專利名稱：不含甲醛的含蛋白質(zhì)粘結(jié)劑組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括蛋白質(zhì)和交聯(lián)組合物的單組分粘結(jié)劑組合物。
背景技術(shù)：
用于復(fù)合纖維制品例如玻璃纖維絕緣物的熱固性粘結(jié)劑正在放棄使用傳統(tǒng)的基于甲醛的組合物。甲醛被認(rèn)為是可能的人類致癌劑，以及刺激物和過敏原，并且它在建筑制品、紡織品、室內(nèi)裝潢業(yè)和其它材料中的使用日益受到限制。相應(yīng)地，已經(jīng)開發(fā)了不使用甲醛或不會分解產(chǎn)生甲醛的粘結(jié)劑組合物。這些不含甲醛的粘結(jié)劑組合物中的一種類型依賴于多羧基聚合物中的羧酸基團(tuán)和醇中的羥基基團(tuán)之間的酯化反應(yīng)。水是這些共價交聯(lián)酯的主要副產(chǎn)物，其使得這些粘結(jié)劑與傳統(tǒng)的基于甲醛的粘結(jié)劑相比對環(huán)境更為友好。然而，這些不含甲醛的粘結(jié)劑組合物也大量使用了不能再生的、基于石油的組分。因此，需要對基于石油的組分依賴性更小的不含甲醛的粘結(jié)劑組合物。作為豐富和可再生的材料，蛋白質(zhì)有很大的潛力成為基于石油的粘結(jié)劑的替代物。蛋白質(zhì)已經(jīng)被廣泛用作許多基材的粘結(jié)劑成分。然而，多種含蛋白質(zhì)的粘結(jié)劑具有差的膠粘強(qiáng)度和防水性。因此，需要改善含蛋白質(zhì)的粘結(jié)劑組合物的結(jié)合強(qiáng)度和防水性至與那些傳統(tǒng)的、基于石油的粘結(jié)劑組合物類似或更好的水平。在本發(fā)明中解決這些和其它的問題。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明概述本發(fā)明描述了可包括一種或多種蛋白質(zhì)的單組分粘結(jié)劑組合物，其中所述蛋白質(zhì)可與其它粘結(jié)劑成分有效地交聯(lián)以提供剛性的熱固性粘結(jié)劑。所述粘結(jié)劑組合物不含甲醛，而且包括可再生材料例如源于動物和植物的蛋白質(zhì)(例如，大豆粉)，以減少或甚至消除對基于石油的粘結(jié)劑成分的需要?？梢赃x擇粘結(jié)劑組合物的組分以提高貯存期和預(yù)固化粘結(jié)劑溶液的再使用性，而不損害固化粘結(jié)劑制品的質(zhì)量。所述粘合物組合物可以包括在不加入另一種化合物的情況下能夠固化的單組分組合物。然而，可以任選加入其它的化合物例如固化催化劑以加速固化或一些其它作用的速度。另外，可以實現(xiàn)溫度和/或其它外部條件的變化以固化粘結(jié)劑組合物并制造包括固化粘結(jié)劑的最終制品。示例性的粘結(jié)劑組合物可以包括均能夠彼此形成共價鍵的至少三種組分。這些組分可以包括至少一種蛋白質(zhì)和兩種或更多種交聯(lián)化合物的交聯(lián)組合物。交聯(lián)化合物可包括第一交聯(lián)化合物(例如，聚合物配混料)和第二交聯(lián)化合物(例如，交聯(lián)劑)，其中所述兩種交聯(lián)化合物各自可彼此交聯(lián)和與所述蛋白質(zhì)交聯(lián)。例如粘結(jié)劑組合物可以包括均具有能夠彼此形成共價鍵的官能團(tuán)的蛋白質(zhì)、聚合物配混料和交聯(lián)劑。蛋白質(zhì)可以包括能夠與聚合物配混料和交聯(lián)劑上的互補(bǔ)的羧基和羥基基團(tuán)形成共價鍵的羥基和羧基基團(tuán)。類似地，選擇具有互補(bǔ)官能團(tuán)的聚合物配混料和交聯(lián)劑以使它們互相形成共價鍵(例如，多羧基聚合物和含羥基基團(tuán)的交聯(lián)劑例如氨基醇)。當(dāng)所有三種基團(tuán)都能夠與彼此形成共價鍵時，固化粘結(jié)劑中共價鍵合的密度會高于其中只有兩個組分形成這種鍵的粘結(jié)劑中共價鍵的密度。具有三個或更多個共價鍵合的化合物的粘結(jié)劑系統(tǒng)中提高的共價鍵密度還會使得選擇更穩(wěn)定的化合物用于單組分粘結(jié)劑組合物。例如，可以選擇在環(huán)境條件下(例如，室溫)以較慢速度(例如，約為零的反應(yīng)速度)經(jīng)歷共價交聯(lián)反應(yīng)的蛋白質(zhì)、聚合物配混料和 /或交聯(lián)劑，從而延長單組分粘結(jié)劑組合物的貯存期(亦稱，保存期限)?？