СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ КОНСТРУКЦИИ
METHOD OF PROVIDING STRUCTURAL INSULATION

Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к способу обеспечения термической и/или акустической изоляции конструкции путем нанесения на конструкцию содержащей волокна подложки и смешивания подложки с композицией связующего вещества до, в процессе или после нанесения подложки на конструкцию. Настоящее изобретение также относится к изолированной конструкции, получаемой таким способом.
Предпосылки создания изобретения
Обеспечение изолирующего материала для конструкции (например, здания, компонента здания, например строительной балки или части здания) является важным моментом во многих строительных проектах. Обеспечивающие термическую изоляцию материалы могут значительно снизить требования по энергетическому обеспечению здания, а материалы, обеспечивающие акустическую изоляцию, могут снизить посторонний наружный шум или устранить его. Некоторые изолирующие материалы также улучшают пожаростойкость конструкций здания. Изолирующий материал обычно содержит зернистый материал и/или волокна, обеспечивающие изолирующий эффект.
Изолирующий материал, содержащий волокна, доступен в ряде различных форм. Например, жесткие формы, такие как панели, плиты и маты, можно разрезать и помещать в конструкцию, которую нужно изолировать. Альтернативно материал может быть представлен в засыпной форме или в форме напыляемой пены.
Для формирования таких изолирующих продуктов волокна, необязательно в комбинации с зернистым материалом, обычно скрепляют друг с другом. Обычно композицию связующего вещества смешивают с волокнами и/или зернистым материалом, а затем формируют в изолирующий продукт, например панели, плиты, маты или насыпной материал, который затем наносят на конструкцию.
Изолирующие продукты часто требуются в труднодоступных или имеющих нестандартные геометрические формы частях здания. Таким образом, желательно формировать изолирующий материал, который удобно распылять или задувать в необходимые части конструкции на месте эксплуатации. Часто используемым изолирующим материалом является гранулят из минеральной ваты, который обеспечивается связующим веществом. Обычно любая композиция связующего вещества, присутствующая в изолирующем материале, который напыляют на конструкцию, формирует часть зернистого материала и/или волокон. Например, композиции связующего вещества добавляют к минеральным волокнам на раннем этапе обработки, так как они обычно схватываются или отверждаются при повышенных температурах. Кроме того, известно, что в процессе нанесения гранулята добавляют жидкое стекло.
В прошлом для изготовления изолирующего материала в качестве композиций связующего вещества использовали фенолформальдегидные смолы, получение которых может быть экономичным. Однако данные связующие вещества имеют недостаток, заключающийся в содержании формальдегида, и, следовательно, они являются потенциально опасными в обращении и требуют защитных мер при обращении с ними на объекте. Связующими веществами, которые не являются фенолформальдегидными и которые можно использовать в качестве адгезивов, являются связующие вещества на основе сахара, такие как, например, композиции, описанные в EP 2990494 A1, PCT/EP 2015/080758, WO 2007/014236, WO 2011/138458 и WO 2009/080938.
Другая группа нефенолформальдегидных связующих веществ представляет собой продукты реакций соединения/отщепления алифатических и/или ароматических ангидридов с алканоламинами, как описано в публикациях WO 99/36368, WO 01/05725, WO 01/96460, WO 02/06178, WO 2004/007615 и WO 2006/061249. Эти композиции связующего вещества являются водорастворимыми и обладают превосходными связующими свойствами, с точки зрения скорости отверждения и плотности при отверждении. В публикации WO 2008/023032 описаны модифицированные мочевиной связующие вещества такого типа, который позволяет получать продукты из минеральной ваты, для которых характерно уменьшенное поглощение влаги.
Так как некоторые из исходных материалов, используемых при производстве таких связующих веществ, являются достаточно дорогостоящими химикатами, сохраняется необходимость в получении связующих веществ без содержания формальдегида, которые можно производить экономичным образом.
Дополнительным эффектом, относящимся к ранее известным водным композициям связующего вещества для изолирующего материала, является то, что по меньшей мере большинство исходных материалов, используемых для производства этих связующих веществ, являются производными ископаемого топлива. В настоящее время потребители склонны предпочитать продукты, которые полностью или по меньшей мере частично производятся из возобновляемых материалов, и, следовательно, существует необходимость в обеспечении связующих веществ для изолирующего материала, которые по меньшей мере частично производятся из возобновляемых материалов.
