JP2008515761A - Water repellent glass fiber binder containing a fluorinated polymer - Google Patents
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Abstract
ポリカルボキシポリマー、ポリオールおよびフッ素化ポリマーを含むガラス繊維バインダー組成物が提供される。また、このバインダーは、好ましくはリン含有有機酸のアルカリ金属塩である触媒を含む。得られたバインダーは、最小の加工困難性と最小の吸水性を示すガラス繊維製品を提供する。 A glass fiber binder composition comprising a polycarboxy polymer, a polyol and a fluorinated polymer is provided. The binder also includes a catalyst that is preferably an alkali metal salt of a phosphorus-containing organic acid. The resulting binder provides a glass fiber product that exhibits minimal processing difficulty and minimal water absorption.
Description
本発明は、改善された撥水特性を有するポリカルボキシポリマー結合樹脂に関する。より詳細には、本発明は、多官能性、ヒドロキシル基反応性硬化剤により、架橋によって硬化する熱硬化性のアクリル酸系バインダー樹脂に関し、このバインダーは、最小の吸水性を示すような樹脂を含むバインダーである。このようなバインダーは、不織布ガラス繊維製品のホルムアルデヒド系バインダーの代替品として有用である。 The present invention relates to polycarboxy polymer binding resins having improved water repellency properties. More particularly, the present invention relates to a thermosetting acrylic binder resin that is cured by crosslinking with a multifunctional, hydroxyl group reactive curing agent, the binder comprising a resin that exhibits minimal water absorption. Containing binder. Such a binder is useful as a substitute for a formaldehyde-based binder for nonwoven glass fiber products.
ガラス繊維バインダーは、バインダーを、織られたまたは不織布ガラス繊維シート品に適用し、硬化して、より剛性の製品を製造する硬さを与える用途;バインダー樹脂をシートまたは嵩高い繊維状製品に適用した後に、乾燥させて、場合によってBステージにし、これから硬化可能な中間体を形成する熱成形用途;から建築絶縁材などの完全硬化システムまでの範囲の種々の用途を有する。 Glass fiber binder is used to apply the binder to woven or non-woven glass fiber sheet products and cure to give the hardness to produce a more rigid product; to apply binder resin to sheets or bulky fibrous products After being dried, it has a variety of applications ranging from thermoforming applications, optionally B-stages, from which curable intermediates are formed; to fully cured systems such as building insulation.
一般に、繊維状ガラス絶縁材製品は、硬化された熱硬化高分子材料によって一体に結合された、マット化されたガラス繊維を含む。ガラスの溶融したストリームは、ランダムな長さの繊維に延伸され、繊維は、成形チャンバー中に吹き込まれ、走行するコンベヤー上にマットとしてランダムに沈積される。繊維は、成形チャンバー中を移動する間に、延伸操作のために未だ熱い間に、水性バインダーによりスプレーされる。フェノールホルムアルデヒド・バインダーが、繊維状ガラス絶縁材工業全体にわたって、使用されてきた。成形操作中のガラス繊維からの残留熱および繊維状マットを通す空気の流れは、一般にバインダーから、すべての水の大部分を揮発させるのに十分であり、それによって、バインダーの残りの成分が粘性のまたは半粘性の高固形分液体として繊維上に残る。被覆された繊維状マットを、硬化炉に移動させ、ここで例えば、加熱空気がマットを通して吹き込まれバインダーを硬化させ、ガラス繊維を強固に一体に結合させる。 In general, fibrous glass insulation products include matted glass fibers bonded together by a cured thermoset polymeric material. The molten stream of glass is drawn into random length fibers, which are blown into a forming chamber and randomly deposited as a mat on a running conveyor. While moving through the molding chamber, the fibers are sprayed with an aqueous binder while still hot for the drawing operation. Phenol formaldehyde binders have been used throughout the fibrous glass insulation industry. Residual heat from the glass fibers and the air flow through the fibrous mat during the molding operation is generally sufficient to volatilize most of all the water from the binder, thereby making the remaining components of the binder viscous. Or on the fiber as a semi-viscous high solids liquid. The coated fibrous mat is moved to a curing oven where, for example, heated air is blown through the mat to cure the binder and firmly bond the glass fibers together.
本発明の意味において使用されるガラス繊維バインダーは、まったく異なる、非類似の技術分野である、マトリックス樹脂と混同されるべきではない。時に、「バインダー」という場合、マトリックス樹脂は、繊維間のすべての間隙空間を充填する役割を果たし、緻密な繊維強化製品をもたらし、ここでは、マトリックスは、繊維強度特性を複合材に転化しなければならない。一方、本明細書では、「バインダー樹脂」は、空間を充填するのではなく、繊維、特に繊維の接合点を被覆するだけである。またガラス繊維バインダーは、接着剤特性をセルロース系基材の化学的性質に適合させている紙または木材製品「バインダー」と同一視することはできない。多くのこのような樹脂は、ガラス繊維バインダーとしての用途に適さない。ガラス繊維バインダーの当業者であれば、ガラス繊維バインダーに関する任意の知られた問題を解決するために、セルロース系バインダーに依存することはない。 The glass fiber binder used in the sense of the present invention should not be confused with a matrix resin, which is a completely different and dissimilar technical field. Sometimes referred to as a “binder”, the matrix resin serves to fill all interstitial spaces between the fibers, resulting in a dense fiber reinforced product, where the matrix must convert the fiber strength properties into a composite. I must. On the other hand, in this specification, the “binder resin” does not fill a space but only covers a fiber, particularly a joint point of the fiber. Also, glass fiber binders cannot be equated with paper or wood product “binders” whose adhesive properties are adapted to the chemistry of the cellulosic substrate. Many such resins are not suitable for use as glass fiber binders. Those skilled in the art of glass fiber binders do not rely on cellulosic binders to solve any known problems with glass fiber binders.
