоты, конденсированных танинов (проантоцианидинов), гидролизуемых танинов, галлотанинов, эллагитанинов, сложных танинов и/или танина, полученного из одного или более из дуба, каштана, сумаха оленерогого и теллимы крупноцветковой.

В одном варианте осуществления связующая композиция содержит белки животного происхождения, включая коллаген, желатин и гидролизованный желатин, и при этом связующая композиция дополнительно содержит по меньшей мере один фермент, выбранный из группы, состоящей из трансглутаминазы (EC 2.3.2.13), протеиндисульфидизомеразы (EC 5.3.4.1), тиолоксидазы (EC 1.8.3.2), полифенолоксидазы (EC 1.14.18.1), в частности катехолоксидазы, тирозиноксидазы и фенолоксидазы, лизилоксидазы (EC 1.4.3.13) и пероксидазы (EC 1.11.1.7).

Сложный эфир жирных кислот глицерина

В предпочтительном варианте осуществления связующая композиция также содержит компонент в форме по меньшей мере одного сложного эфира жирных кислот глицерина.

Жирная кислота представляет собой карбоновую кислоту с алифатической цепью, которая является либо насыщенной, либо ненасыщенной.

Глицерин представляет собой полиольное соединение, имеющее название в номенклатуре ИЮПАК пропан-1,2,3-триол.

Жиры и масла природного происхождения представляют собой сложные эфиры глицерина с жирными кислотами (также называемые триглицеридами).

Для целей настоящего изобретения термин «сложный эфир жирных кислот глицерина» относится к сложным моно-, ди- и триэфирам глицерина с жирными кислотами.

Хотя в контексте настоящего изобретения термин «жирная кислота» может представлять собой любую карбоновую кислоту с алифатической цепью, предпочтительно, чтобы она представляла собой карбоновую кислоту с алифатической цепью, имеющей от 4 до 28 атомов углерода, предпочтительно четное число атомов углерода. Алифатическая цепь жирной кислоты предпочтительно неразветвлена.

В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина имеет форму растительного масла и/или животного масла. В контексте настоящего изобретения термин «масло» содержит по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина в форме масел или жиров.

В одном предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина представляет собой растительное масло.

В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина представляет собой жиры из мякоти плодов, например, пальмовое масло, оливковое масло, масло авокадо; жиры из ядер семян, такие как масла лауриновой кислоты, такие как кокосовое масло, пальмоядровое масло, масло бабассу и другие масла из пальмовых орехов, другие источники масел лауриновой кислоты; масла пальмитиновой-стеариновой кислоты, такие как масло какао, масло ши, талловый жир и родственные жиры (растительные масла); масла пальмитиновой кислоты, такие как хлопковое масло, масло дерева капок и родственные масла, масло семени тыквы, кукурузное масло, масла злаковых; масла олеиновой-линолевой кислоты, такие как подсолнечное масло, кунжутное масло, льняное масло, перилловое масло, конопляное масло, чайное масло, сафлоровое масло и масло масличного нута, масло виноградных косточек, маковое масло, масло бобовых, такое как соевое масло, арахисовое масло, люпиновое масло; масла крестоцветных, такие как рапсовое масло, горчичное масло; масла конъюгированных кислот, такие как тунговое масло и родственные масла, ойтиковое масло и родственные масла; масла замещенных жирных кислот, такие как касторовое масло, хаульмугровое, гидрокарпусовое масло и масло горли, вернониевое масло; животные жиры, такие как жир наземных животных, например, свиное сало, говяжье сало, баранье сало, лошадиное сало, гусиный жир, куриный жир; жир морских животных, например, китовый жир или рыбий жир.

В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина имеет форму растительного масла, в частности выбранного из одного или более компонентов группы, состоящей из льняного масла, оливкового масла, тунгового масла, кокосового масла, конопляного масла, рапсового масла и подсолнечного масла.

В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина выбран из одного или более компонентов группы, состоящей из растительного масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 136 до 178, например льняного масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 136 до 178, растительного масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 80 до 88, например оливкового масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 80 до 88, растительного масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 163 до 173, например тунгового масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 163 до 173, растительного масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 7 до 10, например кокосового масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 7 до 10, растительного масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 140 до 170, например конопляного масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 140 до 170, растительного масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 94 до 120, например рапсового масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 94 до 120, растительного масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 118 до 144, например подсолнечного масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 118 до 144.

В одном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина не имеет природного происхождения.

В одном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина представляет собой модифицированное растительное или животное масло.

В одном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина содержит по меньшей мере одну трансжирную кислоту.