Дополнительным эффектом, относящимся к ранее известным водным композициям связующего вещества для изолирующего материала, является то, что они содержат компоненты, являющиеся коррозионными и/или вредными. В данном случае необходимо принимать меры по защите оборудования, связанного с получением изолирующих продуктов, чтобы избежать коррозии, а также лицам, работающим с этим оборудованием, необходимо соблюдать меры безопасности. Это ведет к росту затрат и проблемам со здоровьем, и, следовательно, существует потребность в обеспечении композиций связующего вещества для изолирующего материала с уменьшенным содержанием коррозионных и/или вредных материалов.
Еще одним эффектом, относящимся к ранее известным водным композициям связующего вещества для изолирующего материала, является то, что для производства этих связующих веществ обычно необходимо серьезное оборудование для отверждения связующего вещества. Оборудование для отверждения обычно представляет собой печь, работающую при температурах намного выше 100°C, например около 200°C, что связанно с повышенным потреблением энергии.
Кроме того, длительное время отверждения и высокая температура отверждения, которые необходимы для существующих композиций связующего вещества, означают, что традиционные композиции связующего вещества нужно смешивать с волокнами на этапе изготовления, т. Е. на заводе-изготовителе. Отсутствует возможность смешивания композиции связующего вещества с волокнами без связующего вещества на месте эксплуатации, т. е. на этапе строительства. Это связано с тем, что обеспечение требуемых условий отверждения на месте эксплуатации будет непрактичным и дорогостоящим.
Кроме условий отверждения, которые непрактичны для применения на месте эксплуатации, существующие композиции связующего вещества, такие как рассмотренные выше, в процессе отверждения часто выделяют вредные вещества. Следовательно, любое отверждение на месте эксплуатации потребует защитных мер и специального обучения работников, выполняющих отверждение.
Изложение сущности изобретения
Соответственно, целью настоящего изобретения было предложение способа обеспечения термической и/или акустической изоляции для конструкции с применением композиции связующего вещества, в которой в качестве сырья используются возобновляемые материалы и уменьшается или устраняется использование коррозионных и/или вредных материалов.
Соответственно, целью настоящего изобретения было предложение способа обеспечения термической и/или акустической изоляции для конструкции с применением композиции связующего вещества, не требующей высокой температуры для отверждения.
Дополнительно целью настоящего изобретения было предложение способа обеспечения термической и/или акустической изоляции для конструкции с применением композиции связующего вещества, которую можно наносить на конструкцию на месте эксплуатации, например непосредственно до, в процессе или после нанесения изолирующей подложки на конструкцию, и отверждать на месте эксплуатации.
Кроме того, целью настоящего изобретения было предложение способа обеспечения термической и/или акустической изоляции для конструкции с применением композиции связующего вещества, при котором при нанесении, отверждении композиции связующего вещества и обращении с ней сводилось к минимуму воздействие вредных веществ, а также не требовалось защитных мер.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложен способ обеспечения термической и/или акустической изоляции для конструкции, включающий: - обеспечение подложки, содержащей волокна; - нанесение подложки на конструкцию; - смешивание подложки с композицией связующего вещества до, в процессе или после нанесения подложки на конструкцию; - отверждение композиции связующего вещества после нанесения подложки и композиции связующего вещества на конструкцию; причем композиция связующего вещества содержит по меньшей мере один гидроколлоид.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предложена изолированная конструкция, которую можно получить способом по первому аспекту настоящего изобретения.
Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что можно предложить способ обеспечения термической и/или акустической изоляции для конструкции в соответствии с вышеприведенным описанием, причем композицию связующего вещества можно по большей части получать из возобновляемых материалов, композиция не содержит или лишь в небольшой степени содержит какие-либо коррозионные и/или вредные агенты.
Авторы настоящего изобретения неожиданно также обнаружили, что, поскольку композиция связующего вещества, использованная в настоящем способе, обычно не содержит никаких вредных веществ и обычно не выделяет никаких вредных веществ при отверждении, способ может осуществить любой человек на месте эксплуатации без каких-либо средств защиты и без необходимости в специальном обучении осуществлению способа.
Более того, авторами настоящего изобретения неожиданно было обнаружено, что использованная в настоящем изобретении композиция связующего вещества не требует длительного времени отверждения или высоких температур отверждения; в результате, изолирующий материал можно наносить на конструкцию на месте эксплуатации, и связующее вещество может отверждаться на месте эксплуатации.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
В первом аспекте настоящего изобретения предложен способ обеспечения термической и/или акустической изоляции для конструкции, включающий: - обеспечение подложки, содержащей волокна; - нанесение подложки на конструкцию; - смешивание подложки с композицией связующего вещества до, в процессе или после нанесения подложки на конструкцию; - отверждение композиции связующего вещества после нанесения подложки и композиции связующего вещества на конструкцию; причем композиция связующего вещества содержит по меньшей мере один гидроколлоид.
