СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРМОВАННОГО ПРОДУКТА ИЗ МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ И ПРОДУКТ ТАКОГО ТИПА
METHOD FOR PRODUCING MOLDED PRODUCT FROM MINERAL WOOL AND PRODUCT OF THIS TYPE

Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к способу получения формованного продукта из минеральной ваты и к продукту такого типа.
Предпосылки создания изобретения
Известны формованные продукты из минеральной ваты, например, из публикации EP 1 897 862 A1. Таким образом, известно применение термоизоляционных элементов различной формы, таких как кубовидные прокладки, матрасы или плиты, цилиндрические секции трубы для изоляции трубопроводов и предварительно формованные элементы для трубных колен, клапанов и т.п. Такие формованные волокнистые продукты могут также быть изготовлены для использования в автомобильной промышленности, например звуко- и/или теплоизоляционные компоненты в легковых и грузовых автомобилях, автобусах, поездах и других наземных транспортных средствах. Другой пример имеющих малый вес термоизоляционных компонентов для автомобильной промышленности также известен из публикации US 2014/0238648. Типичными применениями таких формованных композитных изделий являются облицовочные и соединительные элементы интерьера автомашин, такие как независимые облицовки кабины, крыши кабины, дверные панели, отделочные панели, приборные панели и т.п.
Хотя для таких компонентов используют различные виды материалов, использование волокон минеральной ваты перспективно из-за хороших термоизоляционных свойств и огнестойкости. Однако производственные затраты могут быть проблемой из-за производственного процесса, поскольку желательно, а в автомобильной промышленности и других отраслях — необходимо, чтобы используемые материалы были нетоксичными, однако это может быть проблематично при использовании материалов из волокон минеральной ваты, но, как объясняется в публикации EP 1 897 862 A1, можно избежать использования потенциально токсичных соединений, таких как фенол и формальдегид, в связующей системе.
При традиционном производстве формованных продуктов минерального волокна связующее вещество должно отверждаться во время формования материала в форме. Такое отверждение обеспечивают путем нагревания продукта, как правило, до температуры 200–250 °C в течение определенного периода времени и часто с продувкой горячего воздуха через продукт. Такое нагревание увеличивает время производства и производственные затраты, а также накладывает некоторые ограничения на использование материалов, поскольку материалы должны быть выполнены с возможностью выдерживания этого повышенного нагрева.
Изложение сущности изобретения
Учитывая изложенное выше, целью является получение формованного продукта из минеральной ваты со связующим веществом, для отверждения которого не нужна повышенная температура.
Соответственно, в настоящем изобретении учитывается возможность получения формованного продукта из минеральной ваты с использованием связующей композиции, содержащей по меньшей мере один гидроколлоид. Преимущество таких типов связующих композиций состоит в возможности их отверждения при относительно низких температурах.
Соответственно, в изобретении предложен способ получения формованного изоляционного продукта из минеральной ваты, включающий стадии:
- получения смеси путем смешивания минеральных волокон со связующей композицией, и
- помещения указанной смеси в полость формы, и затем
- отверждения связующей композиции, причем связующая композиция содержит по меньшей мере один гидроколлоид, и затем
- извлечения формованного продукта из полости формы.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения связующее вещество дополнительно содержит по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина.
В одном варианте осуществления изобретения полость формы содержит первую формующую часть, имеющую первую формующую конфигурацию, и вторую формующую часть, имеющую вторую формующую конфигурацию, охватывающую смесь.
В некоторых вариантах осуществления преимуществом способа может быть дополнительное включение стадии прессования смеси в полости формы между первой формующей частью и второй формующей частью.
В некоторых вариантах осуществления преимуществом считается формирование смеси в полотно, которое затем подают в полость формы. Такое условие может быть выполнено путем замыкания частей формы вокруг полотна, а затем при необходимости применения давления и впоследствии операции по разрезанию с образованием формованного продукта.
В дополнительном аспекте изобретения также предложен способ получения трубчатого изоляционного продукта из минеральной ваты, включающий стадии:
- получения полотна, содержащего смесь части минеральных волокон и связующей композиции, и
- наложения указанного полотна вокруг сердечника;
- отверждения связующей композиции, причем связующая композиция содержит по меньшей мере один гидроколлоид, и затем
- снятия с сердечника трубчатого изоляционного продукта из минеральной ваты.
В предпочтительном варианте осуществления данного аспекта изобретения связующая композиция дополнительно содержит по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина.
Полотно может быть сложено в продольном направлении вокруг сердечника с образованием трубчатого продукта. В альтернативном варианте осуществления наложение полотна вокруг сердечника осуществляют путем намотки указанного полотна вокруг мандрели-сердечника.
В одном варианте осуществления связующая композиция в смеси для полотна не отверждена перед наложением полотна вокруг сердечника. Затем связующую композицию можно подвергать отверждению перед снятием изделия с мандрели-сердечника.
В другом варианте осуществления связующую композицию в смеси для полотна отверждают до намотки полотна вокруг мандрели, а дополнительную связующую композицию, содержащую по меньшей мере один гидроколлоид, наносят на полотно, например путем распыления, во время стадии намотки полотна вокруг мандрели. В данном случае дополнительную неотвержденную связующую композицию напыляют на полотно, и, таким образом, связующую композицию можно использовать в качестве адгезива для связывания двух слоев, т.е. двух обмоток, друг с другом. Затем адгезивная связующая композиция может быть отверждена, в результате чего образуется прочная связь между слоями в трубчатом изделии.
После или непосредственно перед снятием трубчатого продукта с мандрели способ может предпочтительно также включать стадию обрезания концов трубчатого изоляционного продукта из минеральной ваты с получением продукта предварительно заданной длины. Вокруг трубчатого продукта из минеральной ваты также может быть нанесена металлическая фольга.
Различные варианты осуществления связующей композиции, используемой в настоящем изобретении, определены в дополнительных зависимых пунктах формулы изобретения.
Изобретение также относится к различным продуктам из минеральной ваты, полученным вышеописанным способом.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
Элемент минеральной ваты
Элементы минеральной ваты, как правило, содержат искусственные стекловидные волокна (MMVF), такие как, например, стеклянные волокна, керамические волокна, базальтовые волокна, шлаковая вата, минеральная вата и каменная вата, которые связаны отвержденным связующим веществом для минеральной ваты, которым традиционно является термоотверждаемый полимерный связующий материал. Для применения в качестве термических и акустических изоляционных продуктов обычно получают маты из связанных минеральных волокон, превращая расплав, полученный из подходящих сырьевых материалов, в волокна традиционным способом, например с помощью прядильной чашки или каскадного роторного способа. Волокна выдувают в формующую камеру и в процессе воздушного переноса и в еще горячем состоянии опрыскивают раствором связующего вещества и случайным образом укладывают в форме мата или полотна на движущемся конвейере. Волоконное полотно затем перемещают в печь для отверждения, где горячий воздух продувают через полотно для отверждения связующего вещества и жесткого связывания минеральных волокон вместе.
При необходимости полотно можно подвергать формованию перед отверждением. Связанный элемент минеральных волокон можно нарезать в нужном формате, например в виде холста. Таким образом, элементы минеральной ваты имеют, например, форму тканого или нетканого материала, матов, холстов, плит, листов, пластин, полос, рулонов, гранул и других формованных изделий, которые можно применять, например, в качестве термоизоляционных или звукоизоляционных материалов, поглотителей вибрации, строительных материалов, фасадной изоляции, упрочняющих материалов для крыш и полов, в качестве фильтровальной массы, в виде среды для выращивания сельскохозяйственных культур и в других сферах применения.
В альтернативном варианте осуществления в формованных продуктах из минеральной ваты минеральная вата может быть помещена с неотвержденным связующим веществом в форму, после чего связующее вещество отверждается, пока материал находится в форме.
Связующая композиция минеральной ваты
Связующая композиция в настоящем изобретении содержит по меньшей мере один гидроколлоид. В предпочтительном варианте осуществления связующая композиция также содержит по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина.
В предпочтительном варианте осуществления связующие вещества, использованные в настоящем изобретении, не содержат формальдегида.
2
2
Для целей настоящей заявки термин «не содержит формальдегида» используется, чтобы охарактеризовать продукт из минеральной ваты, в котором эмиссия формальдегида из продукта из минеральной ваты составляет менее 5 мкг/м/ч, предпочтительно менее 3 мкг/м/ч. Предпочтительно тест проводят в соответствии со стандартом ISO 16000 по тестированию эмиссии альдегидов.
Неожиданным преимуществом вариантов осуществления продуктов из минеральной ваты в соответствии с настоящим изобретением являются характерные для них свойства самовосстановления. После воздействия очень жестких условий, когда продукты из минеральной ваты теряют часть своей прочности, продукты из минеральной ваты в соответствии с настоящим изобретением могут восстанавливать частично или полностью или даже превосходить исходную прочность. В одном варианте осуществления прочность в состаренном состоянии составляет по меньшей мере 80%, например по меньшей мере 90%, например по меньшей мере 100%, например по меньшей мере 130%, например по меньшей мере 150% прочности в несостаренном состоянии. Это контрастирует с традиционными продуктами из минеральной ваты, для которых потеря прочности после воздействия жестких условий среды необратима. Без ограничений, накладываемых какой-либо конкретной теорией, авторы настоящего изобретения полагают, что это неожиданное свойство продуктов из минеральной ваты в соответствии с настоящим изобретением обусловлено сложным характером связей, формирующих сеть в отвержденной связующей композиции, например в белке, сшитом содержащим фенол и/или хинон соединением, или сшитом ферментом, также с содержанием четвертичных структур и водородных связей, что обеспечивает формирование связей в сети после возврата к нормальным условиям среды. В случае изоляционного продукта, который при использовании, например, в автомобиле летом может подвергаться воздействию очень высоких температур, это является важным преимуществом для обеспечения долговременной стабильности продукта.
Гидроколлоид
Гидроколлоиды представляют собой гидрофильные полимеры растительного, животного, микробного или искусственного происхождения, которые обычно содержат много гидроксильных групп и могут являться полиэлектролитами. Они широко применяются для контроля функциональных свойств пищевых продуктов на водной основе.
Гидроколлоиды могут представлять собой белки или полисахариды, полностью или частично растворимые в воде и используемые главным образом для повышения вязкости непрерывной фазы (водной фазы), т.е. в качестве желирующего агента или загустителя. Их также можно применять в качестве эмульгаторов, поскольку их стабилизирующее влияние на эмульсии обусловлено увеличением вязкости водной фазы.
Гидроколлоид обычно состоит из смесей сходных, но не идентичных молекул, и его можно получать из разных источников и с применением разных способов получения. На характерные для него физические свойства влияет термообработка и, например, такие факторы, как содержание солей, pH и температура. В описаниях гидроколлоидов часто представлены идеализированные структуры, но поскольку они являются натуральными продуктами (или их производными) со структурами, определяемыми, например, стохастическим действием ферментов, в точности не заложенным в генетическом коде, структура может отличаться от идеализированной структуры.
Многие гидроколлоиды представляют собой полиэлектролиты (например, альгинат, желатин, карбоксиметилцеллюлоза и ксантановая камедь).
Полиэлектролиты — это полимеры, в которых существенное количество повторяющихся звеньев несет электролитную группу. Полиэлектролитами являются поликатионы и полианионы. Эти группы диссоциируют в водных растворах (в воде), в результате чего полимеры становятся заряженными. По свойствам полиэлектролиты, таким образом, сходны как с электролитами (соли), так и полимерами (высокомолекулярные соединения), и иногда их называют полисолями.
Заряженные группы обеспечивают сильную гидратацию, особенно применительно к молекулам. Присутствие противоионов и соионов (ионов с тем же зарядом, что у полиэлектролита) вносит сложное поведение, которое является ионоспецифичным.
