Модифицированные связующие для создания продуктов из стекловолокна

Модифицированные связующие для создания продуктов из стекловолокна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Данная заявка заявляет приоритет Патентной заявки США, имеющей серийный номер 12/860446, поданной 20 августа 2010, которая заявляет приоритет Предварительной патентной заявки США, имеющей серийный номер 61/235652, поданной 20 августа 2009, обе из которых включены в данный документ ссылкой.

ПРЕДПОСЫЛКИ

Область изобретения

[0001] Варианты осуществления данного описания, в основном, относятся к связующим композициям. Более конкретно, варианты осуществления относятся к связующим композициям для создания продуктов из стекловолокна.

Описание уровня техники

[0002] Изоляция из стекловолокна обеспечивает тепло- и звукоизоляцию для структур крыш и стен в жилых и коммерческих строениях. Изоляция из стекловолокна часто используется в форме несжатого мата, или в форме защитного слоя, или в форме засыпной изоляции. Изоляция из стекловолокна также использовалась в сжатой форме в качестве изоляции для труб и других трубопроводов, а также разнообразные другие формы, полученные литьем.

[0003] Изоляционные продукты из стекловолокна типично связываются или скрепляются с помощью связующего, которое наносят во время производства изоляционных продуктов из стекловолокна. Типичные связующие композиции включают смолы, такие как фенолформальдегид (PF), и смолы, удлиненные с помощью мочевины, такие как фенолформальдегид-мочевинные (PFU) смолы. Эти смолы являются относительно недорогими и обеспечивают отвержденный изоляционный продукт из стекловолокна с превосходными физическими свойствами. Поставщики изоляции из стекловолокна, такие как Guardian и Owens-Coming, делают изоляционные продукты из стекловолокна, используя PF или PFU смолы. Один конкретный продукт продается Guardian как Supercube II®. Другой продукт продается Owens-Coming под названием Advanced ThermaCube Plus®.

[0004] Другая связующая система, разработанная для создания изоляции из стекловолокна, основывается на катализируемом поперечном сшивании относительно низкомолекулярного (т.е. менее чем 10000) поликарбоксиполимера, особенно полимера полиакриловой кислоты. Поликарбоксиполимер поперечно сшивают, используя многоатомный спирт, где триэтаноламин является предпочтительным многоатомным спиртом. Эта связующая система описана в патенте США №6331350.

[0005] Недавно Knauf Insulation ввел новую линию изоляционных продуктов, изготовленных с ECOSE®, который, как подразумевается, основан на смеси углевода и аминового реагента, способного принимать участие в реакции Майяра. Это связующее описано в публикациях патентных заявок №№2007/0027283; 2007/0123679; 2007/0123680 и 2007/0142596.

[0006] Несмотря на эти успехи все еще существует необходимость в улучшенных связующих композициях и способах их создания и использования.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

[0007] Обеспечиваются связующие композиции для создания продуктов из стекловолокна и способы для их создания и применения. По меньшей мере в одном конкретном варианте осуществления связующая композиция включает фенолальдегидную смолу или смесь реагентов Майяра и один или несколько модификаторов, выбранных из группы, включающей сополимер, содержащий одно или несколько элементарных звеньев на основе производных виниловых ароматических соединений и по меньшей мере одно из малеинового ангидрида и малеиновой кислоты; аддукт стирола, по меньшей мере одного из малеинового ангидрида и малеиновой кислоты и по меньшей мере одного из акриловой кислоты и акрилата; и один или несколько латексов.

[0008] По меньшей мере в одном специфическом варианте осуществления продукт из стекловолокна включает несколько волокон; и, по меньшей мере, частично отвержденную связующую композицию. По меньшей мере, частично отвержденная связующая композиция включает или фенолальдегидную смолу, или смесь реагентов Майяра и один или несколько модификаторов, выбранных из группы, включающей сополимер, содержащий одно или несколько элементарных звеньев на основе производных виниловых ароматических соединений и по меньшей мере одно из малеинового ангидрида и малеиновой кислоты; аддукт стирола, по меньшей мере одного из малеинового ангидрида и малеиновой кислоты и по меньшей мере одного из акриловой кислоты и акрилата; и один или несколько латексов.