В альтернативном предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина имеет форму животного жира, такого как рыбий жир.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что важным параметром сложного эфира жирных кислот глицерина, применяемого в связующих веществах в настоящем изобретении, является степень ненасыщенности жирных кислот. Степень ненасыщенности жирных кислот обычно измеряют йодным числом (также называемым йодным значением, или величиной абсорбции йода, или йодным индексом). Чем выше йодное число, тем больше связей C = C присутствует в жирной кислоте. Для определения йодного числа как меры ненасыщенности жирных кислот дается ссылка на публикацию Thomas, Alfred (2002), Fats and fatty oils, Ullmann's Encyclopedia of industrial chemistry, Weinheim, Wiley-VCH.

В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина содержит растительное масло и/или животное масло с йодным числом ≥ 75, например от 75 до 180, например ≥ 130, например от 130 до 180.

В альтернативном предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина содержит растительное масло и/или животное масло с йодным числом ≤ 100, например ≤ 25.

В одном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина представляет собой высыхающее масло. Определение высыхающего масла приведено в публикации Poth, Ulrich (2012), Drying oils and related products, Ullmann's Encyclopedia of industrial chemistry, Weinheim, Wiley-VCH.

Соответственно, авторы настоящего изобретения обнаружили, что особенно хороших результатов достигают, когда йодное число находится либо в достаточно высоком диапазоне, либо в альтернативном варианте осуществления в достаточно низком диапазоне. Не желая ограничиваться какой-либо конкретной теорией, авторы настоящего изобретения предполагают, что преимущественные свойства, придаваемые сложными эфирами жирных кислот с высоким йодным числом с одной стороны, и низким йодным числом с другой стороны, основаны на различных механизмах. Авторы настоящего изобретения предполагают, что преимущественные свойства сложных глицериновых эфиров жирных кислот, имеющих высокое йодное число, могут быть связаны с участием двойных связей C = C, обнаруживаемых в высоких количествах в таких жирных кислотах, в реакции поперечной сшивки, тогда как сложные эфиры глицерина и жирных кислот с низким йодным числом и без большого количества двойных связей C = C могут обеспечивать стабилизацию отвержденного связующего вещества посредством взаимодействий Ван-дер-Ваальса.

В предпочтительном варианте осуществления содержание сложного эфира жирных кислот глицерина составляет от 0,5 до 40, например от 1 до 30, например от 1,5 до 20, например от 3 до 10, например от 4 до 7,5 мас.%, в пересчете на сухой гидроколлоид.

В одном варианте осуществления связующая композиция содержит желатин и связующая композиция дополнительно содержит танин, выбранный из одного или более компонентов группы, состоящей из дубильной кислоты, конденсированных танинов (проантроцианидинов), гидролизуемых танинов, галлотанинов, эллагитанинов, сложных танинов и/или танина, производного от одного или более из дуба, каштана, сумаха оленерогого и теллимы крупноцветковой, предпочтительно дубильной кислоты, и связующая композиция дополнительно содержит по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина, например по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина, выбранный из одного или более компонентов группы, состоящей из льняного масла, оливкового масла, тунгового масла, кокосового масла, конопляного масла, рапсового масла и подсолнечного масла.

В одном варианте осуществления связующая композиция содержит желатин и связующая композиция дополнительно содержит по меньшей мере один фермент, представляющий собой трансглутаминазу (EC 2.3.2.13), и связующая композиция дополнительно содержит по меньшей мере один эфир глицерина и жирных кислот, такой как по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина, выбранный из одного или более компонентов группы, состоящей из льняного масла, оливкового масла, тунгового масла, кокосового масла, конопляного масла, рапсового масла и подсолнечного масла.

В одном варианте осуществления водная связующая композиция не содержит формальдегида.

В одном варианте осуществления связующая композиция состоит по существу из:

по меньшей мере одного гидроколлоида;

по меньшей мере одного сложного эфира жирных кислот глицерина;

необязательно по меньшей мере одного регулятора pH;

необязательно по меньшей мере одного поперечносшивающего агента;

необязательно по меньшей мере одного средства против зарастания;

необязательно по меньшей мере одного средства против набухания;

воды.

В одном варианте осуществления к связующей композиции можно добавлять масло.

В одном варианте осуществления по меньшей мере одно масло представляет собой неэмульгированное углеводородное масло.

В одном варианте осуществления по меньшей мере одно масло представляет собой эмульгированное углеводородное масло.

В одном варианте осуществления по меньшей мере одно масло представляет собой растительное масло.

В одном варианте осуществления по меньшей мере один поперечносшивающий агент представляет собой танин, выбранный из одного или более компонентов группы, состоящей из дубильной кислоты, конденсированных танинов (проантоцианидинов), гидролизуемых танинов, галлотанинов, эллагитанинов, сложных танинов и/или танина, полученного из одного или более из дуба, каштана, сумаха оленерогого и теллимы крупноцветковой.