Часть противоионов остается плотно связанной с полиэлектролитом в результате захвата его электростатическим полем, в результате чего их активность и подвижность уменьшается.
В одном варианте осуществления связующая композиция содержит один или более противоионов, выбранных из группы, состоящей из Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+.
Другим свойством полиэлектролита является высокая линейная плотность заряда (количество заряженных групп на единицу длины).
По существу нейтральные гидроколлоиды являются менее растворимыми, тогда как полиэлектролиты являются более растворимыми.
Многие гидроколлоиды также образуют гели. Гели представляют собой содержащие жидкую воду сети, демонстрирующие поведение, сходное с поведением твердых веществ, с характеристической прочностью, зависящей от концентрации, и твердостью и хрупкостью, зависящими от структуры присутствующего(-их) гидроколлоида(-ов).
Гидрогели являются гидрофильными поперечносшитыми полимерами, которые способны набухать, поглощая и удерживая большие количества воды. Особенно известно их применение в средствах гигиены. Часто применяются такие материалы, как полиакрилаты, но гидрогели можно получить путем поперечного сшивания растворимых гидроколлоидов с получением нерастворимого, но эластичного и гидрофильного полимера.
К примерам гидроколлоидов относятся: агар-агар, альгинат, арабиноксилан, каррагинан, карбоксиметилцеллюлоза, целлюлоза, курдлан, желатин, геллан, β-глюкан, гуаровая камедь, гуммиарабик, камедь бобов рожкового дерева, пектин, крахмал, ксантановая камедь. В одном варианте осуществления по меньшей мере один гидроколлоид выбран из группы, состоящей из желатина, пектина, крахмала, альгината, агар-агара, каррагинана, геллановой камеди, гуаровой камеди, гуммиарабика, камеди бобов рожкового дерева, ксантановой камеди, производных целлюлозы, таких как карбоксиметилцеллюлоза, арабиноксилана, целлюлозы, курдлана, β-глюкана.
Примеры полиэлектролитных гидроколлоидов содержат: желатин, пектин, альгинат, каррагинан, гуммиарабик, ксантановую камедь, производные целлюлозы, такие как карбоксиметилцеллюлоза.
В одном варианте осуществления по меньшей мере один гидроколлоид представляет собой полиэлектролитный гидроколлоид.
В одном варианте осуществления по меньшей мере один гидроколлоид выбран из группы, состоящей из желатина, пектина, альгината, каррагинана, гуммиарабика, ксантановой камеди, производных целлюлозы, таких как карбоксиметилцеллюлоза.
В одном варианте осуществления по меньшей мере один гидроколлоид представляет собой гелеобразующий агент.
В одном варианте осуществления по меньшей мере один гидроколлоид используют в форме соли, например соли Na+, K+, NH4+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+.
Желатин
Желатин получают путем химического разложения коллагена. Желатин может также быть получен рекомбинантными методами. Желатин является водорастворимым и имеет молекулярную массу от 10,000 до 500,000 г/моль, например от 30,000 до 300,000 г/моль, в зависимости от степени гидролиза. Желатин является широко применяемым пищевым продуктом, и, следовательно, по существу общепринято, что это вещество совершенно не токсично, и поэтому при работе с желатином не требуются меры предосторожности.
Желатин является гетерогенной смесью одноцепочечных и многоцепочечных полипептидов, обычно демонстрирующих спиральные структуры. Как правило, тройная спираль коллагена типа I, полученного из кожи и костей, являющихся источником желатина, состоит из двух α1(I) и одной α2(I) цепей.
В растворах желатина могут происходить превращения типа клубок-спираль.
Желатины типа A получают при обработке кислотой. Желатины типа В получают при обработке основанием.
В желатин можно вводить химические поперечные связи. В одном варианте осуществления используют трансглутаминазу для связывания остатков лизина и глутамина; в одном варианте осуществления используют глутаральдегид для связывания лизина с лизином; в одном варианте осуществления используют танины для связывания лизиновых остатков.
Желатин можно также подвергать дополнительному гидролизу до более мелких фрагментов вплоть до 3000 г/моль.
При охлаждении раствора желатина могут формироваться коллаген-подобные спирали.
Другие гидроколлоиды также могут содержать спиральные структуры, такие как коллаген-подобные спирали. Желатин может образовывать спиральные структуры.
В одном варианте осуществления отвержденное связующее вещество содержит гидроколлоид, имеющий спиральные структуры.
В одном варианте осуществления по меньшей мере один гидроколлоид представляет собой низкопрочный желатин, например желатин с прочностью геля 30–125 по Блуму.
В одном варианте осуществления по меньшей мере один гидроколлоид представляет собой среднепрочный желатин, например желатин с прочностью геля 125–180 по Блуму.
В одном варианте осуществления по меньшей мере один гидроколлоид представляет собой высокопрочный желатин, например желатин с прочностью геля 180–300 по Блуму.
В предпочтительном варианте осуществления желатин предпочтительно происходит из одного или более источников из группы, состоящей из видов млекопитающих и птиц, таких как корова, свинья, лошадь, домашняя птица, и/или из чешуи, кожи рыб.
В одном варианте осуществления к связующим композициям, используемым в настоящем изобретении, можно добавлять мочевину. Авторы изобретения обнаружили, что добавление даже небольших количеств мочевины приводит к денатурации желатина, а это может замедлять гелеобразование, что может быть желательным в некоторых вариантах осуществления. Добавление мочевины также может приводить к размягчению продукта.
Авторы изобретения обнаружили, что группы карбоновых кислот в желатинах эффективно взаимодействуют с трех- и четырехвалентными ионами, например с солями алюминия. Особенно это касается желатинов типа B, которые содержат больше групп карбоновых кислот, чем желатины типа A.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что в некоторых вариантах осуществления отверждение/сушку связующих композиций, использованных в настоящем изобретении, которые содержат желатин, не следует начинать при очень высоких температурах.
Авторы изобретения обнаружили, что запуск отверждения при низких температурах может приводить к получению более прочных продуктов. Без ограничений, накладываемых какой-либо конкретной теорией, авторы изобретения предполагают, что запуск отверждения при высоких температурах может приводить к образованию непроницаемой внешней оболочки из связующей композиции, которая затрудняет высвобождение воды под ней.
Неожиданно было обнаружено, что связующие вещества, использованные в настоящем изобретении, которые включают в себя желатины, имеют очень высокую термостойкость. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что в некоторых вариантах осуществления отвержденные связующие вещества могут выдерживать температуры вплоть до 300 °C без разложения.
Пектин
Пектин представляет собой гетерогенную группу кислотных структурных полисахаридов, содержащихся во фруктах и овощах, образующих стабильные в кислых условиях гели.
По существу пектины не обладают точной структурой, и они могут содержать до 17 разных моносахаридов и более 20 разных типов связей.
Большую часть молекул образуют остатки D-галактуроновой кислоты.
Прочность геля увеличивается при повышении концентрации Ca2+, но уменьшается с увеличением температуры и кислотности (pH < 3).
Пектин может образовывать спиральные структуры.
Гелеобразующая способность двухвалентных катионов аналогична таковой у альгинатов (для Mg2+ намного меньше, чем для Ca2+, для Sr2+ меньше, чем для Ba2+).
Альгинат
Альгинаты представляют собой каркасные полисахариды, образуемые бурыми морскими водорослями.
Альгинаты представляют собой линейные неразветвленные полимеры, содержащие связанные β-(1,4)-связями остатки D-маннуроновой кислоты (M) и связанные α-(1,4)-связями остатки L-гулуроновой кислоты (G). Альгинат также может представлять собой бактериальный альгинат, такой как бактериальный альгинат, который дополнительно является O-ацетилированным. Альгинаты не являются случайными сополимерами, но, в зависимости от водоросли-источника, состоят из блоков сходных и строгим образом чередующихся остатков (т.е. MMMMMM, GGGGGG и GMGMGMGM), каждый из которых имеет свои конформационные предпочтения и поведение. Можно получать альгинаты с широким диапазоном средней молекулярной массы (50–100 000 остатков). Свободные карбоновые кислоты содержат молекулу воды H3O+, прочно связанную водородной связью с карбоксилатом. Ионы Ca2+ могут заместить эту водородную связь, стехиометрически соединяя между собой цепи гулуроната, но не маннуроната, в так называемую ячеечную конформацию. Для получения специализированных альгинатов можно использовать рекомбинантные эпимеразы с разными специфичностями.
Альгинат может образовывать спиральные структуры.
Каррагинан
Каррагинан — это общий термин для каркасных полисахаридов, полученных путем экстракции щелочью (и модификации) из красных морских водорослей.
Каррагинаны являются линейными полимерами, содержащими около 25 000 производных галактозы с регулярными, но не точно определенными структурами, зависящими от источника и условий экстракции.
κ-каррагинан (каппа-каррагинан) получают путем щелочного элиминирования из μ-каррагинана, выделяемого главным образом из тропической морской водоросли Kappaphycus alvarezii (также имеющей название Eucheuma cottonii).
ι-каррагинан (йота-каррагинан) получают путем щелочного элиминирования из ν-каррагинана, выделяемого главным образом из филиппинской морской водоросли Eucheuma denticulatum (также именуемой Spinosum).
λ-каррагинан (лямбда-каррагинан) (выделяемый главным образом из Gigartina pistillata или Chondrus crispus) превращают в θ-каррагинан (тета-каррагинан) путем щелочного элиминирования, но при гораздо меньшей скорости, чем скорость, которая приводит к получению ι-каррагинана и κ-каррагинана.
Самые прочные гели κ-каррагинана формируют с использованием K+, а не Li+, Na+, Mg2+, Ca2+ или Sr2+.
Все каррагинаны могут образовывать спиральные структуры.
Гуммиарабик
Гуммиарабик — это сложная и вариабельная смесь арабиногалактановых олигосахаридов, полисахаридов и гликопротеинов. Гуммиарабик состоит из смеси полисахарида с низкой относительной молекулярной массой и более высокомолекулярного гликопротеина, богатого гидроксипролином, при широкой вариабельности.
В гуммиарабике одновременно присутствует гидрофильный карбонат и гидрофобный белок.
Ксантановая камедь
Ксантановая камедь — это устойчивый к обезвоживанию микробный полимер, полученный, например, путем аэробной погруженной ферментации из Xanthomonas campestris.
Ксантановая камедь представляет собой анионный полиэлектролит с каркасом из β-(1,4)-D-глюкопиранозоглюкана (в качестве целлюлозы) с боковыми цепями -(3,1)-α-связанной D-маннопиранозо-(2,1)-β-D-глюкуроновой кислоты-(4,1)-β-D-маннопиранозы на чередующихся остатках.
Предполагается, что естественным состоянием ксантановых камедей являются бимолекулярные антипараллельные двойные спирали. Переход между упорядоченной двойной спиральной конформацией и одиночной более гибкой вытянутой цепью может происходить при температуре в диапазоне 40–80°C. Ксантановые камеди могут образовывать спиральные структуры.
Ксантановые камеди могут содержать целлюлозу.
Производные целлюлозы
Примером производного целлюлозы является карбоксиметилцеллюлоза.
Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) — это химически модифицированное производное целлюлозы, образующееся путем реакции целлюлозы с щелочами и хлоруксусной кислотой.
Структура КМЦ основана на β-(1,4)-D-глюкопиранозном полимере целлюлозы. Разные варианты могут иметь разные степени замещения, но, как правило, они находятся в диапазоне 0,6–0,95 производных на мономерную единицу.
Агар-агар
Агар-агар — это каркасный полисахарид, получаемый из того же семейства красных морских водорослей (Rhodophycae), что и каррагинаны. В коммерческих целях его получают из видов Gelidium и Gracilariae.
Агар-агар состоит из смеси агарозы и агаропектина. Агароза — это линейный полимер с относительной молекулярной массой (молекулярным весом) около 120 000, основанный на звене -(1,3)-β-D-галактопиранозы-(1,4)-3,6-ангидро-α-L-галактопиранозы.
Агаропектин — это гетерогенная смесь молекул меньшего размера, присутствующих в меньших количествах.
Агар-агар может образовывать спиральные структуры.
Арабиноксилан
В природе арабиноксиланы встречаются в отрубях злаковых растений (Graminiae).
Арабиноксиланы состоят из остатков α-L-арабинофуранозы, присоединенных в качестве точек ветвления к β-(1,4)-связанным D-ксилопиранозным полимерным каркасным цепям.
Арабиноксилан может образовывать спиральные структуры.
Целлюлоза
Целлюлоза — это каркасный полисахарид, встречающийся в растениях в виде микроволокон (диаметром 2–20 нм и длиной 100–40 000 нм). Целлюлозу обычно получают из древесной массы. Целлюлоза также производится в сильно гидратированной форме некоторыми бактериями (например, Acetobacter xylinum).
Целлюлоза представляет собой линейный полимер из звеньев β-(1,4)-D-глюкопиранозы в конформации 4C1. Существуют четыре кристаллических формы, Iα, Iβ, II и III.
Производными целлюлозы могут быть метилцеллюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза, гидроксиэтилметилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза.
Курдлан
Курдлан — это полимер, получаемый в коммерческих целях из мутантного штамма Alcaligenes faecalis var. myxogenes. Курдлан (курдлановая камедь) представляет собой неразветвленный линейный 1,3 β-D глюкан без боковых цепей со средней относительной молекулярной массой.
Курдлан может образовывать спиральные структуры.
Курдлановая камедь является нерастворимой в холодной воде, но водные суспензии пластифицируются и на какое-то время растворяются с образованием обратимых гелей при нагревании до температуры около 55°C. Нагревание при более высоких температурах обеспечивает более упругие необратимые гели, сохраняющие свою структуру при охлаждении.
Склероглюкан также представляет собой 1,3 β-D глюкан, но имеет дополнительные 1,6 β-связи, которые придают ему растворимость в условиях окружающей среды.
Геллан
Геллановая камедь представляет собой линейный тетрасахарид 4)-L-рамнопиранозил-(α-1,3)-D-глюкопиранозил-(β-1,4)-D-глюкуронопиразил-(β-1,4)-D-глюкопиранозил-(β-1) с заместителями в виде O(2) L-глицерила и O(6) ацетила на 3-связанной глюкозе.
Геллан может образовывать спиральные структуры.
β-Глюкан
β-Глюканы встречаются в отрубях злаковых растений (Gramineae).
β-Глюканы состоят из линейных неразветвленных полисахаридов из связанных β-(1,3)- и β-(1,4)-D-глюкопиранозных звеньев, расположенных неповторяющимся, но и не случайным образом.
Гуаровая камедь
Гуаровая камедь (также именуемая гуараном) представляет собой запасаемый полисахарид (зерновая мука), получаемый из семян бобового кустарника Cyamopsis tetragonoloba.
Гуаровая камедь — это галактоманнан, сходный с камедью бобов рожкового дерева, состоящий из (1,4)-связанного β-D-маннопиранозного каркаса, связанного в точках ветвления в 6-положениях с α-D-галактозой (т.е. 1,6-связанной α-D-галактопиранозой).
Гуаровая камедь состоит из неионного полидисперсного палочкообразного полимера.
В отличие от камеди бобов рожкового дерева она не образует гелей.
Камедь бобов рожкового дерева
Камедь бобов рожкового дерева (также именуемая камедью сладких стручков и карубином) представляет собой запасаемый полисахарид (зерновая мука), полученный из семян (косточек) рожкового дерева (Ceratonia siliqua).
Камедь бобов рожкового дерева — это галактоманнан, сходный с гуаровой камедью, состоящий из (1,4)-связанного β-D-маннопиранозного каркаса, связанного в точках ветвления в 6-положениях с α-D-галактозой (т.е. 1,6-связанной α-D-галактопиранозой).
Камедь бобов рожкового дерева — это полидисперсное вещество, состоящее из неионных молекул.
Крахмал
Крахмал состоит из двух типов молекул, амилозы (обычно 20–30%) и амилопектина (обычно 70–80%). Оба типа состоят из полимеров, образованных звеньями α-D-глюкозы в конформации 4C1. В амилозе они имеют связи -(1,4)- с кислородными атомами кольца, все из которых расположены с одной стороны, тогда как в амилопектине около одного остатка из каждых двадцати также имеют связи -(1,6)- с образованием точек ветвления. Относительные пропорции амилозы и амилопектина, а также точек ветвления -(1,6)- зависят от источника крахмала. Крахмал можно получать из кукурузы, пшеницы, картофеля, тапиоки и риса. Амилопектин (без амилозы) можно выделить из крахмала «восковой кукурузы», тогда как амилозу (без амилопектина) лучше всего выделять после специфического гидролиза амилопектина пуллуланазой.
Амилоза может образовывать спиральные структуры.
В одном варианте осуществления по меньшей мере один гидроколлоид является функциональным производным крахмала, например поперечносшитого, окисленного, ацетилированного, гидроксипропилированного и частично гидролизованного крахмала.
В предпочтительном варианте осуществления связующая композиция содержит по меньшей мере два гидроколлоида, причем один гидроколлоид представляет собой желатин, а по меньшей мере один другой гидроколлоид выбран из группы, состоящей из пектина, крахмала, альгината, агар-агара, каррагинана, геллановой камеди, гуаровой камеди, гуммиарабика, камеди бобов рожкового дерева, ксантановой камеди, производных целлюлозы, таких как карбоксиметилцеллюлоза, арабиноксилана, целлюлозы, курдлана, β-глюкана.
В одном варианте осуществления связующая композиция содержит по меньшей мере два гидроколлоида, причем один гидроколлоид представляет собой желатин, а по меньшей мере другой гидроколлоид представляет собой пектин.
В одном варианте осуществления связующая композиция содержит по меньшей мере два гидроколлоида, причем один гидроколлоид представляет собой желатин, а по меньшей мере другой гидроколлоид представляет собой альгинат.
В одном варианте осуществления связующая композиция содержит по меньшей мере два гидроколлоида, причем один гидроколлоид представляет собой желатин, а по меньшей мере другой гидроколлоид представляет собой карбоксиметилцеллюлозу.
В предпочтительном варианте осуществления связующая композиция, использованная в настоящем изобретении, содержит по меньшей мере два гидроколлоида, причем один гидроколлоид представляет собой желатин, и при этом желатин присутствует в водной связующей композиции в количестве 10–95 мас.%, например 20–80 мас.%, например 30–70 мас.%, например 40–60 мас.%, от массы гидроколлоидов.
В одном варианте осуществления связующая композиция содержит по меньшей мере два гидроколлоида, причем один гидроколлоид и по меньшей мере другой гидроколлоид имеют комплементарные заряды.
В одном варианте осуществления один гидроколлоид представляет собой один или более из желатина или гуммиарабика, имеющих комплементарные заряды, из одного или более гидроколлоидов, выбранных из группы, состоящей из пектина, альгината, каррагинана, ксантановой камеди или карбоксиметилцеллюлозы.
В одном варианте осуществления связующая композиция может отверждаться при температуре не более 95 °C, например 5–95 °C, например 10–80 °C, например 20–60 °C, например 40–50 °C.
В одном варианте осуществления водная связующая композиция, использованная в настоящем изобретении, не является термоотверждаемым связующим веществом.
Термоотверждаемая композиция находится в состоянии мягкого твердого вещества или вязкой жидкости, предпочтительно содержит преполимер, причем предпочтительно содержит смолу, которая при отверждении необратимо превращается в неплавкую нерастворимую полимерную сеть. Отверждение, как правило, индуцируют тепловым воздействием, причем обычно требуются температуры более 95 °C.
Отвержденная термоотверждающаяся смола называется термоотверждаемым или термоотверждающимся пластиком/полимером, а при использовании в качестве основы в полимерном композите обычно называется термоотверждаемым полимерным матриксом. В одном варианте осуществления водная связующая композиция, использованная в настоящем изобретении, не содержит поли(мет)акриловой кислоты, соли поли(мет)акриловой кислоты или сложного эфира поли(мет)акриловой кислоты.
В одном варианте осуществления по меньшей мере один гидроколлоид представляет собой биополимер или модифицированный биополимер.
Биополимеры представляют собой полимеры, образуемые живыми организмами. Биополимеры могут содержать мономерные звенья, ковалентно связанные с образованием более крупных структур.
Существует три основных класса биополимеров, классифицированных по использованным мономерным звеньям и структуре сформированного биополимера: полинуклеотиды (РНК и ДНК), которые являются длинными полимерами, состоящими из 13 или более нуклеотидных мономеров; полипептиды, например белки, которые являются полимерами аминокислот; полисахариды, например линейно связанные полимерные углеводные структуры.
Полисахариды могут быть линейными или разветвленными; обычно они соединяются гликозидными связями. Кроме того, многие сахаридные звенья могут подвергаться различным химическим модификациям и могут образовывать части других молекул, например гликопротеинов.
В одном варианте осуществления по меньшей мере один гидроколлоид представляет собой биополимер или модифицированный биополимер с коэффициентом полидисперсности в отношении распределения молекулярных масс, равным 1, например 0,9–1.
В одном варианте осуществления связующая композиция содержит белки животного происхождения, включая коллаген, желатин и гидролизованный желатин, и связующая композиция дополнительно содержит по меньшей мере одно фенол- и/или хинонсодержащее соединение, например танин, выбранный из одного или более компонентов группы, состоящей из дубильной кислоты, конденсированных танинов (проантоцианидинов), гидролизуемых танинов, галлотанинов, эллагитанинов, сложных танинов и/или танина, полученного из одного или более из дуба, каштана, сумаха оленерогого и теллимы крупноцветковой.
В одном варианте осуществления связующая композиция содержит белки животного происхождения, включая коллаген, желатин и гидролизованный желатин, и при этом связующая композиция дополнительно содержит по меньшей мере один фермент, выбранный из группы, состоящей из трансглутаминазы (EC 2.3.2.13), протеиндисульфидизомеразы (EC 5.3.4.1), тиолоксидазы (EC 1.8.3.2), полифенолоксидазы (EC 1.14.18.1), в частности катехолоксидазы, тирозиноксидазы и фенолоксидазы, лизилоксидазы (EC 1.4.3.13) и пероксидазы (EC 1.11.1.7).
Сложный эфир жирных кислот глицерина
В предпочтительном варианте осуществления связующая композиция также содержит компонент в виде по меньшей мере одного сложного эфира жирных кислот глицерина.
Жирная кислота представляет собой карбоновую кислоту с алифатической цепью, которая является либо насыщенной, либо ненасыщенной.
Глицерин представляет собой полиольное соединение, имеющее название в номенклатуре ИЮПАК пропан-1,2,3-триол.
Жиры и масла природного происхождения представляют собой сложные эфиры глицерина с жирными кислотами (также называемые триглицеридами).
Для целей настоящего изобретения термин «сложный эфир жирных кислот глицерина» относится к сложным моно-, ди- и триэфирам глицерина с жирными кислотами.
Хотя в контексте настоящего изобретения термин «жирная кислота» может представлять собой любую карбоновую кислоту с алифатической цепью, предпочтительно, чтобы она представляла собой карбоновую кислоту с алифатической цепью, имеющей от 4 до 28 атомов углерода, предпочтительно четное число атомов углерода. Алифатическая цепь жирной кислоты предпочтительно неразветвлена.
В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина имеет форму растительного масла и/или животного масла. В контексте настоящего изобретения термин «масло» содержит по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина в форме масел или жиров.
В одном предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина представляет собой растительное масло.
В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина представляет собой жиры из мякоти плодов, например пальмовое масло, оливковое масло, масло авокадо; жиры из ядер семян, такие как масла лауриновой кислоты, такие как кокосовое масло, пальмоядровое масло, масло бабассу и другие масла из пальмовых орехов, другие источники масел лауриновой кислоты; масла пальмитиновой-стеариновой кислоты, такие как масло какао, масло ши, талловый жир и родственные жиры (растительные масла); масла пальмитиновой кислоты, такие как хлопковое масло, масло дерева капок и родственные масла, масло семени тыквы, кукурузное масло, масла злаковых; масла олеиновой-линолевой кислоты, такие как подсолнечное масло, кунжутное масло, льняное масло, перилловое масло, конопляное масло, чайное масло, сафлоровое масло и масло масличного нута, масло виноградных косточек, маковое масло, масло бобовых, такое как соевое масло, арахисовое масло, люпиновое масло; масла крестоцветных, такие как рапсовое масло, горчичное масло; масла конъюгированных кислот, такие как тунговое масло и родственные масла, ойтиковое масло и родственные масла; масла замещенных жирных кислот, такие как касторовое масло, хаульмугровое, гидрокарпусовое масло и масло горли, вернониевое масло; животные жиры, такие как жир наземных животных, например свиное сало, говяжье сало, баранье сало, лошадиное сало, гусиный жир, куриный жир; жир морских животных, например китовый жир или рыбий жир.
В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина имеет форму растительного масла, в частности выбранного из одного или более компонентов группы, состоящей из льняного масла, оливкового масла, тунгового масла, кокосового масла, конопляного масла, рапсового масла и подсолнечного масла.
В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина выбран из одного или более компонентов группы, состоящей из растительного масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 136 до 178, например льняного масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 136 до 178, растительного масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 80 до 88, например оливкового масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 80 до 88, растительного масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 163 до 173, например тунгового масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 163 до 173, растительного масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 7 до 10, например кокосового масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 7 до 10, растительного масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 140 до 170, например конопляного масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 140 до 170, растительного масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 94 до 120, например рапсового масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 94 до 120, растительного масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 118 до 144, например подсолнечного масла, имеющего йодное число в диапазоне от приблизительно 118 до 144.
В одном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина не имеет природного происхождения.
В одном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина представляет собой модифицированное растительное или животное масло.
В одном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина содержит по меньшей мере одну трансжирную кислоту.
В альтернативном предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина имеет форму животного жира, такого как рыбий жир.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что важным параметром сложного эфира жирных кислот глицерина, применяемого в связующих веществах в настоящем изобретении, является степень ненасыщенности жирных кислот. Степень ненасыщенности жирных кислот обычно измеряют йодным числом (также называемым йодным значением, или величиной абсорбции йода, или йодным индексом). Чем выше йодное число, тем больше связей C = C присутствует в жирной кислоте. Для определения йодного числа как меры ненасыщенности жирных кислот дается ссылка на публикацию Thomas, Alfred (2002) «Fats and fatty oils» в книге «Ullmann’s Encyclopedia of industrial chemistry», Weinheim, Wiley-VCH.
В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина содержит растительное масло и/или животное масло с йодным числом ≥ 75, например от 75 до 180, например ≥ 130, например от 130 до 180.
В альтернативном предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина содержит растительное масло и/или животное масло с йодным числом ≤ 100, например ≤ 25.
В одном варианте осуществления по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина представляет собой высыхающее масло. Описание высыхающего масла приведено в публикации Poth, Ulrich (2012) «Drying oils and related products» в книге «Ullmann’s Encyclopedia of industrial chemistry», Weinheim, Wiley-VCH.
Соответственно, авторы настоящего изобретения обнаружили, что особенно хороших результатов достигают, когда йодное число находится либо в достаточно высоком диапазоне, либо в альтернативном варианте осуществления в достаточно низком диапазоне. Не желая ограничиваться какой-либо конкретной теорией, авторы настоящего изобретения предполагают, что преимущественные свойства, придаваемые сложными эфирами жирных кислот с высоким йодным числом с одной стороны, и низким йодным числом с другой стороны, основаны на различных механизмах. Авторы настоящего изобретения предполагают, что преимущественные свойства сложных глицериновых эфиров жирных кислот, имеющих высокое йодное число, могут быть связаны с участием двойных связей C = C, обнаруживаемых в высоких количествах в таких жирных кислотах, в реакции поперечной сшивки, тогда как сложные эфиры глицерина и жирных кислот с низким йодным числом и без большого количества двойных связей C = C могут обеспечивать стабилизацию отвержденного связующего вещества посредством взаимодействий Ван-дер-Ваальса.
В предпочтительном варианте осуществления содержание сложного эфира жирных кислот глицерина составляет от 0,5 до 40, например от 1 до 30, например от 1,5 до 20, например от 3 до 10, например от 4 до 7,5 мас.%, в пересчете на сухой гидроколлоид.
В одном варианте осуществления связующая композиция содержит желатин и связующая композиция дополнительно содержит танин, выбранный из одного или более компонентов группы, состоящей из дубильной кислоты, конденсированных танинов (проантроцианидинов), гидролизуемых танинов, галлотанинов, эллагитанинов, сложных танинов и/или танина, производного от одного или более из дуба, каштана, сумаха оленерогого и теллимы крупноцветковой, предпочтительно дубильной кислоты, и связующая композиция дополнительно содержит по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина, например по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина, выбранный из одного или более компонентов группы, состоящей из льняного масла, оливкового масла, тунгового масла, кокосового масла, конопляного масла, рапсового масла и подсолнечного масла.
В одном варианте осуществления связующая композиция содержит желатин и связующая композиция дополнительно содержит по меньшей мере один фермент, представляющий собой трансглутаминазу (EC 2.3.2.13), и связующая композиция дополнительно содержит по меньшей мере один эфир жирных кислот глицерина, такой как по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина, выбранный из одного или более компонентов группы, состоящей из льняного масла, оливкового масла, тунгового масла, кокосового масла, конопляного масла, рапсового масла и подсолнечного масла.
В одном варианте осуществления водная связующая композиция не содержит формальдегида.
В одном варианте осуществления связующая композиция состоит по существу из:
по меньшей мере одного гидроколлоида;
по меньшей мере одного сложного эфира жирных кислот глицерина;
необязательно по меньшей мере одного регулятора pH;
необязательно по меньшей мере одного поперечносшивающего агента;
необязательно по меньшей мере одного средства против зарастания;
необязательно по меньшей мере одного средства против набухания;
воды.
В одном варианте осуществления к связующей композиции можно добавлять масло.
В одном варианте осуществления по меньшей мере одно масло представляет собой неэмульгированное углеводородное масло.
В одном варианте осуществления по меньшей мере одно масло представляет собой эмульгированное углеводородное масло.
В одном варианте осуществления по меньшей мере одно масло представляет собой растительное масло.
В одном варианте осуществления по меньшей мере один поперечносшивающий агент представляет собой танин, выбранный из одного или более компонентов группы, состоящей из дубильной кислоты, конденсированных танинов (проантоцианидинов), гидролизуемых танинов, галлотанинов, эллагитанинов, сложных танинов и/или танина, полученного из одного или более из дуба, каштана, сумаха оленерогого и теллимы крупноцветковой.
В одном варианте осуществления по меньшей мере один поперечносшивающий агент представляет собой фермент, выбранный из группы, состоящей из трансглутаминазы (EC 2.3.2.13), протеиндисульфидизомеразы (EC 5.3.4.1), тиолоксидазы (EC 1.8.3.2), полифенолоксидазы (EC 1.14.18.1), в частности катехолоксидазы, тирозиноксидазы и фенолоксидазы, лизилоксидазы (EC 1.4.3.13) и пероксидазы (EC 1.11.1.7).
В одном варианте осуществления по меньшей мере одно средство против набухания представляет собой дубильную кислоту и/или танины.
В одном варианте осуществления по меньшей мере одно средство против зарастания представляет собой противомикробный агент.
Противомикробными агентами могут быть бензойная кислота, пропионовая кислота, бензоат натрия, сорбиновая кислота и сорбат калия, ингибирующие рост как бактериальных, так и грибковых клеток. Однако можно использовать натуральные биоконсерванты. Хитозан рассматривается как обладающий противогрибковым и противобактериальным действием. Чаще всего используемые биоконсерванты с противомикробным действием представляют собой лизоцим и низин. К другим распространенным и пригодным для использования биоконсервантам относятся бактериоцины, такие как лактицин, педиоцин, и противомикробные ферменты, такие как хитиназа и глюкозооксидаза. Противогрибковым и противовирусным действием также обладает фермент лактопероксидаза (LPS). Можно также использовать натуральные противомикробные агенты, такие как танины, эфирные масла розмарина и чеснока, масло орегано, лимонного сорго или коричное масло в различных концентрациях.
Продукт минерального волокна
В формованном продукте из минеральной ваты в соответствии с изобретением минеральные волокна связаны связующим веществом, полученным в результате отверждения связующей композиции, как описано выше.
В одном варианте осуществления потери при прокаливании (LOI) продукта из минеральной ваты в соответствии с настоящим изобретением находятся в диапазоне 0,1–25,0%, например 0,3–18,0%, например 0,5–12,0%, например 0,7–8,0 мас.%.
В одном варианте осуществления связующее вещество не является поперечносшитым.
В альтернативном варианте осуществления связующее вещество является поперечносшитым.
Реакция компонентов связующего вещества
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что в некоторых вариантах осуществления продукт из минеральной ваты в соответствии с настоящим изобретением лучше всего получать при нанесении связующего вещества на минеральные волокна в кислых условиях. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления связующее вещество, нанесенное на минеральные волокна, содержит регулятор pH, в частности в форме pH-буфера.
В предпочтительном варианте осуществления связующее вещество в неотвержденном состоянии имеет pH менее 8, например менее 7, например менее 6.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что в некоторых вариантах осуществления отверждение связующего вещества сильно ускоряется в щелочных условиях. Следовательно, в одном варианте осуществления связующая композиция для минеральных волокон содержит регулятор pH, предпочтительно в форме основания, например органического основания, например амина или его соли, неорганических оснований, например гидроксида металла, например KOH или NaOH, аммиака или его соли.
В особенно предпочтительном варианте осуществления регулятор pH представляет собой гидроксид щелочного металла, в частности NaOH.
В предпочтительном варианте осуществления связующая композиция, использованная в настоящем изобретении, имеет значение pH 7–10, например 7,5–9,5, например 8–9.
Компонентами могут быть другие добавки, например один или более реактивных или нереактивных силиконов, которые можно добавлять в связующее вещество. Предпочтительно один или более реактивных или нереактивных силиконов выбраны из группы, состоящей из силикона, состоящего из главной цепи, которая содержит кремнийорганические остатки, особенно дифенилсилоксановые остатки, алкилсилоксановые остатки, предпочтительно диметилсилоксановые остатки, несущие по меньшей мере одну гидроксильную, ацильную, карбоксильную или ангидридную, аминную, эпоксидную или виниловую функциональную группу, способную вступать в реакцию с по меньшей мере одним из компонентов связующей композиции, и предпочтительно присутствующие в количестве 0,1–15 мас.%, предпочтительно 0,1–10 мас.%, более предпочтительно 0,3–8 мас.%, от общей массы связующего вещества.
В одном варианте осуществления к композиции связующего вещества можно добавлять средство против зарастания.
В одном варианте осуществления по меньшей мере одно средство против зарастания представляет собой танин, в частности танин, выбранный из одного или более компонентов группы, состоящей из дубильной кислоты, конденсированных танинов (проантоцианидинов), гидролизуемых танинов, галлотанинов, эллагитанинов, сложных танинов и/или танина, полученного из одного или более из дуба, каштана, сумаха оленерогого и теллимы крупноцветковой.
В одном варианте осуществления к связующему веществу можно добавлять средство против набухания, например дубильную кислоту и/или танины.
Дополнительными добавками могут быть добавки, содержащие ионы кальция и антиоксиданты.
В одном варианте осуществления связующая композиция, использованная в настоящем изобретении, содержит добавки в виде сшивающих агентов, содержащих ацильные группы, и/или аминогруппы, и/или тиоловые группы. Эти сшивающие агенты могут упрочнять и/или модифицировать полимерную сеть отвержденного связующего вещества.
В одном варианте осуществления связующие композиции, использованные в настоящем изобретении, содержат дополнительные добавки в форме добавок, выбранных из группы, состоящей из реагентов, подобных ПЭГ, силанов или гидроксилапатитов.
Свойства продукта из минеральной ваты
3
3
3
3
3
В предпочтительном варианте осуществления плотность формованного продукта из минеральной ваты находится в диапазоне 10–1200 кг/м, например 30–800 кг/м, например 40–600 кг/м, например 50–250 кг/м, например 60–200 кг/м.
Способ получения формованного продукта из минеральной ваты
В настоящем изобретении предложен способ получения формованного продукта из минеральной ваты путем скрепления минеральных волокон связующей композицией.
Соответственно, настоящее изобретение относится к способу получения формованного продукта из минеральной ваты, который включает стадии введения минеральных волокон в контакт со связующей композицией, содержащей по меньшей мере один гидроколлоид и предпочтительно также по меньшей мере один сложный эфир жирных кислот глицерина, и отверждения связующего вещества.
В одном варианте осуществления процесс отверждения включает процесс сушки, в частности путем продувки воздуха или газа над продуктом из минеральной ваты или через него или путем повышения температуры.
Настоящее изобретение также относится к продукту из минеральной ваты, полученному вышеописанным способом.
Продукт из минеральной ваты, полученный при таком применении, предпочтительно имеет потери при прокаливании (LOI) в диапазоне 0,1–25,0%, например 0,3–18,0%, например 0,5–12,0%, например 0,7–8,0 мас.%.
Особым преимуществом продукта из минеральной ваты в соответствии с настоящим изобретением является отсутствие потребности в высоких температурах для его отверждения. Это не только позволяет экономить энергию, уменьшает выбросы ЛОС и уменьшает потребность в устойчивости оборудования к высоким температурам, но также позволяет обеспечить высокую гибкость процесса получения продуктов из минеральной ваты с использованием таких связующих веществ.
В одном варианте осуществления способ включает стадии:
получения расплава сырьевых материалов,
формирования волокон из расплава с помощью формирующего волокна аппарата с получением минеральных волокон,
обеспечения минеральных волокон в форме собранного полотна,
смешивания связующего вещества с минеральными волокнами до, в течение или после получения собранного полотна с получением смеси минеральных волокон и связующего вещества,
помещения смеси в полость формы,
отверждения смеси минеральных волокон и связующего вещества.
В одном варианте осуществления связующее вещество подают в непосредственной близости от формирующего волокна аппарата, например центрифужного прядильного аппарата или каскадного прядильного аппарата, в любом случае сразу после формирования волокон. Волокна с нанесенным связующим веществом далее транспортируют на конвейерной ленте в виде полотна.
Полотно можно подвергать продольному сжатию после формирования волокон и до существенного отверждения.
Формирующий волокна аппарат
Существуют разные типы центрифужных прядильных машин для формования волокон из минеральных расплавов.
Традиционный центрифужный прядильный аппарат представляет собой каскадный прядильный аппарат, который содержит последовательно расположенные верхний (или первый) ротор и следующий (или второй) ротор и необязательно другие последующие роторы (например, третий и четвертый роторы). Каждый ротор вращается вокруг разной по существу горизонтальной оси, и направление вращения противоположно направлению вращения каждого соседнего ротора в последовательности. Эти разные горизонтальные оси расположены таким образом, что расплав, который льется на верхний ротор, последовательно вращается на периферической поверхности каждого следующего ротора, и волокна сбрасываются с каждого последующего ротора и необязательно также и с верхнего ротора.
В одном варианте осуществления каскадный прядильный аппарат или другой прядильный аппарат расположен так, чтобы формировать волокна из расплава и увлекать воздухом в виде облака волокон.
Многие формирующие волокна аппараты содержат диск или чашку, вращающуюся вокруг по существу вертикальной оси. Традиционным является расположение нескольких таких прядильных устройств в линии, т.е. по существу в первом направлении, например, как описано в публикациях GB-A-926,749, US-A-3,824,086 и WO-A-83/03092.
Обычно используют поток воздуха, связанный с одним или каждым из формирующих волокна роторов, и этот поток воздуха увлекает волокна по мере формирования с поверхности ротора.
В одном варианте осуществления связующее вещество и/или добавки добавляют к облаку волокон известными способами. Количество связующего вещества и/или добавки может быть одинаковым для всех прядильных устройств или же может быть различным.
В одном варианте осуществления в облако волокон можно добавлять углеводородное масло.
При использовании в настоящем документе термин «собранное полотно» должен включать в себя все минеральные волокна, собранные вместе на поверхности, т.е. более не увлекаемые воздухом, например, сформированные минеральные волокна, гранулы, пучки или переработанные отходы полотна. Собранное полотно может представлять собой первичное полотно, сформированное путем сбора волокон на конвейерной ленте и обеспеченное в качестве исходного материала без раскладки прочеса или иной консолидации.
В альтернативном варианте осуществления собранное полотно может представлять собой вторичное полотно, сформированное путем раскладки прочеса или иной консолидации первичного полотна. Собранное полотно предпочтительно представляет собой первичное полотно.
В одном варианте осуществления смешивание связующего вещества с минеральными волокнами производят после обеспечения собранного полотна, используя следующие стадии:
воздействие на собранное полотно из минеральных волокон с помощью процесса распутывания,
подвешивание минеральных волокон в первичном потоке воздуха,
смешивание связующей композиции с минеральными волокнами до, в течение или после процесса распутывания с получением смеси минеральных волокон и связующего вещества.
Способ получения продукта из минеральной ваты, включающий технологическую стадию распутывания, описан в публикации EP10190521.
В одном варианте осуществления процесс распутывания включает подачу собранного полотна из минеральных волокон из канала с относительно низкой скоростью потока воздуха в канал с относительно более высокой скоростью потока воздуха. Считается, что в данном варианте осуществления происходит распутывание, поскольку волокна, которые сначала входят в канал с относительно более высокой скоростью потока воздуха, оттягиваются от последующих волокон полотна. Такой тип распутывания особенно эффективен для получения открытых пучков волокон вместо плотных комков, которые могут приводить к неравномерному распределению материала продукта.
В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления процесс распутывания включает подачу собранного полотна по меньшей мере к одному валику, вращающемуся вдоль своей продольной оси и имеющему шипы, выступающие из его периферической поверхности. В этом варианте осуществления вращающийся валик также обычно вносит по меньшей мере частичный вклад в относительно более высокую скорость потока воздуха. Часто вращение валика является единственным источником относительно более высокой скорости потока воздуха.
В предпочтительных вариантах осуществления минеральные волокна и необязательно связующее вещество подают к валику сверху. Кроме того, предпочтительно сбрасывать распутанные минеральные волокна и необязательно связующее вещество с ролика в латеральном направлении от нижней части его окружности. В наиболее предпочтительном варианте осуществления минеральные волокна совершают на ролике оборот приблизительно 180 градусов перед сбросом.
Связующее вещество может быть смешано с минеральными волокнами до, в течение или после процесса распутывания. В некоторых вариантах осуществления связующее вещество предпочтительно смешивать с волокнами до процесса распутывания. В частности, волокна могут иметь форму неотвержденного собранного полотна, содержащего связующее вещество.
Кроме того, допустимым является предварительное смешивание связующего вещества с собранным полотном из минеральных волокон до процесса распутывания. Дополнительное смешивание можно проводить в процессе распутывания и после него. В альтернативном варианте осуществления связующее вещество может быть подано в первичный поток воздуха отдельно и смешано в первичном потоке воздуха.
Смесь минеральных волокон и связующего вещества собирают из первичного потока воздуха любым подходящим способом. В одном варианте осуществления первичный поток воздуха направляют в верхнюю часть циклонной камеры, которая открыта с нижнего конца, и смесь собирают из нижнего конца циклонной камеры.
Смесь минеральных волокон и связующего вещества предпочтительно выводят из процесса распутывания в формующую камеру.
После применения процесса распутывания смесь минеральных волокон и связующего вещества собирают, прессуют, наносят в форму и отверждают. Смесь предпочтительно собирают на перфорированной конвейерной ленте, под которой расположен механизм отсоса.
В предпочтительном способе в соответствии с изобретением смесь связующего вещества и минеральных волокон после сбора прессуют, наносят в форму и отверждают.
В предпочтительном способе в соответствии с изобретением смесь связующего вещества и минеральных волокон после сбора отделяют от подложки, прессуют, наносят в форму и отверждают.
Способ можно осуществлять в виде периодического процесса, однако в соответствии с одним вариантом осуществления способ выполняют на линии производства продукта из минеральной ваты с подачей первичного и вторичного полотен из минеральной ваты в процессе разделения волокон, который обеспечивает особенно экономичный и универсальный способ получения композитов, обладающих благоприятными механическими свойствами и термоизоляционными свойствами в широком диапазоне плотностей.
В то же время, учитывая, что отверждение проходит при температуре окружающей среды, вероятность появления пятен неотвержденного связующего вещества существенно снижается.
Отверждение
Полотно отверждают путем химической и/или физической реакции компонентов связующего вещества.
В одном варианте осуществления отверждение происходит в отверждающем устройстве.
В одном варианте осуществления отверждение проводят при температурах 5–95 °C, например 5–80 °C, например 5–60 °C, например 8–50 °C, например 10–40 °C.
В одном варианте осуществления отверждение происходит в традиционной печи для отверждения при производстве минеральной ваты, которая работает при температурах 5–95 °C, например 5–80 °C, например 10–60 °C, например 20–40 °C.
Процесс отверждения может начинаться сразу после нанесения связующего вещества на волокна. Отверждение определяется как процесс, при котором в связующей композиции протекает физическая и/или химическая реакция, которая, в случае химической реакции, обычно увеличивает молекулярную массу соединений в связующей композиции и тем самым повышает вязкость связующей композиции, обычно до тех пор, пока связующая композиция не достигнет твердого состояния.
В одном варианте осуществления процесс отверждения включает поперечное сшивание и/или включение воды в виде кристаллизационной воды.
В одном варианте осуществления отвержденное связующее вещество содержит кристаллизационную воду, содержание которой может уменьшаться и увеличиваться в зависимости от преобладающих условий температуры, давления и влажности.
В одном варианте осуществления процесс отверждения включает процесс сушки.
В предпочтительном варианте осуществления отверждение связующей композиции, контактирующей с минеральными волокнами, происходит в форме.
Отверждение связующей композиции, контактирующей с минеральными волокнами, в форме имеет особое преимущество, поскольку позволяет получать продукты высокой плотности.
В одном варианте осуществления процесс отверждения включает сушку под давлением. Давление можно применять, продувая воздух или газ поверх смеси минеральных волокон и связующего вещества или сквозь нее. Процесс продувки может сопровождаться нагреванием или охлаждением, или он может происходить при температуре окружающей среды.
В альтернативном варианте осуществления процесс отверждения включает в себя применение вакуумирования к форме. Уменьшение давления внутри формы приводит к высыханию связующего вещества и обеспечению таким образом конечного отвержденного состояния.
В одном варианте осуществления процесс отверждения происходит во влажной среде.
Влажная среда может иметь относительную влажность RH 60–99%, например 70–95%, например 80–92%. За отверждением во влажной среде может следовать отверждение или сушка для достижения состояния преобладающей влажности.
В одном варианте осуществления отверждение выполняют в обедненной кислородом среде.
Без ограничений, накладываемых какой-либо конкретной теорией, автор заявки полагает, что выполнение отверждения в обедненной кислородом среде является особенно благоприятным, если связующая композиция содержит фермент, поскольку это увеличивает стабильность ферментативного компонента в некоторых вариантах осуществления, особенно фермента трансглутаминазы, и тем самым повышает эффективность поперечного сшивания. В одном варианте осуществления процесс отверждения, таким образом, осуществляется в инертной атмосфере, в частности в атмосфере инертного газа, например азота.
В некоторых вариантах осуществления, в частности в вариантах осуществления, в которых связующая композиция содержит фенольные соединения, в частности танины, возможно добавление окисляющих агентов. Окисляющие агенты в качестве добавок могут предназначаться для увеличения скорости окисления фенольных соединений, в частности танинов. Примером является фермент тирозиназа, которая окисляет фенолы до гидроксифенолов/хинонов и, следовательно, ускоряет реакцию образования связующего вещества.
В другом варианте осуществления окисляющим агентом, подаваемым к связующему веществу, является кислород.
В одном варианте осуществления отверждение выполняют в обогащенной кислородом среде.
Примеры
В следующих примерах несколько связующих веществ, подпадающих под определение, использованное в настоящем изобретении, готовили и сравнивали со связующими веществами предыдущего уровня техники.
Способы испытаний связующих композиций в соответствии с предшествующим уровнем техники
Для связующих веществ предыдущего уровня техники определяли указанные ниже свойства.
Реагенты
Силан (Momentive VS-142) был предоставлен компанией Momentive и для упрощения считался 100-процентным. Все прочие компоненты высокой степени чистоты поставлялись компанией Sigma-Aldrich и для упрощения считались безводными при отсутствии особых указаний.
Содержание твердых веществ компонентов связующего вещества. Определение
Содержание каждого из компонентов в данном растворе связующего вещества до отверждения рассчитывали по сухой массе компонентов. Можно использовать следующую формулу:
Твердые вещества связующего вещества. Определение и процедура
Содержание связующего вещества после отверждения называется «твердыми веществами связующего вещества».
Образцы каменной ваты в виде диска (диаметр: 5 см; высота 1 см) вырезали из каменной ваты и подвергали термообработке при 580 °C в течение по меньшей мере 30 мин для удаления всех органических веществ. Содержание твердых веществ в связующей смеси (примеры смесей см. ниже) измеряли, распределяя образец связующей смеси (около 2 г) по прошедшему термообработку диску из каменной ваты в контейнере из фольги. Массу контейнера из фольги, содержащего диск из каменной ваты, определяли до и сразу после добавления связующей смеси. Обеспечивали два таких диска из каменной ваты с нанесенной связующей смесью в контейнерах из фольги и нагревали их при 200 °C в течение 1 часа. После охлаждения и выдерживания при комнатной температуре в течение 10 минут образцы взвешивали и определяли содержание твердых веществ связующего вещества как среднее из двух результатов. После этого связующее вещество с нужным содержанием твердых веществ связующего вещества можно было получить путем разведения с использованием необходимого количества воды и 10% водн. раствора силана (Momentive VS-142).
Реакционные потери. Определение
Реакционные потери определяются как разность между содержанием твердых веществ компонентов связующего вещества и твердыми веществами связующего вещества.
Исследования механической прочности (испытания брусков). Процедура
Механическую прочность связующих веществ исследовали в испытании брусков. Для каждого связующего вещества изготавливали 16 брусков из смеси связующего вещества и гранул каменной ваты, образованных при прядильном производстве каменной ваты. Гранулы представляют собой частицы, имеющие ту же композицию расплава, что и волокна каменной ваты, и гранулы обычно считаются отходом прядильного процесса. Гранулы, использованные в композиции брусков, имели размер 0,25–0,50 мм.
Раствор связующего вещества с 15% содержанием твердых веществ связующего вещества, содержащий 0,5% силана (Momentive VS-142) из твердых веществ связующего вещества, получали в соответствии с представленным выше описанием в разделе «твердые вещества связующего вещества». Образец такого раствора связующего вещества (16,0 г) хорошо перемешивали с гранулами (80,0 г). Полученную смесь равномерно наливали в четыре отсека в термостойкой силиконовой форме для получения небольших брусков (4 × 5 отсеков на форму; размер верхней части отсека: длина = 5,6 см, ширина = 2,5 см; размер нижней части отсека: длина = 5,3 см, ширина = 2,2 см; высота отсека = 1,1 см). Смеси, помещенные в отсеки, далее плотно прижимали плоским металлическим бруском подходящего размера для получения ровных поверхностей брусков. Таким образом из каждого связующего вещества получали 16 брусков. Полученные бруски далее отверждали при 200 °C в течение 1 ч. После охлаждения до комнатной температуры бруски осторожно извлекали из контейнеров. Пять брусков выдерживали в водяной бане при 80 °C в течение 3 ч или в автоклаве (15 минут 120 °C/1,2 бар).
2
2
После сушки в течение 1–2 дней состаренные бруски, а также пять несостаренных брусков переламывали в испытании на 3-точечный изгиб (скорость при испытании: 10,0 мм/мин; уровень разрыва: 50%; номинальная сила: 30 Н/мм; опорное расстояние: 40 мм; макс. прогиб 20 мм; номинальный модуль упругости 10 000 Н/мм) на приборе Bent Tram для исследования их механической прочности. Бруски помещали в прибор «верхней поверхностью» вверх (т.е. поверхностью с длиной = 5,6 см, шириной = 2,5 см).
Потери при прокаливании (LOI) брусков
Потери при прокаливании (LOI) брусков измеряли в небольших контейнерах из фольги при нагревании до 580 °C. При каждом измерении контейнер из фольги сначала нагревали при 580 °C в течение 15 минут для удаления всех органических веществ. Контейнерам из фольги давали охладиться до температуры окружающей среды и затем взвешивали. Четыре бруска (обычно после переламывания в испытании на 3-точечный изгиб) помещали в контейнер из фольги и все вместе взвешивали. Контейнер из фольги, содержащий бруски, далее нагревали при 580 °C в течение 30 минут, давали охладиться до температуры окружающей среды и затем снова взвешивали. После этого вычисляли LOI по следующей формуле:
Измерения поглощения воды
Поглощение воды связующими веществами измеряли путем взвешивания трех брусков и последующего их погружения в воду (приблизительно 250 мл) в стакане (565 мл, нижний ∅ = 9,5 см; верхний Ø = 10,5 см; высота = 7,5 см) на 3 ч или 24 ч. Бруски размещали рядом друг с другом на дне стакана «верхней поверхностью» вниз (т.е. поверхностью с размерами длина = 5,6 см, ширина = 2,5 см). По истечении заданного промежутка времени бруски поднимали один за другим и оставляли на одну минуту для стекания воды. Бруски удерживали (осторожно) так, чтобы длинная сторона была почти вертикальной, а капли могли стекать с угла бруска. Затем бруски взвешивали и рассчитывали поглощение воды с помощью следующей формулы:
Эталонные связующие композиции предшествующего уровня техники
Пример связующего вещества, эталонное связующее вещество A (фенолформальдегидная смола, модифицированная мочевиной, PUF-resol)
Фенолформальдегидную смолу получали путем реакции 37% водн. раствора формальдегида (606 г) и фенола (189 г) в присутствии 46% водн. раствора гидроксида калия (25,5 г) при температуре реакции 84 °C, чему предшествовало нагревание со скоростью около 1 °C в минуту. Реакцию продолжали при 84 °C до тех пор, пока кислотостойкость смолы не достигла 4 и большая часть фенола не израсходовалась. Далее добавляли мочевину (241 г) и смесь охлаждали.
Кислотостойкость (AT) показывает, во сколько раз данный объем связующего вещества можно разводить кислотой без помутнения смеси (осаждения связующего вещества). Для определения критерия остановки при получении связующего вещества использовали серную кислоту, и кислотостойкость ниже 4 означает завершение реакции связующего вещества. Для измерения AT получали титрующий раствор путем разведения 2,5 мл конц. серной кислоты (> 99%) 1 л ионообменной воды. 5 мл исследуемого связующего вещества далее титровали при комнатной температуре данным титрующим раствором, поддерживая связующее вещество в движении путем ручного встряхивания; при желании можно использовать магнитную мешалку и магнитный стержень-мешальник. Титрование продолжают до тех пор, пока не появится легкое помутнение, не исчезающее при встряхивании связующего вещества.
Кислотостойкость (AT) вычисляют путем деления количества кислоты, использованного для титрования (мл), на количество образца (мл):
AT = (использованный объем титрующего раствора (мл)) / (объем образца (мл))
С использованием полученной модифицированной мочевиной фенолформальдегидной смолы готовили связующее вещество, добавляя 25% водн. раствора аммиака (90 мл) и сульфата аммония (13,2 г), а затем воду (1,30 кг). Далее измеряли твердые вещества связующего вещества, как описано выше, и смесь разбавляли необходимым количеством воды и силана (Momentive VS-142) для исследования механической прочности (15% раствор твердых веществ связующего вещества, 0,5% силана из твердых веществ связующего вещества).
Способы испытаний для связующих композиций, использованных в настоящем изобретении, и для эталонных связующих веществ
Для связующих веществ, использованных в настоящем изобретении, и эталонных связующих веществ определяли указанные ниже свойства.
Реагенты
Пищевые желатины, тип A, свиной (120 и 180 по Блуму) были получены от компании Gelita AG. Каштановый танин Tannorouge был получен от компании Brouwland bvba. Трансглутаминаза TI была получена от компании Modernist Pantry. Кокосовое масло, конопляное масло, оливковое масло, рапсовое масло и подсолнечное масло были получены от компании Urtekram International A/S. Льняное масло получали от компании Borup Kemi I/S. Желатин из свиной кожи со средней прочностью геля (170–195 г по Блуму), гидроксид натрия, тунговое масло и все другие компоненты были получены от компании Sigma-Aldrich. Если не указано иное, предполагалось, что эти компоненты являются полностью чистыми и безводными.
Содержание твердых веществ компонентов связующего вещества. Определение
Содержание каждого из компонентов в данном растворе связующего вещества до отверждения рассчитывали по сухой массе компонентов. Можно использовать следующую формулу:
Исследования механической прочности (испытания брусков). Процедура
Механическую прочность связующих веществ исследовали в испытании брусков. Для каждого связующего вещества изготавливали 16–20 брусков из смеси связующего вещества и гранул каменной ваты, образованных при прядильном производстве каменной ваты. Гранулы представляют собой частицы, имеющие ту же композицию расплава, что и волокна каменной ваты, и гранулы обычно считаются отходом прядильного процесса. Гранулы, использованные в композиции брусков, имели размер 0,25–0,50 мм.
Раствор связующего вещества с 15% содержанием твердых веществ связующего вещества получали, как описано в примерах ниже. Образец раствора связующего вещества (16,0 г) хорошо перемешивали с гранулами (80,0 г; предварительно нагретыми до 40 °C при использовании в сочетании с относительно быстроотверждающимися связующими веществами). Полученную смесь затем наливали в четыре отсека в термостойкой силиконовой форме для получения небольших брусков (4 × 5 отсеков на форму; размер верхней части отсека: длина = 5,6 см, ширина = 2,5 см; размер нижней части отсека: длина = 5,3 см, ширина = 2,2 см; высота отсека = 1,1 см). При получении каждого бруска смеси, помещенные в отсеки, при необходимости прижимали, а затем выравнивали пластиковым шпателем для получения ровной поверхности бруска. Таким образом из каждого связующего вещества получали 16–20 брусков. Получившиеся бруски затем отверждали при комнатной температуре в течение 1–2 дней. Затем бруски аккуратно извлекали из контейнеров, переворачивали верхней стороной вниз и оставляли на один день при комнатной температуре для полного отверждения. Пять брусков выдерживали в водяной бане при 80 °C в течение 3 ч или в автоклаве (15 минут 120 °C/1,2 бар).
2
2
После сушки в течение 1–2 дней состаренные бруски, а также пять несостаренных брусков переламывали в испытании на 3-точечный изгиб (скорость при испытании: 10,0 мм/мин; уровень разрыва: 50%; номинальная сила: 30 Н/мм; опорное расстояние: 40 мм; макс. прогиб 20 мм; номинальный модуль упругости 10 000 Н/мм) на приборе Bent Tram для исследования их механической прочности. Бруски помещали в прибор «верхней поверхностью» вверх (т.е. поверхностью с длиной = 5,6 см, шириной = 2,5 см).
Потери при прокаливании (LOI) брусков
Потери при прокаливании (LOI) брусков измеряли в небольших контейнерах из фольги при нагревании до 580 °C. При каждом измерении контейнер из фольги сначала нагревали при 580 °C в течение 15 минут для удаления всех органических веществ. Контейнерам из фольги давали охладиться до температуры окружающей среды и затем взвешивали. Четыре бруска (обычно после переламывания в испытании на 3-точечный изгиб) помещали в контейнер из фольги и все вместе взвешивали. Контейнер из фольги, содержащий бруски, далее нагревали при 580 °C в течение 30 минут, давали охладиться до температуры окружающей среды и затем снова взвешивали. После этого вычисляли LOI по следующей формуле:
Измерения поглощения воды
Поглощение воды связующими веществами измеряли путем взвешивания трех брусков и последующего их погружения в воду (приблизительно 250 мл) в стакане (565 мл, нижний Ø = 9,5 см; верхний Ø = 10,5 см; высота = 7,5 см) на 3 ч или 24 ч. Бруски размещали рядом друг с другом на дне стакана «верхней поверхностью» вниз (т.е. поверхностью с размерами длина = 5,6 см, ширина = 2,5 см). По истечении заданного промежутка времени бруски поднимали один за другим и оставляли на одну минуту для стекания воды. Бруски удерживали (осторожно) так, чтобы длинная сторона была почти вертикальной, а капли могли стекать с угла бруска. Затем бруски взвешивали и рассчитывали поглощение воды с помощью следующей формулы:
Связующие композиции, использованные в настоящем изобретении, и эталонные связующие вещества
Пример связующего вещества, пункт B
К 1 M NaOH (15,75 г), перемешиваемому при комнатной температуре, добавляли каштановый танин (4,50 г). Перемешивание продолжали при комнатной температуре в течение еще 5–10 мин с получением раствора темного красно-бурого цвета.
Смесь желатина (Speisegelatine, тип A, свиной, 120 по Блуму, 12,0 г) в воде (68,0 г) перемешивали при 50 °C в течение приблизительно 15–30 мин до получения прозрачного раствора (pH 5,0). Далее добавляли 1 M NaOH (4,37 г) (pH 9,1), а затем часть вышеуказанного раствора каштанового танина (5,40 г; таким образом, фактически 1,20 г каштанового танина). После перемешивания в течение еще 1–2 минут при 50 °C полученную коричневую смесь (pH 9,1) использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 3
К 1 M NaOH (15,75 г), перемешиваемому при комнатной температуре, добавляли каштановый танин (4,50 г). Перемешивание продолжали при комнатной температуре в течение еще 5–10 мин с получением раствора темного красно-бурого цвета.
Смесь желатина (Speisegelatine, тип A, свиной, 120 по Блуму, 10,0 г) в воде (56,7 г) перемешивали при 50 °C в течение приблизительно 15–30 мин до получения прозрачного раствора (pH 5,1). Далее добавляли 1 M NaOH (4,00 г) (pH 9,3), а затем часть вышеуказанного раствора каштанового танина (4,50 г; таким образом, фактически 1,00 г каштанового танина). Затем при энергичном перемешивании добавляли кокосовое масло (0,65 г). После энергичного перемешивания в течение приблизительно 1 минуты при 50 °C скорость перемешивания снова снижали и полученную смесь коричневого цвета (pH 9,3) использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 5
К 1 M NaOH (15,75 г), перемешиваемому при комнатной температуре, добавляли каштановый танин (4,50 г). Перемешивание продолжали при комнатной температуре в течение еще 5–10 мин с получением раствора темного красно-бурого цвета.
Смесь желатина (Speisegelatine, тип A, свиной, 120 по Блуму, 10,0 г) в воде (56,7 г) перемешивали при 50 °C в течение приблизительно 15–30 мин до получения прозрачного раствора (pH 4,8). Далее добавляли 1 M NaOH (4,00 г) (pH 9,2), а затем часть вышеуказанного раствора каштанового танина (4,50 г; таким образом, фактически 1,00 г каштанового танина). Затем при энергичном перемешивании добавляли льняное масло (0,65 г). После энергичного перемешивания в течение приблизительно 1 минуты при 50 °C скорость перемешивания снова снижали и полученную смесь коричневого цвета (pH 9,2) использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 6
К 1 M NaOH (15,75 г), перемешиваемому при комнатной температуре, добавляли каштановый танин (4,50 г). Перемешивание продолжали при комнатной температуре в течение еще 5–10 мин с получением раствора темного красно-бурого цвета.
Смесь желатина (Speisegelatine, тип A, свиной, 120 по Блуму, 10,0 г) в воде (56,7 г) перемешивали при 50 °C в течение приблизительно 15–30 мин до получения прозрачного раствора (pH 4,8). Далее добавляли 1 M NaOH (4,00 г) (pH 9,2), а затем часть вышеуказанного раствора каштанового танина (4,50 г; таким образом, фактически 1,00 г каштанового танина). Затем при энергичном перемешивании добавляли оливковое масло (0,65 г). После энергичного перемешивания в течение приблизительно 1 минуты при 50 °C скорость перемешивания снова снижали и полученную смесь коричневого цвета (pH 9,1) использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 9
К 1 M NaOH (15,75 г), перемешиваемому при комнатной температуре, добавляли каштановый танин (4,50 г). Перемешивание продолжали при комнатной температуре в течение еще 5–10 мин с получением раствора темного красно-бурого цвета.
Смесь желатина (Speisegelatine, тип A, свиной, 120 по Блуму, 10,0 г) в воде (56,7 г) перемешивали при 50 °C в течение приблизительно 15–30 мин до получения прозрачного раствора (pH 4,8). Далее добавляли 1 M NaOH (4,00 г) (pH 9,3), а затем часть вышеуказанного раствора каштанового танина (4,50 г; таким образом, фактически 1,00 г каштанового танина). Затем при энергичном перемешивании добавляли тунговое масло (0,16 г). После энергичного перемешивания в течение приблизительно 1 минуты при 50 °C скорость перемешивания снова снижали и полученную смесь коричневого цвета (pH 9,4) использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 11
К 1 M NaOH (15,75 г), перемешиваемому при комнатной температуре, добавляли каштановый танин (4,50 г). Перемешивание продолжали при комнатной температуре в течение еще 5–10 мин с получением раствора темного красно-бурого цвета.
Смесь желатина (Speisegelatine, тип A, свиной, 120 по Блуму, 10,0 г) в воде (56,7 г) перемешивали при 50 °C в течение приблизительно 15–30 мин до получения прозрачного раствора (pH 5,0). Далее добавляли 1 M NaOH (4,00 г) (pH 9,1), а затем часть вышеуказанного раствора каштанового танина (4,50 г; таким образом, фактически 1,00 г каштанового танина). Затем при энергичном перемешивании добавляли тунговое масло (1,13 г). После энергичного перемешивания в течение приблизительно 1 минуты при 50 °C скорость перемешивания снова снижали и полученную смесь коричневого цвета (pH 9,1) использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт C
К 1 M NaOH (15,75 г), перемешиваемому при комнатной температуре, добавляли каштановый танин (4,50 г). Перемешивание продолжали при комнатной температуре в течение еще 5–10 мин с получением раствора темного красно-бурого цвета.
Смесь желатина (Speisegelatine, тип A, свиной, 180 по Блуму, 12,0 г) в воде (68,0 г) перемешивали при 50 °C в течение приблизительно 15–30 мин до получения прозрачного раствора (pH 5,0). Далее добавляли 1 M NaOH (3,81 г) (pH 9,1), а затем часть вышеуказанного раствора каштанового танина (5,40 г; таким образом, фактически 1,20 г каштанового танина). После перемешивания в течение еще 1–2 минут при 50 °C полученную коричневую смесь (pH 9,3) использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 12
К 1 M NaOH (15,75 г), перемешиваемому при комнатной температуре, добавляли каштановый танин (4,50 г). Перемешивание продолжали при комнатной температуре в течение еще 5–10 мин с получением раствора темного красно-бурого цвета.