[0009] По меньшей мере в одном специфическом варианте осуществления способ получения продукта из стекловолокна включает контактирование нескольких волокон со связующей композицией. Связующая композиция включает или фенолальдегидную смолу, или смесь реагентов Майяра и один или несколько модификаторов, выбранных из группы, включающей сополимер, содержащий одно или несколько элементарных звеньев на основе производных виниловых ароматических соединений и по меньшей мере одно из малеинового ангидрида и малеиновой кислоты; аддукт стирола, по меньшей мере одного из малеинового ангидрида и малеиновой кислоты и по меньшей мере одного из акриловой кислоты и акрилата; и один или несколько латексов. Проконтактировавшие волокна могут быть собраны для формирования нетканого мата. Нетканый мат может быть нагрет по меньшей мере, для частичного отверждения связующей композиции.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0010] Фигура 1 изображает схему иллюстративной системы для создания продукта из стекловолокна согласно одному или нескольким описанным вариантам осуществления.

[0011] Фигура 2 показывает графическое изображение результатов испытания на растяжение сухого и нагретого/влажного образца, сравнивающих листы ручного отлива, изготовленные с контрольным связующим, содержащим фенолформальдегидную смолу, с листами ручного отлива, изготовленными с модифицированным связующим из фенолформальдегидной смолы, согласно одному или нескольким описанным вариантам осуществления.

[0012] Фигура 3 показывает графическое изображение результатов испытания на растяжение сухого образца, сравнивающих листы ручного отлива, изготовленные с контрольным связующим, содержащим фенолформальдегидную смолу, с листами ручного отлива, изготовленными с модифицированным связующим из фенолформальдегидной смолы, согласно одному или нескольким описанным вариантам осуществления.

[0013] Фигура 4 показывает графическое изображение результатов испытания на растяжение нагретого/влажного образца, сравнивающих листы ручного отлива, изготовленные с контрольным связующим, содержащим фенолформальдегидную смолу, с листами ручного отлива, изготовленными с модифицированным связующим из фенолформальдегидной смолы, согласно одному или нескольким описанным вариантам осуществления.

[0014] Фигура 5 показывает графическое изображение значений потери при прокаливании (%LOI) для листов ручного отлива, изображенных на Фигурах 3 и 4.

[0015] Фигура 6 показывает графическое изображение результатов испытания на растяжение сухого и нагретого/влажного образца, сравнивающих листы ручного отлива, изготовленные с контрольным связующим, содержащим смесь реагентов Майяра, с листами ручного отлива, изготовленными со связующим, содержащим модифицированную смесь реагентов Майяра, согласно одному или нескольким описанным вариантам осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0016] Модифицированные связующие композиции, обеспеченные в данном документе, можно наносить на нетканый мат из стекловолокна для получения продукта из стекловолокна, имеющего приемлемые характеристики прочности. Например, модифицированная связующая композиция может произвести продукты из стекловолокна, имеющие улучшенные свойства при растяжении, включая прочность при растяжении нагретого/влажного образца и/или усиленную прочность при растяжении сухого образца. Предполагается, что улучшение в прочности при растяжении продуктов из стекловолокна, обеспеченное с помощью модифицированной связующей композиции, является достаточным для того, чтобы обеспечить снижение количества или уровня связующей композиции, которую наносят на стекловолокно. Этот сниженный уровень связующего может отражаться в характерно более низком проценте потери при прокаливании (т.е. более низком %LOI) для продукта из стекловолокна. Например, %LOI для модифицированных связующих композиций, обеспеченных в данном документе, может быть снижен на около 2%, около 5%, около 7%, около 10%, около 13%, около 15%, около 17%, около 18%, около 20%, около 23%, около 25%, около 30%, около 33% или около 35% относительно контроля или немодифицированной связующей композиции, при этом все еще давая в результате продукты из стекловолокна, имеющие такие же или лучшие характеристики прочности. В другом примере %LOI для модифицированных связующих композиций может быть снижен на количество, находящееся в диапазоне от низкого около 3%, около 5%, или около 10% до высокого около 20%, около 25% или около 30% по сравнению с контролем или немодифицированной связующей композицией, при этом все еще давая в результате продукты из стекловолокна, имеющие такие же или лучшие характеристики прочности.