В одном варианте осуществления по меньшей мере один поперечносшивающий агент представляет собой фермент, выбранный из группы, состоящей из трансглутаминазы (EC 2.3.2.13), протеиндисульфидизомеразы (EC 5.3.4.1), тиолоксидазы (EC 1.8.3.2), полифенолоксидазы (EC 1.14.18.1), в частности катехолоксидазы, тирозиноксидазы и фенолоксидазы, лизилоксидазы (EC 1.4.3.13) и пероксидазы (EC 1.11.1.7).

В одном варианте осуществления по меньшей мере одно средство против набухания представляет собой дубильную кислоту и/или танины.

В одном варианте осуществления по меньшей мере одно средство против зарастания представляет собой противомикробный агент.

Противомикробными агентами могут быть бензойная кислота, пропионовая кислота, бензоат натрия, сорбиновая кислота и сорбат калия, ингибирующие рост как бактериальных, так и грибковых клеток. Однако можно использовать натуральные биоконсерванты. В качестве противогрибкового и противобактериального средства рассматривается хитозан. Чаще всего используемые биоконсерванты с противомикробным действием представляют собой лизоцим и низин. К другим распространенным и пригодным для использования биоконсервантам относятся бактериоцины, такие как лактицин, педиоцин, и противомикробные ферменты, такие как хитиназа и глюкозооксидаза. Противогрибковым и противобактериальным действием также обладает фермент лактопероксидаза (LPS). Можно также использовать натуральные противомикробные агенты, такие как танины, эфирные масла розмарина и чеснока, масло орегано, лимонного сорго или коричное масло в различных концентрациях.

Продукт из минерального волокна

В противопожарном изоляционном продукте в соответствии с настоящим изобретением минеральные волокна связаны связующим веществом, как описано выше.

В одном варианте осуществления потери при прокаливании (LOI) продукта из минеральной ваты в соответствии с настоящим изобретением находятся в диапазоне 0,1-25,0%, например 0,3-18,0%, например 0,5-12,0%, например 0,7-8,0 мас.%.

В одном варианте осуществления связующее вещество не является поперечносшитым.

В альтернативном варианте осуществления связующее вещество является поперечносшитым.

Реакция компонентов связующего вещества

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что в некоторых вариантах осуществления продукт из минеральной ваты в соответствии с настоящим изобретением лучше всего получать, если связующее вещество наносят на минеральные волокна в кислых условиях. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления связующее вещество, нанесенное на минеральные волокна, содержит регулятор pH, в частности, в форме pH-буфера.

В предпочтительном варианте осуществления связующее вещество в неотвержденном состоянии имеет pH менее 8, например менее 7, например менее 6.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что в некоторых вариантах осуществления отверждение связующего вещества сильно ускоряется в щелочных условиях. Следовательно, в одном варианте осуществления связующая композиция для минеральных волокон содержит регулятор pH, предпочтительно в форме основания, например органического основания, например амина или его соли, неорганических оснований, например гидроксида металла, например KOH или NaOH, аммиака или его соли.

В особенно предпочтительном варианте осуществления регулятор pH представляет собой гидроксид щелочного металла, в частности NaOH.

В предпочтительном варианте осуществления связующая композиция, используемая в настоящем изобретении, имеет значение pH 7-10, например 7,5-9,5, например 8-9.

Компонентами могут быть другие добавки, например один или более реактивных или нереактивных силиконов, которые можно добавлять в связующее вещество. Предпочтительно один или более реактивных или нереактивных силиконов выбраны из группы, состоящей из силикона, состоящего из главной цепи, которая содержит органосилоксановые остатки, особенно дифенилсилоксановые остатки, алкилсилоксановые остатки, предпочтительно диметилсилоксановые остатки, несущие по меньшей мере одну гидроксильную, ацильную, карбоксильную или ангидридную, аминную, эпоксидную или виниловую функциональную группу, способную вступать в реакцию с по меньшей мере одним из компонентов связующей композиции, предпочтительно присутствующие в количестве 0,1-15 мас.%, предпочтительно 0,1-10 мас.%, более предпочтительно 0,3-8 мас.%, от общей массы связующего вещества.

В одном варианте осуществления к связующему веществу можно добавлять средство против зарастания.

В одном варианте осуществления по меньшей мере одно средство против зарастания представляет собой танин, в частности танин, выбранный из одного или более компонентов группы, состоящей из дубильной кислоты, конденсированных танинов (проантоцианидинов), гидролизуемых танинов, галлотанинов, эллагитанинов, сложных танинов и/или танина, полученного из одного или более из дуба, каштан, сумаха оленерогого и теллимы крупноцветковой.

В одном варианте осуществления к связующему веществу можно добавлять средство против набухания, например дубильную кислоту и/или танины.

Дополнительными добавками могут быть добавки, содержащие ионы кальция и антиоксиданты.