梢赃x擇單獨化合物的穩(wěn)定性以使單組分粘結(jié)劑組合物的貯存期為約一個月或更長。本發(fā)明的實施方式包括可以包括蛋白質(zhì)和兩種或更多種交聯(lián)化合物的交聯(lián)組合物的單組分熱固性粘結(jié)劑組合物。所述交聯(lián)組合物可包括第一交聯(lián)化合物和第二交聯(lián)化合物，其中第一和第二交聯(lián)化合物各自可彼此交聯(lián)和與所述蛋白質(zhì)交聯(lián)。本粘結(jié)劑組合物的一個具體的非限制性的實施例包括聚合物配混料；可以與聚合物配混料交聯(lián)的交聯(lián)劑；和可以與聚合物配混料和交聯(lián)劑兩者交聯(lián)的蛋白質(zhì)。所述蛋白質(zhì)可以包括大豆蛋白，該大豆蛋白例如可以源于大豆粉。本發(fā)明的實施方式還可以包括纖維制品。該纖維制品可以包括無機(jī)或有機(jī)纖維 (或兩者)和從單組分粘結(jié)劑溶液制備的固化的熱固性粘結(jié)劑。所述粘結(jié)劑溶液可以包括蛋白質(zhì)和兩種或更多種交聯(lián)化合物的交聯(lián)組合物，其中蛋白質(zhì)和交聯(lián)化合物均可彼此交聯(lián)。本發(fā)明的實施方式還可以包括制造纖維制品的方法。該方法可以包括如下步驟 提供纖維，所述纖維可以為有機(jī)纖維或無機(jī)纖維，將單組分粘結(jié)劑溶液施加至纖維。單組分粘結(jié)劑溶液可以包括蛋白質(zhì)和兩種或更多種交聯(lián)化合物的交聯(lián)組合物，其中蛋白質(zhì)和交聯(lián)化合物均可彼此交聯(lián)。該方法還可以包括在所述單組分粘結(jié)劑溶液隨后的應(yīng)用中，將所述單組分粘結(jié)劑溶液未利用的部分再用于相同的所述纖維或用于不同組的纖維。在以下描述中部分地闡明另外的實施方式和特征，部分地將通過研究說明書或可以通過本發(fā)明實踐的學(xué)習(xí)為那些本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所了解。可以通過說明書中描述的工具、組合和方法實現(xiàn)和達(dá)到本發(fā)明的特征和優(yōu)點。


可以參考說明書的其他部分和附圖以實現(xiàn)對本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點的進(jìn)一步理解， 其中在幾個圖中使用類似的參考數(shù)字以指代類似的組分。在一些情況下，在連字號后的與參考數(shù)字有關(guān)的下標(biāo)用來表示多個類似組分中之一。當(dāng)提到參考數(shù)字而沒有明確已有的下標(biāo)時，意圖是指所有這種多個類似的組分。圖1是用于以下實施例中所述的粘結(jié)劑組合物選擇的犬骨形復(fù)合物拉伸試驗圖表。發(fā)明詳述本發(fā)明描述了包括可再生材料例如與兩種或更多種粘結(jié)劑組分結(jié)合的蛋白質(zhì)的單組分粘結(jié)劑組合物。實施例包括從至少一種蛋白質(zhì)和兩種或更多種交聯(lián)化合物的交聯(lián)組合物制得的單組分粘結(jié)劑組合物，其中蛋白質(zhì)和交聯(lián)化合物均可彼此交聯(lián)?！翱山宦?lián)”指的是兩種化合物彼此形成共價鍵的能力，雖然所述化合物之間也可以形成其它類型的鍵。單組分粘結(jié)劑組合物可以任選包括其它的組分例如固化催化劑。從現(xiàn)有的粘結(jié)劑組合物制得的粘結(jié)劑溶液可以被施加到基材例如無機(jī)和/或有機(jī)纖維上，并使其固化以制得熱固性粘結(jié)劑和基材例如建筑材料(例如，玻璃纖維絕緣物) 的復(fù)合物。這些材料在它們的生產(chǎn)和使用過程中不會排放甲醛，也不會分解出甲醛而污染工廠、建筑、住宅和其它地區(qū)。另外，所述粘結(jié)劑組合物可以至少部分地用可再生化合物 (例如，蛋白質(zhì))代替不可再生化合物例如基于石油的化合物。示例件的粘結(jié)劑組合物示例性的粘結(jié)劑組合物可以包括至少包含一種蛋白質(zhì)和兩種或更多種交聯(lián)化合物的交聯(lián)組合物的組合物，其中蛋白質(zhì)和交聯(lián)化合物均可彼此交聯(lián)。粘結(jié)劑組合物中使用的蛋白質(zhì)可以包括植物和/或動物蛋白質(zhì)?？梢詮目稍偕春苋菀椎氐玫竭@些蛋白質(zhì)。