Термическую и/или акустическую изоляцию можно наносить на любую конструкцию. Обычно эта конструкция является частью здания. В предпочтительном варианте осуществления подлежащая изолированию конструкция представляет собой стену, пустотную стену, потолок, пол, чердак или кровлю здания или компонент здания.
Подложка содержит волокна и предпочтительно также зернистый материал. Если зернистый материал представляет собой аэрогель, то он может присутствовать в количествах до 45-70 мас. %. Можно добавить огнестойкий зернистый материал в количестве до аналогичного (в мас. %).
Наиболее предпочтительно, чтобы подложка, содержащая волокна и необязательно зернистый материал, не содержала исходной композиции связующего вещества до тех пор, пока подложку не смешают с композицией связующего вещества настоящего изобретения. Тогда в этом случае единственным связующим веществом в готовой изолированной конструкции будет связующее вещество, требуемое в соответствии с настоящим изобретением.
В одном варианте осуществления подложка не содержит минеральной ваты.
Подложки минерального волокна, 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, таким как термореактивный полимерный связующий материал.
В изобретении можно использовать натуральные волокна, синтетические волокна или комбинацию натуральных и синтетических волокон.
Подходящие натуральные волокна могут быть выбраны из волокон животного происхождения, таких как овечья шерсть, и волокон растительного происхождения, таких как древесные волокна, целлюлозные волокна, хлопковые волокна, солома, конопля, лен. Натуральные волокна предпочтительно не содержат асбеста.
Подходящие синтетические волокна могут представлять собой неорганические волокна, органические волокна или смесь органических и неорганических волокон.
Подходящие синтетические волокна могут быть выбраны из арамидных волокон, полиакрилонитриловых (ПАН) волокон, углеродных волокон, полиэфирных волокон и полиамидных волокон.
Предпочтительно волокна являются неорганическими. Наиболее предпочтительно они представляют собой минеральные волокна, такие как стекловолокна, керамические волокна или базальтовые волокна, шлаковые волокна и каменные волокна.
В одном варианте осуществления минеральные волокна предпочтительно имеют форму гранулированных хлопьев волокон, скрепленных композицией связующего вещества.
В данном варианте осуществления хлопья представляют собой гранулированный продукт. Гранулированный продукт обычно изготавливают с обеспечением отвержденного полотна из минеральной ваты, а затем подвергают полотно процессу гранулирования, в результате которого формируются гранулы. Гранулы обычно имеют размер 1-5 см, и содержание связующего вещества составляет значение LOI, которое обычно составляет около 1%. Гранулы упаковывают в спрессованном состоянии, затем упаковку открывают на объекте строительства для нанесения гранулированного продукта с помощью выдувного оборудования, например на горизонтальный чердак, между стенами или в другую конструкцию.
Композицию связующего вещества подают в процессе нанесения гранулированного продукта или до него, тем самым склеивая друг с другом гранулы, которые представляют собой элементы из минеральной ваты. В результате использования гранул и композиции связующего вещества обеспечивается гранулированный продукт из минеральной ваты, имеющий улучшенные свойства, такие как меньшая подверженность запылению и обеспечение более жесткой конструкции, меньше подверженной сплющиванию под собственным весом.
В альтернативном варианте осуществления в результате использования гранул и композиции связующего вещества обеспечивается гранулированный продукт из минеральной ваты, прилипающий к конструкции здания, такой как стена или перекрытие, таким образом, что продукт из минеральной ваты полностью или частично покрывает конструкцию здания.
Однако предпочтительно, чтобы волокна были в форме нескрепленных волокон, чтобы единственным связующим веществом в готовой изолированной конструкции было связующее вещество, требуемое в соответствии с изобретением.
Подходящие зернистые материалы могут представлять собой один или более материалов, выбранных из аэрогеля, целлюлозного материала, перлита, цеолита, ксонотлита, вермикулита и микросфер. В предпочтительном варианте осуществления зернистый материал представляет собой аэрогель, перлит, вермикулит, материал с обратимыми фазами или огнестойкий материал.