В одном варианте осуществления связующая композиция, используемая в настоящем изобретении, содержит добавки в виде сшивающих агентов, содержащих ацильные группы, и/или аминогруппы, и/или тиоловые группы. Эти сшивающие агенты могут упрочнять и/или модифицировать полимерную сеть отвержденного связующего вещества.

В одном варианте осуществления связующие композиции, используемые в настоящем изобретении, содержат дополнительные добавки в форме добавок, выбранных из группы, состоящей из реагентов, подобных ПЭГ, силанов или гидроксилапатитов.

Свойства продукта из минеральной ваты

В предпочтительном варианте осуществления плотность противопожарного продукта из минеральной ваты находится в диапазоне 10-1200 кг/м³, например 30-800 кг/м³, например 40-600 кг/м³, например 50-250 кг/м³, например 60-200 кг/м³.

Формирующий волокна аппарат

Существуют разные типы центрифужных прядильных машин для формования волокон из минеральных расплавов.

Традиционный центрифужный прядильный аппарат представляет собой каскадный прядильный аппарат, который включает последовательно расположенные верхний (или первый) ротор и следующий (или второй) ротор и необязательно другие последующие роторы (например, третий и четвертый роторы). Каждый ротор вращается вокруг разной по существу горизонтальной оси, и направление вращения противоположно направлению вращения каждого соседнего ротора в последовательности. Эти разные горизонтальные оси расположены таким образом, что расплав, который льется на верхний ротор, последовательно вращается на периферической поверхности каждого следующего ротора, и волокна сбрасываются с каждого последующего ротора и необязательно также и с верхнего ротора.

В одном варианте осуществления каскадный прядильный аппарат или другой прядильный аппарат расположен так, чтобы волокна формировались из расплава и увлекались воздухом в виде облака волокон.

Многие формирующие волокна аппараты содержат диск или чашку, вращающиеся вокруг по существу вертикальной оси. Традиционным является расположение нескольких таких прядильных устройств в линии, т. е. по существу в первом направлении, например, как описано в публикациях GB-A-926,749, US-A-3,824,086 и WO-A-83/03092.

Обычно используется поток воздуха, связанный с одним или каждым из формирующих волокна роторов, и по мере формирования волокна увлекаются этим потоком воздуха с поверхности ротора.

В одном варианте осуществления связующее вещество и/или добавки добавляют к облаку волокон известными способами. Количество связующего вещества и/или добавки может быть одинаковым для всех прядильных устройств или может быть различным.

В одном варианте осуществления в облако волокон можно добавить углеводородное масло.

При использовании в настоящем документе термин «собранное полотно» должен включать все минеральные волокна, собранные вместе на поверхности, т. е. более не увлекаемые воздухом, например, образованные минеральные волокна, гранулы, пучки или переработанные отходы полотна. Собранное волокно может представлять собой первичное полотно, сформированное путем сбора волокон на конвейерной ленте и обеспеченное в качестве исходного материала без раскладки прочеса или иной консолидации.

Альтернативно собранное полотно может представлять собой вторичное полотно, сформированное путем раскладки прочеса или иной консолидации первичного полотна. Предпочтительно собранное полотно представляет собой первичное полотно.

Эндотермический материал в виде частиц можно добавлять к собранному полотну на любой подходящей стадии производства.

В одном варианте осуществления смешивание связующего вещества с минеральными волокнами производят после обеспечения собранного полотна, используя следующие стадии:

воздействие на собранное полотно из минеральных волокон с помощью процесса распутывания,

подвешивание минеральных волокон в первичном потоке воздуха,

смешивание связующей композиции с минеральными волокнами до, в течение или после процесса распутывания с получением смеси минеральных волокон и связующего вещества.

Способ получения продукта из минеральной ваты, включающий технологическую стадию распутывания, описан в публикации EP10190521.

В одном варианте осуществления процесс распутывания включает подачу собранного полотна из минеральных волокон из канала с относительно низкой скоростью потока воздуха в канал с относительно более высокой скоростью потока воздуха. Считается, что в данном варианте осуществления происходит распутывание, поскольку волокна, которые сначала входят в канал с относительно более высокой скоростью потока воздуха, оттягиваются от последующих волокон полотна. Такой тип распутывания особенно эффективен для получения открытых пучков волокон вместо плотных комков, которые могут приводить к неравномерному распределению материала в продукте.

В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления процесс распутывания включает подачу собранного полотна по меньшей мере к одному валику, вращающемуся вдоль своей продольной оси и имеющему шипы, выступающие из его периферической поверхности. В этом варианте осуществления вращающийся валик также обычно вносит по меньшей мере частичный вклад в относительно более высокую скорость воздушного потока. Часто вращение валика является единственным источником относительно более высокой скорости потока воздуха.