ガラス繊維絶縁材製品において有用なバインダーは、一般に未硬化状態において低粘度で、硬化された場合に、ガラス繊維に対して剛性の熱硬化重合体マットを形成するような特性値を必要とする。未硬化状態においてバインダー粘度が低いことは、マットを正確に所定の大きさにつくるために必要である。また、粘性のあるバインダーは、粘着性でありまたはべた付く傾向があり、したがって、これらのバインダーは、成形チャンバー壁に繊維の蓄積を生じる。この蓄積された繊維は、後にマット上に落ち、密集した場所および製品に問題を起こす。最終ガラス繊維熱絶縁材製品は、包装および出荷のために圧縮された場合、建築物に設置されたとき、作製された状態の垂直な寸法を回復するように、硬化された場合に、剛性のマトリックスを形成するバインダーが必要である。 Binders useful in glass fiber insulation products generally have low viscosity in the uncured state and require properties that when cured will form a rigid thermoset polymer mat for the glass fibers. A low binder viscosity in the uncured state is necessary to make the mat accurately to a predetermined size. Also, viscous binders tend to be sticky or sticky and therefore these binders cause fiber buildup on the molding chamber walls. This accumulated fiber will later fall on the mat, causing problems in dense places and products. The final glass fiber thermal insulation product, when compressed for packaging and shipping, is rigid when cured to restore the vertical dimensions of the fabricated state when installed in a building. A binder that forms the matrix is required.
多くの熱硬化性ポリマーの中に、適切な熱硬化性ガラス繊維バインダー樹脂に対して多数の候補が存在する。しかし、バインダー被覆ガラス繊維製品は、しばしば日用品タイプの製品であり、したがって、価格が推進因子となり、一般に熱硬化性ポリウレタン類、エポキシ類、その他などの樹脂は除外される。その優れた価格/性能比により、過去において選ばれた樹脂は、フェノール/ホルムアルデヒド樹脂であった。フェノール/ホルムアルデヒド樹脂は、経済的に製造することができ、多くの用途においてバインダーとして使用する前に尿素で増量することができる。このような、尿素で増量されたフェノール/ホルムアルデヒド・バインダーは、例えば、長い間、ガラス繊維絶縁材工業の主力であった。 Among many thermosetting polymers, there are a number of candidates for a suitable thermosetting glass fiber binder resin. However, binder-coated glass fiber products are often commodity products, and therefore price is a driving factor and generally excludes resins such as thermosetting polyurethanes, epoxies, and others. Due to its excellent price / performance ratio, the resin chosen in the past was a phenol / formaldehyde resin. Phenol / formaldehyde resins can be produced economically and can be augmented with urea before being used as a binder in many applications. Such urea-enhanced phenol / formaldehyde binders, for example, have long been the mainstay of the glass fiber insulation industry.
しかし、過去数十年にわたり、より清浄な環境を提供することを望む工業側ならびに連邦政府規制により、揮発性有機化合物放出(VOC)を最小にする広範の検討が、現行のホルムアルデヒド系バインダーからの放出を減少させることだけでなく、また候補となる代替バインダーに対してもなされてきた。例えば、基本的フェノール/ホルムアルデヒドレゾール樹脂の調製において、フェノール対ホルムアルデヒドの比のわずかな変更、触媒の変更、および異なる、複合ホルムアルデヒド捕捉剤の添加が、フェノール/ホルムアルデヒド・バインダーからの放出において、以前に使用されたバインダーと比較してかなりの改善をもたらした。しかし、ますます厳しい連邦政府規制により、ホルムアルデヒドの出ない代替バインダー系に、より多くの関心が払われてきた。 However, over the past few decades, due to industry and federal regulations that want to provide a cleaner environment, extensive investigations to minimize volatile organic compound emissions (VOC) have resulted from current formaldehyde-based binders. It has been done not only to reduce emissions, but also to candidate alternative binders. For example, in the preparation of a basic phenol / formaldehyde resol resin, a slight change in the ratio of phenol to formaldehyde, a change in catalyst, and the addition of a different complex formaldehyde scavenger has previously been observed in the release from a phenol / formaldehyde binder. There was a considerable improvement compared to the binder used. However, due to increasingly stringent federal regulations, more attention has been paid to alternative binder systems that do not formaldehyde.
1つのこのような候補バインダー系は、第1の成分としてアクリル酸のポリマー、および硬化もしくは「架橋」成分としてグリセリンまたは適度にオキシアルキル化されたグリセリンなどのポリオールを使用する。VOC放出に関する情報を含めて、このようなポリ(アクリル酸)系バインダーの調製および特性と、バインダー特性と尿素ホルムアルデヒド・バインダーとの比較は、「Formaldehyde−Free Crosslinking Binders For Non−Wovens」、Charles T.Arkins等、TAPPI JOURNAL、Vol.78、No.11、161〜168頁、1995年11月に示されている。Arkinsの記事によって開示されているバインダーは、B−ステージが可能で、かつ尿素/ホルムアルデヒド樹脂の特性と同様な物理的特性を提供することができると思われる。 One such candidate binder system uses a polymer of acrylic acid as the first component and a polyol such as glycerin or moderately oxyalkylated glycerin as the curing or “crosslinking” component. The preparation and properties of such poly (acrylic acid) -based binders, including information on VOC release, and a comparison of binder properties and urea-formaldehyde binders can be found in "Formaldehyde-Free Crosslinking Binders For Non-Wovens", Charles T . Arkins et al., TAPPI JOURNAL, Vol. 78, no. 11, 161-168, November 1995. It is believed that the binder disclosed by Arkins article is capable of B-stage and can provide physical properties similar to those of urea / formaldehyde resins.