Некоторые волокнистые и зернистые материалы, особенно натуральные материалы и синтетические органические волокна, могут быть чувствительными к теплу, например, некоторые из этих материалов имеют относительно низкую температуру плавления по сравнению с неорганическими волокнами. Связный композит изобретения обладает преимуществом по сравнению с обычными связными композитами, которое заключается в том, что с ним можно использовать термочувствительные компоненты, так как для отверждения связующего вещества не требуется нагрева.
В способе обеспечения изоляции в соответствии с настоящим изобретением композиция связующего вещества содержит по меньшей мере один гидроколлоид. Обычно композиция связующего вещества представляет собой водную композицию.
В предпочтительном варианте осуществления композиции связующего вещества не содержат формальдегида.
2
2
Для целей настоящей заявки термин «не содержит формальдегида» используется, чтобы охарактеризовать изолированный продукт, содержащий волокна, в котором эмиссия формальдегида из массы подложки, скрепленной связующим веществом, 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 подложек, скрепленных связующим веществом в соответствии с настоящим изобретением, является то, что для них характерны свойства самовосстановления. После воздействия очень жестких условий, когда скрепленная связующим веществом масса подложки теряет часть своей прочности, скрепленные подложки 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 является необратимой.
Без ограничений, накладываемых какой-либо конкретной теорией, авторы настоящего изобретения полагают, что это неожиданное свойство изолированных продуктов, содержащих волокна в соответствии с настоящим изобретением, обусловлено сложным характером связей, формирующих сеть в отвержденной композиции связующего вещества, 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 качестве изоляции крыши, 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 композиция связующего вещества 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 используется в форме соли, например соли Na+, K+, NH4+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+.
Желатин
Желатин получают путем химического разложения коллагена. 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 также можно подвергать дополнительному гидролизу до более мелких фрагментов вплоть до 3000 г/моль.
При охлаждении раствора желатина могут образовываться 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 композициям связующего вещества в соответствии с настоящим изобретением может добавляться мочевина. 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 композиций связующего вещества в соответствии с настоящим изобретением, 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 композиции связующего вещества, которая затрудняет высвобождение воды под ней.
Неожиданно было обнаружено, что связующие вещества в соответствии с настоящим изобретением, содержащие желатины, имеют очень высокую термостойкость. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что в некоторых вариантах осуществления затвердевшие связующие вещества могут выдерживать температуры вплоть до 300°C без разложения.
Пектин
Пектин представляет собой гетерогенную группу кислотных структурных полисахаридов, содержащихся в 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 двухвалетных 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 (50-100000 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 25000 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 композиция связующего вещества 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 композиция связующего вещества 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 композиция связующего вещества содержит по меньшей мере два гидроколлоида, причем один гидроколлоид представляет собой желатин, а по меньшей мере один другой гидроколлоид представляет собой альгинат.
В одном варианте осуществления композиция связующего вещества содержит по меньшей мере два гидроколлоида, причем один гидроколлоид представляет собой желатин, а по меньшей мере один другой гидроколлоид представляет собой карбоксиметилцеллюлозу.
В предпочтительном варианте осуществления композиция связующего вещества в соответствии с настоящим изобретением содержит по меньшей мере два гидроколлоида, причем один гидроколлоид представляет собой желатин, и причем желатин присутствует в композиции связующего вещества в количестве 10-95 мас. %, например 20-80 мас. %, например 30-70 мас. %, например 40-60 мас. %, от массы гидроколлоидов.
В одном варианте осуществления композиция связующего вещества содержит по меньшей мере два гидроколлоида, причем один гидроколлоид и по меньшей мере один другой гидроколлоид имеют комплементарные заряды.
В одном варианте осуществления один гидроколлоид представляет собой один или более из желатина и 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 композиция связующего вещества 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 композиция связующего вещества в соответствии с настоящим изобретением не является термореактивным связующим веществом.
Термореактивная 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 необходимы температуры более 95°C.
Отвержденная термореактивная смола называется термореактивным веществом или термоотвержденным пластиком/полимером, а при использовании в качестве основы в полимерном композите обычно называется термореактивным полимерным матриксом. В одном варианте осуществления водная композиция связующего вещества в соответствии с настоящим изобретением 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 композиция связующего вещества содержит белки животного происхождения, включая коллаген, желатин и гидролизованный желатин, и композиция связующего вещества дополнительно содержит по меньшей мере одно фенол- и/или хинон-содержащее 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 композиция связующего вещества содержит белки животного происхождения, включая коллаген, желатин и гидролизованный желатин, и при этом композиция связующего вещества 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).