[0017] По меньшей мере в одном конкретном варианте осуществления модифицированная связующая композиция может включать один или несколько модификаторов и либо фенолальдегидную смолу, либо смесь реагентов Майяра. Модификатор может быть или включать сополимер, содержащий одно или несколько элементарных звеньев на основе производных виниловых ароматических соединений и по меньшей мере одно из малеинового ангидрида и малеиновой кислоты. В другом примере модификатор может быть или включать аддукт стирола, по меньшей мере одного из малеинового ангидрида и малеиновой кислоты и по меньшей мере одного из акриловой кислоты и акрилата. В другом примере модификатор может быть или включать один или несколько латексов. В другом примере модификатор может включать два или более из следующего: (1) сополимер, содержащий одно или несколько элементарных звеньев на основе производных виниловых ароматических соединений и по меньшей мере одно из малеинового ангидрида и малеиновой кислоты; (2) аддукт стирола, по меньшей мере одного из малеинового ангидрида и малеиновой кислоты и по меньшей мере одного из акриловой кислоты и акрилата; и (3) один или несколько латексов.

[0018] Сополимер, содержащий одно или несколько элементарных звеньев на основе производных виниловых ароматических соединений и по меньшей мере одно из малеинового ангидрида и малеиновой кислоты, может включать любое подходящее элементарное звено(звенья) на основе производных виниловых ароматических соединений. Иллюстративные элементарные звенья на основе производных виниловых ароматических соединений могут включать, но не ограничиваясь, стирол, альфа-метилстирол, винилтолуол и их комбинации. Предпочтительно, элементарные звенья на основе производных виниловых ароматических соединений получают из стирола и/или его производных. Более предпочтительно, элементарные звенья на основе производных виниловых ароматических соединений получают из стирола, и сополимер содержит сополимер стирола и малеинового ангидрида (кислоты) или "SMA". Подходящие SMA сополимеры включают смолы, которые содержат чередующиеся мономерные единицы стирола и малеинового ангидрида (кислоты), расположенные в случайной, чередующейся и/или блок-формах. Например, подходящие SMA сополимеры могут иметь следующую обобщенную формулу в ненейтрализованной форме:

[0019] где р и q представляют собой положительные числа в соотношении (p:q), которое может изменяться от около 0,5:1,0 до около 5:1.

[0020] Ненейтрализованные SMA сополимеры могут быть нерастворимыми в воде. Достаточная нейтрализация SMA сополимеров в водной среде может растворять SMA сополимеры. Например, SMA сополимеры можно нейтрализовать в водной среде, используя щелочное вещество, чтобы получить солюбилизированные SMA сополимеры. Иллюстративные щелочные вещества могут включать, но не ограничиваясь, гидроксиды, такие как гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид аммония (например, водный аммиак), гидроксид лития и/или гидроксид цезия; карбонаты, такие как карбонат натрия, карбонат калия и/или карбонат аммония; аммиак и/или амин (например, алканоламин). Хотя, как правило, желательным является применение средства нейтрализации в количестве, достаточном, чтобы нейтрализовать 100 мольных % (мол.%) SMA сополимера, можно использовать количество, достаточное, чтобы получить растворимость в воде. Уровень добавления любого конкретного средства нейтрализации для получения приемлемой степени растворимости в воде является хорошо известным для специалиста в данной области техники и результатом исключительно рутинного экспериментирования. Например, около 50 мол.%, 60 мол.%, 70 мол.%, 80 мол.%, 90 мол.% или 95 мол.% SMA сополимера можно нейтрализовать. В одном или нескольких вариантах осуществления величина нейтрализации может находиться в диапазоне от низкого около 40 мол.%, около 45 мол.% или около 50 мол.% до высокого около 65 мол.%, около 75 мол.% или около 90 мол.% SMA сополимера. Как известно специалистам в данной области техники, солюбилизацию SMA сополимера можно облегчить при повышенной температуре и/или давлении.

[0021] SMA сополимер может включать от около 7 мол.% до около 50 мол.% малеинового ангидрида (малеиновой кислоты) и наоборот от около 50 мол.% до около 93 мол.% элементарных звеньев на основе производных виниловых ароматических соединений. В другом примере сополимер может включать от около 20 мол.% до около 40 мол.% малеинового ангидрида (малеиновой кислоты) и наоборот от около 60 мол.% до около 80 мол.% элементарных звеньев на основе производных виниловых ароматических соединений. В другом примере малеиновый ангидрид (малеиновая кислота) может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне от низкого около 7 мол.%, около 10 мол.%, около 12 мол.% или около 15 мол.% до высокого около 30 мол.%, около 35 мол.%, около 40 мол.% или около 45 мол.% на основе общего веса малеинового ангидрида (малеиновой кислоты) и одного или нескольких элементарных звеньев на основе виниловых производных. В еще одном примере элементарные звенья на основе производных виниловых ароматических соединений могут присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне от низкого около 50 мол.%, около 55 мол.%, около 60 мол.% или около 65 мол.% до высокого около 75 мол.%, около 80 мол.%, около 85 мол.% или около 90 мол.% на основе общего веса малеинового ангидрида (малеиновой кислоты) и одного или нескольких элементарных звеньев на основе виниловых производных.