可以用在粘結(jié)劑組合物中的蛋白質(zhì)的例子包括大豆蛋白、小麥蛋白、玉米蛋白、乳清、白蛋白、 角蛋白、白明膠、膠原蛋白、麩質(zhì)、酪蛋白，以及其它種類的蛋白質(zhì)?？梢晕葱薷牡摹⑽醋冃缘臓顟B(tài)(即天然蛋白質(zhì))使用所述蛋白質(zhì)?；蚩梢允褂梦锢淼?、化學(xué)的或酶的方法修飾蛋白質(zhì)和/或使蛋白質(zhì)變性，其中所述方法導(dǎo)致蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和/或四級結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。這些方法可以包括使蛋白質(zhì)變性以改變它們的二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)，并且以化學(xué)或酶促方式將蛋白質(zhì)分子分解為小的片段。它們還可以包括改變蛋白質(zhì)的側(cè)鏈部分，例如在蛋白質(zhì)分子上增加其它的羧基和/或羥基基團(tuán)。本發(fā)明中使用的蛋白質(zhì)的一個例子可以是大豆蛋白，其中大豆蛋白形式為大豆粉、濃縮大豆蛋白、分離大豆蛋白和/或大豆聚合物，以及其它形式的大豆蛋白。可以通過把大豆碾磨成粉制成大豆粉。大豆粉可以保留大豆中的天然油份和其它化合物，或可以使其脫脂以產(chǎn)生具有較高蛋白質(zhì)含量的粉(例如，約50wt%的蛋白質(zhì)或更高)。濃縮大豆蛋白包含約70wt%的大豆蛋白，并且是通過從脫脂大豆粉中除掉水溶性碳水化合物而制成的。 分離大豆蛋白是高度精制的純化形式的大豆蛋白，蛋白含量為約90wt%或更高。分離物可以從脫脂大豆粉制得，其中脫脂大豆粉中除去了大部分的非蛋白質(zhì)大豆組分(例如，脂肪、 碳水化合物等)。大豆聚合物可以包括被化學(xué)修飾以賦予蛋白質(zhì)分子很多官能度的大豆蛋白?？梢允勾蠖沟鞍鬃冃?修飾以在分散體中展開蛋白質(zhì)分子。展開時，使蛋白質(zhì)分子的官能度(例如，羧基、羥基和胺基)暴露，并可以有效地與其它粘結(jié)劑成分反應(yīng)形成交聯(lián)鍵。蛋白質(zhì)變性和修飾方法的例子包括，但不僅限于，熱處理，用離液劑(例如，脲、鹽酸胍和高氯酸鋰)、酸、堿、金屬鹽、醇、洗滌劑、硫醇、亞硫酸鹽及其混合物處理。也可以修飾大豆蛋白以降低大豆蛋白分散體的粘度，從而降低基于蛋白質(zhì)的熱固性粘結(jié)劑組合物的粘度。降低大豆蛋白分散體粘度的方法的例子包括但不限于，使用酶或堿金屬水解蛋白質(zhì)、用硫醇或亞硫酸鹽分裂蛋白質(zhì)中的二硫鍵。例如，可以用亞硫酸氫鈉處理而降低大豆蛋白分散體的粘度。加入的蛋白質(zhì)的相對量可以取決于下述因素而變化使用的其它粘結(jié)劑組分、處理條件和制得的最終產(chǎn)品的類型以及其它的考慮因素。實施方式的蛋白質(zhì)濃度(以粘結(jié)劑組合物的重量百分比計)范圍為約5%至約95% ；約10%至約90% ；約25%至約80% ；約 20%至約60% ；約20%至約50% ；約30%至約70% ；等。
大豆蛋白例如大豆粉可以被分散或溶解在水中。其它的粘結(jié)劑成分，例如交聯(lián)化合物(例如，單體和聚合物配混料、交聯(lián)劑等)與大豆蛋白的水相分散體或溶液混合，以形成被施加到纖維狀制品上的最終粘結(jié)劑組合物。交聯(lián)化合物的可交聯(lián)組合物可以包括單體化合物和/或聚合物配混料，以及其它種類的交聯(lián)化合物。可以選擇這些交聯(lián)化合物以具有可以反應(yīng)形成共價鍵的互補(bǔ)的官能團(tuán)。例如，一個交聯(lián)化合物可以是含有羧基的多羧基聚合物，而第二交聯(lián)化合物可以是包含與羧基基團(tuán)反應(yīng)形成共價鍵的羥基基團(tuán)的交聯(lián)劑。類似地，聚合物配混料可以具有反應(yīng)性的羥基基團(tuán)，而交聯(lián)劑可以具有反應(yīng)形成共價鍵的反應(yīng)性羧基基團(tuán)。含有羧基的聚合物配混料的例子包括從烯鍵式不飽和羧酸制得的多羧基均聚物和/或共聚物，所述不飽和羧酸包括但不限于，丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯二酸(即，順丁烯二酸和/或反丁烯二酸)、甲基順丁烯二酸、亞甲基丁二酸和丁烯酸以及其它的羧酸。