В одном варианте осуществления композиция связующего вещества не содержит формальдегида.
В одном варианте осуществления композиция связующего вещества в соответствии с настоящим изобретением по существу состоит из: - по меньшей мере одного гидроколлоида; - необязательно по меньшей мере одного масла; - 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 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.
В одном варианте осуществления по меньшей мере один гидроколлоид присутствует в композиции связующего вещества в количестве 1-50, например 2,5-25 мас. %, от массы композиции связующего вещества.
В одном варианте осуществления 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 способе обеспечения термической и/или акустической изоляции в соответствии с настоящим изобретением композицию связующего вещества смешивают с подложкой до, в процессе или после нанесения подложки на конструкцию.
Когда композицию связующего вещества смешивают с подложкой до нанесения подложки на конструкцию, этап смешивания предпочтительно происходит не ранее чем за 20 минут до нанесения смеси (представляющей собой смешанные друг с другом подложку и композицию связующего вещества) на конструкцию, более предпочтительно не ранее чем за 10 минут, наиболее предпочтительно не ранее чем за 5 минут. Это сводит к минимуму отверждение композиции связующего вещества до нанесения смеси на подлежащую изоляции конструкцию.
Когда композицию связующего вещества смешивают с подложкой в процессе нанесения на конструкцию, предпочтительно, чтобы композиция связующего вещества и подложка наносились на конструкцию одновременно.
В предпочтительном варианте осуществления подложку и композицию связующего вещества наносят на подложку распылением, выдуванием или наливом.
Наиболее предпочтительным является нанесение композиции связующего вещества и подложки одновременным распылением. Это можно обеспечить, например, путем смешивания подложки и композиции связующего вещества для формирования смеси с последующим распылением смеси через одну или более форсунок. Альтернативно подложку (-и) и композицию связующего вещества можно распылять из отдельных форсунок для формирования единого смешанного потока, наносимого на конструкцию. В качестве дополнительного варианта два или более потоков можно смешивать в точке нанесения на конструкцию.
Когда подложка содержит два или более компонентов, их можно смешивать до смешивания с композицией связующего вещества или наносить по отдельности, но одновременно, как для вышеприведенных вариантов подложки и композиции связующего вещества.
В вариантах осуществления, в которых композиция связующего вещества содержит два или более компонентов, их обычно смешивают до последующего смешивания с подложкой. Однако их можно наносить по отдельности, как для вышеприведенных вариантов подложки и композиции связующего вещества.
Когда композицию связующего вещества смешивают с подложкой после нанесения подложки на конструкцию, этап смешивания предпочтительно происходит не позднее чем через 20 минут после нанесения подложки на конструкцию, более предпочтительно не позднее чем через 10 минут, наиболее предпочтительно не позднее чем через 5 минут. Это сводит к минимуму отверждение связующего вещества до полного смешивания подложки и связующего вещества.
В соответствующих случаях подложку и композицию связующего вещества наносят по меньшей мере на одну поверхность конструкции, например по меньшей мере одну стену. Альтернативно подложку и композицию связующего вещества можно добавлять в полость или пространство в конструкции, такой как пустотная стена.
В способе настоящего изобретения отверждение композиции связующего вещества обеспечивают после нанесения подложки и композиции связующего вещества на конструкцию. Предпочтительно отверждение композиции связующего вещества обеспечивают при температуре окружающей среды, т. е. при температуре, наблюдаемой на месте нахождения конструкции, без применения источника тепла. Температура окружающей среды может составлять от 10 до 40°C. В другом предпочтительном варианте осуществления отверждение композиции связующего вещества предпочтительно происходит при температуре от 5 до 95°C, например от 5 до 80°C, например от 8 до 50°C, более предпочтительно от 10°C до 40°C. Если требуется выполнить отверждение при температуре, отличной от температуры окружающей среды, то конструкцию или ее окружение можно нагреть или охладить.
Предпочтительно этап отверждения занимает время порядка минут или часов.
Отверждение определяется как процесс, при котором в композиции связующего вещества протекает физическая и/или химическая реакция, которая, в случае химической реакции, обычно увеличивает молекулярную массу соединений в композиции связующего вещества и тем самым повышает вязкость композиции связующего вещества, обычно до тех пор, пока композиция связующего вещества 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 сушку под давлением. Давление можно применять, продувая воздух или газ поверх/сквозь смесь волокон и необязательно зернистого материала и связующего вещества. Процесс продувки может сопровождаться нагреванием или охлаждением, или он может происходить при температуре окружающей среды.