米国特許第5,340,868号は、ポリカルボキシポリマー、ヒドロキシアルキルアミド、および少なくとも1つの、クエン酸などの三官能モノマーカルボン酸の組合せにより硬化されるガラス繊維絶縁材製品を開示している。この開示されている特定のポリカルボキシポリマーは、ポリ(アクリル酸)ポリマーである。また、米国特許第5,143,582号を参照のこと。 US Pat. No. 5,340,868 discloses a glass fiber insulation product that is cured with a combination of a polycarboxy polymer, a hydroxyalkylamide, and at least one trifunctional monomeric carboxylic acid such as citric acid. The particular polycarboxy polymer disclosed is a poly (acrylic acid) polymer. See also US Pat. No. 5,143,582.
米国特許第5,318,990号は、ポリカルボキシポリマー、モノマー三価アルコールおよびリン含有有機酸のアルカリ金属塩を含む触媒を含む繊維状ガラス・バインダーを開示している。 US Pat. No. 5,318,990 discloses a fibrous glass binder comprising a catalyst comprising a polycarboxy polymer, a monomeric trihydric alcohol and an alkali metal salt of a phosphorus-containing organic acid.
発行されているヨーロッパ特許出願EP0 583 086A1は、先に引用したArkinsの記事において議論されているように、硬化がリン含有触媒系によって触媒されるポリアクリル酸バインダーについて詳細を提供しているようである。より完全な硬化を示すポリマーを提供する高分子量ポリ(アクリル酸)が述べられている。また、米国特許第5,661,213号;第5,427,587号;第6,136,916号;および第6,221,973号を参照のこと。 The published European patent application EP 0 583 086 A1 appears to provide details on polyacrylic acid binders whose curing is catalyzed by a phosphorus-containing catalyst system, as discussed in the Arkins article cited above. is there. High molecular weight poly (acrylic acid) is described which provides a polymer that exhibits more complete cure. See also U.S. Patent Nos. 5,661,213; 5,427,587; 6,136,916; and 6,221,973.
いくつかのポリカルボキシポリマーは、ガラス繊維絶縁材製品の作製に有用であることが分かった。処理の間に、成形チャンバーの内側にガラス繊維が凝集または付着する問題、ならびに商業的に許容されるガラス繊維絶縁材製品を提供するために、必要とされる回復および剛性を示す最終製品を提供することは、既に克服された。例えば、米国特許第6,331,350号を参照のこと。しかし、熱硬化性アクリル樹脂は、伝統的なフェノール・バインダーよりも親水性であることが分かった。この親水性は、液体の水をより吸収しやすいガラス繊維絶縁材をもたらす可能性があり、それによっておそらく製品の完全性が危うくなる。また、ガラス繊維用結合剤として、今使用しようとする熱硬化性アクリル樹脂は、この工業によって伝統的に使用されているタイプのシラン・カップリング剤と効果的に反応しないことが分かった。疎水化剤としてシリコーンを添加すると、切削装置が使用される場合に、焼却に基づく問題を生じる。また、製造プロセス中のシリコーンの存在は、ある種の上張り基材の最終ガラス繊維材料への接着の妨げになることがある。これらの問題を克服することが、ガラス繊維バインダーにおいてポリカルボキシポリマーをよりよく利用するための助けになる。
したがって、新規な非フェノール/ホルムアルデヒド・バインダーを提供することが、本発明の目的である。
本発明のさらに他の目的は、さらに撥水性であり、液体の水を吸収し難いガラス繊維絶縁材製品の調製を可能とするようなバインダーを提供することである。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a novel non-phenol / formaldehyde binder.
Still another object of the present invention is to provide a binder that is more water-repellent and that makes it possible to prepare a glass fiber insulation product that is difficult to absorb liquid water.
本発明のさらに他の目的は、良好な回復および剛性を示し、ホルムアルデヒドを含まず、およびさらに防水性のあるガラス繊維絶縁材製品を提供することである。
本発明のこれらのおよび他の目的は、以下の記載およびここに添付された特許請求の範囲を検討すれば、当業者には明らかとなる。
Yet another object of the present invention is to provide a glass fiber insulation product that exhibits good recovery and stiffness, is free of formaldehyde, and is further waterproof.
These and other objects of the present invention will become apparent to those of ordinary skill in the art upon review of the following description and the claims appended hereto.
前述の目的に従って、本発明によって新規なガラス繊維バインダーが提供される。本発明のバインダー組成物は、ポリカルボキシポリマー、ポリオール、およびフッ素化ポリマーを含む。また、バインダーは、リン含有有機酸のアルカリ金属塩などの触媒を含むことが好ましい。 In accordance with the foregoing objects, the present invention provides a novel glass fiber binder. The binder composition of the present invention comprises a polycarboxy polymer, a polyol, and a fluorinated polymer. The binder preferably contains a catalyst such as an alkali metal salt of a phosphorus-containing organic acid.
本発明のバインダーの重要な態様は、バインダー組成物が、ポリカルボキシポリマーおよびポリオールに加えてフッ素化ポリマーを含むことである。バインダー中のフッ素化ポリマーの存在は、バインダー、したがって、バインダーが適用されるガラス繊維マットを本質的に防水性にすると考えられる。結果として、本発明のバインダーにより作製されたガラス繊維絶縁材は、本発明のバインダーが水をはじき、ガラス繊維と結合剤との結合性を維持することが分かったので、水に曝された場合にはがれるという起こる可能性のある問題を回避する。 An important aspect of the binder of the present invention is that the binder composition comprises a fluorinated polymer in addition to the polycarboxy polymer and the polyol. The presence of the fluorinated polymer in the binder is believed to make the binder, and thus the glass fiber mat to which the binder is applied, essentially waterproof. As a result, the glass fiber insulation made with the binder of the present invention was found to be exposed to water because the binder of the present invention repels water and maintains the bond between the glass fiber and the binder. Avoid potential problems that may come off.
