CN112204187B - 具有两部分粘结剂体系的非织造物 - Google Patents

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Abstract

本文公开的是用于非织造纤维垫的粘结剂体系，其为非织造垫提供期望的性能，包括期望的孔隙率，期望的表面性能如期望的润湿性和/或耐湿性，以及增强的拉伸强度。该体系包含两部分粘结剂，包含(1)不含甲醛的碳水化合物基粘结剂和(2)不含甲醛的疏水性丙烯酸系基粘结剂。

Description

具有两部分粘结剂体系的非织造物
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年5月18日提交的美国临时申请No.62/673,374的优选权和任何权益，该临时申请通过引用而整体并入本文。
技术领域
领域
本公开涉及一种用于非织造纤维垫的两部分粘结剂体系，所述非织造纤维垫特别是用作建筑板或材料中的面材的非织造纤维垫。本公开的两部分粘结剂体系为非织造垫提供了期望的性能，包括期望的孔隙率、期望的表面性能如期望的润湿性和/或耐湿性以及增强的拉伸强度。
背景技术
背景
刚性聚合物泡沫隔热板已被建筑业使用了多年。用途包括在沥青组合式屋顶(BUR)膜下以及在各种单层膜如EPDM橡胶、PVC、改性沥青膜等下使用的商业屋顶隔热板。其他用途还包括住宅隔热，用作壁板下的护层以及沥青瓦和混凝土瓦下的屋顶隔热。
这种隔热通常采取在两个面板之间施加的芯聚合物发泡的热固性材料的形式，所述材料例如是聚氨酯、聚异氰脲酸酯、聚氨酯改性的聚异氰脲酸酯(通常称为Polyiso)或酚醛树脂。
这些隔热板通常在生产线上制造，在该生产线上，将液体芯化学混合物倒在底面材上，在受限的上升层压机中发泡至与顶面材接触。在通过聚合和交联的固化在层压机中发生时，导致发泡的化学混合物的反应通常是放热的。在聚异氰脲酸酯隔热板的情况下，固化放热可一直持续到所得刚性板被切割、堆叠和入库的时候。
传统上，面材材料尤其包括非织造纤维(例如玻璃纤维)垫，包括涂覆有粘结剂涂层的非织造玻璃纤维垫。然而，传统非织造玻璃纤维垫由于与垫相关的显著的固有孔隙率而经受可发泡芯组合物的过多渗透。
非织造纤维垫通常包括通过固化的热固性或干燥的热塑性的聚合物粘结剂粘结在一起的随机缠结的玻璃纤维。形成这种垫的方法通常是众所周知的，例如包括众所周知的湿法成网加工和干法成网加工。图1示出了用于形成非织造纤维垫、特别是非织造玻璃纤维垫的一种示例性湿法成网工艺。短切玻璃纤维(110)可由存储容器(114)提供给输送设备如输送机(112)，以输送至可能包含白水(例如各种表面活性剂、粘度改性剂，消泡剂和/或其他化学试剂)的搅拌下的混合槽(116)以分散纤维并形成短切玻璃纤维浆料(未示出)。可将该玻璃纤维浆料转移到流浆箱(118)中，在此将该浆料沉积到输送设备如移动筛或多孔输送机(120)上，并从浆料中除去大部分的水以形成缠络的纤维的网(垫)(122)。可以通过传统的真空或空气抽吸体系(未示出)将水从该网(122)除去。
然后通过合适的粘结剂施加器如喷雾施加器(126)或幕涂机(未示出)将粘结剂(124)施加到网(122)上。一旦将粘结剂(124)施加到垫(122)上，就使粘结剂涂覆的垫(128)通过至少一个干燥炉(130)以除去任何残留的水并固化粘结剂组合物(124)。从炉(130)出来的所形成的非织造纤维垫(132)是随机取向的、分散的单个玻璃纤维的组件。如图所示，纤维垫(132)可被卷到卷取辊(134)上以用于存储或以后使用。
干法成网工艺是下述这样的工艺：在该工艺中，将纤维切碎并吹到输送机上，然后再施加粘结剂并固化以形成垫。
可用于非织造纤维垫的热固性聚合物粘结剂通常要求在未固化状态下的低粘度，但在固化时能够形成纤维的半刚性或刚性垫。历史上，甲醛基粘结剂组合物通常被用在工业中。然而，已尝试减少甲醛基粘结剂树脂的不期望的甲醛释放，包括例如将脲作为甲醛清除剂添加到甲醛基树脂中，以尝试减少玻璃纤维产品的甲醛释放。
更近地，不含甲醛的粘结剂已被用作甲醛基粘结剂的优选替代物。这种不含甲醛的粘结剂的示例性实例是尤其包含碳水化合物和交联剂的粘结剂。这样的粘结剂不含添加的甲醛并且是环境友好的，即“绿色的”。
然而，使用这类碳水化合物基粘结剂所形成的非织造纤维垫可能缺乏某些期望的特性或性能，因为它们可能不合需要地过于多孔以致于不能被成功地用作面材基材，与期望的面材涂层不相容并且易于吸湿。
概要
本文公开的是用于非织造纤维垫的粘结剂体系，其为非织造垫提供期望的性能，包括期望的孔隙率，期望的表面性能如期望的润湿性和/或耐湿性，以及增强的拉伸强度。该体系包含两部分粘结剂，包含(1)不含甲醛的碳水化合物基粘结剂和(2)不含甲醛的疏水性丙烯酸系基粘结剂。与单独的可比较的不含甲醛的丙烯酸系粘结剂体系(没有第一部分碳水化合物基粘结剂组分)相比，本公开的两部分粘结剂体系显示出期望的孔隙率，期望的表面性能如期望的润湿性和/或耐湿性，以及增强的拉伸强度。
本文还公开了一种非织造纤维垫，其包含随机取向的纤维和施加到该随机取向的纤维的至少一部分上的两部分粘结剂体系，其中该粘结剂体系包含不含甲醛的碳水化合物基粘结剂和不含甲醛的疏水性丙烯酸系基粘结剂。当该垫具有约0.015lb/ft2(约75克/平方米或gsm)的基重以及基于该非织造纤维垫的总重量计为约20％重量的该两部分粘结剂体系的固体分时，该垫具有约650至约715立方英尺/分钟或CFM(约18.4至约20.2m3/min)的Frazier渗透性。
本文还公开了一种用于建筑板的面材(facer)，其包含本公开的非织造纤维垫和施加到该非织造纤维垫的至少一部分上的面材涂层。当该面材具有约0.065lb/ft2(约317gsm)的重量和基于该面材的总重量计为约25％重量的该两部分粘结剂体系和面材涂层的固体分时，该面材具有约1400s至约2150s的平均Gurley空气渗透性。
本文还公开了建筑板。在示例性的实施方案中，该建筑板包括泡沫隔热板，该泡沫隔热板包含至少一个与泡沫芯相邻设置的本文公开的面材。在示例性的实施方案中，本文公开的泡沫隔热板包含设置在至少两个面材之间的泡沫芯。在示例性的实施方案中，建筑板包括石膏板，该石膏板包含至少一个与石膏芯相邻设置的面材。在示例性的实施方案中，本文公开的石膏板包含设置在至少两个面材之间的石膏芯。
附图说明
附图的简要说明
图1示出了用于形成非织造纤维垫的示例性湿法成网工艺。
图2示出了仅使用根据本公开的第二部分的疏水性丙烯酸系基粘结剂的丙烯酸系基粘结剂所形成的非织造垫的扫描电镜(SEM)图像。
图3示出了在与图2的非织造垫相同的基重、相同的玻璃含量和相同量的粘结剂下仅使用碳水化合物基粘结剂所形成的非织造垫的SEM图像(其中图3中所示的碳水化合物基粘结剂依据本文公开的两部分粘结剂体系的第一部分)。图3的图像以与图2相同的比例显示。
具体实施方式
详细说明
除非本文另外指出，否则术语“可润湿”通常是指亲水性表面，其可被理解为具有小于90°的接触角的表面。
除非本文另外指出，否则术语“润湿性”是指表面的相对亲水性，其中具有更为“润湿性”的表面比另一表面相对更为亲水，或者换句话说，具有比其他表面更低的水接触角的表面。因此应理解，增加表面的“润湿性”会增加该表面的亲水性(即，降低水接触角)。相反，降低表面的“润湿性”会降低亲水性(即，增加水接触角)和/或增加表面的疏水性。