多羧基聚合物也可以從烯鍵式不飽和酸酐制備，所述烯鍵式不飽和酸酐包括，但不限于，順丁烯二酸酐、丙烯酸酐、甲基丙烯酸酐、亞甲基丁二酸酐以及其它酸酐。另外，本發(fā)明的多羧基聚合物可以是一種或多種前述不飽和羧酸或酸酐與一種或多種乙烯基化合物的共聚物，其中該乙烯基化合物包括，但不僅限于，苯乙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯腈、甲基丙烯腈以及其它化合物。多羧基聚合物的更具體的例子可以包括苯乙烯與順丁烯二酸酐的共聚物，以及包括它與氨和/或胺的反應(yīng)產(chǎn)物的衍生物。例如，多羧基聚合物可以是苯乙烯和順丁烯二酸酐的共聚物與氨反應(yīng)形成的聚酰胺酸。聚合物配混料可以是固化時有助于產(chǎn)生剛性的熱塑性粘結(jié)劑的溶液聚合物。相反，當(dāng)聚合物配混料是乳液聚合物時，最終的粘結(jié)劑組合物在室溫下通常剛性較小(即，柔性更大)。交聯(lián)劑可以包括包含至少兩個反應(yīng)性官能團(tuán)的化合物，其中所述反應(yīng)性官能團(tuán)包括，但不僅限于，羥基、羧基、胺、醛、異氰酸酯和環(huán)氧化物，以及其它的官能團(tuán)。交聯(lián)劑的例子可以包括多元醇、烷醇胺、聚羧酸、聚胺和其它類型的至少具有兩個可以與其它粘結(jié)劑成分例如蛋白質(zhì)和聚合物配混料進(jìn)行交聯(lián)的官能團(tuán)的化合物。多元醇的具體例子可以包括丙三醇、乙二醇、丙二醇、二乙二醇和三乙二醇以及其它多元醇。烷醇胺的具體的例子可以包括乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺以及其它烷醇胺。 聚羧酸的具體的例子可以包括丙二酸、丁二酸、戊二酸、檸檬酸、丙烷-1，2，3-三羧酸、丁烷-1，2，3，4-四羧酸以及其它的聚羧酸。聚胺的具體的例子可以包括乙二胺、己二胺、三乙撐二胺以及其它聚胺。環(huán)氧化物的具體的例子可包括基于雙酚A的環(huán)氧化物、脂族的環(huán)氧化物、環(huán)氧化的油類以及其它的環(huán)氧化物。交聯(lián)劑可以與聚合物配混料和蛋白質(zhì)均發(fā)生反應(yīng)。例如，當(dāng)聚合物配混料是多羧基聚合物時，交聯(lián)劑可以是不僅可以與蛋白質(zhì)(例如，大豆蛋白)反應(yīng)而且可以與多羧基聚合物反應(yīng)的多元醇。如以上提及的，粘結(jié)劑組合物可以包括從單一蛋白質(zhì)和兩個化合物的交聯(lián)組合物得到的三組分粘結(jié)劑。另外，粘結(jié)劑組合物可以包括形成交聯(lián)組合物的多種蛋白質(zhì)和化合物(例如，多種聚合物配混料和/或交聯(lián)劑)。例如，兩種或更多種的一個組分可以與各個其它組分的單個物種結(jié)合。另外，兩種或更多種兩個組分可以與第三組分的單個物種結(jié)合。 也可以在粘結(jié)劑組合物中存在兩種或更多種所有三個組分。
粘結(jié)劑組合物還可以任選包括固化催化劑。固化催化劑的例子可以包括含磷化合物例如磷的含氧酸和它們的鹽。例如，固化催化劑可以是堿金屬的次磷酸鹽例如次磷酸鈉 (SHP)?？梢约尤牍袒呋瘎┮约铀僬辰Y(jié)劑組合物的固化。粘結(jié)劑組合物也可以任選包括填料。填料的例子可以包括淀粉、木質(zhì)素、松脂以及其它填料。粘結(jié)劑組合物也可以任選含有pH調(diào)節(jié)劑。例如，本粘結(jié)劑組合物和溶液可以包括一種或多種堿以保持PH值約為7或更高，約為8或更高，約為9或更高，約為9. 5或更高， 約為10或更高，約為10. 5或更高，等。粘結(jié)劑組合物中的蛋白質(zhì)可以與交聯(lián)組合物的成員有效交聯(lián)?？梢蕴幚淼鞍踪|(zhì)以暴露出用于交聯(lián)反應(yīng)的蛋白質(zhì)的多肽鏈上的反應(yīng)性部分(例如，羥基基團(tuán)、羧基基團(tuán)、氨基基團(tuán)、硫醇基團(tuán))。例如，蛋白質(zhì)鏈上含羥基的氨基酸部分(例如，絲氨酸、酪氨酸、蘇氨酸) 可以在酯化反應(yīng)中與多羧基聚合物上的羧基基團(tuán)反應(yīng)。類似地，含羧基的氨基酸部分(例如，天冬氨酸、谷氨酸)可以與交聯(lián)劑上的羥基反應(yīng)以有效交聯(lián)粘結(jié)劑組合物中的蛋白質(zhì)。