В предпочтительных вариантах осуществления минеральные волокна и необязательно связующее вещество подаются к валику сверху. Кроме того, предпочтительно, чтобы распутанные минеральные волокна и необязательно связующее вещество сбрасывались с валика в латеральном направлении от нижней части его окружности. В наиболее предпочтительном варианте осуществления минеральные волокна совершают на валике оборот приблизительно 180 градусов, прежде чем они сбрасываются.

Связующее вещество может смешиваться с минеральными волокнами до, в течение или после процесса распутывания. В некоторых вариантах осуществления связующее вещество предпочтительно смешивать с волокнами до процесса распутывания. В частности, волокна могут иметь форму неотвержденного собранного полотна, содержащего связующее вещество.

Кроме того, допустимым является предварительное смешивание связующего вещества с собранным полотном из минеральных волокон до процесса распутывания. Дополнительное смешивание можно проводить в процессе распутывания и после него. В альтернативном варианте осуществления связующее вещество может подаваться в первичный поток воздуха отдельно и смешиваться в первичном потоке воздуха.

Смесь минеральных волокон и связующего вещества собирают из первичного потока воздуха любым подходящим способом. В одном варианте осуществления первичный поток воздуха направляют в верхнюю часть циклонной камеры, которая открыта с нижнего конца, и смесь собирают из нижнего конца циклонной камеры.

Смесь минеральных волокон и связующего вещества предпочтительно выводят из процесса распутывания в формующую камеру.

После применения процесса распутывания смесь минеральных волокон и связующего вещества собирают, прессуют и отверждают. Предпочтительно смесь собирают на перфорированной конвейерной ленте, под которой расположен механизм отсоса.

В предпочтительном способе в соответствии с изобретением смесь связующего вещества и минеральных волокон после сбора прессуют и отверждают.

В предпочтительном способе в соответствии с изобретением смесь связующего вещества и минеральных волокон после сбора отделяют от подложки, а затем прессуют и отверждают.

Способ можно осуществлять в виде периодического процесса, однако в соответствии с одним вариантом осуществления способ выполняется на линии производства продукта из минеральной ваты с подачей первичного или вторичного полотна из минеральной ваты в процесс разделения волокон, что обеспечивает особенно экономичный и универсальный способ получения композитных материалов, обладающих благоприятными механическими свойствами и термоизоляционными свойствами в широком диапазоне значений плотности.

В то же время, учитывая, что отверждение проходит при температуре окружающей среды, вероятность появления пятен неотвержденного связующего вещества существенно снижается.

Эндотермический материал в виде частиц может быть добавлен в полотно на любой подходящей стадии производства.

Отверждение

Полотно отверждают путем химической и/или физической реакции компонентов связующего вещества.

В одном варианте осуществления отверждение происходит в отверждающем устройстве.

В одном варианте осуществления отверждение проводят при температурах 5-95°C, например 5-80°C, например 5-60°C, например 8-50°C, например 10-40°C.

В одном варианте осуществления отверждение происходит в традиционной печи для отверждения при производстве минеральной ваты, которая работает при температурах 5-95°C, например 5-80°C, например 10-60°C, например 20-40°C.

Процесс отверждения может начинаться сразу после нанесения на волокна связующего вещества. Отверждение определяется как процесс, при котором в связующей композиции протекает физическая и/или химическая реакция, которая, в случае химической реакции, обычно увеличивает молекулярную массу соединений в связующей композиции и тем самым повышает вязкость связующей композиции, обычно до тех пор, пока связующая композиция не достигнет твердого состояния.

В одном варианте осуществления процесс отверждения включает поперечное сшивание и/или включение воды в виде кристаллизационной воды.

В одном варианте осуществления отвержденное связующее вещество содержит кристаллизационную воду, содержание которой может уменьшаться и увеличиваться в зависимости от преобладающих условий температуры, давления и влажности.

В одном варианте осуществления процесс отверждения включает процесс сушки.

В предпочтительном варианте осуществления отверждение связующего вещества, контактирующего с минеральными волокнами, происходит в термопрессе.

Отверждение связующего вещества, контактирующего с минеральными волокнами, в термопрессе имеет особое преимущество, поскольку позволяет получать продукты высокой плотности.

В одном варианте осуществления процесс отверждения включает сушку под давлением. Давление можно применять путем продувки воздуха или газа поверх/через смесь минеральных волокон и связующего вещества. Процесс продувки может сопровождаться нагреванием или охлаждением, или он может происходить при температуре окружающей среды.

В одном варианте осуществления процесс отверждения происходит во влажной среде.

Влажная среда может иметь относительную влажность RH 60-99%, например 70-95%, например 80-92%. За отверждением во влажной среде может следовать отверждение или сушка для достижения состояния преобладающей влажности.

В одном варианте осуществления отверждение выполняют в обедненной кислородом среде.