除非本文另外指出，否则拉伸强度是使用Instron机器测量的，使用的是2英寸(50mm)×10英寸(254mm)的取自目标材料的适当方向(纵向或横向)的试样样品。如此，本文报告的所有拉伸强度代表试样的每2英寸长度(50mm)的力，并且照此报告(例如，本文报告的示例拉伸强度为100lbf/2英寸或444.8N/50mm)。
如上所讨论的，非织造纤维垫可能缺乏某些期望的特性或性能，因为它们可能不合需要地过于多孔以致于不能被成功地用作面材基材和/或它们可能与期望的面材涂层不相容(例如归因于表面性能如润湿性)。
本公开的粘结剂体系通过两部分粘结剂解决了这些问题。该粘结剂体系的第一部分是不含甲醛的碳水化合物基粘结剂。该两部分粘结剂体系的第二部分是不含甲醛的丙烯酸系基粘结剂。
碳水化合物通常是亲水的。如此，包括但不限于本文公开的粘结剂体系的第一部分的碳水化合物基粘结剂通常吸引水，并且当在非织造垫中固化或干燥时则增加表面的相对润湿性和/或提供具有较高的润湿性的表面。当具有高润湿性时，表面更易于导致吸湿性以及与吸湿性有关的问题(例如物理性能恶化，微生物生长等)。此外，具有相对高润湿性的粘结剂表面可为某些涂层(包括本公开的面材涂层)提供差的基材，这归因于与此类涂层的差相容性和/或差粘合性。对于高度可润湿的表面，例如碳水化合物基粘结剂，包括但不限于本文公开的粘结剂体系的第一部分，该面材涂层将迅速润湿并穿透该垫，即渗透(bleed-through)，从而不能在该垫的外表面上形成基本上连续的涂层。取而代之的是，该垫在涂层渗透之后为浸渍的复合材料，并且作为建筑板的面材是无效的，也不是特别有用。
本公开的两部分粘结剂体系通过如下方式解决了这些问题：在碳水化合物基粘结剂上施加疏水性丙烯酸系基粘结剂来改变非织造纤维垫上固化/干燥的粘结剂的表面性能。疏水性丙烯酸系基粘结剂(该两部分粘结剂体系的第二部分)包封或至少部分包封非结造纤维垫上的碳水化合物基粘结剂(该两部分粘结剂体系的第一部分)。如下所讨论的，这是以下述方式进行的：在该方式中在将第一部分碳水化合物基粘结剂施加到垫上之后，丙烯酸系基粘结剂基本上或完全浸渍非织造纤维垫。
结果，该两部分粘结剂体系在该非织造纤维垫上的这种特定组合和布置成功地改变了非织造纤维垫的表面性能，从而为面材涂层提供了增强的基材。首先，第一部分碳水化合物基粘结剂的使用降低了非织造垫的孔隙率。这由图2和3示出。图2和3示出了可比较的非织造垫(即除粘结剂之外是相同的)的扫描电镜图像。图2和3均由相同的ZEISS SEM以相同的比例获得，它们各自具有15.00kV的电子高压(EHT)值和12.0mm的工作距离(WD)。图2显示使用丙烯酸系基粘结剂形成的非织造玻璃纤维垫，并且图3显示使用碳水化合物基粘结剂形成的非织造玻璃纤维垫。图3示出了碳水化合物基粘结剂在纤维上的更完全覆盖，包括比图2的丙烯酸系基粘结剂更多的相邻纤维之间的粘结剂的“成网”。由碳水化合物粘结剂产生的这种提高的覆盖在垫中占据更多的空间，从而降低了垫的孔隙率。这是重要的，因为如图2和3所示，较低的孔隙率通常会在将面材涂层施加到非织造纤维垫上时为面材涂层提供更大的要粘合的表面积。然而，尽管根据本公开的碳水化合物基粘结剂降低了非织造垫的孔隙率，但是该垫上碳水化合物基粘结剂的亲水性提供了对于某些涂层(包括本公开的面材涂层)来说差的基材。这可以通过施加本公开的粘结剂体系的第二部分疏水性丙烯酸系基粘结剂来解决。
具体地，利用本公开的第二部分基于疏水性丙烯酸系粘结剂对第一部分碳水化合物基粘结剂的包封改变了非织造垫的表面性能，并且提供了对于本公开的面材涂层来说优异的基材。应理解，至少与单独使用碳水化合物粘结剂体系(没有第二部分疏水性丙烯酸系基粘结剂组分)制备的可比较的非织造纤维垫相比，本公开的非织造纤维垫具有降低的润湿性。例如，根据实施例1制备的具有两部分粘结剂的非织造玻璃垫的动态水接触角(使用接触角测角仪测量)为约120°或更大，而单独使用碳水化合物粘结剂体系(不含第二部分疏水性丙烯酸系基粘结剂组分)制备的可比较的非织造纤维垫具有小于120°的水接触角，包括0°至小于120°。当被用作面材的基材时，具有降低的润湿性的表面的垫为本文公开的面材涂层提供了更好的粘合性。因此，由于本公开的两部分粘结剂体系的特定组合和布置而具有降低的孔隙率和降低的润湿性的表面的垫为本公开的面材涂层提供了更好的基材。
本公开的非织造纤维垫的孔隙率通过垫的Frazier渗透性来表征。Frazier渗透性是穿过垫的空气渗透性的量度(根据ASTM D737)，它表示垫的多孔性如何。多孔性越大的垫通常对空气的渗透性越高，反之亦然，多孔性越差的垫对空气的渗透性越差。因此，根据本公开的较低的渗透性代表了垫的较低的孔隙率。如上所讨论的，较低的孔隙率提供了用于面材的更期望的基材。在Frazier渗透性测试中，将非织造垫的样品悬于室中，在约70°F和约65％相对湿度下使空气通过该室。该测试在125Pa的压力下进行。除非另有说明，否则Frazier渗透性测试是在瑞士苏黎世的TexTest Instruments，Model FX3300上进行的。在测试中得到的读数给出了可通过每平方英尺垫的每分钟的空气的立方英尺数。
当使用本公开的两部分粘结剂体系形成的非织造纤维垫具有约0.015lb/ft2(约75gsm)的基重以及基于该非织造纤维垫的总重量计为约20％重量的该两部分粘结剂体系的固体分时，该垫具有约650至约715CFM(约18.4至约20.2m3/min)的Frazier渗透性。在某些实施方案中，当该垫具有约0.015lb/ft2(约75gsm)的基重以及基于该非织造纤维垫的总重量计为约20％重量的该两部分粘结剂体系的固体分时，本公开的非织造纤维垫具有约690至约710CFM(约19.5至约20.1m3/min)的Frazier渗透性。
另外应理解，本公开的较少可润湿的非织造纤维垫具有增强的耐湿性。这种耐湿性通过至少与单独使用不含甲醛的丙烯酸系粘结剂体系(相同的基重和固体百分数，但没有第一部分碳水化合物基粘结剂组分)所制备的可比较的非织造纤维垫相比降低的吸湿性来显示。如实施例3所示，与单独使用不含甲醛的丙烯酸系粘结剂体系所制备的可比较的非织造纤维垫相比(1.0％)，利用本公开的两部分粘结剂体系所形成的可比较的垫具有较低的平均水分含量(0.5％)。值得注意的是，尽管两种垫的表面具有相同的疏水性粘结剂组成并且因此人们会期望具有相似的耐湿性，但是如上所述，具有本公开的两部分粘结剂体系的特定组合和布置的非织造垫出人意料地吸收较少的水分并且因而显示出更高的耐湿性。不受任何理论的限制，有可能的是，利用与丙烯酸系粘结剂层组合的本公开的两部分粘结剂体系所形成的非织造垫的降低的孔隙率有助于降低与前体垫相关的吸湿性。
根据某些实施方案，至少与单独使用不含甲醛的丙烯酸系粘结剂体系(相同的基重和固体百分数，但没有第一部分碳水化合物基粘结剂组分)所制备的可比较的非织造纤维垫相比，本公开的非织造垫还具有增强的拉伸强度。如实施例3中所示，与单独使用不含甲醛的丙烯酸系粘结剂体系所制备的可比较的非织造纤维垫相比(约238N/50mm或约53.5lbf/2英寸)，用本公开的两部分粘结剂体系形成的可比较的垫具有更高的平均纵向拉伸强度(约264N/50mm或约59.3lbf/2英寸)。同样，本公开的两部分粘结剂体系的特定组合和布置出人意料地提供了与可比较的垫相比增强的拉伸性能。