[0022] SMA сополимер может содержать незначительное количество (менее чем 50 мол.%, или менее чем около 40 мол.%, или менее чем около 30 мол.%, или менее чем около 20 мол.% на основе количества малеинового ангидрида (малеиновой кислоты)) другого мономера ненасыщенной карбоновой кислоты, такой как аконитовая кислота, итаконовая кислота, акриловая кислота, метакриловая кислота, кротоновая кислота, изокротоновая кислота, цитраконовая кислота и фумаровая кислота и их смеси. SMA сополимер может также содержать незначительное количество (менее чем 50 мол.%, или менее чем около 40 мол.%, или менее чем около 30 мол.%, или менее чем около 20 мол.% на основе количества элементарных звеньев на основе производных виниловых ароматических соединений) другого гидрофобного винилового мономера. Другой "гидрофобный виниловый мономер" представляет собой мономер, который типично производит, как гомополимер, полимер, который является нерастворимым в воде или способным абсорбировать менее чем 10% по весу воды. Подходящие гидрофобные виниловые мономеры представлены для примера следующим: (i) виниловые сложные эфиры алифатических кислот, такие как винилацетат, винилпропионат, винилбутират, винилкапроат, винил-2-этилгексаноат, виниллаурат и винилстеарат; (ii) диеновые мономеры, такие как бутадиен и изопропен; (iii) виниловые мономеры и галогенированные виниловые мономеры, такие как этилен, пропилен, циклогексен, винилхлорид и винилиденхлорид; (iv) акрилаты и алкилакрилаты, такие как метилакрилат, этилакрилат, н-пропилакрилат, изопропилакрилат, н-бутилакрилат, изобутилакрилат, трет-бутилакрилат, н-гексилакрилат, циклогексилакрилат, и 2-этилгексилакрилат; и (v) нитрильные мономеры, такие как акрилонитрил и метакрилонитрил и их смеси.

[0023] Молекулярный вес SMA сополимера может варьировать в широких пределах. SMA сополимер может иметь средний молекулярный вес ("Mw") от около 1000 до около 500000. Например, SMA сополимер может иметь Mw, находящийся в диапазоне от низкого около 1000, около 5000, около 10000, около 15000 или около 20000 до высокого около 100000, около 200000, около 300000, около 400000 или около 500000. В другом примере Mw SMA сополимера может находиться в диапазоне от низкого около 1000, около 5000 или около 10000 до приблизительно 400000, или около 350000, или около 300000, или около 250000, или около 200000, или около 175000, или около 150000, или около 120000, или около 100000, или около 90000, или около 80000, или около 70000, или около 60000, или около 50000, или около 40000, или около 30000, или около 20000.

[0024] В одном или нескольких вариантах осуществления SMA сополимеры могут быть частично эстерифицированы. Например, SMA сополимеры могут быть частично эстерифицированы и могут все еще содержать некоторые ангидридные группы. Частичные сложные эфиры SMA сополимеров могут быть получены традиционными способами из алканолов от около 3 до 20 атомов углерода, предпочтительно из гексанола или октанола. Степень частичной эстерификации SMA сополимеров может находиться в диапазоне от около 5 до 95%, от около 10% до около 80%, от около 20% до около 50%, или от около 15% до около 40%. Эстерификация может осуществляться простым нагреванием смеси соответствующих количеств SMA сополимеров со спиртом при повышенных температурах, например, от около 100°С до около 200°С. В одном или нескольких вариантах осуществления бензольное кольцо SMA сополимеров может быть замещено одной или несколькими группами. Например, бензольное кольцо SMA сополимеров может содержать одну или несколько сульфонатных групп.

[0025] Подходящие SMA сополимеры являются коммерчески доступными от различных компаний. Например, подходящие SMA сополимеры могут быть приобретены от, среди прочих, Polyscope Polymers BV, Sartomer USA, LLC, Hercules, Inc. и Georgia-Pacific Chemical LLC.

[0026] Как используется в данном документе, выражение "водный" включает воду и смеси, состоящие из воды и/или других смешивающихся с водой растворителей. Иллюстративные смешивающиеся с водой растворители могут включать, но не ограничиваясь, спирты, простые эфиры, амины, другие полярные апротонные растворители и т.п.