Без ограничений, накладываемых какой-либо конкретной теорией, автор заявки полагает, что выполнение отверждения в обедненной кислородом среде является особенно благоприятным, если связующая композиция содержит фермент, поскольку это увеличивает стабильность ферментативного компонента в некоторых вариантах осуществления, особенно фермента трансглутаминазы, и тем самым повышает эффективность поперечного сшивания. В одном варианте осуществления процесс отверждения, таким образом, осуществляется в инертной атмосфере, в частности в атмосфере инертного газа, например азота.

В некоторых вариантах осуществления, в частности в вариантах осуществления, в которых связующая композиция содержит фенольные соединения, в частности танины, возможно добавление окисляющих агентов. Окисляющие агенты в качестве добавок могут предназначаться для увеличения скорости окисления фенольных соединений, в частности танинов. Примером является фермент тирозиназа, которая окисляет фенолы до гидроксифенолов/хинонов и, следовательно, ускоряет реакцию образования связующего вещества.

В другом варианте осуществления окисляющим агентом, подаваемый к связующему веществу, является кислород.

В одном варианте осуществления отверждение выполняют в обогащенной кислородом среде.

Продукт из минеральной ваты может иметь любую традиционную конфигурацию, например конфигурацию мата или плиты, и его можно разрезать и/или формовать до, в процессе или после отверждения связующего вещества.

Примеры

В следующих примерах несколько связующих веществ, подпадающих под определение, используемое в настоящем изобретении, готовили и сравнивали со связующими веществами предыдущего уровня техники.

Способы испытаний связующих композиций в соответствии с предшествующим уровнем техники

Для связующих веществ предыдущего уровня техники определяли указанные ниже свойства.

Реагенты

Силан (Momentive VS-142) был предоставлен компанией Momentive и для упрощения считался 100-процентным. Все прочие компоненты высокой степени чистоты поставлялись компанией Sigma-Aldrich и для упрощения считались безводными при отсутствии особых указаний.

Содержание твердых веществ компонентов связующего вещества, определение

Содержание каждого из компонентов в данном растворе связующего вещества до отверждения рассчитывали по сухой массе компонентов. Можно использовать следующую формулу:

Твердые вещества связующего вещества, определение и процедура

Содержание связующего вещества после отверждения называется «твердыми веществами связующего вещества».

Образцы каменной ваты в виде диска (диаметр: 5 см; высота 1 см) вырезали из каменной ваты и подвергали термообработке при 580°C в течение по меньшей мере 30 мин для удаления всех органических веществ. Содержание твердых веществ в связующей смеси (примеры смесей см. ниже) измеряли, распределяя образец связующей смеси (около 2 г) по прошедшему термообработку диску из каменной ваты в контейнере из фольги. Массу контейнера из фольги, содержащего диск из каменной ваты, определяли до и сразу после добавления связующей смеси. Обеспечивали два таких диска из каменной ваты с нанесенной связующей смесью в контейнерах из фольги и нагревали их при 200°C в течение 1 часа. После охлаждения и выдерживания при комнатной температуре в течение 10 минут образцы взвешивали и определяли содержание твердых веществ связующего вещества как среднее из двух результатов. После этого связующее вещество с нужным содержанием твердых веществ связующего вещества можно было получить путем разведения с использованием необходимого количества воды и 10% водн. раствора силана (Momentive VS-142).

Реакционные потери, определение

Реакционные потери определяются как разность между содержанием твердых веществ компонентов связующего вещества и твердыми веществами связующего вещества.

Исследования механической прочности (испытания брусков), процедура

Механическую прочность связующих веществ исследовали в испытании брусков. Для каждого связующего вещества изготавливали 16 брусков из смеси связующего вещества и гранул каменной ваты, образованных при прядильном производстве каменной ваты. Гранулы представляют собой частицы, имеющие ту же композицию расплава, что и волокна каменной ваты, и гранулы обычно считаются отходом прядильного процесса. Гранулы, использованные в композиции брусков, имели размер 0,25-0,50 мм.

Раствор связующего вещества с 15% содержанием твердых веществ связующего вещества, содержащий 0,5% силана (Momentive VS-142) из твердых веществ связующего вещества, получали в соответствии с представленным выше описанием в разделе «твердые вещества связующего вещества». Образец такого раствора связующего вещества (16,0 г) хорошо перемешивали с гранулами (80,0 г). Полученную смесь равномерно наливали в четыре отсека в термостойкой силиконовой форме для получения небольших брусков (4 × 5 отсеков на форму; размер верхней части отсека: длина = 5,6 см, ширина = 2,5 см; размер нижней части отсека: длина = 5,3 см, ширина = 2,2 см; высота отсека = 1,1 см). Смеси, помещенные в отсеки, далее плотно прижимали плоским металлическим бруском подходящего размера для получения ровных поверхностей брусков. Таким образом из каждого связующего вещества получали 16 брусков. Полученные бруски далее отверждали при 200°C в течение 1 ч. После охлаждения до комнатной температуры бруски осторожно извлекали из контейнеров. Пять брусков выдерживали в водяной бане при 80°C в течение 3 ч или в автоклаве (15 минут / 120°C / 1,2 бар).