此外，由于没有添加的甲醛，该两部分粘结剂体系具有减少的VOC排放的益处。
第一部分：不含甲醛的碳水化合物基粘结剂
关于该两部分粘结剂的第一部分，不含甲醛的碳水化合物基粘结剂是热固性粘结剂，其尤其包含碳水化合物和交联剂。这类粘结剂还可包含在粘结剂组合物中使用的典型添加剂，包括但不限于偶联剂、杀生物剂、加工助剂、增量剂、pH调节剂、催化剂、交联密度增强剂、除臭剂、抗氧化剂、抑尘剂、消泡剂、耐湿剂及其组合。
该碳水化合物典型地是右旋糖当量(DE)为2-20、7-17和/或9-14的多糖。合适的多糖包括但不限于水溶性多糖如麦芽糊精、果胶、糊精、淀粉、改性淀粉、淀粉衍生物及其组合。多糖碳水化合物可具有约1,000至约8,000的数均分子量。该碳水化合物有益地具有低粘度，并且在中等温度(例如80-250℃)下固化，单独地或具有添加剂。低粘度使得该碳水化合物可被用在粘结剂组合物中。在示例性实施方案中，碳水化合物的粘度在50％浓度和20-30℃下可低于500cps。在至少一种示例性实施方案中，该碳水化合物是水溶性多糖，例如DE为2-20的糊精或麦芽糊精。
除了没有甲醛排放之外，碳水化合物的使用也可被认为是“绿色的”，因为它是一种源自可再生资源的生物基组分。因此，碳水化合物基粘结剂组合物的使用的优点在于：碳水化合物易于获得或可容易获得并且成本低廉。
碳水化合物组分占碳水化合物基粘结剂组合物中总固体重量的约30％至约60％，包括占碳水化合物基粘结剂组合物中总固体重量的约40％至约50％。
合适的可商业获得的碳水化合物的实例包括MD 1909，其是DE为10-13的麦芽糊精，以及DE为5-8的MD 1956，二者均可得自Cargill(Minneapolis，MN)。
碳水化合物基粘结剂组合物包含交联剂。该交联剂可以是适合于使碳水化合物交联的任何化合物。在示例性实施方案中，该交联剂的数均分子量大于90，约90至约10,000，或约190至约4,000。在一些示例性实施方案中，该交联剂的数均分子量小于约1000。
合适的交联剂包括但不限于聚羧酸，聚羧酸的盐，酸酐，单体和聚合聚羧酸与酸酐，柠檬酸，柠檬酸的盐，己二酸，己二酸的盐，聚丙烯酸，聚丙烯酸的盐，聚丙烯酸基树脂和/或其组合。
该交联剂在该粘结剂组合物中的存在量为该碳水化合物基粘结剂组合物中总固体的约40％重量至约70％重量，包括该碳水化合物基粘结剂组合物中总固体的约50％重量至约60％重量。
合适的优选的可商业获得的交联剂的实例是ACUMER 4161，一种膦基聚羧酸(即膦酸酯聚丙烯酸酯)；ACUMER 9932，一种分子量为约4000且含有次磷酸钠的聚丙烯酸；AQUASET 100，一种热固性丙烯酸系溶液聚合物，它们均可获自The Dow Chemical Company(Midland，MI)；以及ACRODUR 950L，一种交联性丙烯酸酯树脂，可获自BASF(德国Ludwigshafen)。
该碳水化合物基粘结剂组合物可任选地包含至少一种偶联剂，例如硅烷偶联剂。
可被用在粘结剂组合物中的合适的硅烷偶联剂的实例包括可由官能团表征的那些，所述官能团是烷基、芳基、氨基、环氧基、乙烯基、甲基丙烯酰氧基、脲基、异氰酸基和巯基。在示例性实施方案中，硅烷偶联剂包括含有一个或多个氮原子的硅烷，其具有一种或多种官能团如胺(伯、仲、叔和季胺)、氨基、亚氨基、酰胺基、酰亚胺基、脲基或异氰酸基。合适的硅烷偶联剂的具体的非限制性实例包括但不限于氨基硅烷(例如，γ-氨基丙基三乙氧基硅烷和3-氨基丙基-三羟基硅烷)，环氧三烷氧基硅烷(例如，3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷和3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷)，甲基丙烯酰基三烷氧基硅烷(例如，3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷)，烃三烷氧基硅烷，氨基三羟基硅烷，环氧三羟基硅烷，甲基丙烯酰基三羟基硅烷和/或烃三羟基硅烷。
适用于本文公开的粘结剂组合物中的特定偶联剂(包括硅烷偶联剂)的实例如下：
丙烯酰基：3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；3-丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷；3-丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷；3-丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷；3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷；
氨基：氨基丙基甲基二甲氧基硅烷；氨基丙基三乙氧基硅烷；氨基丙基三甲氧基硅烷/EtOH；氨基丙基三甲氧基硅烷；N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷；N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷；(2-氨基乙基)-(2-氨基乙基)3-氨基丙基三甲氧基硅烷；N-苯基氨基丙基三甲氧基硅烷；
环氧基：3-缩水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷；3-缩水甘油氧基丙基甲基二甲氧基硅烷；3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷；氧基环己基)乙基甲基二甲氧基硅烷；2-(3,4-环氧基环己基)乙基甲基二乙氧基硅烷；2-(3,4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷；2-(3,4-环氧基环己基)乙基三乙氧基硅烷；
巯基：3-巯基丙基三甲氧基硅烷；3-巯基丙基三乙氧基硅烷；3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷；3-巯基丙基甲基二乙氧基硅烷；
硫化物：双[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-四硫化物；双[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-二硫化物；
乙烯基：乙烯基三甲氧基硅烷；乙烯基三乙氧基硅烷；乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷；乙烯基三氯硅烷；三甲基乙烯基硅烷；
烷基：甲基三甲氧基硅烷；甲基三乙氧基硅烷；二甲基二甲氧基硅烷；二甲基二乙氧基硅烷；四甲氧基硅烷；四乙氧基硅烷；乙基三乙氧基硅烷；正丙基三甲氧基硅烷；正丙基三乙氧基硅烷；异丁基三甲氧基硅烷；己基三甲氧基硅烷；己基三乙氧基硅烷；辛基三甲氧基硅烷；癸基三甲氧基硅烷；癸基三乙氧基硅烷；辛基三乙氧基硅烷；叔丁基二甲基氯硅烷；环己基甲基二甲氧基硅烷；二环己基二甲氧基硅烷；环己基乙基二甲氧基硅烷；叔丁基甲基二甲氧基硅烷；
氯烷基：3-氯丙基三乙氧基硅烷；3-氯丙基三甲氧基硅烷；3-氯丙基甲基二甲氧基硅烷；