雖然不希望被特定的理論限制，認(rèn)為蛋白質(zhì)上的反應(yīng)性部分和交聯(lián)組合物的化合物之間的反應(yīng)提供了這些化合物之間的交聯(lián)，以在固化時產(chǎn)生剛性的熱固性粘結(jié)劑。本粘結(jié)劑組合物還可排除對于固化的粘結(jié)劑具有有害影響的材料。例如，粘結(jié)劑組合物可以具有降低水平的還原糖(或根本不含還原糖)以降低或消除由于這些糖在高溫下的反應(yīng)產(chǎn)生的梅納褐變。一些從可再生材料制得的粘結(jié)劑組合物可包括在固化的粘結(jié)劑中產(chǎn)生褐色或黑色的大量還原糖和其它碳水化合物。結(jié)果是，用這些粘結(jié)劑組合物制得的產(chǎn)品難于或不能染色。本發(fā)明粘結(jié)劑組合物的例子包括其中還原糖的濃度降低到可以忽略梅納褐變導(dǎo)致的變色影響的點的組合物。完全固化的粘結(jié)劑可以具有白色或灰白色的外觀，以使得它們在固化過程中或在固化之后容易地被染色。制備纖維制品的方法可以在制備纖維制品的方法中使用本發(fā)明粘結(jié)劑組合物。該方法可以包括施加粘結(jié)劑組合物的溶液到纖維上并在纖維上固化粘結(jié)劑組合物以形成纖維制品。可以在纖維上噴涂、旋涂、幕式淋涂、刮涂或浸涂粘結(jié)劑溶液。當(dāng)施加液態(tài)粘結(jié)劑組合物后，可以加熱粘結(jié)劑和基材以使粘結(jié)劑組合物固化并形成組成纖維制品的固化粘結(jié)劑和纖維的復(fù)合物?？梢孕纬善湔扯仍谠试S有效施加溶液到纖維上的范圍內(nèi)的粘結(jié)劑溶液。例如，當(dāng)粘結(jié)劑溶液在室溫時粘度可以為約1厘泊至約1000厘泊。如果施加到基材的液態(tài)粘結(jié)劑的粘度太高，它可能延緩在粘結(jié)劑釋放點的施加過程以及在基材上粘結(jié)劑的混合和覆蓋速度。許多類型的蛋白質(zhì)的溶液和分散體，包括一些類型的水溶液中的大豆蛋白，一般具有高粘度。因此，本發(fā)明含有蛋白質(zhì)的粘結(jié)劑組合物在溶解/分散到液態(tài)粘結(jié)劑中時可以包括具有相對低粘度的蛋白質(zhì)。這些可以包括被修飾以降低大豆蛋白分散體的粘度的大豆蛋白。在基材上施加液態(tài)粘結(jié)劑組合物之后，液態(tài)粘結(jié)劑和基材的混合物經(jīng)歷固化。在蛋白質(zhì)的固化過程中，聚合物配混料和交聯(lián)劑可以在彼此之間形成共價交聯(lián)的鍵以將混合物轉(zhuǎn)化成熱固性復(fù)合物。當(dāng)使用熱固化工藝時，混合物會經(jīng)歷高溫(例如，最高達(dá)300°C) 以促進(jìn)粘結(jié)劑中的交聯(lián)。固化溫度的峰值可能取決于含蛋白質(zhì)粘結(jié)劑組合物的特定配方、基材和是否使用固化催化劑。固化的材料典型地包括約0. 5wt%至約50wt%的熱固性粘結(jié)劑組合物(例如，約至約10wt% )，而基材代表了剩余重量的大部分。粘結(jié)劑組合物可以是能夠在施加到纖維上的過程中和/或在施加到纖維上之間被回收的穩(wěn)定的單組分組合物。因此，粘結(jié)劑溶液的未利用的部分，例如，穿過纖維被收集并送回到施加在纖維上的粘結(jié)劑溶液供給中。在一些實施方式中，可以在返回到供給之前純化或另外處理粘結(jié)劑溶液未利用的部分。粘結(jié)劑溶液的再使用不僅可以減少溶液的使用量，還可以減少必須處理和丟棄的廢料的量。然而，回收未利用的粘結(jié)劑溶液要求溶液在兩個或更多個施加周期中保持穩(wěn)定。 在很多情況下，在即將施加前分別混合的兩組分粘結(jié)劑組合物和具有高反應(yīng)性的組分將過快地固化而不能被回收。如果單組分粘結(jié)劑組合物不具有足夠的貯存期以在使用前以及回收過程中保持相對未反應(yīng)，則該單組分粘結(jié)劑組合物也可能是不合適的。本粘結(jié)劑組合物包括足夠穩(wěn)定以適用于粘結(jié)劑溶液回收的單組分粘結(jié)劑組合物。纖維制品可以將本粘結(jié)劑組合物加入纖維中以制造復(fù)合的纖維制品。纖維可以包括有機(jī)纖維和/或無機(jī)纖維。例如，纖維可以包括聚合物纖維和/或玻璃纖維，以及其它種類的纖維。 纖維可以被布置為隔熱纖維條、織墊、無紡墊或紡粘制品以及其它種類的纖維基材。可以在纖維制品中使用本粘結(jié)劑組合物以獲得絕緣和纖維增強(qiáng)的復(fù)合物，以及其它制品。