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.
После отверждения композиции связующего вещества смесь подложки и композиции связующего вещества становится связной.
Смесь подложки и отвержденной композиции связующего вещества предпочтительно имеет плотность от 10 до 900 кг/м3.
Для использования в качестве материала регулирования акустики (например, звукопоглощения) смесь подложки и отвержденной композиции связующего вещества может иметь плотность от 60 до 200 кг/м3, предпочтительно от 80 до 150 кг/м3.
w
Звукопоглощающим может быть назван материал со взвешенным коэффициентом звукопоглощения α≥0,8 (Класс поглощения A и B - EN ISO 11654).
Для использования в качестве теплоизолирующего материала смесь подложки и отвержденной композиции связующего материала может иметь плотность от 10 до 200 кг/м3, предпочтительно от 30 до 100 кг/м3.
Теплоизолирующим материалом может быть назван материал с лямбда-значением при 10°C, равным λ≤0,060 Вт/м⋅K.
Настоящее изобретение также относится к изолированной конструкции, получаемой описанным выше способом. В частности, вторым аспектом настоящего изобретения является изолированная конструкция, которую можно получить способом, включающим:
- обеспечение подложки, содержащей волокна;
- нанесение подложки на конструкцию;
- смешивание подложки с композицией связующего вещества до, в процессе или после нанесения подложки на конструкцию;
- отверждение композиции связующего вещества после нанесения подложки и композиции связующего вещества на конструкцию;
причем композиция связующего вещества содержит по меньшей мере один гидроколлоид.
Изолированная конструкция может быть любой конструкцией, но предпочтительно она представляет собой стену, пустотную стену, потолок, пол, чердак или кровлю здания или компонент здания.
Изолированная конструкция предпочтительно обеспечивает термическую и/или акустическую изоляцию.
В данном аспекте изобретения можно применять любые из признаков, рассмотренных выше относительно первого аспекта.
Изолированный продукт, изготовленный в соответствии с настоящим изобретением, содержит связующее вещество, полученное в результате отверждения композиции связующего вещества, содержащей гидроколлоид, как описано в первом аспекте настоящего изобретения.
В одном варианте осуществления потери при прокаливании (LOI) скрепленной связующим веществом массы подложки в соответствии с настоящим изобретением находятся в диапазоне от 0,1 до 25,0%, например от 0,3 до 18,0%, например от 0,5 до 12,0%, например от 0,7 до 8,0 мас. %.
Изолированный продукт может иметь массовое процентное содержание твердых веществ связующего средства в подложке в диапазоне от 0,1 до 50,0%, например от 0,3 до 36,0%, например от 0,5 до 24,0%, например от 0,7 до 16,0%, например от 1,4 до 12,0%, например от 2,0 до 8,0%, от массы подложки.
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 изолированные продукты, изготовленные в соответствии с настоящим изобретением, лучше всего получать, если связующее вещество наносят на подложку в кислых условиях. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления связующее вещество, нанесенное на подложку, 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 композиция связующего вещества 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 композиция связующего вещества в соответствии с настоящим изобретением 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 композиции связующего вещества, 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 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.
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 композиции связующего вещества 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 композиция связующего вещества в соответствии с настоящим изобретением 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 композиции связующего вещества в соответствии с настоящим изобретением содержат дополнительные добавки в форме добавок, выбранных из группы, состоящей из реагентов, подобных ПЭГ, силанов или гидроксилапатитов.
Примеры
В следующих примерах несколько связующих веществ, подпадающих под определение настоящего изобретения, готовили и сравнивали со связующими веществами предыдущего уровня техники.
Связующие вещества предыдущего уровня 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 средства, определение и процедура
Содержание связующего средства после отверждения называется «твердыми веществами связующего средства».
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 средства как среднее из двух результатов. После этого связующее средство с нужным содержанием твердых веществ связующего 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 твердыми веществами компонентов связующего вещества и твердыми веществами связующего.