全氟：十氟-1,1,2,2-四氢癸基)三甲氧基硅烷；((十七氟-1,1,2,2-四氢癸基)三甲氧基硅烷；
苯基：苯基三甲氧基硅烷；苯基三乙氧基硅烷；二苯基二乙氧基硅烷；二苯基二甲氧基硅烷；二苯基二氯硅烷；
上面列出的硅烷的水解产物；
锆酸盐：乙酰丙酮锆；甲基丙烯酸锆；和
钛酸酯：钛酸四甲酯；钛酸四乙酯；钛酸四正丙酯；钛酸四异丙酯；钛酸四异丁酯；钛酸四仲丁酯；钛酸四叔丁酯；钛酸单正丁基三甲酯；钛酸单乙基三环己基酯；钛酸四正戊酯；钛酸四正己酯；钛酸四环戊酯；钛酸四环己酯；钛酸四正癸酯；钛酸四正十二烷基酯；钛酸四(2-乙基己基)酯；四辛二醇钛酸酯；四丙二醇钛酸酯；钛酸四苄酯；钛酸四对氯苄酯；钛酸四2-氯乙基酯；钛酸四2-溴乙基酯；钛酸四2-甲氧基乙酯；钛酸四2-乙氧基乙酯。
偶联剂可在碳水化合物基粘结剂组合物中的存在量为在该碳水化合物基粘结剂组合物中总固体的约0至约5％重量，包括在该碳水化合物基粘结剂组合物中总固体的约0.01％至约5％重量，以及约0.1％至约1％重量。
合适的示例性的可商业获得的偶联剂的实例是可从Momentive PerformanceMaterials(Waterford，NY)获得的SILQUEST A-1100γ-氨基丙基三乙氧基硅烷。
杀生物剂可被包含在该粘结剂组合物中以减少或消除纤维产品上的霉菌和真菌生长，所述杀生物剂例如是3-碘-2-丙基-正丁基氨基甲酸酯，氨基甲酸，丁基,3-碘-2-丙炔基酯(IPBC)，2-溴-2-硝基丙烷-1,3-二醇，硝酸镁，5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮，氯化镁，氨基磺酸，N-溴,钠盐，二碘甲基-对-甲苯砜，二溴乙腈和2,2-二溴-3-次氮基丙酰胺。杀生物剂可在该粘结剂组合物中的存在量为在该碳水化合物基粘结剂组合物中总固体的约0至约0.5％重量，包括在该碳水化合物基粘结剂组合物中总固体的约0.05％至约0.15％重量。
合适的优选的可商业获得的杀生物剂的实例是POLYPHASE663，其是一种基于n-(3,4-二氯苯基)-n,n-二甲基脲和不同氨基甲酸酯的组合物，可从Troy Corporation(加拿大Concord,Ontario)获得，也可从Troy Corporation获得的POLYPHASE 604，以及DowChemical的Amical Flowable，其是二碘甲基对甲苯砜。
诸如加工助剂、腐蚀抑制剂、增量剂、pH调节剂、催化剂和交联密度增强剂等的添加剂可被用于本公开的碳水化合物基粘结剂中。
任选的加工助剂没有特别限制，只要加工助剂起到促进纤维形成和取向的加工的作用即可。该加工助剂可用于改善粘结剂施加分布均匀性，降低粘结剂粘度，改善垂直重量分布均匀性，和/或在成型和烘箱固化过程中加速粘结剂的脱水。加工助剂可在该粘结剂组合物中的存在量为在该碳水化合物基粘结剂组合物中总固体的约0至约25％重量，包括约1％至约20％重量和约5％至约15％重量。
加工助剂的实例包括粘度调节剂如甘油，1,2,4-丁三醇，1,4-丁二醇，1,2-丙二醇，1,3-丙二醇，聚乙二醇，以及消泡剂如矿物油、石蜡油或植物油的乳液和/或分散体，已被聚二甲基硅氧烷或其他材料疏水化的二氧化硅和聚二甲基硅氧烷(PDMS)流体的分散体，以及由酰胺蜡(如亚乙基双硬脂酰胺(EBS))或疏水化的二氧化硅制成的颗粒。可在该碳水化合物基粘结剂组合物中使用的另外的加工助剂是表面活性剂。组合物中可包含一种或多种表面活性剂，以帮助粘结剂雾化、润湿和界面粘合。
合适的表面活性剂的实例没有特别限制，包括表面活性剂，例如但不限于离子表面活性剂，例如硫酸盐，磺酸盐，磷酸盐和羧酸盐；硫酸盐，例如烷基硫酸盐，十二烷基硫酸铵，十二烷基硫酸钠(SDS)，烷基醚硫酸盐，月桂醇醚硫酸钠和肉豆蔻醇聚醚硫酸钠；两性表面活性剂，例如烷基甜菜碱，例如月桂基甜菜碱；磺酸盐，例如磺基琥珀酸钠二辛酯，全氟辛烷磺酸盐，全氟丁烷磺酸盐和烷基苯磺酸盐；磷酸盐，例如烷基芳基醚磷酸盐和烷基醚磷酸盐；羧酸盐，例如烷基羧酸盐，脂肪酸盐(皂)，硬脂酸钠，月桂酰肌氨酸钠，羧酸盐含氟表面活性剂，全氟壬酸盐和全氟辛酸盐；阳离子表面活性剂，例如烷基胺盐，如乙酸月桂胺；pH依赖性表面活性剂，例如伯、仲或叔胺；永久性带电的季铵阳离子，例如烷基三甲基铵盐，十六烷基三甲基溴化铵，十六烷基三甲基氯化铵，西吡氯铵和苄索氯铵；两性离子表面活性剂；以及季铵盐，例如月桂基三甲基氯化铵和烷基苄基二甲基氯化铵，以及聚氧乙烯烷基胺。
可与本公开的碳水化合物基粘结剂组合物结合使用的合适的非离子表面活性剂包括聚醚，例如环氧乙烷和环氧丙烷缩合物，其包括直链和支链的烷基和烷芳基聚乙二醇和聚丙二醇醚和硫醚；具有包含约7至约18个碳原子的烷基并且具有约4至约240个亚乙基氧基单元的烷基苯氧基聚(亚乙基氧基)乙醇，例如庚基苯氧基聚(亚乙基氧基)乙醇和壬基苯氧基聚(亚乙基氧基)乙醇；己糖醇的聚氧化烯衍生物，包括脱水山梨糖醇，山梨糖醇酐，失水甘露醇和二缩甘露醇；部分长链脂肪酸酯，例如脱水山梨糖醇单月桂酸酯、脱水山梨糖醇单棕榈酸酯、脱水山梨糖醇单硬脂酸酯、脱水山梨糖醇三硬脂酸酯、脱水山梨糖醇单油酸酯和脱水山梨糖醇三油酸酯的聚氧化烯衍生物；环氧乙烷与疏水性碱的缩合物，该碱是通过将环氧丙烷与丙二醇缩合而形成的；含硫的缩合物，例如通过使环氧乙烷与高级烷基硫醇(如壬基、十二烷基或十四烷基硫醇)或与烷基苯硫酚(其中烷基含有约6至约15个碳原子)缩合而制得的那些缩合物；长链羧酸(例如月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸和油酸如妥尔油脂肪酸)的环氧乙烷衍生物；长链醇(例如辛醇、癸醇、月桂醇或鲸蜡醇)的环氧乙烷衍生物；以及环氧乙烷/环氧丙烷共聚物。
该表面活性剂可在该碳水化合物基粘结剂组合物中的存在量为在该碳水化合物基粘结剂组合物中总固体的约0至约10％重量，包括在该碳水化合物基粘结剂组合物中总固体的约0.01％至约10％重量和约0.2％至约5％重量。
该碳水化合物基粘结剂组合物可任选地包含腐蚀抑制剂作为添加剂，以减少或消除对加工设备的任何潜在腐蚀。腐蚀抑制剂可选自各种试剂，例如己胺，苯并***，苯二胺，二甲基乙醇胺，聚苯胺，亚硝酸钠，苯并***，二甲基乙醇胺，聚苯胺，亚硝酸钠，肉桂醛，醛和胺(亚胺)的缩合产物，铬酸盐，亚硝酸盐，磷酸盐，肼，抗坏血酸，草酸锡，氯化锡，硫酸锡，硫脲，氧化锌和腈。可替代地，可以通过过程控制减轻(abatement)来减少或消除腐蚀，例如工艺水中和，去除腐蚀性成分以及工艺水处理，以最小化腐蚀性。腐蚀抑制剂可在该碳水化合物基粘结剂组合物中的存在量为在该碳水化合物基粘结剂组合物中总固体的约0％重量至约15％重量，包括在该碳水化合物基粘结剂组合物中总固体的约1％重量至约5％重量和约0.2％重量至约1.0％重量。
该碳水化合物基粘结剂组合物可任选地包含至少一种增量剂，以改善粘结剂的外观和/或降低总体制造成本。该增量剂可以是无机填料如氧化锡或碳酸钙，或有机材料如木质素、木质素磺酸盐或基于蛋白质的生物质。在示例性实施方案中，增量剂是含蛋白质的生物质。像碳水化合物一样，含蛋白质的生物质是天然来源的，并且源自可再生资源(即“绿色的”)。例如，蛋白质可以源自植物来源，例如大豆(例如大豆粉)，花生，向日葵，肾形豆，胡桃，或源自具有高蛋白质含量的其他植物。可替代地，该蛋白质可来自动物来源，例如但不限于蛋、血液和动物组织(例如牛肉、猪肉或鸡肉，以及鱼)。该增量剂可在该粘结剂组合物中的存在量为在该碳水化合物基粘结剂组合物中总固体的约0％至约70％重量，包括在该碳水化合物基粘结剂组合物中总固体的约5％至约50％重量和约10％至约40％重量。