所述制品可以包括包含在固化的熱固性粘結(jié)劑中的纖維(例如，有機(jī)和/或無機(jī)纖維)，其中該固化的熱固性粘結(jié)劑是從聚合物配混料、可與聚合物配混料交聯(lián)的交聯(lián)劑以及可與聚合物配混料和交聯(lián)劑交聯(lián)的蛋白質(zhì)的單組分粘結(jié)劑溶液制得的。纖維可以包括玻璃纖維、碳纖維、有機(jī)聚合物纖維以及其它種類的纖維。例如，可以使用粘結(jié)劑組合物和玻璃纖維的組合以獲得玻璃纖維絕緣制品?？蛇x地，當(dāng)玻璃纖維是基于微玻璃的基材時，可以施加粘結(jié)劑并固化以形成印刷電路板、電池隔板、過濾器(filter stock)和加固麻布以及其它制品?？梢愿淖冋辰Y(jié)劑組合物的配方以在固化時賦予纖維制品特定顏色。例如，可以降低粘結(jié)劑組合物中還原糖的濃度以在固化時賦予纖維制品白色或灰白色?？蛇x地，可以在固化階段之前、之中或之后在粘結(jié)劑組合物中加入染料以賦予最終纖維制品特定的顏色 (例如，紅色、粉色、橙色、黃色、綠色、藍(lán)色、靛青、紫色以及其它可能的顏色)。
具體實施例方式實施例給出以下實施例以提供本發(fā)明的具體代表性實施方式。然而，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于這些實施例中詳細(xì)描述的具體細(xì)節(jié)。實施例1 修飾大豆粉在室溫下將50克的脫脂大豆粉(Prolia 200/90, Cargill)分散到200ml去離子水中。然后在大豆粉分散體中加入0.5克的亞硫酸氫鈉。加入亞硫酸氫鈉不久后大豆粉分散體的粘度降低。通過烘箱法(在125°C干燥2小時)得到的最終大豆粉分散體固體濃度為 18. 9%。實施例2 修飾大豆粉
在室溫下將50克的脫脂大豆粉(Prolia 200/90, Cargill)分散到200ml去離子水中。然后在大豆粉分散體中加入0.5克的亞硫酸氫鈉。在大豆粉分散體的粘度降低到穩(wěn)定區(qū)域時，用氫氧化銨溶液05-30% )將分散體的pH值調(diào)到11。通過烘箱法得到的最終大豆粉分散體的固體濃度為17. 5%。實施例3 聚酰胺酸樹脂(SMAc-TEA)的制備在配有回流冷凝器的燒瓶中加入1，735克水和234克30wt%的氨的水溶液。在該溶液中加入960克分子量約為2，000且酸值為480的苯乙烯和順丁烯二酸酐(SMA)的共聚物。然后將混合物加熱到90°C并在持續(xù)攪拌下保持在90°C直到獲得聚酰胺酸的澄清溶液。 在得到的聚酰胺酸溶液中加入306克三乙醇胺。以下稱作SMAc-TEA的最終的聚酰胺酸樹脂中具有42. 4%的固體和pH值為6. 8。t施例4 修飾的大百粉和SMAc-TEA的粘結(jié)棄合物的制各攪拌下在實施例1的79. 4克大豆粉分散體中加入實施例3的23. 6克聚酰胺酸樹脂和22克水，以達(dá)到總固體為20%和大豆粉與SMAc-TEA之間的重量比為60/40。然后最終的粘結(jié)劑組合物用于如以下實施例8中描述的犬骨形復(fù)合物拉伸試驗。t施例5 修飾的大百粉和SMAc-TEA粘結(jié)布丨組合物的制各攪拌下在實施例2的85. 7克大豆粉分散體中加入實施例3的23. 6克聚酰胺酸樹脂和15. 7克水以達(dá)到總固體為20%和大豆粉與SMAc-TEA之間的重量比為60/40。然后最終的粘結(jié)劑組合物用于如以下實施例8中描述的犬骨形復(fù)合物拉伸試驗。實施例6 修飾的大豆粉和SMAc-TEA的粘結(jié)劑組合物的制備攪拌下在實施例2的57. 1克大豆粉分散體中加入實施例3的35. 4克聚酰胺酸樹脂和32. 5克水以達(dá)到總固體為20%和大豆粉與SMAc-TEA之間的重量比為40/60。然后最終的粘結(jié)劑組合物用于如以下實施例8中描述的犬骨形復(fù)合物拉伸試驗。實施例7 修飾的大豆粉和SMAc-TEA粘結(jié)劑組合物的制備攪拌下在實施例2的28. 6克大豆粉分散體中加入實施例3的47. 2克聚酰胺酸樹脂和49. 2克水以達(dá)到總固體為20%和大豆粉與SMAc-TEA之間的重量比為20/80。然后最終的粘結(jié)劑組合物用于如以下實施例8中描述的犬骨形復(fù)合物拉伸試驗。實施例8 犬骨形復(fù)合物拉伸試驗通過犬骨形拉伸試驗方法評價實施例4-7的四種含大豆粉的粘結(jié)劑組合物和實施例3的SMAc-TEA樹脂。