Результат интеллектуальной деятельности: ВОДНАЯ КОМПОЗИЦИЯ СВЯЗУЮЩЕГО

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Перекрестная ссылка на родственную заявку

[0001]

Настоящая заявка испрашивает приоритет согласно Парижской конвенции заявки на патент Японии № 2017–105732, поданной 29 мая 2017 года, которая включается в настоящий документ в качестве ссылки во всей своей полноте.

Область техники, к которой относится изобретение

[0002]

Настоящее изобретение относится к водной композиции связующего, которая может производить водный адгезив, и к формованной массе (или формованному изделию), которое можно получить с использованием водной композиции связующего.

Уровень техники

[0003]

Композицию фенольной смолы до настоящего времени применяли в качестве композиции, используемой для получения формованных масс, таких как изоляционные материалы, звукоизолирующие материалы и продукты древесных панелей, с использованием неорганических волокон, таких как стекловата, минеральная вата и керамическое волокно, поскольку композиция фенольной смолы имеет превосходные характеристики, такие как механическая прочность, и низкую стоимость.

[0004]

В случае изготовления формованного изделия с использованием неорганических волокон, композиция приклеивается к неорганическим волокнам, и неорганические волокна вместе с композицией формуются в форме целевой формованной массы, а затем композицию отверждают посредством нагрева с получением целевого формованного изделия.

[0005]

До сих пор, композиция фенольной смолы, содержащая формальдегид, широко использовалась в качестве такой композиции. Однако в последние годы, стандарты окружающей среды становятся более жесткими, таким образом, требуется композиция, не использующая формальдегида.

[0006]

Патентные документы 1–3 описывают в качестве композиции, не использующей формальдегида, композицию, которая содержит сахарид в качестве главного компонента и смешивается с аммониевой солью поликарбоновой кислоты или аммониевой солью неорганической кислоты.

Патентный документ 1 описывает композицию клеящего агента, не содержащую формальдегида, для минерального волокна, содержащую, по меньшей мере, один невосстанавливающий сахарид, по меньшей мере, одну аммониевую соль неорганической кислоты, добавки и воду (смотри Патентный документ 1, пункт 1 формулы изобретения, и тому подобное).

[0007]

Патентный документ 2 описывает способ получения изоляционного или звукоизолирующего продукта на основе стекловолокна, где способ включает стадию распыления не содержащего формальдегида водного раствора связующего над волокнистым матом, водный раствор связующего содержит продукт реакции Майяра, и этот продукт реакции Майяра выбирают из (i) продукта реакции амина, состоящего из аммониевой соли поликарбоновой кислоты и (ii) одного или нескольких продуктов реакции углеводов, включая один или несколько восстанавливающих сахаридов (смотри Патентный документ 2, пункты 1–5 формулы изобретения, и тому подобное).

[0008]

Патентный документ 3 описывает композицию связующего, содержащую невосстанавливающий сахарид, соль ненасыщенной монокарбоновой кислоты и аммониевую соль неорганической кислоты (смотри Патентный документ 3, пункт 1 формулы изобретения, и тому подобное). Патентный документ 3 описывает, что эта композиция связующего приклеивается к неорганическим волокнам и неорганические волокна агрегируют с получением агрегата, а затем этот агрегат формуется в заданной форме, соответствующей желаемой формованной массе, с последующим термическим отверждением композиции связующего и дальнейшим охлаждением композиции связующего с получением формованной массы (смотри Патентный документ 3, пункт 10 формулы изобретения, [0057]–[0067], и тому подобное).

Список цитирований

Патентные документы

[0009]

[PTL 1]

JP 5931901 B1

[PTL 2]

JP 5628889 B1

[PTL 3]

JP 6062099 B1

Сущность изобретения

Техническая проблема

[0010]

Когда обычная композиция, не использующая формальдегида, используется для получения формованной массы, у композиции иногда ухудшаются прочность и модуль упругости после термического отверждения по сравнению с композицией фенольной смолы, содержащей формальдегид.

С точки зрения окружающей среды, композиции Патентных документов 1–3 являются предпочтительными, поскольку они не содержат формальдегида. Однако сложно улучшить в достаточной степени механические свойства композиций (например, модуль упругости при растяжении и прочность при растяжении) формованного изделия из неорганических волокон и формованного изделия на основе древесины.

[0011]

Кроме того, композиции Патентных документов 1–3 иногда уменьшают производительность изготовления формованного изделия из неорганических волокон и формованного изделия на основе древесины из–за низкой скорости отверждения. Формованное изделие, изготовленное таким образом, иногда легко поглощает влажность из воздуха, таким образом, оно требует улучшения водостойкости.

[0012]

В свете этих обстоятельств осуществляется настоящее изобретение, и его целью является получение не содержащей формальдегида водной композиции связующего, которая может вносить вклад в улучшение механических свойств, таких как прочность и модуль упругости, формованного изделия по сравнению с композицией фенольной смолы, содержащей формальдегид, и оно направлено на изготовление формованного изделия, полученного с использованием водной композиции связующего.

[Решение проблемы]

[0013]

В результате непрерывных интенсивных исследований, авторы настоящего изобретения обнаружили, что водную композицию связующего можно получить посредством модификации сахарида радикальным инициатором, эта композиция вносит вклад в улучшение механических свойств формованного изделия, даже если формальдегид не вводится. Кроме того, они обнаружили, что, когда сахарид модифицируется радикальным инициатором в присутствии амина, водная композиция связующего, полученная таким образом, достигает повышения скорости отверждения и является пригодной для использования при эффективном производстве формованных изделий, так что не только улучшаются механические свойства формованного изделия, но также и водостойкость повышается до более высокого уровня. Таким образом осуществляется настоящее изобретение.

[0014]

В одном из аспектов, настоящее изобретение предлагает водную композицию связующего, содержащую: (A) модифицированный сахарид, который является продуктом взаимодействия (a) сахарида и (b) радикального инициатора.

[0015]

В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает водную композицию связующего, где сахарид (a) содержит (A) модифицированный сахарид, обработанный (b) радикальным инициатором.

В другом варианте осуществления, настоящее изобретение предлагает водную композицию связующего, дополнительно содержащую структуру на основе (c) амина (или полученную из него).