Смесь желатина (Speisegelatine, тип A, свиной, 180 по Блуму, 10,0 г) в воде (56,7 г) перемешивали при 50 °C в течение приблизительно 15–30 мин до получения прозрачного раствора (pH 5,0). Далее добавляли 1 M NaOH (3,28 г) (pH 9,2), а затем часть вышеуказанного раствора каштанового танина (4,50 г; таким образом, фактически 1,00 г каштанового танина). Затем при энергичном перемешивании добавляли тунговое масло (0,65 г). После энергичного перемешивания в течение приблизительно 1 минуты при 50 °C скорость перемешивания снова снижали и полученную смесь коричневого цвета (pH 9,1) использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт D
Смесь желатина (из свиной кожи, средняя прочность геля, 12,0 г) с водой (62,0 г) перемешивали при 37 °C в течение приблизительно 15–30 мин до получения прозрачного раствора (pH 5,5). Затем добавляли раствор TI-трансглутаминазы (0,60 г) в воде (6,0 г). После перемешивания в течение еще 1–2 минут при 37 °C полученную смесь рыжевато-коричневого цвета (pH 5,5) использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 13
Смесь желатина (из свиной кожи, средняя прочность геля, 12,0 г) с водой (62,0 г) перемешивали при 37 °C в течение приблизительно 15–30 мин до получения прозрачного раствора (pH 5,5). Добавляли раствор TI-трансглутаминазы (0,60 г) в воде (6,0 г). Затем при более энергичном перемешивании добавляли льняное масло (0,63 г). После более энергичного перемешивания в течение приблизительно 1 минуты при 37 °C скорость перемешивания снова снижали и полученную смесь рыжевато-коричневого цвета (pH 5,5) использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт E
Смесь желатина (Speisegelatine, тип A, свиной, 120 по Блуму, 12,0 г) в воде (68,0 г) перемешивали при 50 °C в течение приблизительно 15–30 мин до получения прозрачного раствора (pH 4,8). Затем добавляли 1 M NaOH (4,42 г). После перемешивания в течение еще 1–2 минут при 50 °C полученную смесь рыжевато-коричневого цвета (pH 9,0) использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 14
Смесь желатина (Speisegelatine, тип A, свиной, 120 по Блуму, 10,0 г) в воде (56,7 г) перемешивали при 50 °C в течение приблизительно 15–30 мин до получения прозрачного раствора (pH 5,1). Добавляли 1 M NaOH (4,00 г) (pH 9,4). Затем при энергичном перемешивании добавляли тунговое масло (0,65 г). После энергичного перемешивания в течение приблизительно 1 минуты при 50 °C скорость перемешивания снова снижали и полученную смесь рыжевато-коричневого цвета (pH 9,1) использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 15
Смесь желатина (Speisegelatine, тип A, свиной, 120 по Блуму, 10,0 г) в воде (56,7 г) перемешивали при 50 °C в течение приблизительно 15–30 мин до получения прозрачного раствора (pH 5,1). Добавляли 1 M NaOH (4,00 г) (pH 9,3). Затем при энергичном перемешивании добавляли тунговое масло (1,13 г). После энергичного перемешивания в течение приблизительно 1 минуты при 50 °C скорость перемешивания снова снижали и полученную смесь рыжевато-коричневого цвета (pH 9,1) использовали в последующих экспериментах.ТАБЛИЦА 1-1. Эталонное связующее вещество предыдущего уровня техники
Пример
A
Свойства связующего вещества
Твердые вещества связующего вещества (%)
15,0
Реакционные потери (%)
28,5
pH
9,6
Условия отверждения брусков
Температура (°C / 1 ч)
200
Свойства брусков
Механическая прочность, без состаривания (кН)
0,39
Механическая прочность, с состариванием в водяной бане (кН)
0,28
Механическая прочность, с состариванием в автоклаве (кН)
0,28
LOI, без состаривания (%)
2,8
LOI, с состариванием в водяной бане (%)
2,8
Поглощение воды, 3 ч (%)
4
Поглощение воды, 24 ч (%)
8
ТАБЛИЦА 1-2. Гидроколлоид, поперечносшивающий агент, минеральное масло или сложный эфир жирных кислот глицерина
Пример
B
1
2
3
4
5
6
Связующая композиция
Гидроколлоид (мас.%)
Желатин, Speisegelatine, 120 по Блуму
100
100
100
100
100
100
100
Желатин, Speisegelatine, 180 по Блуму
–
–
–
–
–
–
–
Поперечносшивающий агент (мас.%)<sup>[a]</sup>
Каштановый танин
10
10
10
10
10
10
10
Сложный эфир жирных кислот глицерина (мас.%)<sup>[a]</sup>
Минеральное масло
–
1,6
6,5
–
–
–
–
Кокосовое масло (йодное число от 7 до 10)
–
–
–
6,5
–
–
–
Конопляное масло (йодное число от 140 до 170)
–
–
–
–
6,5
–
–
Льняное масло (йодное число от 136 до 178)
–
–
–
–
–
6,5
–
Оливковое масло (йодное число от 80 до 88)
–
–
–
–
–
–
6,5
Основание (мас.%)<sup>[b]</sup>
Гидроксид натрия
2,5
2,6
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
Смешивание связующего вещества и получение брусков
Содержание твердых веществ компонентов связующего вещества (%)
15,1
15,2
15,7
15,7
15,7
15,7
15,7
pH смеси связующего вещества
9,1
9,1
9,1
9,3
9,1
9,2
9,1
Температура при отверждении (°C)
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
Свойства брусков
Механическая прочность, без состаривания (кН)
0,22
0,19
0,18
0,31
0,31
0,34
0,34
Механическая прочность, с состариванием (кН)
0,17
0,12
0,12
0,25
0,24
0,30
0,28
LOI, без состаривания (%)
2,9
2,9
2,9
3,0
3,0
3,0
3,0
LOI, с состариванием в водяной бане (%)
2,6
2,6
2,7
2,8
2,8
2,8
2,8
Поглощение воды, 3 ч (%)
16
18
16
10
10
9
10
Поглощение воды, 24 ч (%)
31
31
32
23
24
23
22
[a]
[b]
от гидроколлоида.  от гидроколлоида + поперечносшивающий агент.
ТАБЛИЦА 1-3. Гидроколлоид, поперечносшивающий агент, сложный эфир жирных кислот глицерина
Пример
B
7
8
9
10
11
C
12
Связующая композиция
Гидроколлоид (мас.%)
Желатин, Speisegelatine, 120 по Блуму
100
100
100
100
100
100
–
–
Желатин, Speisegelatine, 180 по Блуму
–
–
–
–
–
–
100
100
Поперечносшивающий агент (мас.%)<sup>[a]</sup>
Каштановый танин
10
10
10
10
10
10
10
10
Сложный эфир жирных кислот глицерина (мас.%)<sup>[a]</sup>
Рапсовое масло (йодное число от 94 до 120)
–
6,5
–
–
–
–
–
–
Подсолнечное масло (йодное число от 118 до 144)
–
–
6,5
–
–
–
–
–
Тунговое масло (йодное число от 163 до 173)
–
–
–
1,6
6,5
11,3
–
6,5
Основание (мас.%)<sup>[b]</sup>
Гидроксид натрия
2,5
2,5
2,5
2,6
2,5
2,4
2,3
2,2
Смешивание связующего вещества и получение брусков
Содержание твердых веществ компонентов связующего вещества (%)
15,1
15,7
15,7
15,2
15,7
16,3
15,1
15,9
pH смеси связующего вещества
9,1
9,1
9,2
9,4
9,1
9,1
9,3
9,1
Температура при отверждении (°C)
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
Свойства брусков
Механическая прочность, без состаривания (кН)
0,22
0,28
0,26
0,29
0,32
0,28
0,24
0,37
Механическая прочность, с состариванием (кН)
0,17
0,25
0,21
0,22
0,22
0,21
0,17
0,34
LOI, без состаривания (%)
2,9
2,9
3,0
2,9
3,0
3,1
2,9
3,0
LOI, с состариванием в водяной бане (%)
2,6
2,8
2,8
2,7
2,9
3,0
2,8
2,9
Поглощение воды, 3 ч (%)
16
11
10
11
8
8
13
9
Поглощение воды, 24 ч (%)
31
25
24
24
23
20
25
22
[a]
[b]
от гидроколлоида.  от гидроколлоида + поперечносшивающий агент.
ТАБЛИЦА 1-4. Гидроколлоид, поперечносшивающий агент, сложный эфир жирных кислот глицерина
Пример
D
13
E
14
15
Связующая композиция
Гидроколлоид (мас.%)
Желатин (свиная кожа), средняя прочность геля
100
100
–
–
–
Желатин, Speisegelatine, 120 по Блуму
–
–
100
100
100
Поперечносшивающий агент (мас.%)<sup>[a]</sup>
Трансглутаминаза TI
5
5
–
–
–
Сложный эфир жирных кислот глицерина (мас.%)<sup>[a]</sup>
Тунговое масло (йодное число от 163 до 173)
–
–
–
6,5
11,3
Льняное масло (йодное число от 136 до 178)
–
5,3
–
–
–
Основание (мас.%)<sup>[b]</sup>
Гидроксид натрия
–
–
1,4
1,5
1,5
Смешивание связующего вещества и получение брусков
Содержание твердых веществ компонентов связующего вещества (%)
15,6
16,3
14,4
15,1
15,7
pH смеси связующего вещества
5,5
5,5
9,0
9,1
9,0
Температура при отверждении (°C)
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
Свойства брусков
Механическая прочность, без состаривания (кН)
0,28
0,29
0,16
0,22
0,19
Механическая прочность, с состариванием в водяной бане (кН)
0,20
0,20
–
–
–
Механическая прочность, с состариванием в автоклаве (кН)
–
–
0,16
0,28
0,24
LOI, без состаривания (%)
3,0
3,2
2,7
3,0
3,1
LOI, с состариванием в водяной бане (%)
2,7
2,8
–
–
–
Поглощение воды, 3 ч (%)
6
5
–
–
–
Поглощение воды, 24 ч (%)
9
10
–
–
–
[a]
[b]
от гидроколлоида.  от гидроколлоида + поперечносшивающий агент.
Изобретение описано со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На Фиг. 1–3 представлены последовательные схематические виды в поперечном сечении, иллюстрирующие способ формования в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
На Фиг. 4 и 5 показан второй вариант осуществления изобретения.
На Фиг. 6 представлен третий вариант осуществления изобретения.
Как показано на Фиг. 1–3, между двумя формующими частями 2, 3 помещают полотно 1 из материала минеральной ваты, содержащего неотвержденное связующее вещество. Затем полотно 1 прессуют, придавая форму в процессе смещения первой формующей части 2, имеющей положительную конфигурацию 21, ко второй формующей части 3, имеющей полость 31.
После этого материал 1' минеральной ваты в форме отверждают, удерживая между формующими частями 2, 3. Отверждение может быть достигнуто путем применения немного повышенной температуры, например, посредством продувки теплого воздуха через полотно 1 сквозь отверстия в формующих частях 2, 3 (не показаны) или путем применения вакуума к форме, что приводит к высыханию связующего вещества и, таким образом, к обеспечению конечной стадии его отверждения. Поскольку требуемая температура является относительно низкой, например, от 20 до 60 °C, например от 40 до 50 °C, формующие части 2, 3 могут быть изготовлены из широкого диапазона материалов, что делает формующие части относительно недорогими для производства.
После отверждения материала минеральной ваты в форме, формующие части 2, 3 отводят, а готовый формованный продукт 10 высвобождают из формы и готовят к дополнительной обработке.
Как показано схематически на Фиг. 4 и 5, секции изоляции для труб могут быть сформированы путем намотки полотна 1 из минеральной ваты вокруг мандрели 4. Полотно 1 может быть выполнено с отвержденным связующим веществом, а дополнительное связующее вещество может быть напылено на поверхность распылительным устройством 5. Затем это дополнительное связующее вещество действует в качестве адгезива, обеспечивая возможность наматывания на мандрель 4 нескольких слоев материала с формированием секции трубы с предварительно заданной толщиной стенки. Внешнюю поверхность секции трубы предпочтительно поддерживают валики, лента или даже закрытая формовочная часть (не показана). Полученный в результате продукт 10 — секцию трубы — затем можно подвергать процессу сушки/отверждения, предпочтительно при немного повышенной температуре для отверждения связующего адгезива. В другом варианте осуществления полотно из минеральной ваты изначально не отверждено, и затем весь цилиндр отверждают перед снятием с мандрели. В этом варианте осуществления обычно нет необходимости добавлять какое-либо дополнительное связующее вещество в процессе намотки.
Как показано на Фиг. 6, изолирующую секцию трубу можно формировать с использованием стержня-сердечника 6, а затем складывать вокруг него неотвержденное полотно 1 из минеральной ваты, и затем отверждать связующее вещество. Кроме того, в данном варианте осуществления часто обеспечивают формующую часть, которая поддерживает наружную поверхность свернутого полотна 1 из минеральной ваты (не показана). Этот способ формования или формирования секции трубы позволяет получать трубчатые продукты 10 большой длины.
В соответствии с изобретением могут быть изготовлены многие другие типы продуктов из минеральной ваты, отличные от уже упомянутых. К примерам относятся: предварительно сформированная изоляционная деталь, такая как клапан, трубный изгиб или т.п.; предварительно сформированная изоляционная деталь для транспортного средства; предварительно сформированный блок субстрата для выращивания, или пробку, или плиту; предварительно сформированную потолочную плитку; или предварительно сформированный продукт для контроля воды, предназначенный для запасания или переноса воды.
Форма, используемая в изобретении, может быть снабжена средствами для продувки воздуха через полотно из минеральной ваты для отверждения связующего вещества. В альтернативном варианте осуществления форма может быть герметичной, когда она находится в закрытом состоянии, и может быть применено вакуумирование для сушки связующего вещества, таким образом обеспечивая его конечное отвержденное состояние.