Связующие вещества и соответствующие продукты

Связующие вещества и соответствующие продукты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к водорастворимой предварительно подвергнутой реакции связующей композиции, способу ее изготовления, применению указанной предварительно подвергнутой реакции связующей композиции, способу изготовления совокупности материала, связанного полимерным связующим, раствору или дисперсии связующего, содержащим указанную предварительно подвергнутую реакции связующую композицию, а также продуктам, содержащим предварительно подвергнутую реакции связующую композицию в отвержденном состоянии.

Как правило, связующие могут быть использованы при изготовлении изделий, потому что они способны соединять некомпонуемый или плохо компонуемый материал. Например, связующие способны две или более поверхностей сделать едиными. В частности, связующие могут быть использованы для получения изделий, содержащих соединенные волокна. Термореакционноспособные связующие могут быть охарактеризованы как превращаемые в нерастворимые и нерасплавляющиеся материалы с помощью либо нагревания, либо каталитического действия. Примеры термореакционноспособного связующего включают в себя различные фенол-альдегидные, мочевино-альдегидные, меламин-альдегидные и другие материалы конденсации-полимеризации, наподобие фурановых и полиуретановых смол. Связующие композиции, содержащие фенол-альдегид, резорцин-альдегид, фенол/альдегид/мочевина, фенол/меламин/альдегид и тому подобное широко используются для соединения волокон, тканей, пластиков, резин и многих других материалов.

В производстве минеральной ваты и древесных плит исторически использовали связующее на основе фенолформальдегида, как правило, с наполнителем в виде мочевины. Связующие типа фенолформальдегида обеспечивают подходящие свойства конечным продуктам; однако, пожелания большей устойчивости и экологические соображения мотивировали развитие альтернативных связующих. Одно из таких альтернативных связующих представляет собой связующее на основе углевода, полученное по реакции углевода и кислоты, например, в опубликованной заявке США 2007/0027283 и публикации РСТ WO 2009/019235. Другое альтернативное связующее представляет собой продукты этерификации вступающих в реакцию поликарбоновой кислоты и полиола, например, в опубликованной заявке США No. 2005/0202224. Поскольку эти связующие не используют формальдегид в качестве реагента, они обобщенно называются как связующие, свободные от формальдегида.

Одним из направлений современных исследовательских работ является поиск замены связующих фенолформальдегидного типа в отношении широкого диапазона продуктов, включая продукцию в строительной и автомобильной промышленности (например, минераловатная изоляция, древесные плиты, древесностружечные плиты, фанера, офисные панели и акустическая звукоизоляция). В частности, ранее разработанные связующие, свободные от формальдегида, могут не обладать всеми требуемыми свойствами. Например, связующие на основе акриловой кислоты и поли(винилового спирта) показали многообещающие характеристики для некоторых (но не всех) продуктов. Однако, они являются относительно более дорогими, чем фенолформальдегидные связующие, которые получаются в основном из источников на основе нефтепродуктов, и имеют тенденцию демонстрировать более низкие скорости реакции по сравнению с композициями на основе фенолформальдегидных связующих (требующие либо длительные времена отверждения, либо повышенные температуры отверждения).

Связующие композиции на основе углеводов изготавливаются из относительно недорогих предшественников и получаются, главным образом, из возобновляемых источников. Однако, эти связующие могут также нуждаться в таких реакционных условиях для отверждения, которые существенно отличаются от тех условий, при которых затвердевает традиционная система фенолформальдегидного связующего.

В частности, универсальной альтернативой вышеуказанных фенолформальдегидных связующих является использование связующих на основе углеводов и полиаминов, которые являются полимерными связующими, получаемыми в результате реакции углеводов с полиаминами, имеющими по меньшей мере одну первичную аминогруппу. Эти связующие на основе углеводов и полиаминов являются эффективными заменителями фенолформальдегидных связующих, так как они обладают схожими или более высокими характеристиками связывания и хорошо совместимы с зарекомендовавшими себя процессами.

Как правило, связующие на основе углеводов и полиаминов получают в виде раствора, такого как водный раствор, и затем наносят на плохо компонуемый материал, который должен быть соединен. Такой смоченный плохо компонуемый материал затем подвергают, например, термообработке для отверждения связующего на основе углеводов и полиаминов.