[0027] Модификатор может быть или включать один или несколько латексов. Иллюстративные латексы могут включать, но не ограничиваясь, сложноэфирный сополимер стирола и акриловой кислоты, стирол-бутадиеновый каучук, акрилонитрил бутадиеновый стирол, акриловые полимеры, поливинилацетат или любую их комбинацию. Синтетические латексы можно получить, используя любой подходящий способ. Например, сложноэфирный сополимер стирола и акриловой кислоты ("SAE") может быть продуктом реакции гидрофобного мономера на основе стирола и сложного эфира акриловой кислоты, сополимеризованным в эмульсии. Подходящий SAE сополимер можно получить, как обсуждается и описано в патенте США №6734232. Подходящий, коммерчески доступный SAE может включать NOVACOTE® PS, доступный от Georgia-Pacific Resins, Inc.

[0028] Модификатор может быть или включать аддукт или полимер стирола, по меньшей мере одного из малеинового ангидрида и малеиновой кислоты и по меньшей мере одного из акриловой кислоты и акрилата. Может использоваться любая подходящая акриловая кислота или акрилат, такие как метилметакрилат, бутилакрилат, метакрилат, или любая их комбинация. Предпочтительно, акрилат представляет собой метилметакрилат ("ММА"). Аддукт может быть предварительно образован и затем добавлен к фенолальдегидной смоле, смеси реагентов Майяра или комбинации фенолальдегидной смолы и смеси реагентов Майяра. В другом примере компоненты аддукта могут быть отдельно смешаны с фенолальдегидной смолой, смесью реагентов Майяра или комбинацией фенолальдегидной смолы и смеси реагентов Майяра.

[0029] Аддукт может быть получен путем растворения компонентов аддукта в подходящем растворе. Иллюстративные растворы могут включать, но не ограничиваясь, водные растворы гидроксида натрия, гидроксида аммония, гидроксида калия и их комбинации. Раствор можно нагреть до температуры от около 70°С до около 90°С. Раствор можно поддерживать при повышенной температуре, пока все компоненты находятся, по меньшей мере, частично в растворе. Раствор может затем добавить к фенолальдегидной смоле, смеси реагентов Майяра или комбинации фенолальдегидной смолы и смеси реагентов Майяра.

[0030] Аддукт можно получить путем комбинирования стирола, по меньшей мере одного из малеинового ангидрида и малеиновой кислоты и по меньшей мере одного из акриловой кислоты и акрилата для образования тройного полимера. Количество стирола в аддукте может находиться в диапазоне от низкого около 50 вес.%, около 55 вес.% или около 60 вес.% до высокого около 75 вес.%, около 80 вес.% или около 85 вес.% на основе общего веса аддукта. Количество малеинового ангидрида и/или малеиновой кислоты в аддукте может находиться в диапазоне от низкого около 15 вес.%, около 20 вес.% или около 25 вес.% до высокого от около 40 вес.%, около 45 вес.% или около 50 вес.% на основе общего веса аддукта. Количество акриловой кислоты и/или акрилата в аддукте может находиться в диапазоне от низкого около 1 вес.%, около 3 вес.% или около 5 вес.% до высокого от около 10 вес.%, около 15 вес.% или около 20 вес.% на основе общего веса аддукта.

[0031] В другом примере акриловая кислота или акрилат могут быть скомбинированы с сополимером одной или нескольких элементарных звеньев на основе производных виниловых ароматических соединений и по меньшей мере одним из малеинового ангидрида и малеиновой кислоты для обеспечения модификатора. Например, комбинирование акриловой кислоты или акрилата с SMA может образовать тройной полимер стирола, малеинового ангидрида и метилметакрилата. В другом примере модификатор может также включать физическую смесь сополимера стирола и акриловой кислоты и/или стирола и акрилата и SMA сополимера. Аддукт или полимер стирола, по меньшей мере одного из малеинового ангидрида и малеиновой кислоты и по меньшей мере одного из акриловой кислоты и акрилата, и физическая смесь сополимера стирола и акриловой кислоты и/или стирола и акрилата и SMA сополимера могут быть получены согласно способам, обсуждаемым и описанным в патенте США №6642299.