とりわけ、ガラス繊維用のホルムアルデヒドを含まないバインダー、特にポリカルボキシ/ポリオール・バインダー中にフッ素化ポリマーを含ませることによって、調製されたガラス繊維マットに対する撥水性が、性能または処理に悪影響を与えることなしに実現される。ガラス繊維マットは、熱または音響絶縁材、ならびに空気または液体の濾過媒体として使用することができる。 In particular, by including a fluorinated polymer in a formaldehyde-free binder for glass fibers, especially polycarboxy / polyol binders, the water repellency to the prepared glass fiber mats will not adversely affect performance or processing To be realized. Glass fiber mats can be used as thermal or acoustic insulation, as well as air or liquid filtration media.
本発明に関して、興味のあるバインダーは、ガラス繊維に対して有用であるホルムアルデヒドを含まないバインダーである。特に興味のあるのは、ポリカルボキシポリマーおよびポリオールのバインダー組成物化合物である。このようなバインダー組成物は、例えば、米国特許第6,331,350号に記載されており、これを参照によりその全体を本明細書に明確に組み込む。 In the context of the present invention, the binder of interest is a formaldehyde-free binder that is useful for glass fibers. Of particular interest are polycarboxy polymer and polyol binder composition compounds. Such binder compositions are described, for example, in US Pat. No. 6,331,350, which is expressly incorporated herein in its entirety by reference.
本発明の好ましいバインダーにおいて使用されるポリカルボキシポリマーは、1つより多いペンダントカルボキシ基を含む、有機ポリマーまたはオリゴマーを含む。ポリカルボキシポリマーは、必ずしも限定はされないが、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸、ケイ皮酸、2−メチルマレイン酸、イタコン酸、2−メチルイタコン酸、メチレングルタル酸などを含む不飽和カルボン酸から調製された、ホモポリマーまたはコポリマーであってよい。あるいは、ポリカルボキシポリマーは、必ずしも限定はされないが、無水マレイン酸、無水メタクリル酸など、ならびにそれらの混合物を含む不飽和無水物から調製することができる。これらの酸および無水物を重合させる方法は、化学分野においてよく知られている。 The polycarboxy polymers used in the preferred binders of the present invention comprise organic polymers or oligomers containing more than one pendant carboxy group. The polycarboxy polymer is not necessarily limited, but includes acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, isocrotonic acid, maleic acid, cinnamic acid, 2-methylmaleic acid, itaconic acid, 2-methylitaconic acid, methyleneglutaric acid, and the like. It may be a homopolymer or copolymer prepared from an unsaturated carboxylic acid containing. Alternatively, polycarboxy polymers can be prepared from unsaturated anhydrides including, but not necessarily limited to, maleic anhydride, methacrylic anhydride, and the like, as well as mixtures thereof. Methods for polymerizing these acids and anhydrides are well known in the chemical field.
本発明のポリカルボキシポリマーは、さらに、1つまたは複数の前述の不飽和カルボン酸または無水物と、必ずしも限定はされないが、スチレン、メチルスチレン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、メチルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、ビニルメチルエーテル、酢酸ビニルなどを含む1つまたは複数のビニル化合物とのコポリマーを含むことができる。これらのコポリマーを調製する方法は、当技術分野においてよく知られている。 The polycarboxy polymer of the present invention further includes, but is not necessarily limited to, one or more of the aforementioned unsaturated carboxylic acids or anhydrides, such as styrene, methylstyrene, acrylonitrile, methacrylonitrile, methyl acrylate, ethyl acrylate, n -Copolymers with one or more vinyl compounds including butyl acrylate, isobutyl acrylate, methyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, glycidyl methacrylate, vinyl methyl ether, vinyl acetate and the like may be included. Methods for preparing these copolymers are well known in the art.
好ましいポリカルボキシポリマーは、ポリアクリル酸のホモポリマーおよびコポリマーを含む。ポリカルボキシポリマー、特にポリアクリル酸ポリマーの分子量が、10000未満、さらに好ましくは5000未満、および最も好ましくは約3000以下であることが特に好ましい。低分子量ポリカルボキシポリマーは、優れた回復および剛性を示す最終製品をもたらす。 Preferred polycarboxy polymers include homopolymers and copolymers of polyacrylic acid. It is particularly preferred that the molecular weight of the polycarboxy polymer, especially the polyacrylic acid polymer, is less than 10,000, more preferably less than 5000, and most preferably about 3000 or less. The low molecular weight polycarboxy polymer results in a final product that exhibits excellent recovery and stiffness.
また、本発明のホルムアルデヒドを含まない硬化性水性バインダー組成物は、少なくとも2つのヒドロキシル基を含むポリオールを含む。ポリオールは、加熱および硬化操作の間に、実質上残留して、組成物中のポリ酸との反応に利用できるように、十分に不揮発性でなければならない。ポリオールは、少なくとも2つのヒドロキシル基を担持する、約1000未満の分子量を有する化合物であってよく、その例はエチレングリコール、グリセロール、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン、ソルビトール、スクロース、グルコース、レゾルシノール、カテコール、ピロガロール、グリコール化尿素、1,4−シクロヘキサンジオール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、およびある種の反応性ポリオール、例えばビス[N,N−ジ(ヒドロキシエチル)]アジパミドなどのヒドロキシアルキルアミドなどであり、この反応性ポリオールは、ここに参照によりその全体を本明細書に組み込まれた米国特許第4,076,917号の教示により調製することができ、あるいはポリオールは、例えばポリビニルアルコール、部分加水分解ポリ酢酸ビニル、およびヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートのホモポリマーまたはコポリマーなどの、少なくとも2つのヒドロキシル基を含む付加ポリマーであってよい。本発明の目的に対して最も好ましいポリオールは、トリエタノールアミン(TEA)である。 The formaldehyde-free curable aqueous binder composition of the present invention also includes a polyol containing at least two hydroxyl groups. The polyol must be sufficiently non-volatile so that it remains substantially during heating and curing operations and is available for reaction with the polyacid in the composition. The polyol may be a compound having a molecular weight of less than about 1000 carrying at least two hydroxyl groups, examples of which are ethylene glycol, glycerol, pentaerythritol, trimethylolpropane, sorbitol, sucrose, glucose, resorcinol, catechol, Pyrogallol, glycolated urea, 1,4-cyclohexanediol, diethanolamine, triethanolamine, and certain reactive polyols such as hydroxyalkylamides such as bis [N, N-di (hydroxyethyl)] adipamide, This reactive polyol can be prepared in accordance with the teachings of US Pat. No. 4,076,917, which is hereby incorporated by reference herein in its entirety, or a polyol such as polyvinyl Alcohol, partially hydrolyzed polyvinyl acetate, and hydroxyethyl (meth) acrylate, such as homopolymers or copolymers of hydroxypropyl (meth) acrylate may be an addition polymer containing at least two hydroxyl groups. The most preferred polyol for the purposes of the present invention is triethanolamine (TEA).