该碳水化合物基粘结剂组合物可任选地包含pH调节剂如有机和/或无机酸或碱，其量足以将pH调节至所需水平。可以根据预期的应用来调节pH，或促进粘结剂组合物的成分的相容性。在示例性实施方案中，pH调节剂用于将粘结剂组合物的pH调节至酸性pH。合适的酸性pH调节剂的实例包括无机酸，例如但不限于硫酸，磷酸和硼酸，以及有机酸，例如对甲苯磺酸，单羧酸或聚羧酸，例如但不限于柠檬酸，乙酸及其酸酐，己二酸，草酸及其相应的盐。同样，可以是酸前体的无机盐。该酸调节pH，并且在某些情况下，如上所讨论的，充当交联剂。任选地，有机和/或无机碱可用于pH调节，所述有机和/或无机碱例如是氢氧化钠，氢氧化铵和二乙胺，以及任何种类的伯、仲或叔胺(包括烷醇胺)。当处于酸性状态时，碳水化合物基粘结剂组合物的pH可以在约1至约6的范围内，并且在一些示例性实施方案中，在约2至约5的范围内，包括其间的所有量和范围。在至少一个示例性实施方案中，粘结剂组合物的pH为约2.5。
任选地，该碳水化合物基粘结剂组合物可包含催化剂或固化促进剂以辅助交联。该催化剂可包括无机盐，路易斯酸(即氯化铝或三氟化硼)，布朗斯台德酸如硫酸，对甲苯磺酸和硼酸；有机金属配合物，例如羧酸锂，羧酸钠；和/或路易斯碱，例如聚乙烯亚胺，二乙胺或三乙胺。额外地，该催化剂可包括含磷有机酸的碱金属盐；尤其是，磷酸、次磷酸或多磷酸的碱金属盐。此类磷催化剂的实例包括但不限于次磷酸钠，磷酸钠，磷酸钾，焦磷酸二钠，焦磷酸四钠，三聚磷酸钠，六偏磷酸钠，磷酸钾，三聚磷酸钾，三偏磷酸钠，四偏磷酸钠及其混合物。另外，该催化剂或固化促进剂可以是氟硼酸盐化合物，例如氟硼酸，四氟硼酸钠，四氟硼酸钾，四氟硼酸钙，四氟硼酸镁，四氟硼酸锌，四氟硼酸铵及其混合物。此外，该催化剂可以是磷和氟硼酸盐化合物的混合物。其他钠盐如硫酸钠、硝酸钠、碳酸钠也可以或替代地用作催化剂或固化促进剂。该催化剂或固化促进剂可在该碳水化合物基粘结剂组合物中的存在量为在该碳水化合物基粘结剂组合物中总固体的约0％至约10％重量，包括在该碳水化合物基粘结剂组合物中总固体的约0.01％至约5％重量和约3％至约5％重量。
此外，该碳水化合物基粘结剂组合物可任选地包含至少一种交联密度增强剂，以改善该碳水化合物基粘结剂的交联度。交联密度增强可通过提高羟基和羧酸基团之间的酯化作用和/或引入自由基键提高热固性树脂的强度来实现。可以通过改变羟基与羧酸之间的比例和/或添加其他酯化官能团来调节酯化交联密度，所述其他酯化官能团例如是三乙醇胺，二乙醇胺，单乙醇胺，1-氨基-2-丙醇，1,1’-氨基双-2-丙醇，1,1’,1”-次氮基-2-丙醇，2-甲基氨基乙醇，2-二甲基氨基乙醇，2-(2-氨基乙氧基)乙醇，2{(2-氨基乙基)氨基}乙醇，2-二乙基氨基乙醇，2-丁基氨基乙醇，2-二丁基氨基乙醇，2-环己基氨基乙醇，2,2'-(甲基氨基)双乙醇，2,2'-(丁基氨基)双乙醇，1-甲基氨基-2-丙醇，1-二甲基氨基-2-丙醇，1-(2-氨基乙基氨基)-2-丙醇，1,1’-(甲基亚氨基)双-2-丙醇，3-氨基-1-丙醇，3-二甲基氨基-1-丙醇，2-氨基-1-丁醇，1-乙基氨基-2-丁醇，4-二乙基氨基-1-丁醇，1-二乙基氨基-2-丁醇，3-氨基-2,2-二甲基-1-丙醇，2,2-二甲基-3-二甲基氨基-1-丙醇，4-二乙基氨基-2-丁炔-1-醇，5-二乙基氨基-3-戊炔-2-醇，双(2-羟丙基)胺以及其他烷醇胺，它们的混合物，以及它们的聚合物。实现交联密度增强的另一种方法是使用酯化反应和自由基反应二者用于交联反应。可用于两种反应的化学物质包括马来酸酐，马来酸或衣康酸。该交联密度增强剂可在该碳水化合物基粘结剂组合物中的存在量为在该碳水化合物基粘结剂组合物中总固体的约0％至约25％重量，包括在该碳水化合物基粘结剂组合物中总固体的约0.001％至约20％重量和约0.1％至约5％重量。
如美国专利No.8,864,893中所述的其他添加剂(包括除臭剂，抗氧化剂，抑尘剂和耐湿剂)可用于本公开的碳水化合物基粘结剂中。
该碳水化合物基粘结剂还包含水以溶解或分散用于施加到形成垫的纤维网上的活性固体。水的添加量足以将粘结剂组合物稀释至适合于其施加至增强纤维并在纤维上获得所需固体含量的粘度。
下表显示了碳水化合物基粘结剂配制剂的示例性实施方案。
表1
Figure BDA0002782477370000171
第二部分：不含甲醛的疏水性丙烯酸系基粘结剂
在非织造纤维垫上施加并干燥/固化该粘结剂体系的第一部分(不含甲醛的碳水化合物基粘结剂)之后，该粘结剂的第二部分即不含甲醛的疏水性丙烯酸系基粘结剂被施加到垫上并进行干燥。
该丙烯酸系基粘结剂是包含丙烯酸系和/或丙烯腈官能度的热塑性粘结剂。这种丙烯酸系基粘结剂以水乳液或胶乳的形式施加。如上所提及的，该丙烯酸系基粘结剂组分是疏水性的，因此将疏水性能赋予包含本公开的两部分粘结剂体系的非织造垫，或者至少降低其润湿性。此外，类似于该粘结剂组合物的第一部分，该丙烯酸系基第二部分是不含甲醛的。该丙烯酸系基粘结剂还具有玻璃化转变温度(Tg)为大于20℃，包括大于25℃。据信这种相对较低的玻璃化转变温度赋予或至少有助于经固化/干燥的非织造纤维垫的柔韧性。
类似于该粘结剂组合物的第一部分，第二部分不含甲醛的丙烯酸系基粘结剂可包含添加剂，包括但不限于本文针对第一部分碳水化合物基粘结剂组合物所列出的添加剂，催化剂或固化促进剂和交联密度增强剂除外。例如，偶联剂可在该丙烯酸系基粘结剂组合物中的存在量为在该丙烯酸系基粘结剂组合物中总固体的约0至约5％重量，包括在该丙烯酸系基粘结剂组合物中总固体的约0.01％至约5％重量，以及约0.1％至约1％重量。杀生物剂可在该粘结剂组合物中的存在量为在该丙烯酸系基粘结剂组合物中总固体的约0至约0.5％重量，包括在该丙烯酸系基粘结剂组合物中总固体的约0.05％至约0.15％重量。加工助剂可在该丙烯酸系基粘结剂组合物中的包含量为在该丙烯酸系基粘结剂组合物中总固体的约0％至约25％重量，包括约1％至约20％重量和约5％至约15％重量。表面活性剂可在该丙烯酸系基粘结剂组合物中的存在量为在该丙烯酸系基粘结剂组合物中总固体的约0至约10％重量，包括在该丙烯酸系基粘结剂组合物中总固体的约0.01至约10％重量和约0.2％至约5％重量。腐蚀抑制剂可在该丙烯酸系基粘结剂组合物中的存在量为在该丙烯酸系基粘结剂组合物中总固体的约0％至约15％重量，包括在该丙烯酸系基粘结剂组合物中总固体的约1％至约5％重量和约0.2％至约5％重量。增量剂可在该粘结剂组合物中的存在量为在该丙烯酸系基粘结剂组合物中总固体的约0％至约70％重量，包括在该丙烯酸系基粘结剂组合物中总固体的约5％至约50％重量和约10％至约40％重量。该丙烯酸系基粘结剂组合物可任选地包含pH调节剂，例如有机和/或无机酸或碱，其量足以将pH调节至所需水平。
合适的优选的可商业获得的丙烯酸系基粘结剂的实例是HYCAR26921，其为具有玻璃化转变温度(Tg)为约29℃的不含甲醛的丙烯酸系和丙烯腈官能的乳液，可从Lubrizol(Manchester,UK)获得。
非织造纤维垫