Тем не менее, высокая концентрация твердых веществ в растворе связующего на основе углеводов и полиаминов связана с различными недостатками, такими как быстрое гелеобразование или затвердевание раствора связующего, а также повторной кристаллизацией углеводного компонента. В следствие довольно короткого срока годности наблюдаются дополнительные проблемы в отношении хранения и перевозки связующих на основе углеводов и полиаминов.

Соответственно, техническая проблема, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в обеспечении усовершенствованных связующих, в частности связующих, совместимых с широко известными процессами, которые приемлемы с экологической точки зрения и позволяют преодолеть вышеупомянутые проблемы.

Для того, чтобы решить вышеупомянутую техническую проблему, в качестве первого аспекта настоящее изобретение обеспечивает водорастворимую предварительно подвергнутую реакции связующую композицию, содержащую продукт(ы) реакции (i) по меньшей мере одного углеводного компонента и (ii) по меньшей мере одного азотсодержащего компонента.

Предварительно подвергнутое реакции связующее может быть в форме водного раствора или дисперсии, содержащих по меньшей мере 20 мас. %, например, по меньшей мере 25 мас. %, 30 мас. %, 35 мас. %, 40% мас. %, 45 мас. %, 50 мас. %, 55 мас. %, 60 мас. %, 65 мас. %, 70 мас. %, 75 мас. % или 80 мас. % указанной предварительно подвергнутой реакции связующей композиции и/или не больше чем 85 мас. %, например не больше чем 80 мас. %, 75 мас. % или 70 мас. % указанной предварительно подвергнутой реакции связующей композиции.

В соответствии с настоящим изобретением выражение "предварительно подвергнутая реакции связующая композиция" особо не ограничивается, и обычно включает любую химическую композицию, получаемую и/или полученную с помощью реакции углеводного компонента и азотсодержащего компонента, которая может быть использована в качестве связующего, например, для связывания плохо компонуемого материала, либо как таковая, либо после дополнительной модификации.

В предпочтительных вариантах настоящего изобретения композиция предварительно подвергнутого реакции связующего основана на связующей системе углеводный компонент/азотсодержащий компонент, т.е. углеводный(е) компонент(ы) и азотсодержащий(е) компонент(ы) не только присутствуют в небольших количествах в исходном материале для получения предварительно подвергнутой реакции связующей композиции по настоящему изобретению, но являются основными компонентами исходного материала. Соответственно, общее количество по меньшей мере одного углеводного компонента и по меньшей мере одного азотсодержащего компонента в исходном материале для получения предварительно подвергнутой реакции связующей композиции может быть по меньшей мере 20 мас. % в расчете на общую массу связующей композиции перед предварительной реакцией. Например, общее количество по меньшей мере одного углеводного компонента и по меньшей мере одного азотсодержащего компонента может быть по меньшей мере 30 мас. %, 40 мас. %, 50 мас. %, 60 мас. %, 70 мас. %, 80 мас. %, 90 мас. %, 95 мас. % или 98 мас. % перед предварительной реакцией.

В соответствии с одним из вариантов выполнения настоящего изобретения общее количество продукта(ов) реакции (i) по меньшей мере одного углеводного компонента и (ii) по меньшей мере одного азотсодержащего компонента, непрореагировавшего(их) углеводного(ых) компонента(ов) и непрореагировавшего(их) азотсодержащего(их) компонента(ов) в предварительно подвергнутой реакции связующей композиции, т.е. (количество продукта(ов) реакции (i) и (ii)) + (количество непрореагировавшего(их) углеводного(ых) компонента(ов)) + (количество непрореагировавшего(их) азотсодержащего(их) компонентов(ов)), составляет по меньшей мере 20 мас. % в расчете на общую массу предварительно подвергнутой реакции связующей композиции, например по меньшей мере 30 мас. %, 40 мас. %, 50 мас. %, 60 мас. %, 70 мас. %, 80 мас. %, 90 мас. %, 95 мас. % или 98 мас. %

По сравнению с существующим уровнем техники, где углеводные и полиаминные реагенты растворяются с образованием связующего, которое наноситься на плохо компонуемый материал, а затем поперечно сшиваются посредством воздействия тепла с получением полимерного связующего, предварительно подвергнутая реакции связующая композиция представляет собой композицию, которая:

a) по сравнению с такими связующими предшествующего уровня техники применительно к плохо компонуемому материалу (в частности, перед поперечным сшиванием посредством применения нагревания) может иметь: промежуточный(ые) продукт(ы) реакции, такие как предполимеры, в значительных количествах, и/или уменьшать вязкость в расчете на содержание твердого вещества и/или увеличивать среднюю молекулярную массу и/или увеличивать окрашивание и/или поглощение света (например, УФ); и/или

b) по сравнению с такими связующими предшествующего уровня техники, частично или полностью поперечно сшитыми (в частности, после применения нагревания) может иметь значительно более низкую степень сшивки и/или другой вид поперечного сшивания и/или более низкую вязкость.