ポリ酸のカルボキシ、無水物またはそれらの塩の当量数対ポリオール中のヒドロキシルの当量数の比は、約1/0.01〜約1/3である。しかし、ポリオール中のヒドロキシルの当量に対してポリ酸のカルボキシ、無水物またはそれらの塩の当量が過剰であることが好ましく、したがって、ポリ酸のカルボキシ、無水物またはそれらの塩の当量数対ポリオール中のヒドロキシルの当量数のより好ましい比は、約1/0.2〜約1/0.95、さらに好ましくは1/0.6〜1/0.8、および最も好ましくは1/0.65〜1/0.75である。1/0.7に近い低い比が、とりわけ上述のように低分子量ポリカルボキシポリマーと、およびまた好ましくは低pHバインダーとを組み合わせた場合に、特に有利であることが分かった。 The ratio of the number of equivalents of polyacid carboxy, anhydride, or salt thereof to the number of equivalents of hydroxyl in the polyol is from about 1 / 0.01 to about 1/3. However, it is preferred that the carboxy, anhydride or salt equivalent of the polyacid is in excess relative to the equivalent of hydroxyl in the polyol, and thus the equivalent number of polyacid carboxy, anhydride or salt thereof versus the polyol. A more preferred ratio of the number of equivalents of hydroxyl therein is about 1 / 0.2 to about 1 / 0.95, more preferably 1 / 0.6 to 1 / 0.8, and most preferably 1 / 0.65. ~ 1 / 0.75. A low ratio close to 1 / 0.7 has been found to be particularly advantageous, especially when combined with a low molecular weight polycarboxy polymer, as described above, and also preferably with a low pH binder.
また、本発明のバインダーのpHが低い、すなわち、4.5以上、好ましくは3.5未満であることが最も好ましく、というのは、低分子量ポリカルボキシポリマーと、低pHとの組合せが、処理の困難さを最小にするバインダー、および優れた回復および剛性を有する最終製品を提供することが分かったからである。pHを3.5〜4.5の範囲に維持することは、低pHの恩恵をさらに認識しつつ、我々が装置の腐食に伴う深刻な問題を回避できるようにする。しかし、より低いpH、例えば3.5未満も使用することができ、より低いpHは、適切な取り扱いに注意をすれば、有利な結果のため実際に好ましい。 It is also most preferred that the binder of the present invention has a low pH, i.e., 4.5 or more, preferably less than 3.5, because the combination of low molecular weight polycarboxy polymer and low pH is treated. Because it has been found to provide a binder that minimizes the difficulty of and a final product with excellent recovery and stiffness. Maintaining the pH in the range of 3.5-4.5 allows us to avoid the serious problems associated with corrosion of the device while further recognizing the benefits of low pH. However, lower pH, such as less than 3.5, can also be used, and lower pH is actually preferred for advantageous results if care is taken with proper handling.
本発明の重要な態様は、本発明のバインダーは、また添加剤としてフッ素化ポリマーを含むことである。フッ素化ポリマーの存在は、本発明のポリカルボキシ/ポリオール・バインダーをより水を吸収し難いようにすることが分かっており、一方さらに、優れた製品およびそれらの製品の良好な処理、例えば、熱および音響絶縁材製品および空気または液体を濾過する際の濾過媒体を可能にする。結果として、その存在は、液体の水に曝した場合、バインダーとガラス繊維の間の結合の完全性、したがって、全マット製品の完全性をよく維持することができる。バインダー結合、したがって、製品全体が、さらに防水性になる。 An important aspect of the present invention is that the binder of the present invention also includes a fluorinated polymer as an additive. The presence of the fluorinated polymer has been found to make the polycarboxy / polyol binders of the present invention more difficult to absorb water, while in addition, excellent products and good processing of those products such as heat And enables acoustic insulation products and filtration media in filtering air or liquid. As a result, its presence can well maintain the integrity of the bond between the binder and the glass fibers and thus the integrity of the entire mat product when exposed to liquid water. The binder bond, and thus the entire product, becomes even more waterproof.
好ましいフッ素化ポリマーは、フッ素含有アクリレート・モノマーとスチレン、または他の通常使用されているアクリレート・コモノマーとから調製されるコポリマーである。このようなフッ素化ポリマーは、例えば商標ParaChem RD−F25(商標)の下に入手可能である。一般に、有機ポリマーにおいて水素をフッ素で置換した任意の適切なフッ素含有ポリマーを使用することができる。これは、フッ化ビニル・ポリマーおよびテトラフルオロエチレン・ポリマーを含む。また、テトラフルオロエチレン・ポリマーの中で、テトラフルオロエチレンのホモポリマー、ならびにそのヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロビニルエーテルおよびエチレンとのコポリマーを使用して、本発明のポリカルボキシ/ポリオール・バインダーに疎水性を与えることができる。 Preferred fluorinated polymers are copolymers prepared from fluorine-containing acrylate monomers and styrene, or other commonly used acrylate comonomers. Such fluorinated polymers are available, for example, under the trademark ParaChem RD-F25 ™. In general, any suitable fluorine-containing polymer in which hydrogen is replaced with fluorine in an organic polymer can be used. This includes vinyl fluoride polymers and tetrafluoroethylene polymers. Among the tetrafluoroethylene polymers, tetrafluoroethylene homopolymers and their copolymers with hexafluoropropylene, perfluorovinyl ether and ethylene can also be used to make the polycarboxy / polyol binder of the present invention hydrophobic. Can be given.
使用されるフッ素化ポリマーは、一般に分散液またはエマルジョンとしてポリカルボキシ/ポリオール・バインダーに添加され、かつバインダー組成物に直接添加することができ、このバインダー組成物は、次いで、ガラス繊維製品の形成において使用される。あるいは、フッ素化ポリマーを、ガラス繊維製品自体に、それが形成され、硬化されてからスプレーすることができる。これらの2つの事柄の組合せも使用することができる。しかし、フッ素化ポリマーをガラス繊維製品の形成中に使用されるバインダー組成物に直接添加することが好ましい。 The fluorinated polymer used is generally added to the polycarboxy / polyol binder as a dispersion or emulsion and can be added directly to the binder composition, which is then used in the formation of glass fiber products. used. Alternatively, the fluorinated polymer can be sprayed onto the glass fiber product itself after it has been formed and cured. Combinations of these two things can also be used. However, it is preferred to add the fluorinated polymer directly to the binder composition used during the formation of the glass fiber product.
使用されるフッ素化ポリマーの量は、一般に最終ガラス繊維製品がフッ素含有ポリマーを0.005〜0.5重量%含むような量である。さらに好ましくは、最終製品中のフッ素含有ポリマーの量は、一般に約0.01〜約0.3重量%、よりさらに好ましくは約0.04〜0.1重量%の範囲、および最も好ましくは約0.05〜0.09重量%の範囲にある。フッ素含有ポリマーの使用は、同様の撥水性を実現するためにシリコーン材料よりもはるかに低いレベルでよいことが分かり、一方、シリコーン疎水化剤を使用する場合よくある固有の問題をまた克服する。さらに好ましい範囲、例えばフッ素含有ポリマーの0.05〜0.09重量%が、この添加剤をわずかな量使用しながら、優れた撥水性を提供し、したがって、またこの使用を経済的にする。 The amount of fluorinated polymer used is generally such that the final glass fiber product contains 0.005 to 0.5 weight percent fluorine-containing polymer. More preferably, the amount of fluorine-containing polymer in the final product is generally in the range of about 0.01 to about 0.3 wt%, more preferably about 0.04 to 0.1 wt%, and most preferably about It exists in the range of 0.05-0.09 weight%. It has been found that the use of fluorine-containing polymers can be at a much lower level than silicone materials to achieve similar water repellency, while also overcoming the inherent problems that are common when using silicone hydrophobizing agents. A further preferred range, for example 0.05 to 0.09% by weight of the fluorine-containing polymer, provides excellent water repellency while using small amounts of this additive, thus also making this use economical.
ホルムアルデヒドを含まない本発明の硬化性水性バインダー組成物は、また触媒を含むことが好ましい。最も好ましくは、触媒は、リン含有硬化促進剤であり、これは、約1000未満の分子量を有する化合物、例えばアルカリ金属ポリホスフェート、アルカリ金属二水素ホスフェート、ポリリン酸、およびアルキルホスフィン酸などであってよく、あるいはリン含有基を担持するオリゴマーまたはポリマーであってよく、例えば次亜リン酸ナトリウムの存在下で形成されるアクリル酸および/またはマレイン酸の付加ポリマー、亜リン酸塩連鎖移動剤または停止剤の存在下でエチレン性不飽和モノマーから調製される付加ポリマー、および酸官能性モノマー残基を含む付加ポリマー、例えば共重合されたホスホエチルメタクリレート、および同様のホスホン酸エステル、および共重合されたビニルスルホン酸モノマー、およびその塩など。リン含有硬化促進剤は、ポリ酸とポリオールの合わせた重量に対して、約1重量%〜約40重量%のレベルで使用することができる。ポリ酸とポリオールの合わせた重量に対して、約2.5重量%〜約10重量%のリン含有硬化促進剤のレベルが好ましい。 The curable aqueous binder composition of the present invention containing no formaldehyde preferably also contains a catalyst. Most preferably, the catalyst is a phosphorus-containing cure accelerator, which is a compound having a molecular weight of less than about 1000, such as alkali metal polyphosphate, alkali metal dihydrogen phosphate, polyphosphoric acid, and alkylphosphinic acid. Or may be an oligomer or polymer bearing a phosphorus-containing group, for example an acrylic acid and / or maleic acid addition polymer, phosphite chain transfer agent or termination formed in the presence of sodium hypophosphite Addition polymers prepared from ethylenically unsaturated monomers in the presence of an agent, and addition polymers containing acid functional monomer residues, such as copolymerized phosphoethyl methacrylate, and similar phosphonic acid esters, and copolymerized Vinyl sulfonic acid monomers, and salts thereof; The phosphorus-containing cure accelerator can be used at a level of about 1% to about 40% by weight, based on the combined weight of the polyacid and polyol. A level of phosphorus-containing cure accelerator of about 2.5% to about 10% by weight based on the combined weight of the polyacid and polyol is preferred.