本公开的两部分粘结剂体系用于将非织造纤维垫的纤维粘结(即“胶粘”)在一起。本公开的非织造纤维垫以本领域已知的任何常规方式制备，包括例如上述的湿法成网和干法成网工艺。唯一的例外是在这种工艺中施加该两部分粘结剂。特别地，如在上述工艺中所述施加不含甲醛的碳水化合物基粘结剂(即该两部分粘结剂的第一部分)。例如，在图1所示的湿法成网工艺中，不含甲醛的碳水化合物基粘结剂(124)通过合适的粘结剂施加器如喷雾施加器(126)或幕涂器(未示出)而被施加到网(122)上。在施加该不含甲醛的碳水化合物基粘结剂之后，使用热或任何其他合适的固化技术来固化该粘结剂。在干法成网工艺中，在将纤维吹到输送机上之后，通过任何合适的方式(例如通过幕涂器)施加第一部分碳水化合物基粘结剂，然后使用热或任何其他合适的固化技术进行固化。根据形成非织造垫的任何工艺，在第一部分碳水化合物基粘结剂固化之后，施加第二部分不含甲醛的疏水性丙烯酸系基粘结剂，优选地通过浴或其他形式的浸渍站来施加，然后使用热或任何其他合适的干燥技术进行干燥。
该非织造纤维垫包含基于该非织造纤维垫的总重量计为约5％至约15％重量的第一部分不含甲醛的碳水化合物基粘结剂的固体分。该非织造纤维垫包含基于该非织造纤维垫的总重量计为约5％至约15％重量的第二部分不含甲醛的丙烯酸系基粘结剂的固体分。总体而言，该非织造纤维垫包含基于该非织造纤维垫的总重量计为约10％至约30％重量的两部分粘结剂体系的固体分，包括基于该非织造纤维垫的总重量计为约15％至约25％重量的两部分粘结剂体系的固体分。
本公开的非织造纤维垫的厚度为约0.45至约0.75mm，包括约0.55至约0.65mm。
可用于形成本公开的非织造垫的合适的纤维包括任何类型的玻璃，例如A型玻璃纤维，C型玻璃纤维，E型玻璃纤维，S型玻璃纤维，ECR型玻璃纤维(例如，可从Owens Corning商业获得的ADVANTEX玻璃纤维)，HIPER-TEX，玻璃纤维棉，或其组合。
可以想到，除了玻璃纤维之外或者替代玻璃纤维，用于形成垫的纤维材料包括合成聚合物如聚酯，聚酰胺，芳族聚酰胺，及其混合物。作为另外的替代方案或补充，天然纤维可被用作纤维材料。与本公开内容结合使用的术语“天然纤维”是指从植物的任何部分(包括但不限于茎，种子，叶，根或韧皮部)提取的植物纤维。适合用作纤维材料的天然纤维的实例包括棉，黄麻，竹，苎麻，甘蔗渣，***，椰壳纤维，亚麻(linen)，洋麻，剑麻，亚麻(flax)，赫纳昆纤维及其组合。碳纤维也可被用作纤维材料。然而，在优选的实施方案中，纤维是短切玻璃纤维。
该非织造纤维垫可被用作建筑板中使用的基材或膜，例如用于隔热板或石膏板的面材。关于隔热板，该板通常采取与至少一个面材(facer)(有时称作面板(facingsheets))相邻设置的芯聚合物发泡的热固性材料的形式，所述材料例如是聚氨酯，聚异氰脲酸酯，聚氨酯改性的聚异氰脲酸酯(通常称为polyiso)或酚醛树脂。典型地，泡沫芯设置在两个面材之间。类似地，关于石膏板，该板通常采取与至少一个面板或面材相邻设置(最典型地在两个面材板之间设置)的芯石膏材料的形式。尽管这种建筑板已经以“三明治”板或板材的形式(其中泡沫或石膏芯的两侧都覆盖有面材)示出，但它也可以包括仅在一侧具有这种类型的面材的板。另一侧可具有其他类型的面材或根本没有，这取决于其被使用的方式。
根据本公开，用于建筑板的面材包含本文公开的非织造纤维垫和施加到该非织造垫的至少一部分上的面材涂层。根据本公开，泡沫隔热板包含至少一个与泡沫芯相邻设置的本文公开的面材。该泡沫芯包含聚氨酯、聚异氰脲酸酯、聚氨酯改性的聚异氰脲酸酯和酚醛树脂中的一种或多种。根据本公开，石膏板包含至少一个与石膏芯相邻设置的本公开的面材。
当与建筑板结合使用时，例如作为面材板(的例如基材)的一部分，本公开的非织造纤维垫包括不同尺寸的短切纤维的共混物。例如，用于形成本公开的非织造垫的短切纤维的示例性共混物包含约50％至约100％的长度为约16至约20mm且直径为约12至约14μm的短切纤维，以及约0至约50％的长度为约9mm至约11mm且直径为约9至约10μm的短切纤维。根据示例性实施方案，短切纤维的共混物的至少一部分是本文公开的玻璃纤维，包括ECR型纤维。
当与建筑板结合使用时，例如作为用于建筑板的面材(的例如基材)的一部分，本公开的非织造纤维垫的基重为约0.012至约0.018lb/ft2(约60至约88gsm)，包括约0.0135至约0.015lb/ft2(约66至约75gsm)。
根据其他实施方案，本公开的非织造纤维垫可被用在其他纤维产品中，例如在以下各项中使用的基材或膜：屋顶板，地板砖，天花板砖，过滤器和交通工具(例如，地面交通工具或飞机)。
面材
如上所讨论的，具有两部分粘结剂体系的本公开的非织造垫可被用作建筑板的面材，例如泡沫隔热板的面材或石膏板的面材。
该面材包含施加到根据本公开的非织造垫的至少一部分上的面材涂层。示例性的面材涂层组合物(当固化或干燥时形成本公开的面材涂层)包含有机粘结剂和无机填料。该面材涂层组合物包含基于该面材涂层组合物的总重量计为约3％至约25％重量固体、包括基于该面材涂层组合物的总重量计为约5％至约10％重量固体和约6％至约8％重量固体的量的有机粘结剂。该面材涂层组合物包含基于该面材涂层组合物的总重量计为约75％至约95％重量固体、包括基于该面材涂层组合物的总重量计为约87％至约93％重量固体和约91％至约93％重量固体的量的无机添料。该面材涂层组合物还包含一定量的水或其他合适的溶剂，以获得该涂层组合物的所需粘度。
用于面材组合物中的合适的有机粘结剂的实例包括但不限于聚氯乙烯，丙烯酸系基粘结剂及其酯，例如苯乙烯/丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，乙烯/氯乙烯或乙烯/乙烯基聚氨酯，乙烯乙酸乙烯酯(EVA)，聚异戊二烯，聚偏二氯乙烯，聚乙酸乙烯酯/聚氯乙烯以及合成橡胶，例如聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)(SBS)，聚(苯乙烯-丁二烯)(SBR)，氯丁橡胶等，以及任何其他触变胶乳聚合物，以及上述项的混合物。优选丙烯酸系基粘结剂或苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)基粘结剂。
用于面材组合物中的合适的无机填料的实例包括但不限于碳酸钙和/或石灰石，氢氧化铝，氧化锌，混合氧化物，铁氧化物，铬酸盐，玻璃珠，硅酸盐，粘土，砂，云母，滑石，高岭土，其他石粉，石膏，硅酸铝，阻燃三水合铝，氨基磺酸铵，氧化锑，硅酸钙，硫酸钙，及其混合物。
如果需要更坚固的涂层，则可以将少量的交联剂或少量的热固性树脂引入到面材涂层中。可以根据需要添加其他组分或添加剂以实现面材涂层的期望性能，包括但不限于无机填料的分散剂如聚丙烯酸钠，粘度改进剂如有机硅流体或VANZAN(其是高分子量的水溶性多糖)；抗微生物剂；和阻燃剂。此外，作为该有机粘结剂的替代或补充，可在该面材涂层组合物中使用无机粘结剂。可用于面材涂层组合物中的无机粘结剂的实例包括但不限于以下各项：氧化钙，硅酸钙，硫酸钙，氯氧化镁，硫酸氧镁和某些IIA族元素(碱土金属)的其他化合物,以及氢氧化铝。无机粘结剂的一个实例是波特兰水泥，它是各种钙铝硅酸盐的混合物。