Как используется в настоящем описании, термин "преполимер" не имеет особых ограничений, и включает любой(ые) продукт(ы) реакции (i) по меньшей мере одного углеводного компонента и (ii) по меньшей мере одного азотсодержащего компонента.

В соответствии с одним из вариантов выполнения настоящего изобретения количество продукта(ов) реакции (i) по меньшей мере одного углеводного компонента и (ii) по меньшей мере одного азотсодержащего компонента составляет по меньшей мере 20 мас. %, в расчете на общую массу преполимеров в предварительно подвергнутой реакции композиции связующего, например по меньшей мере 30 мас. %, 40 мас. %, 50 мас. %, 60 мас. %, 70 мас. %, 80 мас. %, 90 мас. %, 95 мас. % или 98 мас. % В соответствии с конкретным вариантом выполнения количество продукта(ов) реакции (i) по меньшей мере одного углеводного компонента и (ii) по меньшей мере одного азотсодержащего компонента составляет 100 мас. % в расчете на общую массу преполимеров в предварительно подвергнутой реакции связующей композиции.

В соответствии с одним вариантом выполнения предварительно подвергнутая реакции связующая композиция по настоящему изобретению содержит по меньшей мере один преполимер, имеющий молекулярную массу в диапазоне от 1 до 500 кДа. Предпочтительно по меньшей мере один преполимер содержится по отношению к общей массе связующей композиции в количестве 2 мас. % или больше, например, 5 мас. % или больше, 10 мас. % или больше, 15 мас. % или больше, 20 мас. % или больше, 25 мас. % или больше, 30 мас. % или больше, 35 мас. % или больше, 40 мас. % или больше, 45 мас. % или больше или 50 мас. % или больше.

В соответствии с дополнительным вариантом выполнения предварительно подвергнутая реакции связующая композиция по настоящему изобретению содержит по меньшей мере один преполимер, имеющий молекулярную массу в диапазоне от больше чем 80 до 500 кДа (преполимер высокой молекулярной массы). Предпочтительно по меньшей мере один преполимер высокой молекулярной массы содержится по отношению к общей массе связующей композиции в количестве 0,2 мас. % или больше, например, 0,5 мас. % или больше, 0,75 мас. % или больше, 1 мас. % или больше, 1,75 мас. % или больше, 2,5 мас. % или больше, 5 мас. % или больше, 10 мас. % или больше, 15 мас. % или больше, 20 мас. % или больше, 30 мас. % или больше, 40 мас. % или больше или 50 мас. % или больше.

В соответствии с дополнительным вариантом выполнения предварительно подвергнутая реакции связующая композиция по настоящему изобретению содержит по меньшей мере один преполимер, имеющий молекулярную массу в диапазоне от больше чем 10 до 80 кДа (преполимер средней молекулярной массы). Предпочтительно по меньшей мере один преполимер средней молекулярной массы содержится по отношению к общей массе связующей композиции в количестве 0,3 мас. % или больше, например, 0,5 мас. % или больше, 1 мас. % или больше, 1,5 мас. % или больше, 2 мас. % или больше, 2,5 мас. % или больше, 5 мас. % или больше, 10 мас. % или больше, 15 мас. % или больше, 20 мас. % или больше, 30 мас. % или больше, 40 мас. % или больше или 50 мас. % или больше.

В соответствии с дополнительным вариантом выполнения предварительно подвергнутая реакции связующая композиция по настоящему изобретению содержит одно или больше соединений, имеющих молекулярную массу в пределах 10 кДа или меньше (преполимер низкой молекулярной массы), и которые отличаются от (i) по меньшей мере одного углеводного компонента и (ii) по меньшей мере одного азотсодержащего компонента. В соответствие с конкретным вариантом выполнения изобретения соединения с низкой молекулярной массой содержат один или более из: гликолевого альдегида, глицеральдегида, 2-оксопропаналя, ацетола, дигидроксиацетона, ацетоина, бутандиона, этаналя, глюкозона, 1-дезоксигексозулозы, 3 дезоксигексозулозы, 3-дезоксипентозулозы, 1,4-дидезоксигексозулозы, глиоксаля, метилглиоксаля, диацетила и 5-(гидроксиметил)фурфурола.