[0032] В одном или нескольких вариантах осуществления связующая композиция может включать любых два или более модификаторов, обсуждаемых и описанных выше или в другом месте в данном документе. Два или более модификаторов можно скомбинировать в любом количестве по отношению друг к другу. Например, модификатор может включать смесь по меньшей мере одного из SMA и SAE. Количество SMA может находиться в диапазоне от низкого около 1 вес.% до высокого около 99 вес.% на основе общего веса SMA и SAE. Другие подходящие комбинации модификаторов могут включать, но не ограничиваясь, смесь SMA и SAE, аддукт стирола, по меньшей мере одного из малеинового ангидрида и малеиновой кислоты и по меньшей мере одного из акриловой кислоты и акрилата для образования тройного полимера, смешанного с ММА, SMA, смешанного с одним или несколькими латексами, и т.п.

[0033] Фенольный компонент фенолальдегидной смолы может включать разнообразие замещенных фенольных соединений, незамещенных фенольных соединений или любую комбинацию замещенных и/или незамещенных фенольных соединений. Например, фенольный компонент фенолальдегидной смолы может быть самим фенолом (т.е. моногидроксибензолом). Примеры замещенных фенолов могут включать, но не ограничиваясь, алкил-замещенные фенолы, такие как крезолы и ксиленолы; циклоалкил-замещенные фенолы, такие как циклогексилфенол; алкенил-замещенные фенолы; арил-замещенные фенолы, такие как п-фенилфенол; алкокси-замещенные фенолы, такие как 3,5-диметоксифенол; арилокси-фенолы, такие как п-феноксифенол; и галоген-замещенные фенолы, такие как п-хлорфенол. Двухосновные фенолы, такие как катехол, резорцин, гидрохинон, бисфенол А и бисфенол F, также могут быть использованы. В частности, фенольный компонент может быть выбран из группы, включающей фенол; алкил-замещенные фенолы, такие как крезолы и ксиленолы; циклоалкил-замещенные фенолы, такие как циклогексил фенол; алкенил-замещенные фенолы; арил-замещенные фенолы, такие как п-фенилфенол; алкокси-замещенные фенолы, такие как 3,5-диметоксифенол; арилокси-фенолы, такие как п-фенокси фенол; галоген-замещенные фенолы, такие как п-хлорфенол; катехол, гидрохинон, бисфенол А и бисфенол F. Предпочтительно, около 95 вес.% или более фенольного компонента содержат фенол (моногидроксибензол).

[0034] Альдегидный компонент фенолальдегидной смолы может также включать разнообразие замещенных и незамещенных альдегидных соединений. Иллюстративные альдегидные соединения могут включать, но не ограничиваясь, так называемые защищенные альдегиды или альдегидные эквиваленты, такие как ацетали или гемиацетали. Конкретные примеры подходящих альдегидных соединений могут включать, но не ограничиваясь, формальдегид, ацетальдегид, пропиональдегид, бутиральдегид, фурфуральдегид, бензальдегид или любую их комбинацию. По меньшей мере в одном конкретном варианте осуществления альдегидный компонент может быть формальдегидом. Формальдегид для создания подходящих фенолформальдегидных смол доступен во многих формах. Параформ (твердый, полимеризованный формальдегид) и формалиновые растворы (водные растворы формальдегида, иногда с метанолом, в концентрациях 37 процентов, 44 процентов или 50 процентов формальдегида) являются широко используемыми формами. Также доступен газ формальдегид. Любая из этих форм является подходящей для применения в получении фенолформальдегидной смолы.

[0035] Фенолформальдегидные смолы могут быть получены в щелочных условиях реакции, используя молярный избыток формальдегида (вместе с любым другим реакционным альдегидным компонентом(ами)) относительно фенольного компонента, например фенола. Молярное соотношение формальдегида к фенолу (F:P) в фенолформальдегидной смоле находится в диапазоне от около 1,1:1 до около 6:1, от около 1,3 до около 5:1 или от около 1,5:1 до около 4:1. Будучи синтезированными, такие смолы типично содержат низкий уровень остаточного "свободного" фенольного компонента и намного большее количество остаточного "свободного", т.е. непрореагировавшего формальдегида. До любого удаления формальдегида фенолформальдегидная смола может охарактеризоваться содержанием свободного формальдегида, находящимся в диапазоне от 0,2 вес.% до около 18 вес.% водной фенолформальдегидной смолы.