В предпочтительном варианте осуществления, настоящее изобретение предлагает водную композицию связующего, дополнительно содержащую (B) соль неорганической кислоты.

[0016]

В другом варианте осуществления, настоящее изобретение предлагает, водную композицию связующего, где радикальный инициатор (b) содержит пероксид.

В другом предпочтительном варианте осуществления, настоящее изобретение предлагает водную композицию связующего, где амин (c) содержит аммиак.

В другом варианте осуществления, настоящее изобретение предлагает водную композицию связующего, где соль неорганической кислоты (B) содержит аммониевую соль неорганической кислоты.

[0017]

В другом аспекте, настоящее изобретение предлагает способ получения водной композиции связующего, который включает следующую стадию (i):

(i) стадия взаимодействия (a) сахарида с (b) радикальным инициатором с получением (A) модифицированного сахарида.

В предпочтительном варианте осуществления, настоящее изобретение предлагает способ получения водной композиции связующего, который включает следующую стадию (ii):

(ii) стадия взаимодействия (a) сахарида с (b) радикальным инициатором в присутствии (c) амина с получением (A) модифицированного сахарида.

[0018]

В другом варианте осуществления, настоящее изобретение предлагает способ получения водной композиции связующего, который дополнительно включает следующую стадию (iii):

(iii) стадия смешивания модифицированного сахарида с солью неорганической кислоты.

В предпочтительном аспекте, настоящее изобретение предлагает формованное изделие (формованную массу или формованный продукт), содержащее отвержденный материал водной композиции связующего.

Преимущественные воздействия изобретения

[0019]

Водная композиция связующего согласно вариантам осуществления настоящего изобретения содержит (A) модифицированный сахарид, который является продуктом взаимодействия (a) сахарида и (b) радикального инициатора, так что скорость отверждения повышается, таким образом, делая возможным внесение вклада в эффективное производство материала с покрытием или с напыленным покрытием. Кроме того, когда (a) сахарид взаимодействует с (b) радикальным инициатором в присутствии (c) амина с получением (A) модифицированного сахарида, скорость отверждения водной композиции связующего по настоящему изобретению дополнительно повышается.

[0020]

Когда материал с покрытием или с напыленным покрытием из водной композиции связующего по настоящему изобретению обрабатывают, формуют и отверждают, прочность при растяжении и модуль упругости при растяжении полученного таким образом формованного изделия (формованной массы или формованного продукта) улучшаются и водостойкость формованного изделия улучшается, таким образом, давая возможность формованному изделию почти не поглощать влажность из воздуха.

[0021]

Если рассматривать свойства формованного изделия, содержащего отвержденный материал, водная композиция связующего по настоящему изобретению является полезной для производства различных формованных изделий, и она наиболее пригодна для использования при изготовлении формованного изделия, содержащего неорганическое волокно, и формованного изделия, содержащего материал на основе древесины.

Краткое описание чертежей

[0022]

[Фиг.1]

Фиг.1 показывает спектры инфракрасного поглощения (ИК) (A–11) модифицированного сахарида и (a–1) сахарозы, содержащихся в водной композиции связующего по настоящему изобретению.

[Фиг.2]

Фиг.2 показывает ИК (A–13) модифицированного сахарида и (a–2) глюкозы, содержащихся в водной композиции связующего по настоящему изобретению.

[Фиг.3]

Фиг.3 показывает ИК (A–7) модифицированного сахарида и (a–3) фруктозы, содержащихся в водной композиции связующего по настоящему изобретению.

[Фиг.4]

Фиг.4 показывает графики RI гель–проникающей хроматографии (ГПХ) (A–11) модифицированного сахарида и (a–1) сахарозы, содержащихся в водной композиции связующего по настоящему изобретению.

[Фиг.5]

Фиг.5 показывает графики RI ГПХ (A–13) модифицированного сахарида и (a–2) глюкозы, содержащихся в водной композиции связующего по настоящему изобретению.

[Фиг.6]

Фиг.6 показывает графики RI ГПХ (A–7) модифицированного сахарида и (a–3) фруктозы, содержащихся в водной композиции связующего по настоящему изобретению.

[Фиг.7]

Фиг.7 показывает графики UV ГПХ (A–11) модифицированного сахарида и (a–1) сахарозы, содержащихся в водной композиции связующего по настоящему изобретению.

[Фиг.8]

Фиг.8 показывает графики UV ГПХ (A–13) модифицированного сахарида и (a–2) глюкозы, содержащихся в водной композиции связующего по настоящему изобретению.

[Фиг.9]

Фиг.9 показывает графики UV ГПХ (A–7) модифицированного сахарида и (a–3) фруктозы, содержащихся в водной композиции связующего по настоящему изобретению.

Описание вариантов осуществления

[0023]

Водная композиция связующего по настоящему изобретению содержит (A) модифицированный сахарид.

Модифицированный сахарид (A) представляет собой продукт, в котором химическая структура (a) сахарида модифицируется (b) радикальным инициатором (в водной среде, при необходимости).

[0024]

Как правило, сахарид (a) может иметь две структуры, например, линейную структуру (открытой цепи), содержащую гидрокси группу и карбонильную группу (альдегида или кетона), и циклическую структуру циклического ацеталя (или кеталя), содержащего свою собственную гидрокси группу. Предполагается, что модифицированный сахарид (A) содержит соединение, имеющее дополнительно увеличенную молекулярную массу, которое можно получить с помощью открывания кольца и преобразования циклической структуры ацеталя сахарида (a) в линейную структуру с использованием (b) радикального инициатора.

[0025]

“Сахарид (a)”, как используется в настоящем документе, как правило, называется сахаридом и не является как–либо ограниченным постольку, поскольку можно получить целевую водную композицию связующего по настоящему изобретению. Примеры сахарида (a) включают моносахарид, дисахарид, трисахарид, тетрасахарид, полисахарид и другие олигосахариды.