Кроме того, в настоящем описании термин "водорастворимый" не имеет особых ограничений, и включает все градации растворимости в воде предварительно подвергнутой реакции связующей композиции, как определено выше. В частности, термин "водорастворимый" включает растворимость в воде при 20°С 100 г/л или больше, 150 г/л или больше, 200 г/л или больше или 250 г/л или больше. Например, термин "водорастворимый" может включать в себя растворимость в воде предварительно подвергнутой реакции связующей композиции, как определено выше, 300 г/л или больше, 400 г/л или больше, 500 г/л или больше или 600 г/л или больше (при 20°С). Также кажущуюся бесконечную растворимость в воде можно рассматривать в пределах объема настоящего изобретения.

В этом контексте выражение "нерастворимый в воде" в соответствии с настоящим изобретением относится к случаям, когда предварительно подвергнутая реакции связующая композиция, как определено выше, по существу, не растворима в воде при 20°С. Например, термин нерастворимые включает растворимость в воде при 20°С 50 г/л или меньше, 40 г/л или меньше, 30 г/л или меньше или 20 г/л или меньше. Предпочтительно, термин нерастворимый в воде включает случаи растворимости в воде 10 г/л или меньше, 5 г/л или меньше, 1 г/л или меньше или 0,1 г/л или меньше.

Предварительно подвергнутая реакции связующая композиция может быть разбавлена водой, это означает, что 1 часть по массе предварительно подвергнутой реакции связующей композиции, смешанная с по меньшей мере 25 частями, в частности по меньшей мере 50 частями или 100 частями деионизированной воды, не образует осадка при смешивании.

В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения водный раствор, содержащий 70 мас. % предварительно подвергнутой реакции связующей композиции по настоящему изобретению, имеет вязкость при 20°С не больше чем 2000 сП. Например, водный раствор, содержащий 70 мас. % определенной выше предварительно подвергнутой реакции связующей композиции (т.е. водный раствор, содержащий 70 мас. % твердых веществ) может иметь начальную вязкость после его приготовления от 100 до 1500 сП, от 150 до 1200 сП, от 200 до 800 сП, от 220 до 600 сП или от 250 до 400 сП. С точки зрения обработки предпочтительная вязкость находится в диапазоне от 280 до 350 сП. Вязкость может быть измерена с помощью LV-Torque Brookfield Viscometer, шпинделем LV-63 при 60 оборотах в минуту.

Кроме того, вязкость указанного водного раствора предпочтительно не должна увеличится больше чем на 500 сП в случае выдерживания при 20°С в течение 12 часов, 24 часов, 48 часов, 72 часов или 96 часов. В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения вязкость указанного водного раствора не должна увеличиваться больше чем на 500 сП в течение недели, 10 дней, 12 дней или двух недель. Более длительные периоды, такие как три или четыре недели, или даже два, три или больше месяцев, при которых вязкость не будет увеличиваться больше чем на 500 сП являются более предпочтительными.

В соответствии с дополнительным вариантом выполнения величина, на которую возрастает вязкость в течение первых 12 часов при выдерживании 70 мас. % водного раствора предварительно подвергнутой реакции связующей композиции при 20°С, предпочтительно не должна превышать 450 сП, или 400 сП или даже 350 сП. Предпочтительное увеличение вязкости включает увеличение на 300 сП или меньше, 280 сП или меньше, 250 сП или меньше и 200 сП или меньше.

В соответствии с настоящим изобретением определенные выше периоды времени и увеличение вязкости не ограничиваются описанными выше примерами и могут быть свободно комбинированы. Например, предпочтительно, выше упомянутый 70 мас. % водный раствор предварительно подвергнутой реакции связующей композиции не увеличивает вязкость больше чем 300 сП в течение первых 48 часов после его приготовления, или больше 400 сП в течение двух недель после его приготовления. Как правило, если вязкость соответствующего водного раствора становится слишком высокой, например, вызывающей гелеобразование, предварительно подвергнутая реакции связующая композиция может стать непригодной для использования.