После сушки в течение 1-2 дней состаренные бруски, а также пять несостаренных брусков переламывали в испытании на 3-точечный изгиб (скорость при испытании: 10,0 мм/мин; уровень разрыва: 50%; номинальная сила: 30 Н/мм²; опорное расстояние: 40 мм; макс. прогиб 20 мм; номинальный модуль упругости 10 000 Н/мм²) на приборе Bent Tram для исследования их механической прочности. Бруски помещали в прибор «верхней поверхностью» вверх (т. е. поверхностью с длиной = 5,6 см, шириной = 2,5 см).

Потери при прокаливании (LOI) брусков

Потери при прокаливании (LOI) брусков измеряли в небольших контейнерах из фольги при нагревании до 580°C. При каждом измерении контейнер из фольги сначала нагревали при 580°C в течение 15 минут для удаления всех органических веществ. Контейнерам из фольги давали охладиться до температуры окружающей среды и затем взвешивали. Четыре бруска (обычно после переламывания в испытании на 3-точечный изгиб) помещали в контейнер из фольги и все вместе взвешивали. Контейнер из фольги, содержащий бруски, далее нагревали при 580°C в течение 30 минут, давали охладиться до температуры окружающей среды и затем снова взвешивали. После этого вычисляли LOI по следующей формуле:

Измерения поглощения воды

Поглощение воды связующими веществами измеряли путем взвешивания трех брусков и последующего их погружения в воду (приблизительно 250 мл) в стакане (565 мл, нижний 0 = 9,5 см; верхний 0 = 10,5 см; высота = 7,5 см) на 3 ч или 24 ч. Бруски размещали рядом друг с другом на дне стакана «верхней поверхностью» вниз (т. е. поверхностью со следующими размерами: длина = 5,6 см, ширина = 2,5 см). По истечении заданного промежутка времени бруски поднимали один за другим и оставляли на одну минуту для стекания воды. Бруски удерживали (осторожно) так, чтобы длинная сторона была почти вертикальной, а капли могли стекать с угла бруска. Затем бруски взвешивали и рассчитывали поглощение воды с помощью следующей формулы:

Эталонные связующие композиции предшествующего уровня техники

Пример связующего вещества, эталонное связующее вещество A (фенолформальдегидная смола, модифицированная мочевиной, PUF-resol)

Фенолформальдегидную смолу получали путем реакции 37% водн. раствора формальдегида (606 г) и фенола (189 г) в присутствии 46% водн. раствора гидроксида калия (25,5 г) при температуре реакции 84°C, чему предшествовало нагревание со скоростью приблизительно 1°C в минуту. Реакцию продолжали при 84°C до тех пор, пока кислотостойкость смолы не достигла 4 и большая часть фенола не израсходовалась. Далее добавляли мочевину (241 г) и смесь охлаждали.

Кислотостойкость (AT) показывает, во сколько раз данный объем связующего вещества можно разводить кислотой без помутнения смеси (осаждения связующего вещества). Для определения критерия остановки при получении связующего вещества использовали серную кислоту, и кислотостойкость ниже 4 означает завершение реакции связующего вещества. Для измерения AT получали титрующий раствор путем разведения 2,5 мл конц. серной кислоты (> 99%) 1 л ионообменной воды. 5 мл исследуемого связующего вещества далее титровали при комнатной температуре данным титрующим раствором, поддерживая связующее вещество в движении путем ручного встряхивания; при желании можно использовать магнитную мешалку и магнитный стержень-мешальник. Титрование продолжают до тех пор, пока не появится легкое помутнение, не исчезающее при встряхивании связующего вещества.

Кислотостойкость (AT) вычисляют путем деления количества кислоты, использованного для титрования (мл), на количество образца (мл):

AT = (использованный объем титрующего раствора (мл)) / (объем образца (мл))

С использованием полученной модифицированной мочевиной фенолформальдегидной смолы готовили связующее вещество, добавляя 25% водн. раствора аммиака (90 мл) и сульфата аммония (13,2 г), а затем воду (1,30 кг). Далее измеряли твердые вещества связующего вещества, как описано выше, и смесь разбавляли необходимым количеством воды и силана (Momentive VS-142) для исследования механической прочности (15% раствор твердых веществ связующего вещества, 0,5% силана из твердых веществ связующего вещества).

Способы испытаний для связующих композиций, используемых в настоящем изобретении, и для эталонных связующих веществ

Для связующих веществ, используемых в настоящем изобретении, и эталонных связующих веществ определяли указанные ниже свойства.