[0036] Подходящие фенолформальдегидные смолы могут быть такими, как обсуждается и описано в публикациях патентных заявок США №№2008/0064799 и 2008/0064284. В этих опубликованных патентных заявках образование тетрадимера подавляется добавлением источника сульфита и/или сульфата во время получения фенолформальдегидной смолы. Другие фенолформальдегидные смолы могут быть получены в кислотных условиях реакции, таких как новолачные смолы и инвертированные новолачные смолы. Подходящие новолачные смолы и инвертированные новолачные смолы могут быть такими, как обсуждается и описано в патентах США №№5670571 и 6906130 и публикации патентной заявки №2008/0280787.

[0037] Фенолальдегидная смола может быть удлиненной посредством добавления мочевины. Фенолальдегидная смола может быть удлиненной посредством добавления любого необходимого количества мочевины. Например, фенолальдегидная смола, удлиненная с помощью мочевины, может иметь концентрацию мочевины, находящуюся в диапазоне от около 1 вес.% до около 50 вес.% на основе объединенного веса мочевины и фенолальдегидной смолы. В другом примере фенолальдегидная смола, удлиненная с помощью мочевины, может иметь концентрацию мочевины, находящуюся в диапазоне от низкой около 5 вес.%, около 15 вес.% или около 25 вес.% до высокой около 35 вес.%, около 40 вес.% или около 45 вес.% на основе объединенного веса мочевины и фенолальдегидной смолы.

[0038] Необязательная мочевина может быть добавлена к фенолальдегидной смоле путем перемешивания, смешивания или любого другого способа для производства "премикса". Премикс можно размешать до гомогенности. После образования премикса премикс можно подвергнуть реакции или предварительной реакции в течение периода времени. Например, премикс можно подвергнуть реакции в течение около 5 часов или более, около 10 часов или более, около 15 часов или более, около 20 часов или более, или около 25 часов или более, по прошествии этого времени его можно хранить при 65°F и использовать для получения связующей композиции в течение до приблизительно четырех дней. Образование премикса мочевины с фенолальдегидной смолой может снизить уровень свободного формальдегида в фенолформальдегидной смоле до уровня, который не увеличивает потребность в аммиаке связующих растворов, полученных с помощью премикса.

[0039] Одну или несколько дополнительных добавок можно добавить к связующей композиции. Например, один или несколько катализаторов для ускорения отверждения фенолальдегидной смолы, такие как сульфат натрия или аммония, меламин, аддукты меламина и формальдегида, аппретирующие или улучшающие совместимость средства на основе силикона, ингибиторы коррозии, диспергирующие средства, биоциды, модификаторы вязкости, регуляторы рН, поверхностно-активные вещества, скользящие вещества, противовспениватели и любая их комбинация могут быть добавлены к связующей композиции.

[0040] Смесь реагентов Майяра может включать, но не ограничиваясь, источник углевода (углеводный реагент) и аминный реагент, способные принимать участие в реакции Майяра с углеводным реагентом. В другом примере смесь реагентов Майяра может включать частично предварительно прореагировавшую смесь углеводного реагента и аминного реагента. Степень любой предварительной реакции может сохранять способность смеси реагентов Майяра смешиваться с модификатором, например, сополимером стирола и по меньшей мере одного из малеинового ангидрида и малеиновой кислоты (SMA), и с любыми другими компонентами, которые необходимо добавить в связующую композицию.

[0041] Источник углевода может включать один или несколько реагентов, имеющих один или несколько восстанавливающих сахаров, один или несколько реагентов, которые дают в результате один или несколько восстанавливающих сахаров при условиях термического отверждения, или их комбинацию. Восстанавливающий сахар может быть сахаром, который содержит альдегидные группы, или может изомеризоваться, т.е. таутомеризоваться, чтобы содержать альдегидные группы. Такие альдегидные группы являются реакционноспособными с аминогруппой (аминный реагент) при условиях реакции Майяра. Обычно такие альдегидные группы могут также быть окисленными с помощью, например, Cu⁺² для получения карбоновых кислот. Углеводный реагент может необязательно быть замещен другими функциональными группами, такими как гидрокси, гало, алкил, алкокси и т.п. Источник углевода может также иметь один или несколько хиральных центров. Источник углевода может также включать каждый возможный оптический изомер на каждом хиральном центре. Можно использовать различные смеси, включая рацемические смеси или другие диастереометрические смеси различных оптических изомеров любого такого источника углевода, а также различные их геометрические изомеры.