Исследования механической прочности (испытания брусков), процедура
Механическую прочность связующих средств исследовали в испытании брусков. Для каждого связующего средства изготавливали 16 брусков из смеси связующего средства 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 средства с 15% содержанием твердых веществ связующего средства, содержащий 0,5% силана (Momentive VS-142) от твердых веществ связующего средства, получали в соответствии с представленным выше описанием в разделе «твердые вещества связующего средства». Образец такого раствора связующего средства (16,0 г) хорошо перемешивали с гранулами (80,0 г). Полученную смесь равномерно распределяли по четырем отсекам 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 средства получали 16 брусков. Полученные бруски далее отверждали при 200°C в течение 1 ч. После охлаждения до комнатной температуры бруски осторожно извлекали из контейнеров. Восемь из 16 брусков подвергали состариванию в автоклаве (15 мин/120°C/0,12 МПа (1,2 бар)).
2
2
После сушки в течение 1-2 дней все бруски переламывали в испытании на 3-точечный изгиб (скорость при испытании: 10,0 мм/мин; уровень разрыва: 50%; номинальная сила: 30 МПа (30 Н/мм); опорное расстояние: 40 мм; макс. прогиб 20 мм; номинальный модуль упругости 10000 МПа (10000 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:
Сравнительные примеры - эталонные связующие вещества предыдущего уровня техники
Пример связующего средства, эталонное связующее средство 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 готовят связующее средство, добавляя 25% водн. раствора аммиака (90 мл) и сульфата аммония (13,2 г), а затем воду (1,30 кг). Далее измеряли содержание твердых веществ в связующем веществе, как описано выше, и смесь разбавляли необходимым количеством воды и силана (Momentive VS-142) для исследования механической прочности (15% раствор твердых веществ связующего, 0,5% силана из твердых веществ связующего).
Связующие вещества в соответствии с настоящим изобретением
Для связующих веществ настоящего изобретения определяли указанные ниже свойства.
Реагенты
Желатины (Speisegelatine, тип A, свиной, 120 и 180 по Блуму; Imagel LB, тип B, 122 по Блуму) были получены от компании Gelita AG. Каштановый танин Tannorouge был получен от компании Brouwland bvba. Агар-агар (05039), геллановая камедь (P8169), пектин из кожуры плодов цитрусовых (P9135), альгинат натрия из бурых водорослей (A0682), натрий-карбоксиметилцеллюлоза (419303), растворимый крахмал (S9765) и гидроксид натрия были получены от компании Sigma-Aldrich. Для упрощения эти реагенты считались совершенно 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 средств исследовали в испытании брусков. Для каждого связующего средства изготавливали 8-16 брусков из смеси связующего средства 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 средства получали в соответствии в описанием, представленным ниже в примерах. В случае сравнительно медленно отверждающихся связующих средств образец раствора связующего средства (16,0 г для связующих средств с 10-15% твердых веществ компонентов связующего средства; 32,0 г для связующих средств с 5% твердых веществ компонентов связующего средства) хорошо перемешивали с гранулами (80,0 г). Полученную смесь равномерно распределяли по четырем отсекам 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). В случае сравнительно быстро отверждающихся связующих средств образец раствора связующего средства (8,0 г для связующих средств с 10-15% твердых веществ компонентов связующего средства и 16,0 г для связующих средств с 5% твердых веществ компонентов связующего средства) хорошо перемешивали с гранулами (40,0 г, предварительно нагреты до 35-40°C перед применением) и полученную смесь равномерно распределяли только по двум отсекам. 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 средства получали 8-16 брусков. Полученные бруски далее отверждали при комнатной температуре в течение 1-2 дней или сначала отверждали в течение 15 минут при температурах печи, указанных в таблицах ниже, а затем в течение 1-2 дней при комнатной температуре. Если после этого времени отверждение было недостаточным, бруски отверждали в течение 1 дня при 35°C. Далее бруски аккуратно извлекали из контейнеров, поворачивали верхней стороной вниз и оставляли на день при комнатной температуре для полного отверждения. Половину из 8-16 брусков подвергали состариванию в автоклаве (15 мин/120°C/0,12 МПа (1,2 бар)).
