[发明专利]生物基粘合剂和玻璃纤维绝缘体

说明书

相关领域

根据35 USC 119的规定，本申请要求2012年8月3日提交的美国临时申请61/679,453的权益和优先权，该申请被纳入本文作为参考。

技术领域

本说明书涉及生物基粘合剂和玻璃纤维绝缘体。

背景技术

以下背景讨论并不是承认以下任意内容属于本领域技术人员的公知常识。

美国专利4014726(玻璃纤维产品的生产)描述了一种制造玻璃纤维绝缘体的方法。该方法包括以下步骤：由熔融的玻璃物流形成玻璃纤维，合并玻璃纤维和热可固化的水性粘合剂组合物，在多孔传送带上使纤维和粘合剂固结形成松散堆积的物质，以及在玻璃纤维产品上原位固化粘合剂。粘合剂的主要成分是由酚、甲醛、淀粉或降解淀粉、以及脲反应形成的复合聚合物组分。

传统上在制造纤维玻璃绝缘体中采用脲甲醛、酚甲醛和酚脲甲醛作为粘合剂。然而，甲醛被国际癌症研究机构归类为已知的人体致癌物。甲醛也是一种挥发性物质，在制造厂产生而进入室内空气，尤其对于脲-甲醛绝缘体产品。因此，虽然美国消费产品安全委员会声称玻璃纤维绝缘体产品对家中游离甲醛水平影响极小，但是绝缘体产业多年来一直尝试可能的基本上无甲醛的粘合剂。例如，已采用其他聚合物如聚丙烯酸、聚乙酸乙烯酯和聚酯来制备无甲醛(或者也称为“无外加甲醛”)的粘合剂。然而，这些聚合物非常昂贵，释放某些挥发性化合物，并且在有些情况下，其酸性可能损坏制造设备和需要绝缘的金属结构。

上述非甲醛聚合物通常也由石油制成，因此需要考虑长期价格、可获得性、使用石油衍生品的环境影响。因此，进行了一些尝试以制备不仅不含甲醛、而且包括生物基材料的粘合剂。生物基材料通常源自植物，或者有时源自动物。

美国公开20110021101(基于改性淀粉的粘合剂)描述了一种用于玻璃纤维的粘合剂，包括化学改性的淀粉，硅烷偶联剂以及任选的交联剂。淀粉改性包括氧化、漂白、或者酸或碱处理以实现20-4000的聚合度。改性淀粉是水可分散的并且具有降低的粘度。

日本公开11256477描述了一种用于玻璃纤维的粘合剂，包括经水解或交联的淀粉。淀粉中加入2-10重量％的脲(基于淀粉的重量)。所得淀粉用与添加剂配混的氨基甲酸酯化，所述添加剂包括例如润滑剂、阳离子软化剂、表面活性剂和其他添加剂。

美国专利7,854,980(无甲醛的矿物纤维绝缘产品)描述了在一个实施例中，由葡萄糖一水合物、无水柠檬酸、氨和硅烷构成的粘合剂。

发明概述

下文试图向读者介绍更详细的描述，而不是限定或定义任何要求保护的发明。

本说明书描述的粘合剂在水中包括两种组分。第一组分是生物基材料或者生物基材料的混合物。生物基材料可任选地包含生物聚合物纳米颗粒。第二组分是一种或多种选自下组的化合物：脲、聚脲或取代的脲。在一些实施例中，两种组分是淀粉和脲。总体上，第一和第二组分构成粘合剂总固体的大部分(即50％或更高)。第二组分的干重优选和第一组分的干重至少一样并且占粘合剂总固体的至少25％。粘合剂的总固体含量优选为6-25重量％。

本说明书描述了一种制造玻璃纤维产品的方法。该方法包括将上述粘合剂在玻璃纤维的物质上原位固化的步骤。固化温度为150℃或更高或者175℃或更高或者200℃或更高或者225℃或更高。

发明详述

开发了各种粘合剂(或者称为树脂或水性组合物)用于制造玻璃纤维绝缘体。粘合剂也可用于其他应用，但是它们旨在具有与制造玻璃纤维绝缘体中使用的现有粘合剂类似的一种或多种特征。这样，通过对工厂可接受程度的改进即可将粘合剂用于现有的制造玻璃纤维绝缘体的设备。任选地，粘合剂基本无甲醛或者甲醛含量至少小于总固体的1重量％。

常规的矿物纤维绝缘体制造工艺从熔融原料如玻璃球开始。在工艺的加热端，熔融的原料转化为纤维而水性粘合剂喷射到熔融纤维上，这样，在传送带上收集纤维和粘合剂的混合物。纤维和粘合剂的物流在传送带上行进通过成形和压制设备，进入固化炉。在工艺的冷却端，纤维和已固化的粘合剂的混合物冷却，成形或切割，并包装。

为了与喷射设备相容，粘合剂的布氏粘度应小于500cps，优选约250cps或更小，固体含量使得足够量的粘合剂应用于纤维。常规酚脲甲醛粘合剂的固体含量在约6重量％至约20重量％之间。粘合剂在所要求的固体含量条件下作为乳液或分散体还应稳定，至少对于喷射设备的保留时间而言。