從五種粘結(jié)劑組合物通過加入5wt%的一水合次磷酸鈉和Iwt % 的氨基矽烷(Silquest A-1100)制備粘結(jié)劑溶液。粘結(jié)劑溶液與玻璃珠混合以達(dá)到對于各個粘結(jié)劑和玻璃珠的復(fù)合物，粘結(jié)劑含量為2. 4%。然后該復(fù)合物被壓入犬骨形的模中形成測試樣品。然后干燥該模型制品并在烘箱中204°C下固化20分鐘。在潮濕老化之前和之后在犬骨形復(fù)合物樣品上進(jìn)行拉伸試驗。老化過程包括在 120° F的溫度下和相對濕度為95%時將包含固化粘結(jié)劑的犬骨形樣品暴露于空氣中對小時。圖1顯示了描述在實施例3-7中的五種粘結(jié)劑組合物在潮濕老化之前和之后的張力強(qiáng)度結(jié)果。在圖1中，“SF”代表“大豆粉”。圖1中顯示的數(shù)據(jù)代表了各個樣品的九個犬骨形樣品的平均值，而誤差代表標(biāo)準(zhǔn)偏差。拉伸試驗表明與不具有大豆粉的粘結(jié)劑組合物(例如，SMAc-TEA)相比，包括未被氨修飾的大豆粉的粘結(jié)劑組合物產(chǎn)生較低的張力強(qiáng)度。當(dāng)大豆粉被氨修飾時，觀察到了張力強(qiáng)度的顯著升高。如圖1所示，所有的包含被氨修飾的大豆粉的粘結(jié)劑組合物比不包括大豆粉的粘結(jié)劑組合物(例如，SMAc-TEA)表現(xiàn)出更高的張力強(qiáng)度。所有包含被氨修飾的大豆粉的粘結(jié)劑組合物張力強(qiáng)度在潮濕老化下的保留非常高(> 95% )，顯示了本發(fā)明基于蛋白質(zhì)的粘結(jié)劑組合物的高防潮性。描述了幾種實施方式，那些本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到可以不背離本發(fā)明的精神使用多種改變、可選的組成和等同方式。另外，沒有描述很多熟知的工藝和要素以避免不必要地使本發(fā)明晦澀。因此，不應(yīng)該將以上的描述作為對發(fā)明范圍的限制。除非上下文另外明確規(guī)定，當(dāng)提供數(shù)值范圍時，理解為該范圍上限和下限之間的、 相隔下限的十分之一個單位的各個居間值也被明確公開。包括所述范圍內(nèi)任何所述值或居間值與所述范圍內(nèi)任何其它所述值或居間值之間的各個較小范圍。這些較小范圍的上限和下限可以在該范圍內(nèi)獨立地被包括或排除，在所述較小范圍內(nèi)包括一個端點、兩個端點均不包括、或兩個端點均包括的數(shù)值范圍也包括在本發(fā)明內(nèi)，取決于在所述范圍內(nèi)所明確排除的端點。當(dāng)所述的范圍包括一個或兩個端點時，也包括排除那些所包括的一個或兩個端點的范圍。如此處使用的和在所附的權(quán)利要求中，除非上下文另外明確規(guī)定，單數(shù)形式的“一個”和“所述”包括復(fù)數(shù)對象。因此，例如，提及“一個過程”包括多個這樣的過程，提及“所述蛋白質(zhì)”包括那些本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知的一種或多種蛋白質(zhì)和其等價物，等。同樣，在本說明書中和以下的權(quán)利要求中使用詞語“包括”、“包含”、“含有”和“含” 時，旨在說明所述的特征、整數(shù)、組分或步驟的存在，但是它們不排除存在或加入一種或更多種其他特征、整數(shù)、組分、步驟、作用或基團(tuán)。
權(quán)利要求
1.一種單組分粘結(jié)劑組合物，包括(i)蛋白質(zhì)；和( )至少包括第一交聯(lián)化合物和第二交聯(lián)化合物的交聯(lián)組合物，其中所述第一和第二交聯(lián)化合物各自可彼此交聯(lián)和與所述蛋白質(zhì)交聯(lián)。
2.權(quán)利要求1的單組分粘結(jié)劑組合物，其中所述第一交聯(lián)化合物包括聚合物配混料， 和所述第二交聯(lián)化合物包括交聯(lián)劑。
3.權(quán)利要求1的單組分粘結(jié)劑組合物，其中所述單組分粘結(jié)劑組合物在不加入另一種化合物的情況下固化。
4.權(quán)利要求2的單組分粘結(jié)劑組合物，其中所述聚合物配混料包括含羧基的多羧基聚合物，且所述交聯(lián)劑包含至少一個羥基。
5.權(quán)利要求2的單組分粘結(jié)劑組合物，其中所述聚合物配混料包括含羥基的多羥基聚合物，且所述交聯(lián)劑包含至少一個羧基。