该面材涂层的粘度必须使得优选防止面材涂层组合物完全渗透到该非织造纤维垫。理想的是，该面材涂层应仅保留在垫的一侧上，以使玻璃纤维暴露于泡沫或石膏渗透和粘结。任选地，这样的面材涂层可浸渍该垫，但在某些应用中，这可能是不希望的。根据本公开的示例性面材涂层组合物具有基于总面材涂层组合物的重量计为约60％至约80％的总固体含量，包括约65％至约75％的固体。
可以以任何合适的方式将面材涂层组合物施加、干燥或固化到非织造垫上，以获得所需的涂层轮廓(profile)。例如，在干燥和/或固化之前，可通过刮涂、幕涂、喷涂和辊涂将面材涂层组合物施加到垫上。
本公开的面材具有约0.05至约0.08lb/ft2(约244至约391gsm)的基重，包括约0.06至约0.07lb/ft2(约293至约342gsm)的基重。
应理解，在将面材涂层施加到非织造纤维垫上之后，垫的孔隙率将降低，这归因于垫上的附加材料层。至少在一些建筑板中，例如在泡沫隔热板中，该面材的孔隙率是重要的，以防止在形成该板时可发泡组合物的渗透。除非本文另外指出，否则所述面材的孔隙率使用通过Gurley秒测量的Gurley气体渗透性来表征。Gurley秒或Gurley单位是描述在4.88英寸水柱(0.176psi或1.22kPa)的压差下100立方厘米(1分升)的空气通过1.0平方英寸(6.45cm2)的面材所需的秒数的单位(ISO 5636-5：2003)。除非本文另外指出，否则Gurley气体渗透性是在室温和湿度(例如约70°F和约65％相对湿度)下进行的。本公开的包含非织造纤维垫的用于建筑板的面材包含施加到该非织造垫的至少一部分的面材涂层，当该面材具有约0.065lb/ft2(约317gsm)的重量以及基于该面材的总重量计为约25％重量的两部分粘结剂体系和面材涂层的固体分时，其具有约1400s至约2150s的平均Gurley气体渗透率。在某些实施方案中，当该面材具有约0.065lb/ft2(约317gsm)的重量以及基于该面材的总重量计为约25％重量的两部分粘结剂体系和面材涂层的固体分时，该面材具有约1550s至约2000s的平均Gurley气体渗透率。
根据某些实施方案，至少与使用由单独的不含甲醛的丙烯酸系粘结剂体系形成的非织造垫(相同的基重和固体百分数，但没有第一部分碳水化合物基粘结剂组分)和相同的面材涂层所制备的可比较的面材垫相比，本公开的面材还显示出增强的拉伸强度。如实施例7中所示，与单独使用不含甲醛的丙烯酸系粘结剂体系所制备的可比较的非织造纤维垫相比(约542.7N/50mm或约122lbs/2英寸)，用本公开的两部分粘结剂体系形成的面材具有更高的平均纵向拉伸强度(约645N/50mm或约145lbs/2英寸)。另外，如实施例7中所示，与单独使用不含甲醛的丙烯酸系粘结剂体系所制备的可比较的非织造纤维垫相比(约462.6N/50mm或约104lbs/2英寸)，用本公开的两部分粘结剂体系形成的面材具有更高的平均横向拉伸强度(约507.1N/50mm或约144lbs/2英寸)。再次，看来本公开的两部分粘结剂体系的特定组合和布置出人意料地提供了与可比较的垫相比增强的拉伸性能。
实施例
实施例1
包含本公开的两部分粘结剂体系的非织造玻璃垫以下述方式制备。使用如本文公开的湿法成网工艺将具有70％的18mm长和13μm直径的纤维和30％的10mm长和10μm直径的纤维的70/30短切ECR玻璃纤维的共混物成形为随机取向的纤维网。通过幕涂器将第一部分不含甲醛的碳水化合物基粘结剂施加到该网上，该碳水化合物基粘结剂所包含的水性混合物包含约56.9％重量固体的聚丙烯酸、约42.5％重量固体的麦芽糊精、0.5％重量固体的γ-氨基丙基三乙氧基硅烷和0.1％杀生物剂。使用烘箱在250℃的温度下将该粘结剂固化10秒。在该碳水化合物基粘结剂固化之后，第二部分不含甲醛的疏水性丙烯酸系基粘结剂通过浴施加，然后使用烘箱在230℃的温度下干燥10秒，该疏水性丙烯酸系基粘结剂包含丙烯酸系和丙烯腈官能乳液，具有玻璃化转变温度(Tg)为约29℃(HYCAR 26921)。施加到该非织造纤维垫的两部分粘结剂体系为50％重量的第一部分粘结剂和50％重量的第二部分粘结剂。
所得的非织造纤维垫的基重为约0.015lb/ft2(约75gsm)。该垫还包含基于该非织造纤维垫的总重量计为约20％重量的两部分粘结剂体系的固体分。
实施例2
以与实施例1相同的方式制备对比非织造纤维垫，不过所有的粘结剂均通过幕涂器在一个步骤中进行施加(没有像实施例1中那样通过浴进行第二步施加)，并且然后使用烘箱在230℃的温度下干燥10秒钟，该对比非织造纤维垫与第一非织造纤维垫相同，不同之处在于仅包含两部分粘合剂中的第二部分不含甲醛的丙烯酸系基粘合剂，即具有玻璃化转变温度(Tg)为约29℃的丙烯酸系和丙烯腈官能乳液(HYCAR 26921)。使用与实施例1相同的玻璃纤维共混物和相同总量的粘结剂。
所得的对比非织造纤维垫的基重为约0.015lb/ft2(约75gsm)。该对比非织造纤维垫还包含基于非织造纤维垫的总重量计为约20％重量的丙烯酸系基粘结剂的固体分。
实施例3
在具有本发明的两部分粘结剂的实施例1的非织造纤维垫、具有仅丙烯酸系粘结剂的实施例2的对比非织造纤维垫和可商业获得的非织造纤维垫上进行本文公开的Frazier渗透性测试，该可商业获得的非织造纤维垫使用与实施例1和2相同的玻璃共混物和含量制成，但使用脲醛(UF)粘结剂制备并且具有基重为约0.015lb/ft2(约75gsm)和基于非织造纤维毡的总重量计为约20％重量的UF粘结剂的固体分。还使用Instron机器测试实施例1和2的非织造材料的纵向(MD)和横向(CD)拉伸强度。还依据TAPPI法T412om-02，使用设定在105℃的干燥烘箱测试实施例1和2的非织造纤维垫的水分。结果示于下表2中：
表2
Figure BDA0002782477370000251
如表2所示，与其他两个垫相比，包含本公开的两部分粘结剂的非织造纤维垫(实施例1)具有较低的渗透性并且因此具有较低的孔隙率，尽管其他两个垫包含相同量的粘结剂。值得注意的是，实施例2的对比垫具有相同的外表面材(即丙烯酸系粘结剂层)，但是具有不同的渗透性，这表明实施例1的垫具有不同的容量性能或体特性，这是由于根据本公开的粘结剂体系使用的两部分粘结剂的特定组合和布置所引起的。类似地，尽管具有相同的表面材，但是实施例1的垫具有较低的吸湿性(约为实施例2的垫的一半)，这也表明较低的渗透性/孔隙率改善了非织造纤维垫的耐湿性。另外，与仅含丙烯酸系粘结剂的对比垫(实施例2，约238N/50mm)相比，由本公开的两部分粘结剂形成的垫(实施例1)还表现出更高的平均纵向拉伸强度(约264N/50mm)。
实施例4
除了使用较少的玻璃纤维之外，以与实施例1相同的方式用两部分玻璃粘结剂体系制备非织造纤维垫。结果，使用实施例1的两部分粘结剂形成的非织造垫具有约1.4lb/ft2(约70gsm)的基重和基于非织造纤维垫的总重量计为20％重量的两部分粘结剂体系的固体分。
实施例5
以与实施例4相同的方式制造非织造纤维垫，不同之处在于第一部分碳水化合物基粘结剂被实施例2中使用的不含甲醛的丙烯酸系基粘结剂(即具有玻璃化转变温度(Tg)为约29℃的丙烯酸系和丙烯腈官能乳液(HYCAR 26921))代替。换句话说，该垫是通过以下方式形成的：施加一半的丙烯酸系基粘结剂并使用烘箱在230℃的温度下干燥10秒钟，然后第二次分开施加该丙烯酸系基粘结剂的另一半并使用烘箱在230℃的温度下干燥10秒钟。使用丙烯酸系基粘结剂的两部分施加所形成的所得的对比非织造垫(但与实施例4具有相同量的玻璃和相同量的粘结剂)具有约1.4lb/ft2(约70gsm)的基重和基于非织造纤维垫的总重量计为20％重量的两部分粘结剂体系的固体分。