В соответствии с еще одним вариантом выполнения определенная выше предварительно подвергнутая реакции связующая композиция способна реагировать со сшивающим агентом с получением нерастворимой в воде композиции, например, с получением одного или нескольких меланоидинов в виде нерастворимой в воде композиции. В настоящем изобретении предварительно подвергнутая реакции связующая композиция может функционировать в качестве предшественника или промежуточного продукта, который может в дальнейшем прореагировать со сшивающим агентом с получением полимерного связующего. Например, это полимерное связующее может содержать меланоидины высокой молекулярной массы, продукты реакции Майяра, по существу нерастворимые в воде.

Например, один или несколько меланоидинов, как определено выше, могут содержать следующие общие структурные мотивы:

в которых n представляет собой целое число от единицы и больше.

В настоящем описании выражение "сшивающий агент" специально не ограничивается и включает любые химические или физические средства для последующей сшивки предварительно подвергнутой реакции связующей композиции с получением полимерного связующего, подходящего для связывания плохо компонуемого материала, такого как древесина или минеральные волокна.

В соответствии с конкретным вариантом выполнения настоящего изобретения сшивающий агент может быть тем же самым, что азотсодержащий компонент, который прореагировал с углеводным компонентом, или может быть другим азотсодержащим компонентом. Например, предварительно подвергнутая реакции связующая композиция по настоящему изобретению может быть получена с помощью реакции углеводного компонента с гексаметилендиамином. Затем дополнительно гексаметилендиамин может быть добавлен к предварительно подвергнутой реакции связующей композиции для достижения высокой степени полимеризации, необходимой для соответствующего применения. Дополнительный пример включает случай, когда предварительно подвергнутая реакции связующая композиция получается взаимодействием углеводного компонента с водным раствором аммиака, а для окончательного отверждения дополнительного добавляют гексаметилендиамин.

Однако, в соответствии с настоящим изобретением, сшивающий агент не ограничивается азотсодержащими компонентами, определенными в настоящем описании, и включает, в качестве примера: кислоты Льюиса, изо-цианаты, защищенные изоцианаты, эпоксиды, защищенные эпоксиды, карбонил-содержащие соединения, (альдегиды, кетоны, например, глиоксаль) и органические карбонаты. Конкретные примеры сшивающего агента включают в себя лимонную кислоту, поликарбоновые кислоты и ангидриды (например, янтарная кислота, малеиновый ангидрид, тетра- и гексагидрофталевые ангидриды, сополимеры стирола и малеинового ангидрида), растворы кислот и ангидридов поликарбоновых производных (например, их аммониевые соли).

В соответствии с дополнительным вариантом выполнения определенной выше предварительно подвергнутой реакции связующей композиции, отношение общего количества карбонильных групп в углеводном компоненте к общему количеству реакционноспособных азотсодержащих групп в азотсодержащем компоненте составляет от 5:1 до 1:5. Например, отношение карбонильных групп к реакционноспособным азотсодержащим группам может быть от 5:1 до 1:4,5, от 5:1 до 1:4, от 5:1 до 1:3,5, от 5:1 до 1:3, от 5:1 до 1:2,5, от 5:1 до 1:2, от 5:1 до 1:1,8, от 5:1 до 1:1,5, от 5:1 до 1:1,2, от 5:1 до 1:1, от 5:1 до 1:0,8 и от 5:1 до 1:0,5. Дополнительные примеры включают в себя отношения, такие как от 4:1 до 1:5, от 3,5:1 до 1:5, от 3:1 до 1:5, от 2,5:1 до 1:5, от 2:1 до 1:5, от 1,5:1 до 1:5, от 1:1 до 1:5, от 0,8:1 до 1:5 и от 0,5:1 до 1:5. В соответствии с настоящим изобретением, верхние и нижние границы указанных выше соотношений можно свободно комбинировать

В настоящем описании выражение "реакционноспособная азотсодержащая группа" особенно не ограничивается и включает любые азотсодержащие группы в азотсодержащем компоненте, которые способны вступать в реакцию с углеводным компонентом. В частности, примеры таких реакционноспособных азотсодержащих групп включают первичные, вторичные, третичные и четвертичные аминогруппы, амидные группы, иминные и имидные группы, а также цианатные и изоцианатные группы.