6.權(quán)利要求2的單組分粘結(jié)劑組合物，其中所述聚合物配混料包括溶液聚合物。
7.權(quán)利要求1-6的一項或多項的單組分粘結(jié)劑組合物，其中所述蛋白質(zhì)包括大豆蛋白和/或大豆粉，優(yōu)選所述大豆蛋白包括大豆粉、濃縮大豆蛋白、分離大豆蛋白或大豆聚合物。
8.權(quán)利要求1-7的一項或多項的單組分粘結(jié)劑組合物，其中所述蛋白質(zhì)占所述粘結(jié)劑組合物的約5wt%至約95wt%，優(yōu)選約25wt%至約80wt%。
9.權(quán)利要求2的單組分粘結(jié)劑組合物，其中所述聚合物配混料包括多羧基均聚物或多羧基共聚物，其中從烯鍵式不飽和羧酸或烯鍵式不飽和酸酐中的至少一種制備所述多羧基均聚物或多羧基共聚物。
10.權(quán)利要求2的單組分粘結(jié)劑組合物，其中所述聚合物配混料包括衍生自有機(jī)酸或有機(jī)酸酐的羧酸單體單元，所述有機(jī)酸或有機(jī)酸酐選自丙烯酸、丙烯酸酐、甲基丙烯酸、丙烯酸酐、順丁烯二酸、順丁烯二酸酐、反丁烯二酸、反丁烯二酸酐、丁烯酸、丁烯酸酐、亞甲基丁二酸和亞甲基丁二酸酐。
11.權(quán)利要求2的單組分粘結(jié)劑組合物，其中所述交聯(lián)劑具有至少兩個選自羥基、羧基、胺基、醛基、異氰酸酯基和環(huán)氧基的官能團(tuán)。
12.權(quán)利要求2的單組分粘結(jié)劑組合物，其中所述交聯(lián)劑包括氨基醇，優(yōu)選三乙醇胺。
13.權(quán)利要求1-12的一項或多項的單組分粘結(jié)劑組合物，其中所述粘結(jié)劑組合物還包括固化催化劑。
14.權(quán)利要求1-13的一項或多項的單組分粘結(jié)劑組合物，其中所述粘結(jié)劑組合物的pH 值高于約7，優(yōu)選pH值為約10. 5或更高。
15.權(quán)利要求1-14的一項或多項的單組分粘結(jié)劑組合物，其中所述粘結(jié)劑組合物具有降低濃度的還原糖。
16.一種纖維制品，包括(i)無機(jī)或有機(jī)纖維，和( )由至少一種如權(quán)利要求1-15的一項或多項中定義的單組分粘結(jié)劑組合物制得的至少一種固化的熱固性粘結(jié)劑。
17.權(quán)利要求16的纖維制品，其中所述無機(jī)或有機(jī)纖維包括玻璃纖維。
18.權(quán)利要求16的纖維制品，其中所述纖維制品選自隔熱纖維條、玻璃纖維織墊、玻璃纖維無紡墊和紡粘制品。
19.權(quán)利要求16的纖維制品，其中所述固化的粘結(jié)劑為白色或灰白色和/或還包括賦予所述纖維制品預(yù)定顏色的染料或顏料。
20.一種制造如權(quán)利要求16-19的一項或多項中定義的纖維制品的方法，所述方法包括(i)提供纖維，所述纖維包括有機(jī)纖維或無機(jī)纖維；( )施加至少包括如權(quán)利要求1-15的一項或多項中定義的單組分粘結(jié)劑組合物的溶液，優(yōu)選通過幕式淋涂或噴涂， 禾口(iii)除去過量的粘結(jié)劑溶液，并在所述單組分粘結(jié)劑溶液隨后的應(yīng)用中，將所述單組分粘結(jié)劑溶液任何未利用的部分再用于相同的所述纖維或用于不同組的纖維。
21.權(quán)利要求20的方法，其中所述單組分粘結(jié)劑溶液的保存期限為至少一個月。
22.權(quán)利要求20的方法，其中所述單組分粘結(jié)劑溶液的粘度為約Icps至約lOOOcps。
全文摘要
本發(fā)明涉及不含甲醛的含蛋白質(zhì)粘結(jié)劑組合物，描述了可包括蛋白質(zhì)和交聯(lián)組合物的單組分粘結(jié)劑組合物。所述交聯(lián)組合物可至少包括第一交聯(lián)化合物和第二交聯(lián)化合物。所述第一和第二交聯(lián)化合物各自可彼此交聯(lián)和與所述蛋白質(zhì)交聯(lián)。所述蛋白質(zhì)的例子包括大豆蛋白。本發(fā)明還描述了纖維制品和制造所述纖維制品的方法。所述纖維制品可以在基于所述單組分粘結(jié)劑組合物溶液的固化的熱固性粘結(jié)劑中包括有機(jī)纖維、無機(jī)纖維或兩者。
文檔編號C09J179/08GK102153988SQ20111003755
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月1日
發(fā)明者基亞拉什·阿拉維·舒什塔里, 張明付, 賈韋德·阿斯拉爾 申請人:約翰斯曼維爾公司