ホルムアルデヒドを含まない硬化性水性バインダー組成物は、さらに、例えば乳化剤、顔料、充填剤、移行防止剤、硬化剤、合体剤、湿潤剤、殺生物剤、可塑剤、オルガノシラン、消泡剤、着色剤、ワックス、および抗酸化剤などの通常の処理成分を含むことができる。 Formaldehyde-free curable aqueous binder compositions can further include, for example, emulsifiers, pigments, fillers, migration inhibitors, curing agents, coalescence agents, wetting agents, biocides, plasticizers, organosilanes, antifoaming agents, colorings. Conventional processing ingredients such as agents, waxes, and antioxidants can be included.
ホルムアルデヒドを含まない硬化性水性バインダー組成物は、通常の混合技法を使用して、本発明のポリ酸、ポリオール、およびリン含有硬化促進剤を混合することによって調製することができる。他の実施形態において、カルボキシル−または無水物含有付加ポリマーおよびポリオールが、同様の付加ポリマー中に存在することができ、この付加ポリマーは、カルボキシル、無水物またはそれらの塩の官能性、およびヒドロキシル官能性の両方を含むことになる。他の実施形態において、カルボキシ基の塩は、例えば、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジプロパノールアミン、およびジイソプロパノールアミンなどの少なくとも2つのヒドロキシル基を有する官能性アルカノールアミンの塩である。追加の実施形態において、ポリオールおよびリン含有硬化促進剤は、同様の付加ポリマー中に存在することができ、この付加ポリマーは、本発明の変性されたポリ酸と混合することができる。さらに他の実施形態において、カルボキシル−または無水物含有付加ポリマー、ポリオールおよびリン含有硬化促進剤が、同様の付加ポリマー中に存在することができる。他の実施形態は、当業者には明らかである。上に本明細書において開示したように、ポリ酸のカルボキシル基を、混合の前、後、またはその間に定められた塩基により約35%未満の程度に中和し、水性組成物を提供することができる。中和は、ポリ酸の形成の間に部分的に実施することができる。 A formaldehyde-free curable aqueous binder composition can be prepared by mixing the polyacids, polyols, and phosphorus-containing cure accelerators of the present invention using conventional mixing techniques. In other embodiments, carboxyl- or anhydride-containing addition polymers and polyols can be present in similar addition polymers, the addition polymer comprising carboxyl, anhydride or their salt functionality, and hydroxyl functionality. It will include both sex. In other embodiments, the salt of the carboxy group is a salt of a functional alkanolamine having at least two hydroxyl groups such as, for example, diethanolamine, triethanolamine, dipropanolamine, and diisopropanolamine. In additional embodiments, polyols and phosphorus-containing cure accelerators can be present in similar addition polymers, which can be mixed with the modified polyacids of the present invention. In yet other embodiments, carboxyl- or anhydride-containing addition polymers, polyols and phosphorus-containing cure accelerators can be present in similar addition polymers. Other embodiments will be apparent to those skilled in the art. As disclosed herein above, neutralizing the carboxyl group of the polyacid to a degree of less than about 35% with a base defined before, after, or during mixing to provide an aqueous composition Can do. Neutralization can be performed in part during the formation of the polyacid.
ポリ酸、ポリオールおよびフッ素化ポリマーの組成物を調製したら、好ましい実施形態において、次いで、他の添加剤を組成物と混合物して、ガラス繊維上にスプレーされるべき最終組成物を形成することができる。ガラスの溶融ストリームをランダムな長さの繊維に延伸し、成形チャンバー中に吹き込む。この成形チャンバー中で、繊維は、走行コンベヤー上にマットとしてランダムに沈積され、繊維は、成形チャンバーにおいて移動中に、変性されたポリ酸を含む本発明の水性バインダー組成物によりスプレーされる。 Once the polyacid, polyol and fluorinated polymer composition is prepared, in a preferred embodiment, other additives can then be mixed with the composition to form the final composition to be sprayed onto the glass fibers. it can. A glass melt stream is drawn into random length fibers and blown into a forming chamber. In this molding chamber, the fibers are randomly deposited as a mat on a traveling conveyor and the fibers are sprayed with the aqueous binder composition of the present invention containing the modified polyacid while moving in the molding chamber.
より詳しくはガラス繊維絶縁材製品の調製において、製品は、通常の技法を使用して調製することができる。よく知られているように、ガラス繊維の多孔性マットは、溶融ガラスを繊維化し、直ちに走行コンベヤー上で繊維状ガラス・マットを形成することによって生産することができる。次いで、広げたマットを硬化炉に運送し通過させ、ここで加熱空気をマットに通過させて樹脂を硬化する。マットをわずかに圧縮して、最終製品に所定の厚さおよび表面仕上げを与える。一般に、硬化炉は、約150℃〜約325℃の温度において操作される。好ましくは温度は、約180℃C〜約225℃Cの範囲である。一般に、マットは、約1/2分〜約3分の時間、炉内に滞留する。通常の熱または音響絶縁材製品の製造に対しては、時間は、約3/4分間〜約11/2分間の範囲である。硬化された、剛性バインダー・マトリックスを有するガラス繊維は、板(bat)の形態で炉から出て、これを梱包および出荷のために圧縮することができ、その後、開梱したときにその垂直寸法を実質上回復する。 More particularly in the preparation of glass fiber insulation products, the products can be prepared using conventional techniques. As is well known, glass fiber porous mats can be produced by fiberizing molten glass and immediately forming a fibrous glass mat on a traveling conveyor. Next, the spread mat is transported to and passed through a curing furnace where heated air is passed through the mat to cure the resin. The mat is slightly compressed to give the final product a predetermined thickness and surface finish. Generally, the curing furnace is operated at a temperature of about 150 ° C to about 325 ° C. Preferably the temperature ranges from about 180 ° C to about 225 ° C. Generally, the mat stays in the furnace for a period of about 1/2 minute to about 3 minutes. For typical production of thermal or acoustic insulation products, the time ranges from about 3/4 minutes to about 1 1/2 minutes. The cured glass fiber with the rigid binder matrix exits the furnace in the form of a bat and can be compressed for packing and shipping and then its vertical dimensions when unpacked. Virtually recover.
ホルムアルデヒドを含まない硬化性水性組成物は、また例えば、空気、エアレススプレー、パディング、含浸、ロールコーティング、カーテンコーティング、ビーター沈積、凝集、その他などの通常の技法によって既に形成された不織布に適用することができる。 Formaldehyde-free curable aqueous compositions may also be applied to nonwovens already formed by conventional techniques such as air, airless spray, padding, impregnation, roll coating, curtain coating, beater deposition, agglomeration, etc. Can do.
本発明の水性のホルムアルデヒドを含まない組成物は、不織布への適用の後に、乾燥および硬化させるために加熱される。加熱の時間および温度は、乾燥速度、加工性および取り扱い性、ならびに処理された基材の性質の成果に影響する。約3秒〜約15分の時間、約120℃C〜約400℃Cにおける熱処理を実施することができ、約150℃C〜約250℃における処理が好ましい。所望の場合には、乾燥および硬化機能を2つ以上の別個のステップにおいて実施することができる。例えば、組成物を第1に、組成物を実質上乾燥するのに十分であるが実質上硬化はしない温度および時間で加熱し、次いで、第2に、より高温でおよび/またはより長時間加熱して、硬化を実施することができる。「B−ステージ化」と呼ばれるこのような手順は、例えばロール形態のバインダー処理をした不織布を提供するために使用することができ、これは、後の段階で特定の形状に形成または成形するか、することなしに、硬化プロセスと同時に硬化することができる。 The aqueous formaldehyde-free composition of the present invention is heated to dry and cure after application to the nonwoven. The time and temperature of heating affects the drying rate, processability and handleability, and the outcome of the properties of the treated substrate. A heat treatment at about 120 ° C. to about 400 ° C. can be carried out for a period of about 3 seconds to about 15 minutes, with a treatment at about 150 ° C. to about 250 ° C. being preferred. If desired, the drying and curing functions can be performed in two or more separate steps. For example, the composition is first heated at a temperature and time that is sufficient to substantially dry the composition but does not substantially cure, and then secondly heated at a higher temperature and / or longer time. Thus, curing can be performed. Such a procedure, referred to as “B-staging”, can be used, for example, to provide a binder treated nonwoven in the form of a roll, which can be formed or molded into a specific shape at a later stage? Can be cured at the same time as the curing process.
耐熱性不織布は、例えば絶縁板(batt)またはロール、屋根材または床材用途用強化マットとして、ロービングとして、印刷回路板用微小ガラス系基材または電池隔離板として、フィルター素材として、テープ素材として、事務所用テープ・ボード(tape board for office petitions)として、ダクト・ライナーまたはダクト・ボードにおいて、および組積工事用セメント状および非セメント状コーティング剤の強化スクリムとしての用途に使用することができる。最も好ましくは、この製品は、熱または音響絶縁材として有用である。また、不織布は、空気および液体に対する濾過媒体として使用することができる。
本発明を以下の実施例によってさらに例示するが、決して範囲の限定を意味するものではない。
Heat-resistant non-woven fabrics, for example, as insulating plates (batts) or rolls, as reinforced mats for roofing or flooring applications, as rovings, as micro glass substrates or battery separators for printed circuit boards, as filter materials, as tape materials Can be used as tape board for office petitions, in duct liners or duct boards, and as reinforced scrims for cemented and non-cemented coatings for masonry . Most preferably, the product is useful as a thermal or acoustic insulation. Nonwoven fabrics can also be used as filtration media for air and liquids.
The invention is further illustrated by the following examples, which are not meant to limit the scope in any way.
商標ParaChem RD−F25(商標)の下に入手可能な、スチレンとフッ素含有アクリレート・モノマーとの乳化コポリマーを、ガラス繊維建築製品製造プロセスにおいてポリアクリル酸/ポリオール・バインダーに添加した。ここで、最終絶縁材製品は、約5重量%のバインダー量を含んでいた。フッ素含有ポリマーをいくつかのレベルにおいてバインダーに添加して、フッ素含有ポリマー添加剤の種々のレベルを含むR19絶縁材の試料を製造した。また、最終製品がシリコーン添加剤の0.09重量%を含むように、シリコーン疎水化剤を添加した試験を行った。試料のすべてを、水含浸量を重量で測定することによって、撥水性の試験をした。これは、ガラス繊維製品の6インチ×6インチ平方を採り、5分間水浴に入れることによりなし遂げられた。その時間の後に、ガラス繊維を取り出し、1つの隅から30秒間吊り下げ、水を流下させた。次いで、30秒後に、ガラス繊維試料を計量した。重量増加を元の重量のパーセントとして記録した。結果を以下に示す:
試料1、2、3に関する前述の結果は、対照および試料4(添加剤を含まない)と比較して、本発明のフッ素化添加剤が、シリコーンのレベルに比較して低いレベルにおいても、撥水性を実現できることを示す。 The foregoing results for Samples 1, 2, and 3 show that the fluorinated additive of the present invention is repellent even at low levels compared to the silicone level compared to Control and Sample 4 (without additives). It shows that it can be water-based.
本発明を好ましい実施形態により記載してきたが、変形形態および変更形態は、当業者には明らかであるといえることは、理解されるべきである。このような変形形態および変更形態は、本明細書に添付されている特許請求の範囲の視野および範囲内と考えられるべきである。 Although the present invention has been described in terms of preferred embodiments, it should be understood that variations and modifications will be apparent to those skilled in the art. Such variations and modifications are to be considered within the scope and scope of the claims appended hereto.
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