[0026]

Конкретные примеры “моносахарида” включают следующие:

гексозы, такие как глюкоза, псикоза, фруктоза, сорбоза, тагатоза, аллоза, альтроза, манноза, гулоза, идоза, галактоза, талоза, фукоза, фукулоза и рамноза;

триозы, такие как кетотриоза (дигидроксиацетон) и альдотриоза (глицеральдегид);

тетрозы, такие как эритрулоза, эритроза и треоза; и

пентозы, такие как рибулоза, ксилулоза, рибоза, арабиноза, ксилоза, ликсоза и деоксирибоза.

[0027]

Примеры “дисахарида” включают сахарозу, лактозу, мальтозу, трегалозу, туранозу и целлобиозу.

Примеры “трисахарида” включают рафинозу, мелицитозу, мальтотриозу и 1–кестозу (GF2).

[0028]

Примеры “тетрасахарида” включают акарбозу, стахиозу и нистозу (GF3).

Примеры “полисахарида” включают гликоген, крахмал (амилозу, амилопектин, и тому подобное), целлюлозу, декстрин, глюкан, N–ацетилглюкозамин, хитин и инулин (включая фруктофураносилнистозу: GF4).

[0029]

Примеры “других олигосахаридов” включают фруктоолигосахарид, галактоолигосахарид, и маннанолигосахарид.

Эти “сахариды” можно использовать отдельно или в сочетании.

[0030]

“Сахарид (a)” предпочтительно содержит структуру на основе сахарозы (или полученную из нее). Сахароза представляет собой сахарид, сформированный посредством объединения глюкозы и фруктозы, и глюкоза и фруктоза получаются, когда сахарид гидролизуется.

Водная композиция связующего по настоящему изобретению является превосходной по механическим свойствам, таким как прочность при растяжении и модуль упругости при растяжении, когда сахарид (a) содержит сахарозу.

[0031]

Кроме того, сахарид (a) может включать, например, сахарный сироп. “Сахарный сироп” означает сироп, полученный посредством удаления пищевых волокон и примесей из исходных материалов для сахаров, таких как сахарный тростник, сахарная свекла, сахарный клен и пальмировая пальма, или означает вязкую жидкость (мелассу), которую можно получать, когда сахар очищается от исходных материалов, эта вязкая жидкость также содержит компонент, иной чем сахар.

[0032]

Сахарный сироп включает, например, отбросные мелассы, ледяные мелассы, белый мед, карамель, сырой сахарид, сахарный раствор и соки исходных материалов для сахара (сахарного тростника, сахарной свеклы, сахарного клена и пальмировой пальмы).

Сахарный сироп предпочтительно содержит, по меньшей мере, один материал, выбранный из отбросных меласс, ледяных меласс и сырого сахарида.

[0033]

Как используется в настоящем документе, (b) радикальный инициатор относится к соединению, которое может генерировать радикалы при мягких условиях реакции таким образом, чтобы дать возможность для осуществления реакции радикалов. Радикалы означают атомы, молекулы или ионы, имеющие неспаренные электроны. Радикалы, как правило, называют свободными радикалами.

[0034]

Радикальный инициатор не является как–либо ограниченным постольку, поскольку не затрудняется достижение цели настоящего изобретения, и включает, например, азо соединение и пероксид.

Азо соединение представляет собой соединение, содержащее азо группу (R–N=N–R’), которая разлагается под действием тепла и/или света с генерированием углеродного радикала. Их конкретные примеры включают 2,2’–азобисбутиронитрил (AIBN).

[0035]

Пероксид грубо классифицируется как органический пероксид, неорганический пероксид и пероксид водорода.

Органический пероксид представляет собой соединение, содержащее структуру пероксида (–O–O–), и, как правило, включает, например, бензилпероксид.

[0036]

Неорганический пероксид представляет собой соединение, содержащее ион пероксида (O₂^2–), и их конкретные примеры включают персульфат аммония, персульфат натрия, персульфат калия, и тому подобное.

Пероксид водорода представляет собой соединение, представленное химической формулой H₂O₂.

Если рассматривать растворимость в водной среде и совместимость с сахаридом (a), радикальный инициатор (b) по настоящему изобретению предпочтительно содержит пероксид.

[0037]

Амин (c), как используется в настоящем документе, представляет собой общий термин, включающий аммиак и амины.

Аммиак представляет собой неорганическое соединение, молекулярная формула которого представлена NH₃, и он представляет собой газ, который является бесцветным при нормальной температуре и нормальном давлении.

[0038]

Амин представляет собой общий термин для соединения, в котором атом водорода аммиака замещен заместителем, таким как углеводородная группа и ароматическая группа. Амин представляет собой первичный амин, когда замещен один атом водорода, вторичный амин, когда замещены два атома водорода, или третичный амин, когда замещены три атома водорода. Кроме того, заместитель объединяется с третичным амином с образованием катиона четвертичного аммония.

[0039]

Амин грубо классифицируется как алифатический амин, ароматический амин и гетероциклический амин.

Примеры алифатического амина включают метиламин, диметиламин, триметиламин, этиламин, диэтиламин, триэтиламин, этилендиамин, триэтаноламин, гексаметилендиамин, и тому подобное.

[0040]

Примеры ароматического амина включают анилин, фенэтиламин, толуидин, катехоламин, и тому подобное.

Примеры гетероциклического амина включают пирролидин, пиперазин, пиперидин, морфолин, пиррол, пиразол, имидазол, пиридн, пиридазин, пиримидин, оксазол, тиазол, и тому подобное.

В водной композиции связующего по настоящему изобретению, амин (c) предпочтительно содержит аммиак. Когда амин (c) содержит аммиак, улучшаются механические свойства (прочность при растяжении, модуль упругости при растяжении) формованного изделия, содержащего отвержденный материал водной композиции связующего.

[0041]

Водная композиция связующего по настоящему изобретению предпочтительно содержит (B) соль неорганической кислоты. Когда она содержит соль неорганической кислоты (B), скорость отверждения водной композиции связующего по настоящему изобретению увеличивается, таким образом, делая возможным улучшение механических свойств формованного изделия, таких как прочность при растяжении и модуль упругости при растяжении.

[0042]

Соль неорганической кислоты (B), как используется в настоящем документе, не является как–либо ограниченной постольку, поскольку достижение цели настоящего изобретения не затрудняется, и предпочтительно содержит, по меньшей мере, одну соль, выбранную из солей аммония, солей калия, солей кальция, солей натрия и солей магния, и наиболее желательно, содержит аммониевые соли неорганических кислот. Когда она содержит аммониевую соль неорганической кислоты, водная композиция связующего по настоящему изобретению достигает еще более превосходной скорости отверждения, таким образом, делая возможным дополнительное улучшение механических свойств формованного изделия, таких как прочность при растяжении и модуль упругости при растяжении.

[0043]

Термин “(B) аммониевая соль неорганической кислоты”, как правило, означает аммониевую соль неорганической кислоты и не является как–либо ограниченной постольку, поскольку можно получить целевую водную композицию связующего по настоящему изобретению.

[0044]

Примеры “аммониевой соли неорганической кислоты” включают сульфат аммония, гидросульфат аммония, галогенид аммония (например, хлорид аммония, фторид аммония, бромид аммония, йодид аммония, и тому подобное), фосфат аммония, гидрофосфат аммония и дигидрофосфат аммония.

[0045]

“Аммониевая соль неорганической кислоты” предпочтительно представляет собой, по меньшей мере, одну соль, выбранную из сульфата аммония, хлорида аммония, гидрофосфата аммония и дигидрофосфата аммония.

Когда “(B) аммониевая соль неорганической кислоты” представляет собой, по меньшей мере, одну соль, выбранную из сульфата аммония, хлорида аммония, гидрофосфата аммония и дигидрофосфата аммония, водная композиция связующего по настоящему изобретению имеет еще более превосходную отверждаемость, таким образом делая возможным дополнительное улучшение физических свойств (механических свойств, таких как прочность при растяжении и модуль упругости при растяжении) формованного изделия.

“Аммониевую соль (соли) неорганической кислоты” можно использовать отдельно или в сочетании.

В качестве “аммониевой соли неорганической кислоты” можно использовать коммерчески доступные продукты.

[0046]

По настоящему изобретению, в дополнение к “аммониевой соли неорганической кислоты”, соль неорганической кислоты (B) может содержать соль металла и неорганической кислоты и может включать, по меньшей мере, одну соль, выбранную из солей калия, солей кальция, солей натрия и солей магния.

Конкретные примеры “соли металла и неорганической кислоты” включают:

соли калия, такие как сульфат калия, гидросульфат калия, галогенид калия (например, фторид калия, хлорид калия, бромид калия и йодид калия), фосфат калия, гидрофосфат калия и дигидрофосфат калия;

соли кальция, такие как сульфат кальция, гидросульфат калия, галогенид кальция (например, фторид кальция, хлорид кальция, бромид кальция и йодид кальция), фосфат кальция, гидрофосфат кальция и дигидрофосфат кальция;

соли натрия, такие как сульфат натрия, гидросульфат натрия, галогенид натрия (например, фторид натрия, хлорид натрия, бромид натрия и йодид натрия), фосфат натрия, гидрофосфат натрия и дигидрофосфат натрия; и

соли магния, такие как сульфат магния, гидросульфат магния, галогенид магния (например, фторид магния, хлорид магния, бромид магния и йодид магния), фосфат магния, гидрофосфат магния и дигидрофосфат магния.

[0047]

По настоящему изобретению является особенно предпочтительным, чтобы “соль металла и неорганической кислоты” включала, по меньшей мере, одну соль, выбранную из сульфата калия, хлорида калия, сульфата кальция, хлорида кальция, сульфата натрия, хлорида натрия, сульфата магния и хлорида магния.

[0048]

Когда “соль металла и неорганической кислоты” содержит, по меньшей мере, одну соль, выбранную из сульфата калия, хлорида калия, сульфата кальция, хлорида кальция, сульфата натрия, хлорида натрия, сульфата магния и хлорида магния, формованное изделие, полученное с использованием водной композиции связующего по настоящему изобретению, может отверждаться посредством нагрева и повышения давления при более низкой температуре в течение более короткого времени, делая таким образом возможным дополнительное увеличение прочности при растяжении и модуля упругости при растяжении.

[0049]

Наиболее предпочтительно “соль металла и неорганической кислоты” включает хлорид магния. Когда она содержит хлорид магния, формованное изделие, полученное с использованием водной композиции связующего по настоящему изобретению, может отверждаться посредством нагрева и повышения давления при более низкой температуре и в течение более короткого времени, таким образом, делая возможным дополнительное увеличение прочности при растяжении и модуля упругости при растяжении.

[0050]

Когда водная композиция связующего по настоящему изобретению содержит (A) модифицированный сахарид и (B) соль неорганической кислоты, количество соли неорганической кислоты (B) предпочтительно находится в пределах от 1,5 до 15,0 частей массовых, а особенно предпочтительно, от 1,5 до 4,5 частей массовых, по отношению к 100 частям массовым (в терминах содержания твердых продуктов) от общей массы компонентов (A) и (B). Когда количество каждого из компонентов (A) и (B) находится в рассмотренном выше диапазоне, водная композиция связующего по настоящему изобретению является превосходной по балансу между скоростью отверждения и водостойкостью, а прочность при растяжении и модуль упругости при растяжении формованного изделия по настоящему изобретению улучшаются, и его водостойкость также улучшается, таким образом, давая возможность формованному изделию почти не поглощать влажности из воздуха.

[0051]

Водная композиция связующего по настоящему изобретению имеет форму, в которой рассмотренные выше компоненты (A) и (B) и другие компоненты растворены или диспергированы в воде (форму раствора, суспензии или дисперсии), и наносится на различные материалы (например, на неорганическое волокно, материал на основе древесины), на материал основы, адгерент, и тому подобное, формуется, а затем отверждается.

“Вода”, как используется в настоящем документе, как правило, означает “воду” и не является как–либо ограниченной постольку, поскольку постольку можно получить целевую водную композицию связующего по настоящему изобретению. Ее примеры могут включать дистиллированную воду, деионизованную воду, чистую воду, водопроводную воду и техническую воду.

[0052]

Количество воды, содержащейся в водной композиции связующего согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, не является как–либо ограниченным и выбирается соответствующим образом в соответствии с компонентами (A)–(B), которые должны использоваться, а также с необязательными компонентами и добавками постольку, поскольку можно получить целевую водную композицию связующего по настоящему изобретению.

Водная композиция связующего по настоящему изобретению находится в форме раствора, суспензии или дисперсии, так что ее легко наносить или распылять над различными материалами (например, над неорганическим волокном, материалом на основе древесины), материалом основы, адгерентом, и тому подобное. Кроме того, водная композиция связующего по настоящему изобретению является превосходной при защите окружающей среды земли, и рабочей окружающей среды работников, поскольку предпочтительно не используется органический растворитель.

[0053]

Водная композиция связующего согласно вариантам осуществления настоящего изобретения может содержать другие компоненты. Примеры компонентов включают стабилизатор при хранении, агент для улучшения механических свойств, загуститель, консервант, агент против заплесневения, ингибитор коррозии и стабилизатор дисперсии.

Примеры стабилизатора при хранении включают поликарбоновые кислоты, такие как лимонная кислота, яблочная кислота, винная кислота, янтарная кислота, эриторбиновая кислота, и тому подобное.

Примеры агента для улучшения механических свойств включают полимеризуемые мономеры на основе винила, имеющие химическую активность в боковой цепи, такие как (мет)акриловая кислота, малеиновая кислота, (мет)акриламид, акрилонитрил, гидроксиэтил(мет)акрилат, фурфуриловый спирт, глицидил(мет)акрилат, и тому подобное.

[0054]

Загуститель используется для предотвращения понижения вязкости композиции в случае повышения давления и нагрева, и он не ограничивается как–либо постольку, поскольку можно получить целевую водную композицию связующего по настоящему изобретению. Загуститель классифицируется, например, как органический загуститель и неорганический загуститель.

Примеры неорганического загустителя могут включать глину, тальк, диоксид кремния, и тому подобное.

Примеры органического загустителя могут включать природные загустители, такие как карбоксиметилцеллюлоза, растительную муку, такую как пшеничная мука, кукурузный крахмал, рисовую муку высшего сорта, муку грецкого ореха и муку кокосового ореха, и синтетические загустители, такие как поливиниловый спирт и поливинилпиролидон, и тому подобное.

Эти загустители можно использовать отдельно или в сочетании.

[0055]

Способ получения водной композиции связующего по настоящему изобретению включает стадию (i):

(i) стадия взаимодействия (a) сахарида с (b) радикальным инициатором с получением (A) модифицированного сахарида.

Когда используется (c) амин, в случае получения модифицированного сахарида (A), способ получения водной композиции связующего по настоящему изобретению включает стадию (ii):

(ii) стадия взаимодействия (a) сахарида с (b) радикальным инициатором в присутствии (c) амина с получением (A) модифицированного сахарида.

[0056]

Способ получения водной композиции связующего по настоящему изобретению дополнительно включает следующую стадию (iii):

(iii) стадия смешивания (A) модифицированного сахарида с солью неорганической кислоты.

Когда способ получения водной композиции связующего по настоящему изобретению включает стадию (iii), дополнительно улучшается прочность при растяжении и модуль упругости при растяжении формованного изделия.

[0057]

Водную композицию связующего согласно вариантам осуществления настоящего изобретения можно получить посредством добавления рассмотренных выше компонентов (A)–(B), воды и, при необходимости, другого компонента (компонентов), с последующим перемешиванием. Нет каких–либо конкретных ограничений на порядок добавления соответствующих компонентов (A)–(B), воды и другого компонента (компонентов), на способ добавления соответствующих компонентов и воды и на способ перемешивания, и так далее, постольку, поскольку можно получить целевую водную композицию связующего по настоящему изобретению.

[0058]

Примеры материалов, полученных с использованием водной композиции связующего по настоящему изобретению, включают формованные изделия, полученные посредством формования материалов, таких как неорганическое волокно, силикат кальция, гипс, минеральная вата, бетон, цемент, известковая смесь и глинистый сланец, в различных формах (пластины, блоки, и тому подобное).

Примеры неорганического волокна включают, но не ограничиваясь этим, минеральную вату, каменную вату, минеральную шерсть, стекловату, минеральную стекловату, и тому подобное.

[0059]

По настоящему изобретению, формованное изделие из неорганических волокон предпочтительно получают при использовании этих неорганических волокон отдельно или в сочетании. С точки зрения универсальности, изолирующих свойств, звукоизолирующих свойств, и тому подобное, в качестве неорганического волокна предпочтительно используют стекловату или минеральную вату.

[0060]

По настоящему изобретению, в дополнение к формованным изделиям из неорганических волокон, можно получать формованное изделие, такое как материал на основе древесины и формовку посредством формования древесины (древесной стружки, древесных материалов, и тому подобное), формование песка, и тому подобное, с использованием водной композиции связующего согласно настоящим вариантам осуществления.

[0061]

Материал на основе древесины по настоящему изобретению может представлять собой смесь водной композиции связующего согласно вариантам осуществления настоящего изобретения и элемента на основе древесины (исходных материалов) (например, волокон на основе древесины или травянистых растений, малых кусков и шпона, и тому подобное). Материал на основе древесины получают посредством нанесения или нанесения распылением водной композиции связующего согласно вариантам осуществления настоящего изобретения на элемент на основе древесины, и нагрева элемента на основе древесины, приводящего к связыванию элемента на основе древесины, с последующим формованием.

Примеры элементов на основе древесины (исходных материалов) включают пиломатериалы, шпон, крупномерную стружку на основе древесины, стружку на основе древесины, волокна на основе древесины и растительные волокна, и тому подобное, что можно получить, например, посредством измельчения древесины.

[0062]

Примеры материала на основе древесины включают, например, ламинированную древесину, фанеру, древесностружечную плиту, древесноволокнистую плиту, древесноволокнистую плиту средней плотности (MDF), и тому подобное, что можно получить посредством связывания элемента на основе древесины с использованием адгезива.

Водную композицию связующего согласно вариантам осуществления настоящего изобретения можно использовать для связывания различных адгерентов (например, неорганических волокон, бумаги, волокон на основе древесины, фанеры, и тому подобное).

[0063]

В случае изготовления формованного изделия по настоящему изобретению, производственные условия, такие как количество наносимой в виде покрытия водной композиции связующего, способ нанесения, давление формования, температура формования и время формования, выбираются соответствующим образом в соответствии с типом, формой и размером формованного изделия, и не ограничиваются как–либо, постольку, поскольку можно получить целевой материал на основе древесины по настоящему изобретению. Если рассматривать эффективность производства формованных изделий, способ нанесения предпочтительно представляет собой способ импрегнирования неорганического волокна водной композицией связующего, способ распыления водной композиции связующего над неорганическим волокном или элементами на основе древесины с использованием спрея и чего–либо подобного или способ нанесения водной композиции связующего с использованием валика, и тому подобное.

[0064]

Давление формования предпочтительно находится в пределах от 0,5 до 6,0 МПа. Если давление формования составляет 6,0 МПа или меньше, формованное изделие почти не деградирует, поэтому слишком большого давления не прикладывают. Если давление формования составляет 0,5 МПа или больше, можно удовлетворительно связывать составляющие элементы формованного изделия.

[0065]

Температура формования предпочтительно находится в пределах от 140 до 230°C, более предпочтительно, от 140 до 200°C, и особенно предпочтительно, от 140 до 180°C. Если температура формования составляет 230°C или ниже, эта температура не слишком высокая, достигается низкое потребление энергии, а также формованное изделие почти не деградирует. Если температура формования составляет 140°C или выше, связывание может осуществляться в пределах соответствующего времени.

[0066]

Время формования предпочтительно составляет в пределах от 3 до 10 минут, более предпочтительно, от 3 до 9 минут, а особенно предпочтительно, от 3 до 7 минут. Если время формования составляет 10 минут или меньше, достигается низкое потребление энергии, поскольку время формования не слишком большое, а также формованное изделие почти не деградирует. Если время формования составляет 3 минут или больше, обеспечивается соответствующее время связывания, таким образом, давая возможность для обеспечения соответствующего связывания.

[0067]

Формованное изделие, полученное рассмотренным выше способом, можно использовать для различных применений, например, для строительных материалов, для мебели, и тому подобное, подобно обычному формованному изделию.

[Примеры]

[0068]

Настоящее изобретение будет описано ниже с помощью Примеров и Сравнительных примеров. Однако необходимо отметить, что каждый из этих Примеров представляет собой только лишь один из вариантов осуществления настоящего изобретения и настоящее изобретение не ограничивается ими.

При описании Примеров, если не указано иного, части массовые и проценты массовые относятся к порциям, в которых растворитель не учитывается.

[0069]

Следующие далее компоненты приготавливают в качестве компонентов водных композиций связующего. Части, как используется в настоящем документе, представляют собой части массовые.

(a) Сахарид

(a–1) Сахароза (производится Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

(a–2) Глюкоза (производится Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

(a–3) Фруктоза (производится Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

(b) Радикальный инициатор

(b–1) Персульфат аммония (производится Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.)

(b–2) Персульфат натрия (производится Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.)

(b–3) Водный раствор 32,5% пероксида водорода (производится Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

(c) Амин

(c–1) Водный раствор 25% масс аммиака (производится Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

(c–2) Гексаметилендиамин (производится Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

(c–3) Пиперазин гексагидрат (производится Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

[0070]

(B) Аммониевая соль неорганической кислоты

(B–1) Диаммоний гидрофосфат (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

(B–2) Аммоний дигидрофосфат (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

(B–3) Сульфат аммония (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

(B’–4) Цитрат аммония (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

(B’–5) Масляная кислота (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

[0071]

<Получение (A) модифицированных сахаридов>

Получение (A–1) модифицированного сахарида

В 2–литровую реакционную емкость загружают 409 г воды и 962 г (a–1) сахарозы.

После того как реакционную емкость снабжают крыльчаткой мешалки, конденсором и термометром, реакционную емкость погружают в горячую ванну при температуре 95°C, а затем смесь перемешивают и нагревают до растворения сахарозы (a–1).

Затем, в другой емкости растворяют 38 г (b–1) персульфата аммония и 62 г воды для приготовления раствора радикального инициатора (38% масс). Раствор радикального инициатора загружают в капельную воронку, и реакционную емкость снабжают этой капельной воронкой.

После подтверждения того, что температура раствора сахарозы достигает 90°C или выше, при перемешивании водного раствора сахарозы в реакционной емкости, 100 г раствора радикального инициатора добавляют по каплям к раствору сахарозы из капельной воронки за 4 часа. После добавления по каплям, препарат в реакционной емкости дополнительно перемешивают при температуре 90°C или выше в течение 1 часа и охлаждают до 40°C или ниже с получением водного раствора модифицированного сахарида.

Водный раствор модифицированного сахарида содержит радикальный инициатор, и концентрация твердого компонента (или содержание твердых продуктов) составляет 68,0% масс. Концентрацию твердого компонента вычисляют по отношению к общему количеству модифицированного сахарида (A–1) и персульфата аммония (b–1), растворенному в водном растворе.

[0072]

Получение модифицированных сахаридов (A–2)–(A–5) и (A–7)

Каждый из модифицированных сахаридов получают с помощью такого же способа, как для получения модифицированного сахарида (A–1), за исключением того, что каждый из растворов радикального инициатора (38% масс) приготавливают на основе каждой из композиций, показанных в Таблице 1.

[0073]

Получение модифицированного сахарида (A–6)

Модифицированный сахарид (A–6) получают с помощью такого же способа, как для получения модифицированного сахарида (A–1), за исключением того, что раствор радикального инициатора приготавливают с помощью водного раствора 33% пероксида водорода на основе композиции, показанной в Таблице 1.

[0074]

Получение модифицированных сахаридов (A–8) – (A–14)

На основе каждой из композиций, показанных в Таблице 2, воду, (a) сахарид, (b) радикальный инициатор и (c) амин перемешивают до растворения. Каждый из модифицированных сахаридов (A–8)–(A–12) и (A–14) получают с помощью такого же способа, как для получения модифицированного сахарида (A–1). Модифицированный сахарид (A–13) получают с помощью такого же способа, как для получения модифицированного сахарида (A–6).

[0075]

[Таблица 1]

[0076]

[Таблица 2]

[0077]

Различие структур (A) модифицированных сахаридов и (a) сахаридов доказывается с помощью аналитических инструментов.

Конкретно, относительно модифицированного сахарида (A–11) и сахарозы (a–1), модифицированного сахарида (A–13) и глюкозы (a–2), и модифицированного сахарида (A–7) и фруктозы (a–3), каждое различие химических структур (A) модифицированных сахаридов и (a) сахаридов доказывается с помощью измерения спектров инфракрасного поглощения (ИК) и кривых распределения молекулярных масс (график RI, график UV).

[0078]

<Относительно ИК измерений>

Каждый спектр инфракрасного (ИК) поглощения (A) модифицированных сахаридов и (a) сахаридов измеряют с помощью метода отражения (кристаллическая алмазная ячейка) с использованием инфракрасного спектрофотометра (производится Thermo Scientific, наименование модели: Nicolet380).

Интенсивность пика примерно при 2930 см^–1 (валентное колебание C–H метиленовой группы) почти не зависит от модификации, и поэтому этот пик определяется как эталонный пик.

Как показано на Фигурах 1–3, в спектрах инфракрасного поглощения (ИК) (A) модифицированных сахаридов, наблюдаются пики примерно при 1720 см^–1 и примерно 1200 см^–1, и эти пики приписываются карбонильной группе. Этих пиков не наблюдают в спектрах инфракрасного поглощения (ИК) (a) сахаридов.

[0079]

<Измерение кривой распределения молекулярных масс с помощью ГПХ>

Каждая из кривых распределения молекулярных масс (A) модифицированных сахаридов и (a) сахаридов измеряется с помощью системы ГПХ (производится Waters Corporation, наименование модели: Alliance e2695). "RI" (Waters 2417) и "UV" (Waters 2487) используют в качестве детекторов, и связанные колонки Ultra hydrogel 500 и Ultra hydrogel 250, производятся Waters Corporation, используют в качестве колонки ГПХ.

Используя динатрий–фосфатный и калий–фосфатный буфер (0,67 моль/л, pH 7,0) в качестве подвижной фазы, образец (каждый из (A) модифицированных сахаридов и (a) сахаридов) растворяют в буфере, и буфер получает возможность для протекания в колонке при температуре 40°C, при скорости потока 0,8 мл/мин, а затем измеряют кривую распределения молекулярных масс (кривая распределения молекулярных масс, полученная с использованием детектора RI упоминается как "график RI", а кривая распределения молекулярной массы, полученная с использованием детектора UV упоминается как "график UV").

[0080]

Как показано на Фигурах 4–6, на каждом из графиков RI ГПХ (a) сахаридов, наблюдают один острый пик, соответствующий молекулярной массе каждого из сахаридов ((a–1) сахарозы: 342, (a–2) глюкозы: 180, (a–3) фруктозы: 180).

При этом, на каждом из графиков RI (A) модифицированных сахаридов, наблюдают плечевой пик на стороне высоких молекулярных масс для каждого из сахаридов, показывая тем самым, что образуется соединение, имеющее более высокую молекулярную массу. Считается, что средневзвешенная молекулярная масса каждого из плечевых пиков находится в пределах от 500 до 900.

При сравнении графика RI сахарозы (a–1) с модифицированным сахаридом (A–11), положение вершины пика на графике RI модифицированного сахарида (A–11) сдвигается в сторону более низких молекулярных масс. Положение верхушки пика этого модифицированного сахарида (A–11) приблизительно соответствует верхушке пика каждого из графиков RI глюкозы (a–2) и фруктозы (a–3). Следовательно, считается, что модифицированный сахарид (A–11) содержит соединения, имеющие еще более высокую молекулярную массу, эти соединения могут образовываться из–за избытка сахарозы, которая разделяется на две части и рекомбинирует.

[0081]

Как показано на Фигурах 7–9, на каждом из графиков UV ГПХ (a) сахаридов пиков не наблюдается. Причина, как считается, в том, что каждый из сахаридов (a) не детектируется с помощью детектора UV, поскольку функциональной группы, способной поглощать UV (ультрафиолет), не существует в (a) сахаридах.

При этом, на каждом из графиков UV (A) модифицированных сахаридов, наблюдается широкий пик. Этот факт означает существование химической структуры, способной поглощать UV, такой как карбонильная группа, винильная группа и сопряженная структура, а также означает, что каждый из (A) модифицированных сахаридов, содержащих эту химическую структуру, имеет молекулярную массу в широких пределах. Когда каждое из положений верхушек пиков на графиках UV (A) модифицированных сахаридов сравнивается с каждым из графиков RI (a) сахаридов, каждое из положений верхушек пиков графиков UV (A) модифицированных сахаридов присутствует на стороне более высоких молекулярных масс, что показывает существование соединения, имеющего более высокую молекулярную массу. Считается, что такое высокомолекулярное соединение имеет химическую структуру, например, альдегидную группу и карбонильную группу, которая образуется посредством окисления гидроксильной группы ацеталя и кеталя (a) сахаридов.

Согласно приведенному выше рассмотрению, доказано, что структура, не включенная в каждый из (a) сахаридов, в частности, структура, способная поглощать UV, включается в каждый из (A) модифицированных сахаридов, и молекулярная масса изменяется, приводя к повышению молекулярной массы.

[0082]

<Получение водных композиций связующих>

(Пример 1)

К дистиллированной воде добавляют 142 г (A–1) модифицированного сахарида (содержание твердых продуктов 68% масс) и 3,6 г (B–1) диаммония гидрофосфата (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). После перемешивания и растворения смеси при нормальной температуре, pH доводят до диапазона от 6,0 до 9,0 с использованием водного раствора аммиака, с получением водной композиции связующего.

Относительно водной композиции связующего Примера 1, как показано в Таблице 3, общее количество содержания твердых продуктов компонентов (A–1) и (B–1) составляет 100 частей массовых и количество воды составляет 100 частей массовых.

Численное значение компонента (A–1), показанное в Таблице 3, показывает содержание только твердых продуктов.

[0083]

(Примеры 2–20) и (Сравнительные примеры 1–7) Получение водных композиций связующих

Каждая композиция водных композиций связующих Примеров 2–20 и Сравнительных примеров 1–7 показана в Таблицах 3–5.

Каждую из водных композиций связующих Примеров 2–20 и Сравнительных примеров 1–7 получают на основе каждой из композиций, показанных в Таблицах 3–5, с помощью такого же способа, как показано в Примере 1.

[0084]

[Таблица 3]

[0085]

[Таблица 4]

[0086]

[Таблица 5]

[0087]

Относительно водных композиций связующих из Примеров и Сравнительных примеров, их рабочие характеристики оценивают. Параметры оценки и критерии оценки являются следующими.

[0088]

<Измерение скорости отверждения: время гелеобразования>

Согласно JIS6910 method B, измеряют время гелеобразования при 160°C и время гелеобразования при 180°C. Критерии оценки показаны ниже.

Критерии оценки времени гелеобразования (160°C)

A: меньше 150 секунд

B: 150 секунд или больше и меньше 180 секунд

C: 180 секунд или больше и меньше 210 секунд

D: 210 секунд или больше

Критерии оценки времени гелеобразования (180°C)

A: меньше 70 секунд

B: 70 секунд или больше и меньше 80 секунд

C: 80 секунд или больше и меньше 90 секунд

D: 90 секунд или больше

[0089]

<Водостойкость: исследование скорости элюирования>

Посредством добавления воды в каждую из водных композиций связующих, каждую концентрацию твердых компонентов (или содержание твердых продуктов) доводят до 33% масс с получением каждой композиции образца для оценки.

Композицию образца (0,5 мл) однородно наносят на стекловолоконный фильтр (Whatman, наименование продукта: GF/A) имеющий массу примерно 0,05 г, вырезанный в форме квадрата с размерами 30 мм × 30 мм.

Композицию образца на стекловолоконном фильтре сушат при 105°C в течение 30 минут, а затем оставляют стоять в печи при 190°C в течение 15 минут с получением образца для измерений (после обработки при 190°C).

Образец для измерений (после обработки при 190°C) погружают в 50 мл воды при нормальной температуре на 24 часа, а затем сушат при 130°C в течение 1 часа с получением образца для измерений (после обработки погружением в воду). После погружения в воду, определяют отношение (Уравнение 1) адгезива, имеющегося в образце для измерений, также определяют скорость элюирования (Уравнение 2) адгезива в воду, в которую он погружен, а затем оценивают водостойкость.

[0090]

(Уравнение 1)

Отношение адгезива, имеющегося в образце для измерения = [образец для измерения после обработки погружением в воду – масса стекловолоконного фильтра]/[образец для измерения после обработки при 190°C – масса стекловолоконного фильтра]

(Уравнение 2)

Скорость элюирования (%) = (1–отношение адгезива, имеющегося в образце для измерения) × 100

Критерии оценки водостойкости на основе скорости элюирования показаны ниже.

A: меньше 2,0%

B: 2,0% или больше и меньше 4,5%

C: 4,5% или больше и меньше 6,0%

D: 6,0% или больше

[0091]

<Механические свойства: измерение прочности при растяжении и модуля упругости при растяжении>

Посредством добавления воды в каждую из водных композиций связующих, каждую концентрацию твердых компонентов (или содержание твердых продуктов) доводят до 33% масс с получением каждой композиция образца для оценки.

Композицию образца (1,0 мл) однородно наносят на стекловолоконный фильтр (Whatman, наименование продукта: GF/A), имеющий массу примерно 0,10 г, вырезанный в прямоугольной форме с размерами 20 мм × 100 мм.

Композицию образца на стекловолоконном фильтре сушат при 105°C в течение 30 минут, а затем оставляют стоять в печи при 190°C в течение 15 минут с получением образца для измерений.

Образец для измерения помещают в термогигростат (23°C, влажность 50%) и оставляют стоять в течение 2 часов, а затем осуществляют исследование при растяжении. Используя динамометр, model 5585, производится Instron Corporation, измеряют прочность при растяжении и модуль упругости при растяжении при скорости растяжения 25,4 мм/мин. Прочность при растяжении определяют как значение прочности при разрыве (максимальная прочность).

[0092]

Критерии оценки прочности при растяжении (23°C, влажность 50%) являются следующими.

A: Прочность составляет 15 МПа или больше.

B: Прочность составляет 14 МПа или больше и меньше 15 МПа.

C: Прочность составляет 12 МПа или больше и меньше 14 МПа.

D: Прочность составляет меньше 12 МПа.

Модуль упругости при растяжении определяют из градиента величины деформации 0,1%, исключая зазор образца для измерений.

Критерии оценки модуля упругости при растяжении (23°C, влажность 50%) являются следующими.

A: Модуль упругости составляет 1100 МПа или больше.

B: Модуль упругости составляет 1000 МПа или больше и меньше 1100 МПа.

C: Модуль упругости составляет 900 МПа или больше и меньше 1000 МПа.

D: Модуль упругости составляет меньше 900 МПа.

[0093]

Как показано в Таблицах 3 и 4, каждая водная композиция связующих из Примеров 1–20 содержит (A) модифицированный сахарид, каждая скорость отверждения является высокой. В частности, относительно водных композиций связующих Примеров 11–20, каждый из (A) модифицированных сахаридов получают в присутствии (c) амина, показывая таким образом, что скорость отверждения дополнительно увеличивается. Кроме того, для каждого из стекловолоконных формованных изделий Примеров 1–20 все параметры, прочность при растяжении, модуль упругости при растяжении и водостойкость, являются удовлетворительными. Конкретно, каждое стекловолоконное формованное изделие Примеров 11–20 достигает низкой скорости элюирования и является исключительно превосходным по водостойкости.

[0094]

Кроме того, как показано в Таблице 5, каждая из водных композиций связующих из Сравнительных примеров 1–7 не содержит (A) модифицированных сахаридов, таким образом, показывая, что их скорость отверждения значительно понижается и эффективность производства формованных изделий уменьшается. Каждое из стекловолоконных формованных изделий Сравнительных примеров 1–7 хуже по всем параметрам, по прочности при растяжении, по модулю упругости при растяжении и по водостойкости, по сравнению с формованными изделиями в Примерах.

[Промышленное применение]

[0095]

Настоящее изобретение предлагает водную композицию связующего. Водная композиция связующего по настоящему изобретению используется, когда формуются элементы на основе древесины и неорганических волокон, таких как стекловолокно.