实施例6
在具有本公开的两部分粘结剂的实施例4的非织造纤维垫和具有两部分的仅丙烯酸系粘结剂的实施例5的对比非织造纤维垫上进行本文公开的Frazier渗透性测试。结果显示在下表3中：
表3
Figure BDA0002782477370000271
如表3所示，与包含两部分的丙烯酸系粘结剂的对比非织造纤维垫(实施例5)相比，包含本公开的两部分粘结剂的非织造纤维垫(实施例4)具有较低的渗透性并且因此具有较低的孔隙率。值得注意的是，尽管除了第一部分的粘结剂的组成(实施例4中的碳水化合物基vs.实施例5中的丙烯酸系基)之外两种垫都以相同的方式制备，但它们仍然具有不同的渗透性，这表明实施例4的垫具有不同的容量性能或体特性，这是由于根据本公开的粘结剂体系使用的两部分粘结剂的特定组合和布置所引起的。
实施例7
通过制备水性混合物来制备面材涂层组合物，该水性混合物包含0.125％重量固体的聚丙烯酸钠分散剂(2-丙酸均聚物钠盐)，92.71％重量固体的碳酸钙，7.01％丙烯酸系粘结剂(丙烯酸系苯乙烯乳液)和0.155％重量固体的二碘甲基对甲苯砜(抗微生物剂)。通过刮涂将这种面材涂层组合物施加到实施例1和2的非织造纤维垫上，并使用VITS烘箱在575℃的温度下固化12秒。也将这种面材涂层施加到用UF粘结剂制成并在实施例3中测试的相同的可商业获得的非织造纤维垫上。
所得的面材具有基于该面材的总重量计为约25％重量的相应两部分粘结剂体系和面材涂层的固体分。
在实施例7的面材上进行本文公开的Gurley气体渗透性测试。还使用Instron机器测试了面材的纵向(MD)和横向(CD)拉伸强度。
结果显示在下表4中。
表4
Figure BDA0002782477370000281
如表4所示，与仅含丙烯酸系粘结剂的对比面材(实施例2)相比，包含本公开的两部分粘结剂的面材(实施例1)具有更高的平均Gurley秒并且因此具有较低的渗透性和孔隙率。与仅含丙烯酸系粘结剂的对比面材(实施例2，约542.7N/50mm)相比，包含本公开的两部分粘结剂的面材(实施例1)还表现出更高的平均纵向拉伸强度(约645N/50mm)。与仅含丙烯酸系粘结剂的对比面材(实施例2，约462.2N/50mm)相比，包含本公开的两部分粘结剂的面材(实施例1)还表现出更高的平均横向拉伸强度(约507.1N/50mm)。
尽管本文描述了本发明的各种示例性实施方案，但是与本文描述的***类似或等同的其他***也被本文件的一般概念所涵盖。尽管一般概念允许为许多不同形式的实施方案，但是在理解本文件应被视为一般概念原理的示例的情况下，本文详细描述了这些概念的至少一种特定实施方案。因此，一般概念的范围并不旨在限于本文示出和描述的特定示例性的实施方案。本领域技术人员从给出的描述中将不仅理解一般概念及其伴随的优点，而且还将发现对本文件的方法和***的显而易见的各种改变和修改。
除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本技术的主题所属领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。
除非另外指出(例如通过使用术语“确切地”)，否则在本文件中所使用的所有表示数量的数字应理解为在所有情况下被术语“约”修饰。因此，除非另有说明，否则在本文件中阐述的数值性质是近似值，其可以根据在本文描述的实施方案中寻求获得的所需参数和性能而变化。本文所使用的数值范围旨在包括该范围内的每个数字和数字的子集，无论是否具体公开。此外，这些数值范围应被解释为对针对该范围内的任何数字或数字子集的权利要求提供支持。例如，1至10的公开内容应被解释为支持2至8、3至7、5至6、1至9、3.6至4.6、3.5至9.9等范围。
除非另有说明，否则本文所用的所有百分数、份数和比例均以总组合物的重量计。除非本文另有说明，否则所有与所列成分有关的重量均基于活性水平，因此不包括溶剂或可包含在可商业获得的材料中的副产物，除非另有说明。
对一般发明概念的单数特征或限制的所有引用(包括对“a”，“an”和“the”的引用)均应包括相应的复数特征或限制，反之亦然，除非另有说明或明确暗示与引用的上下文相反。
本文所使用的方法或过程步骤的所有组合可以以任何顺序执行，除非另有说明或明确暗示与引用的组合的上下文相反。
组合物、制品、产品和方法可包含以下各项，由以下各项组合，或基本上由以下各项组成：本文所描述的该组合物、制品、产品和方法的基本要素，以及本文所描述的或否则可用于非织造垫应用中的任何额外或任选的要素。

Claims (16)

1.非织造纤维垫，包含：
随机取向的纤维；和
施加到该随机取向的纤维的至少一部分上的两部分粘结剂体系，其中该粘结剂体系包含：
不含甲醛的碳水化合物基粘结剂，以及
不含甲醛的疏水性丙烯酸系基粘结剂，
其中该不含甲醛的疏水性丙烯酸系基粘结剂被施加到该不含甲醛的碳水化合物基粘结剂之上，并且
其中该不含甲醛的碳水化合物基粘结剂被施加到该非织造纤维垫上之后，该不含甲醛的疏水性丙烯酸系基粘结剂基本上或完全浸渍该非织造纤维垫。
2.权利要求1的非织造纤维垫，其中该垫具有60至88gsm的基重。
3.权利要求1或2的非织造纤维垫，其中该非织造纤维垫包含基于该非织造纤维垫的总重量计为10％至30％重量的该两部分粘结剂体系的固体分。
4.权利要求1或2的非织造纤维垫，其中该碳水化合物基粘结剂包含碳水化合物和交联剂。
5.权利要求4的非织造纤维垫，其中该碳水化合物包含右旋糖当量为2-20的多糖。
6.权利要求4的非织造纤维垫，其中该碳水化合物包含麦芽糊精、糊精、淀粉、改性淀粉、淀粉衍生物或其组合。
7.权利要求4的非织造纤维垫，其中该碳水化合物基粘结剂包含30％至60％重量的碳水化合物的固体分。
8.权利要求4的非织造纤维垫，其中该交联剂包括聚羧酸，聚羧酸的盐，酸酐，聚丙烯酸，聚丙烯酸的盐，聚丙烯酸基树脂，或其组合。
9.权利要求4的非织造纤维垫，其中该碳水化合物基粘结剂还包含偶联剂。
10.权利要求9的非织造纤维垫，其中该偶联剂为硅烷偶联剂。
11.权利要求1或2的非织造纤维垫，其中该丙烯酸系基粘结剂具有丙烯酸系和/或丙烯腈官能度。
12.权利要求1或2的非织造纤维垫，其中该疏水性丙烯酸系基粘结剂的玻璃化转变温度(Tg)大于20℃。
13.权利要求1或2的非织造纤维垫，其中该随机取向的纤维包括玻璃纤维、合成聚合物纤维、天然纤维或其组合。
14.用于建筑板的面材，包含权利要求1-13中任一项的非织造纤维垫和施加到该非织造纤维垫的至少一部分上的面材涂层，当该面材具有317gsm的重量和基于该面材的总重量计为25％重量的该两部分粘结剂体系和面材涂层的固体分时，该面材具有1400s至2150s的平均Gurley空气渗透性。
15.泡沫隔热板，包含与泡沫芯相邻设置的至少一个根据权利要求14的面材。
16.石膏板，包含与石膏芯相邻设置的至少一个根据权利要求14的面材。
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