В настоящем описании выражение "углеводный компонент" конкретно не ограничивается и обычно включает любое углеводное соединение, которое способно вступать в реакцию с азотсодержащим компонентом.

В соответствии с одним из вариантов выполнения определенной выше предварительно подвергнутой реакции связующей композиции, по меньшей мере один углеводный компонент выбирается из группы, состоящей из моносахаридов, дисахаридов, полисахаридов или продукта их реакции.

Предпочтительно, углеводный компонент является или содержит восстанавливающий сахар и/или компонент, который дает восстанавливающий сахар in situ. Как используется в настоящем описании, выражение "восстанавливающий сахар" указывает на один или несколько Сахаров, которые содержат альдегидные или кето-группы, или которые могут изомеризоваться, т.е. таутомеризоваться, чтобы появились альдегидные или кето-группы, причем эти группы могут быть окислены, например, Cu-ионами с получением карбоновых кислот. В соответствии с настоящим изобретением любой такой углеводный компонент может быть необязательно замещен, такими заместителями, как гидрокси, галоген, алкил, алкокси и подобными. В любом таком углеводном компоненте могут присутствовать один или несколько хиральных центров, и оба возможные оптические изомеры при каждом хиральном центре включены в изобретение, описанное в настоящем описании. Кроме того, также следует понимать, что различные смеси, включая рацемические смеси, или другие диастереомерные смеси различных оптических изомеров любого такого углеводного компонента, а также различные геометрические изомеры, могут быть использованы в одном или нескольких вариантах выполнения, описанных в настоящем описании.

Невосстанавливающие сахара, например сахароза, могут быть использованы в качестве углеводного компонента или части углеводного компонента, особенно, когда способны превращаться и/или превращаются in-situ в восстанавливающий сахар. Кроме того, также следует понимать, что моносахарид, дисахарид или полисахарид могут частично реагировать с предшественником с образованием углеводного реакционного продукта. В рамках того, что углеводный реакционный продукт является производным от моносахарида, дисахарида или полисахарида, и поддерживает подобную реакционноспособность с азотсодержащим компонентом с образованием продуктов реакции, аналогичных продуктам реакции моносахарида, дисахарида или полисахарида с азотсодержащим компонентом, углеводный реакционный продукт находится в пределах объема термина углеводный компонент.

Предпочтительно, любой углеводный компонент должен быть достаточно нелетучим, чтобы максимизировать свою способность оставаться доступным для реакции с азотсодержащим компонентом. Углеводный компонент может быть моносахаридом в альдозной или кетозной форме, включая триозы, тетрозы, пентозы, гексозы или гептозы; или полисахаридом; или их комбинацией. Например, когда триоза служит в качестве углеводного компонента или используется в комбинации с другими восстанавливающими сахарами и/или полисахаридами, могут быть использованы альдотриозный сахар или кетотриозный сахар, например, глицеральдегид и дигидроксиацетон, соответственно. Когда тетроза служит в качестве углеводного компонента или используется в комбинации с другими восстанавливающими сахарами и/или полисахаридами, могут быть использованы альдотетрозные сахара, такие как эритроза и треоза; и кетотетрозные сахара, такие как эритрулоза. Когда пентоза служит в качестве углеводного компонента или используется в комбинации с другими восстанавливающими сахарами и/или полисахаридами, могут быть использованы альдо-пентозные сахара, такие как рибоза, арабиноза, ксилоза и ликсоза; и кето-пентозные сахара, такие как рибулоза, ксилулоза, арабулоза и ликсулоза. Когда гексоза служит в качестве углеводного компонента или используется в комбинации с другими восстанавливающими сахарами и/или полисахаридами, могут быть использованы альдогексоные сахара, такие как декстроза (т.е., глюкоза), манноза, галактоза, аллоза, альтроза, талоза, гулоза и идоза; и кетогексозные сахара, такие как фруктоза, псикоза, сорбоза и тагатоза. Когда гептоза служит в качестве углеводного компонента или используется в комбинации с другими восстанавливающими сахарами и/или полисахаридами, может быть использованы кетогептозный сахар такой как седогептулоза. Другие стереоизомеры таких углеводных компонентов, как известно, не встречаются в природе, также рассматриваются, как полезные при получении композиций связующих, как описано в настоящем описании. В одном варианте выполнения углеводный компонент представляет собой кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы (HFCS).