Реагенты

Пищевые желатины, тип A, свиной (120 и 180 по Блуму) были получены от компании Gelita AG. Каштановый танин Tannorouge был получен от компании Brouwland bvba. Трансглутаминаза TI была получена от компании Modernist Pantry. Кокосовое масло, конопляное масло, оливковое масло, рапсовое масло и подсолнечное масло были получены от компании Urtekram International A/S. Льняное масло получали от компании Borup Kemi I/S. Желатин из свиной кожи со средней прочностью геля (170-195 г по Блуму), гидроксид натрия, тунговое масло и все другие компоненты были получены от компании Sigma-Aldrich. Если не указано иное, предполагалось, что эти компоненты являются полностью чистыми и безводными.

Содержание твердых веществ компонентов связующего вещества, определение

Содержание каждого из компонентов в данном растворе связующего вещества до отверждения рассчитывали по сухой массе компонентов. Можно использовать следующую формулу:

Исследования механической прочности (испытания брусков), процедура

Механическую прочность связующих веществ исследовали в испытании брусков. Для каждого связующего вещества изготавливали 16-20 брусков из смеси связующего вещества и гранул каменной ваты, образованных при прядильном производстве каменной ваты. Гранулы представляют собой частицы, имеющие ту же композицию расплава, что и волокна каменной ваты, и гранулы обычно считаются отходом прядильного процесса. Гранулы, использованные в композиции брусков, имели размер 0,25-0,50 мм.

Раствор связующего вещества с 15% содержанием твердых веществ связующего вещества получали, как описано в примерах ниже. Образец раствора связующего вещества (16,0 г) хорошо перемешивали с гранулами (80,0 г; предварительно нагретыми до 40°C при использовании в сочетании с относительно быстроотверждающимися связующими веществами). Полученную смесь равномерно наливали в четыре отсека в термостойкой силиконовой форме для получения небольших брусков (4 × 5 отсеков на форму; размер верхней части отсека: длина = 5,6 см, ширина = 2,5 см; размер нижней части отсека: длина = 5,3 см, ширина = 2,2 см; высота отсека = 1,1 см). При получении каждого бруска смеси, помещенные в отсеки, при необходимости прижимали, а затем выравнивали пластиковым шпателем для получения ровной поверхности бруска. Таким образом из каждого связующего вещества получали 16-20 брусков. Получившиеся бруски затем отверждали при комнатной температуре в течение 1-2 дней. Затем бруски аккуратно извлекали из контейнеров, переворачивали верхней стороной вниз и оставляли на один день при комнатной температуре для полного отверждения. Пять брусков выдерживали в водяной бане при 80°C в течение 3 ч или в автоклаве (15 минут / 120°C / 1,2 бар).

После сушки в течение 1-2 дней состаренные бруски, а также пять несостаренных брусков переламывали в испытании на 3-точечный изгиб (скорость при испытании: 10,0 мм/мин; уровень разрыва: 50%; номинальная сила: 30 Н/мм²; опорное расстояние: 40 мм; макс. прогиб 20 мм; номинальный модуль упругости 10 000 Н/мм²) на приборе Bent Tram для исследования их механической прочности. Бруски помещали в прибор «верхней поверхностью» вверх (т. е. поверхностью с длиной = 5,6 см, шириной = 2,5 см).

Потери при прокаливании (LOI) брусков

Потери при прокаливании (LOI) брусков измеряли в небольших контейнерах из фольги при нагревании до 580°C. При каждом измерении контейнер из фольги сначала нагревали при 580°C в течение 15 минут для удаления всех органических веществ. Контейнерам из фольги давали охладиться до температуры окружающей среды и затем взвешивали. Четыре бруска (обычно после переламывания в испытании на 3-точечный изгиб) помещали в контейнер из фольги и все вместе взвешивали. Контейнер из фольги, содержащий бруски, далее нагревали при 580°C в течение 30 минут, давали охладиться до температуры окружающей среды и затем снова взвешивали. После этого вычисляли LOI по следующей формуле:

Измерения поглощения воды

Поглощение воды связующими веществами измеряли путем взвешивания трех брусков и последующего их погружения в воду (приблизительно 250 мл) в стакане (565 мл, нижний ∅= 9,5 см; верхний ∅ = 10,5 см; высота = 7,5 см) на 3 ч или 24 ч. Бруски размещали рядом друг с другом на дне стакана «верхней поверхностью» вниз (т. е. поверхностью с размерами длина = 5,6 см, ширина = 2,5 см). По истечении заданного промежутка времени бруски поднимали один за другим и оставляли на одну минуту для стекания воды. Бруски удерживали (осторожно) так, чтобы длинная сторона была почти вертикальной, а капли могли стекать с угла бруска. Затем бруски взвешивали и рассчитывали поглощение воды с помощью следующей формулы: