碳水化合物粘合剂及用其制备的材料制造技术

本发明专利技术披露了一种包括聚合物粘合剂的粘合剂，该聚合物粘合剂包含碳水化合物反应物与亲核试剂的产物的粘合剂。该粘合剂适用于固结松散组装的物质，例如纤维。还披露了包含与碳水化合物反应物及亲核试剂接触的纤维的纤维产品。粘合剂组合物可固化以产生包含由交联聚合物粘合的纤维的纤维产品。进一步披露了用于以基于碳水化合物反应物及亲核试剂的粘合剂粘合纤维的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种粘合剂制剂及以其制得的包含基于碳水化合物的粘合剂的材料及其制备方法。具体而言，描述了包含碳水化合物与亲核试剂的反应产物的粘合剂及以其制得的材料。
技术介绍
粘合剂因为其能够固结非组装或松散组装的物质而适用于制造物品。举例而言， 粘合剂能使两个或两个以上表面粘结起来。具体而言，粘合剂可用于制造包含固结纤维的产物。热固性粘合剂的特征可在于通过加热或催化作用转化成不溶且难熔的材料。热固性粘合剂的实例包括多种苯酚-醛、脲-醛、三聚氰胺-醛及其他缩合-聚合材料，如呋喃及聚氨酯树脂。含有苯酚-醛、间苯二酚-醛、苯酚/醛/脲、苯酚/三聚氰胺/醛等的粘合剂组合物用于粘结纤维、织物、塑料、橡胶及许多其他材料。历史上，矿棉及纤维板工业曾使用苯酚甲醛粘合剂来粘合纤维。苯酚甲醛型粘合剂使最终产品具有适合的性质；然而，环境考虑推动了替代性粘合剂的发展。一种此类替代性粘合剂为由碳水化合物与多 质子酸反应获得的基于碳水化合物的粘合剂，例如美国公开申请第2007/0027283号及公开的PCT申请WO 2009/019235。另一替代性粘合剂为多羧酸与多元醇反应的酯化产物，例如美国公开申请第2005/0202224号。因为此类粘合剂不利用甲醛作为试剂，所以其统称为无甲醛粘合剂。当前发展的一个领域为寻找用于建筑及汽车部门的全部范围产品(例如玻璃纤维隔离、粒子板、办公台及隔音)中苯酚甲醛型粘合剂的替代物。具体而言，先前所开发的无甲醛粘合剂可能不具有用于此部门中所有产品的所有所需性质。举例而言，基于丙烯酸及聚(乙烯醇)的粘合剂已显示出有前景的性能特征。然而，此类粘合剂与苯酚甲醛粘合剂相比相对较昂贵，基本上由基于石油的资源获得，且与基于苯酚甲醛的粘合剂组合物相比具有展现较低反应速率的倾向(需要延长固化时间或升高固化温度)。基于碳水化合物的粘合剂组合物由相对廉价的前体制成，且主要由再生性资源获得；然而，此类粘合剂亦可能需要基本上不同于传统苯酚甲醛粘合剂系统固化的条件的固化反应条件。因此，利用现有替代物顺畅地替代苯酚甲醛型粘合剂并不容易实现。
技术实现思路
根据本专利技术，描述了基于碳水化合物的粘合剂。粘合剂组合物具有使其适用于多种应用的性质；具体而言，粘合剂可用于粘合松散组装的物质，例如纤维。在说明性实施方式中，本专利技术涉及包含碳水化合物反应物与亲核试剂的聚合物产物的粘合剂。在一个实施方式中，碳水化合物反应物为多醣。在一个实施方式中，碳水化合物反应物为单醣或二醣。在另一实施方式中，碳水化合物为这样的单醣，该单糖为其醛醣或酮醣形式。在另一实施方式中，碳水化合物反应物选自右旋糖、木糖、果糖、二羟基丙酮及其混合物。在另一实施方式中，聚合物产物为热固性聚合物产物。在说明性实施方式中，亲核试剂为双官能亲核试剂。在另一实施方式中，亲核试剂为R1-Q-R2，其中Q为烷基、环烷基、杂烷基或环杂烷基，其各任选取代从而具有亲核性部分及稳定部分，R1选自胺、叠氮化物、氰酸酯基、异氰酸酯基、硫醇基、二硫化物、硫氰酸酯基、 卤素、卤代甲酰基、羧基、羧酸酯基、羟基及醇盐，且R2选自胺、酰胺、亚胺、酰亚胺、硝基、硝酸酷基、卩it 、憐酸酷基、勝酸基、轻基、氢!、横酸基、横基、亚横酸基及硫氢!基(硫醇基)。在一个实施方式中，亲核试剂包括胺官能基。在说明性实施方式中，碳水化合物反应物与亲核试剂的摩尔比在约1:1至约30:1 的范围。在另一实施方式中，碳水化合物反应物与亲核试剂的重量比在约2:1至约10:1的范围。在另一实施方式中，聚合物产物的水性萃取物具有在约5至约9范围的pH值。在另一实施方式中，聚合物产物的水性萃取物基本上无色。在另一实施方式中，聚合物产物不含苯酚和/或不含甲醛。在另一实施方式中，聚合物产物的水性萃取物能够还原本尼迪克试剂(Benedict’s reagent)。在另一实施方式中，聚合物产物吸收400nm与500nm之间的光， 在一个实施方式中为420nm的光。在一说明性实施方式中，制造以聚合物粘合剂粘合的物质集合体的方法包括制备含有用于制造聚合物粘合剂的反应物及溶剂的溶液，其中反应物包括碳水化合物反应物及亲核试剂；将溶液置于物质集合体上；使溶剂挥发以形成未固化产品，及使未固化产品经受使碳水化合物反应物与亲核试剂聚合形成聚合物粘合剂的条件。在一个实施方式中， 物质集合体包含选自以下的纤维矿物纤维(渣棉纤维、石棉纤维或玻璃纤 维)、芳酰胺纤维、陶瓷纤维、金属纤维、碳纤维、聚酰亚胺纤维、聚酯纤维、人造丝纤维及纤维素纤维。在另一实施方式中，物质集合体包含颗粒，例如煤或砂石。在另一实施方式中，物质集合体为玻璃纤维。在另一实施方式中，玻璃纤维以约70重量％至约99重量％的范围存在。在另一实施方式中，物质集合体包含纤维素纤维。举例而言，纤维素纤维可为木刨花、锯屑、木浆或碎木。在另一实施方式中，纤维素纤维可为其他天然纤维，例如黄麻、亚麻、大麻或秸杆。在说明性实施方式中，制造以聚合物粘合剂粘合的物质集合体的方法进一步包括通过分别添加一定量的碳水化合物反应物与一定量的亲核试剂以使摩尔比在约2:1至约10:1的范围来制备溶液。在一个实施方式中，制备溶液包括将碳水化合物反应物与亲核试剂添加至水溶液中。在另一实施方式中，制备溶液包括将溶液的PH值调节至约8至约13 的范围，例如，在一个实施方式中，约8至约12的范围。在说明性实施方式中，本专利技术涉及包含物质集合体及粘合剂的组合物；粘合剂包含碳水化合物反应物与亲核试剂之间反应的聚合物产物，聚合物产物基本上不溶于水。在一个实施方式中，物质集合体包括矿物纤维(渣棉纤维、石棉纤维或玻璃纤维)、芳酰胺纤维、陶瓷纤维、金属纤维、碳纤维、聚酰亚胺纤维、聚酯纤维、人造丝纤维及纤维素纤维。举例而言，纤维素纤维包括木刨花、锯屑、木浆和/或碎木。在一个实施方式中，碳水化合物反应物选自右旋糖、木糖、果糖、二羟基丙酮及其混合物。在另一实施方式中，亲核试剂选自二胺、三胺、四胺及五胺。在一个实施方式中，亲核试剂为R1-Q-R2，其中Q为烷基、环烷基、杂烷基或环杂烷基，其各自任选被取代，R1为亲核性部分且R2为稳定部分。在一个实施方式中，R1选自胺、叠氮化物、氰酸酯基、异氰酸酯基、硫醇基、二硫化物、硫氰酸酯基、卤素、卤代甲酰基、羧基、羧酸酯基、羟基及醇盐。在另一实施方式中，R2选自胺、酰胺、亚胺、酰亚胺、 硝基、硝酸酯基、吡啶、磷酸酯基、膦酰基、羟基、氢、磺酰基、磺基、亚磺酰基及硫氢基(硫醇基)。在另一实施方式中，组合物进一步包含含硅化合物。在一个实施方式中，含硅化合物为官能化甲硅烷基醚或官能化烷基甲硅烷基醚，例如氨基官能化烷基甲硅烷基醚。举例而言，在一个实施方式中，含硅化合物可为Y-氨基丙基三乙氧基硅烷、Y-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷或氨基乙基氨基丙基三甲氧基硅烷或其混合物。在另一实施方式中，含硅化合物可为氨基官能性低聚硅氧烷。在另一实施方式中，组合物包含选自以下的腐蚀抑制剂除尘油、磷酸一铵、偏硅酸钠五水合物、三聚氰胺、乙二酸锡(I I)及甲基氢聚硅氧烷流体乳液。附图说明图1展示梅拉德反应(Maillard reaction)的示意图,其结束于高分子量聚合物的产生。图2展示代表性阿马多里重排(Amadori rearrangement)的示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.07 US 61/332,4521.一种粘合剂，其包含碳水化合物反应物与亲核试剂的聚合物产物，其中(a)该亲核试剂为R「Q_R2，(b)Q为烧基、环烧基、杂烧基或环杂烧基，其各具有未核性部分及稳定部分并任选被取代，(c)Ri选自胺、叠氮化物、氰酸酯基、异氰酸酯基、硫醇基、二硫化物、硫氰酸酯基、卤素、 卤代甲酰基、羧基、羧酸酯基、羟基及醇盐，且(d)R2选自胺、酰胺、亚胺、酰亚胺、硝基、硝酸酯基、吡唳、磷酸酯基、膦酰基、羟基、氢、 磺酰基、磺基、亚磺酰基及硫氢基。2.根据权利要求1的粘合剂，其中该碳水化合物反应物为多醣。3.根据权利要求1的粘合剂，其中该碳水化合物反应物为单醣或二醣。4.根据权利要求1的粘合剂，其中该碳水化合物反应物为其醛醣或酮醣形式的单醣。5.根据权利要求1的粘合剂，其中该碳水化合物反应物选自右旋糖、木糖、果糖、二羟 基丙酮及其混合物。6.根据权利要求1至5中任一项的粘合剂，其中&及R2与该碳水化合物反应物形成 共价键，从而形成该聚合物产物。7.根据权利要求1至6中任一项的粘合剂，其中凡为亲核性部分且R2为稳定部分。8.根据权利要求1至7中任一项的粘合剂，其中Q为选自C2至C24的烷基。9.根据权利要求1至7中任一项的粘合剂，其中Q为选自C2至C8的烷基。10.根据权利要求1至7中任一项的粘合剂，其中Q为选自C3至C7的烷基。11.根据权利要求1至7中任一项的粘合剂，其中Q为C6烷基。12.根据权利要求1至7中任一项的粘合剂，其中Q选自环己基、环戊基或环丁基。13.根据权利要求1至7中任一项的粘合剂，其中Q为苄基。14.根据权利要求1至7中任一项的粘合剂，其中RrQ-R2为2-[(2_氨基乙基)氨基] 乙醇。15.根据权利要求1至13中任一项的粘合剂，其中各凡及R2为硫醇基。16.根据权利要求1至13中任一项的粘合剂，其中&为胺。17.根据权利要求16的粘合剂，其中R2为胺、酰胺、亚胺或酰亚胺。18.根据权利要求16的粘合剂，其中R2为胺。19.根据权利要求1至18中任一项的粘合剂，其中该碳水化合物反应物与该亲核试剂 的摩尔比在约1:1至约30:1的范围。20.根据权利要求1至18中任一项的粘合剂，其中该碳水化合物反应物与该亲核试剂 的摩尔比在约2:1至约10:1的范围。21.根据权利要求1至20中任一项的粘合剂，其中该聚合物产物的水性萃取物具有约 5至约9范围内的pH值。22.根据权利要求1至21中任一项的粘合剂，其中该聚合物产物的水性萃取物基本上 无色。23.根据权利要求1至22中任一项的粘合剂，其中该聚合物产物的水性萃取物能够还 原本尼迪克试剂。24.根据权利要求1至23中任一项的粘合剂，其中该聚合物产物不含苯酚且不含甲醛。25.根据权利要求1至24中任一项的粘合剂，其中该碳水化合物反应物及该亲核试剂为非挥发性的。26.根据权利要求1至25中任一项的粘合剂，其中与该粘合剂接触的溶液还原本尼迪克试剂。27.根据权利要求1至26中任一项的粘合剂，其中该聚合物产物强烈吸收420nm的光。28.—...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·爱普雷，C·哈姆普森，G·穆勒，B·帕克雷尔，
申请(专利权)人：克瑙夫绝缘私人有限公司，
类型：
国别省市：