Как упоминалось выше, углеводный компонент может быть полисахаридом. Например, углеводный компонент может быть полисахаридом с низкой степенью полимеризации, и включает, например, мелассу, крахмал, гидролизаты целлюлозы или их смеси. В соответствии с конкретным примером, углеводный компонент представляет собой гидролизат крахмала, мальтодекстрин или их смесь. В то время как углеводы с более высокими степенями полимеризации не могут быть предпочтительным, они могут тем не менее быть полезным в рамках настоящего изобретения посредством in-situ деполимеризации.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением углеводный компонент может быть использован в сочетании с неуглеводным полигидроксильным реагентом. Примеры неуглеводных полигидроксильных реагентов, которые могут быть использованы в сочетании с углеводным компонентом включают, но не ограничиваются этим, триметилолпропан, глицерин, пентаэритрит, поливиниловый спирт, частично гидролизованный поливинилацетат, полностью гидролизованный поливинилацетат и их смеси. Например, неуглеводный полигидроксильный реагент является достаточно нелетучим, чтобы максимизировать свою способность оставаться доступным для реакции с мономерным или полимерным полиамином. Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением гидрофобность неуглеводного полигидроксильного реагента может быть фактором в определении физических свойств связующего, полученного, как описано в настоящем изобретении. Могут быть использованы другие совместно реагирующие соединения, например, подобные карбонилсодержащим соединениям, - альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и ангидриды.

В предпочтительном варианте выполнения вышеприведенной предварительно подвергнутой реакции связующей композиции по меньшей мере один углеводный компонент выбирается из группы, состоящей из рибозы, арабинозы, ксилозы, ликсозы, глюкозы (декстрозы), маннозы, галактозы, аллозы, альтрозы, талозы, гулозы, идозы, фруктозы, псикозы, сорбозы, дигидроксиацетона, сахарозы и тагатозы, а также их смесей.

Кроме того, в настоящем описании выражение "азотсодержащий компонент" конкретно не ограничен и включает любое химическое соединение или смесь соединений, которые содержат по меньшей мере один атом азота и которые способны вступать в реакцию с по меньшей мере одним углеводным компонентом.

Согласно одному варианту выполнения в предварительно подвергнутой реакции связующей композиции, как определено выше, по меньшей мере один азотсодержащий компонент представляет собой NH3, неорганический амин или органический амин, содержащий по меньшей мере одну первичную аминогруппу, а также их соли. Например, в качестве азотсодержащего компонента 1МНз может быть использован как таковой (например, в виде водного раствора), а также в виде любого типа неорганических и органических солей аммония, до тех пор пока эти соли способны взаимодействовать с углеводным компонентом, определенным выше. Конкретные примеры неорганических солей аммония включают сульфат аммония (AmS04), фосфат аммония, хлорид аммония и нитрат аммония.

В соответствии с настоящим изобретением азотсодержащий компонент может быть полиамином. В настоящем описании термин "полиамин" включает любое органическое соединение, имеющее две или более аминогрупп, которые могут быть замещены независимо друг от друга. Как используется в настоящем описании, «первичный полиамин» представляет собой органическое соединение, имеющее две или более первичных аминогрупп (-NH₂). В рамках термина первичный полиамин находятся те соединения, которые могут быть модифицированы in situ или изомеризованы для образования соединения, имеющего две или более первичных аминогрупп (-NH₂).

Например, полиамин может быть первичным полиамином. В соответствии с одним из вариантов выполнения настоящего изобретения, первичный полиамин может быть молекулой, имеющей формулу H₂N-Q-NH₂, где Q представляет собой алкил, циклоалкил, гетероалкил или циклогетероалкил, каждый из которых может быть необязательно замещен. Например, Q может представлять собой алкильную группу, выбранную из группы, состоящей из С₂-С₂₄, алкил, выбранный из группы, состоящей из С₂-С₉, алкил, выбранный из группы, состоящей из С₃-С₇. В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения Q представляет собой алкил с 6 атомами углерода. В соответствии с другим вариантом выполнения Q может быть циклогексильной, циклопентильной, или циклобутильной, или бензильной группой.