[0042] Источник углевода может быть нелетучим. Нелетучие источники углевода могут повышать или максимизировать способность углеводного реагента оставаться доступным для реакции с аминным реагентом при условиях реакции Майяра, включая условия отверждения связующей композиции. Частичное предварительное реагирование смеси источника углевода и аминного реагента может расширить список подходящих источников углевода. Источник углевода может быть моносахаридом в его альдозной или кетозной форме, включая триозу, тетрозу, пентозу, гексозу или гептозу; или полисахаридом, или любой их комбинацией.

[0043] Если триоза служит в качестве источника углевода или используется в комбинации с другими восстанавливающими сахарами и/или полисахаридом, то может быть использован альдотриозный сахар или кетотриозный сахар, такой как глицеральдегид и дигидроксиацетон, соответственно. Если тетроза служит в качестве источника углевода или используется в комбинации с другими восстанавливающими сахарами и/или полисахаридом, то могут быть использованы альдотетрозные сахара, такие как эритроза и треоза; и кетотетрозные сахара, такие как эритрулоза. Если пентоза служит в качестве источника углевода или используется в комбинации с другими восстанавливающими сахарами и/или полисахаридом, то могут быть использованы альдопентозные сахара, такие как рибоза, арабиноза, ксилоза и ликсоза; и кетопентозные сахара, такие как рибулоза, арабулоза, ксилулоза и ликсулоза. Если гексоза служит в качестве источника углевода или используется в комбинации с другими восстанавливающими сахарами и/или полисахаридом, то могут быть использованы альдогексозные сахара, такие как глюкоза (т.е. декстроза), манноза, галактоза, аллоза, альтроза, талоза, гулоза и идоза; и кетогексозные сахара, такие как фруктоза, псикоза, сорбоза и тагатоза. Если гептоза служит в качестве источника углевода или используется в комбинации с другими восстанавливающими сахарами и/или полисахаридом, то может быть использован кетогептозный сахар, такой как седогептулоза. Другие стереоизомеры таких источников углевода, не известные как встречающиеся в природе, также рассматриваются как пригодные в получении связующих композиций. Если полисахарид служит в качестве источника углевода или используется в комбинации с моносахаридами, то могут быть использованы сахароза, лактоза, мальтоза, крахмал и целлюлоза.

[0044] Углеводный реагент может также использоваться в комбинации с неуглеводным полигидроксидным реагентом. Примеры неуглеводных полигидроксидных реагентов могут включать, но не ограничиваясь, триметилолпропан, глицерин, пентаэритритол, поливиниловый спирт, частично гидролизованный поливинилацетат, полностью гидролизованный поливинилацетат и их смеси. Неуглеводный полигидроксидный реагент может быть достаточно нелетучим, чтобы максимизировать его способность оставаться доступным для реакции с другими связующими компонентами во время отверждения. Частичное предварительное реагирование смеси источника углевода (углеводного реагента) и аминного реагента может расширить список подходящих неуглеводных полигидроксидных реагентов. Гидрофобность неуглеводного полигидроксидного реагента может быть фактором в определении физических свойств связующей композиции.

[0045] Аминный реагент, способный принимать участие в реакции Майяра с источником углевода, может быть соединением, обладающим аминогруппой. Соединение может присутствовать в форме аминокислоты. Свободная аминогруппа может также происходить из белка, где свободные аминогруппы доступны в форме, например, ε-аминогруппы лизиновых остатков и/или α-аминогруппы терминальной аминокислоты. Аминный реагент может также быть образован отдельно или in situ путем использования реагента соли аммония поликарбоновой кислоты. Аммонийные соли поликарбоновых кислот могут быть образованы путем нейтрализации кислотных групп поликарбоновой кислоты с помощью аминного основания, таким образом, давая в результате группы аммониевой соли поликарбоновой кислоты. Полная нейтрализация, т.е. около 100%, рассчитанных на основе эквивалентов, может устранить любую необходимость титрования или частично нейтрализовать кислотные группы в поликарбоновой кислоте(ах) перед образованием связующего. Однако предполагается, что нейтрализация в степени, меньшей чем полная, также не будет ингибировать образование связующего. Повторимся, что нейтрализация кислотных групп поликарбоновой кислоты(кислот) может быть проведена либо до, либо после того как поликарбоновая кислота(ы) смешивается с углеводом(ами).

[0046] Подходящие поликарбоновые кислоты могут включать дикарбоновые кислоты, трикарбоновые кислоты, тетракарбоновые кислоты, пентакарбоновые кислоты и т.п., мономерные поликарбоновые кислоты, ангидриды и любую их комбинацию, а также полимерные поликарбонов