Как используется в настоящем описании, термин "алкил" включает цепь атомов углерода, которая при необходимости может быть разветвленной. Как используется в настоящем описании, термины "алкенил" и "алкинил" независимо включают цепь атомов углерода, которая при необходимости может быть разветвленной, и включают в себя по меньшей мере одну двойную связь или тройную связь, соответственно. Следует понимать, что алкинил также может включать в себя одну или более двойных связей. Следует также понимать, что алкил преимущественно ограничивается в длине, включая С₁-С₂₄, С₁-С₁₂, C₁-C₈, C₁-C₆ и С₁-С₄. Следует также понимать, что алкенилы и/или алкинилы могут быть каждый преимущественно ограниченной длины, включая С₂-С₁₂, С₂-С₈, С₂-С₆ и С₂-С₄. В частности, более короткие алкильные, алкенильные и/или алкинильные группы могут добавлять меньше гидрофильное™ соединению и, соответственно, будут иметь различную реакционную способность по отношению к углеводному компоненту и растворимость в растворе связующего.

Как используется в настоящем описании, термин "циклоалкил" включает цепочку атомов углерода, которая при необходимости может быть разветвленной, где по меньшей мере часть цепи является циклической. Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением следует отметить, что термин "циклоалкилалкил" рассматривается как подгруппа циклоалкила, и что термин "циклоалкил" включает также полициклические структуры. Например, такие циклоалкилы включают, но не ограничиваются этим: циклопропил, циклопентил, циклогексил, 2-метилциклопропил, циклопентилэт-2-ил, адамантил и тому подобное. Как используется в настоящем описании, термин "циклоалкенил" включает цепочку атомов углерода, которая при необходимости может быть разветвленной, и включает по меньшей мере одну двойную связь, где по меньшей мере часть цепи является циклической. В соответствии с настоящим изобретением по меньшей мере одна двойная связь может быть в циклической части циклоалкенила и/или нециклической части циклоалкенила. Кроме того, следует понимать, что циклоалкенилалкил и циклоалкилалкенил каждый рассматривается как подгруппа циклоалкенила. Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением "циклоалкил" может быть полициклическим. Примеры таких циклоалкенилов включают, но не ограничиваются этим, циклопентенил, циклогек-силэтен-2-ил, циклогептенилпропенил и тому подобное. Кроме того, цепь, образующая циклоалкил и/или циклоалкенил, преимущественно ограничивается в длине, включая С₃-С₂₄, С₃-С₁₂, С₃-С₈, С₃-С₆ и С₅-С₆. В соответствии с настоящим изобретением более короткие алкильные и/или алкенильные цепи, образующие циклоалкил и/или циклоалкенил, соответственно, могут добавлять меньше липофильности к соединению и, соответственно, будут иметь различное поведение.

Как используется в настоящем описании, термин "гетероалкил" включает цепочку атомов, при необходимости разветвленную, которая включает как углерод, так и по меньшей мере один гетероатом. Примеры таких гетероатомов включают атомы азота, кислорода и серы. В некоторых вариациях указанные гетероатомы также включают в себя фосфор и селен. В одном варианте выполнения гетероалкил представляет собой полиэфир. Как используется в настоящем описании, термин "циклогетероалкил", включая гетероциклил и гетероцикл, включает цепочку атомов, которая включает как углерод, так и по меньшей мере один гетероатом, например как гетероалкил, и при необходимости может быть разветвленной, где по меньшей мере часть цепи является циклической. Кроме того, примеры циклогетероалкила включают, но не ограничиваются этим: тетрагидрофурил, пирролидинил, тетрагидропиранил, пиперидинил, морфолинил, пиперазинил, гомопиперазинил, хинуклидинил и тому подобное.

В настоящем описании выражение "при необходимости замещенный" включает замену атомов водорода другими функциональными группами в радикале, который является при необходимости замещенным. Такие другие функциональные группы, в качестве иллюстрации, включают, но не ограничиваются этим: амино, гидроксил, галоген, тиол, алкил, галогеналкил, гетероалкил, арил, арилалкил, арилгетероалкил, нитро, сульфоновые кислоты и их производные, карбоновые кислоты и их производные и т.п. В качестве иллюстрации, любая из групп: амино, гидроксил, тиол, алкил, галогеналкил, гетероалкил, арил, арилалкил, арилгетероалкил и/или сульфоновая кислота является при необходимости замещенной.

Например, первичный полиамин может быть диамином, триамином, тетраамином или пентаамином. Согласно одному варианту выполнения полиамин представляет собой триамин, выбранный из диэтилентриамина, 1-пиперазинэтанамина или бис(гексаметилен)триами