2
2
После сушки в течение 1-2 дней все бруски переламывали в испытании на 3-точечный изгиб (скорость при испытании: 10,0 мм/мин; уровень разрыва: 50%; номинальная сила: 30 МПа (30 Н/мм); опорное расстояние: 40 мм; макс. прогиб 20 мм; номинальный модуль упругости 10000 МПа (10000 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:
Пример связующего вещества, пункт 1
Смесь желатина (Speisegelatine, тип A, свиной, 120 по Блуму, 7,5 г) в воде (42,5 г) перемешивали при 50°C в течение около 15-30 мин до получения прозрачного раствора (pH 5,1). Полученный раствор использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 3
Смесь желатина (Speisegelatine, тип A, свиной, 180 по Блуму, 8,82 г) в воде (50,0 г) перемешивали при 50°C в течение около 15-30 мин до получения прозрачного раствора (pH 5,2). Полученный раствор использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 5
Смесь желатина (Imagel LB, тип B, 122 по Блуму, 8,82 g) в воде (50,0 г) перемешивали при 50°C в течение около 15-30 мин до получения прозрачного раствора (pH 5,1). Полученный раствор использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 7
В воду (50,0 г) при интенсивном перемешивании при 85°C добавляли порциями натрий-карбоксиметилцеллюлозу (2,63 г) в течение около 15 минут. Перемешивание продолжали в течение еще 0,5--1 ч при 85°C до получения прозрачного раствора (pH 8,4). Полученный раствор использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 8
В воду (50,0 г) при интенсивном перемешивании при 85°C добавляли порциями растворимый крахмал (2,63 г) в течение около 15 минут. Перемешивание продолжали в течение еще 0,5--1 ч при 85°C до получения прозрачного раствора (pH 6,4). Полученный раствор использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 9
В воду (50,0 г) при интенсивном перемешивании при 85°C добавляли порциями агар-агар (2,63 г) в течение около 15 минут. Перемешивание продолжали в течение еще 0,5-1 ч при 85°C до получения прозрачного раствора.
Смесь желатина (Speisegelatine, тип A, свиной, 120 по Блуму, 8,82 г) в воде (50,0 г) перемешивали при 50°C в течение около 15-30 мин до получения прозрачного раствора. Затем добавляли часть вышеуказанного раствора агар-агара (19,6 г, таким образом, фактически 0,98 г агар-агара и 18,6 г воды) и перемешивание продолжали при 50°C в течение еще 5 мин (pH 5,3). Полученный раствор использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 10
В воду (50,0 г) при интенсивном перемешивании при 85°C добавляли порциями геллановую камедь (2,63 г) в течение около 15 минут. Перемешивание продолжали в течение еще 0,5-1 ч при 85°C до получения прозрачного раствора.
Смесь желатина (Speisegelatine, тип A, свиной, 120 по Блуму, 8,82 г) в воде (50,0 г) перемешивали при 50°C в течение около 15-30 мин до получения прозрачного раствора. Затем добавляли часть вышеуказанного раствора геллановой камеди (19,6 г, таким образом, фактически 0,98 г геллановой камеди и 18,6 г воды) и перемешивание продолжали при 50°C в течение еще 5 мин (pH 5,3). Полученный раствор использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 11
В воду (50,0 г) при интенсивном перемешивании при 85°C добавляли порциями пектин (2,63 г) в течение около 15 минут. Перемешивание продолжали в течение еще 0,5-1 ч при 85°C до получения прозрачного раствора.
Смесь желатина (Speisegelatine, тип A, свиной, 120 по Блуму, 8,82 г) в воде (50,0 г) перемешивали при 50°C в течение около 15-30 мин до получения прозрачного раствора.
Затем добавляли часть вышеуказанного раствора пектина (19,6 г, таким образом, фактически 0,98 г пектина и 18,6 г воды) и перемешивание продолжали при 50°C в течение еще 5 мин (pH 4,8). Полученный раствор использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 12
В воду (50,0 г) при интенсивном перемешивании при 85°C добавляли порциями альгинат натрия (2,63 г) в течение около 15 минут. Перемешивание продолжали в течение еще 0,5-1 ч при 85°C до получения прозрачного раствора.
Смесь желатина (Speisegelatine, тип A, свиной, 120 по Блуму, 8,82 г) в воде (50,0 г) перемешивали при 50°C в течение около 15-30 мин до получения прозрачного раствора. Затем добавляли часть вышеуказанного раствора альгината натрия (19,6 г, таким образом, фактически 0,98 г альгината натрия и 18,6 г воды) и перемешивание продолжали при 50°C в течение еще 5 мин (pH 5,3). Полученный раствор использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 13
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, 8,00 г) в воде (72,0 г) перемешивали при 50°C в течение около 15-30 мин до получения прозрачного раствора (pH 4,8). Далее добавляли 1 M NaOH (3,50 г) (pH 9,3), а затем часть вышеуказанного раствора каштанового танина (3,60 г; таким образом, фактически 0,80 г каштанового танина). После перемешивания в течение еще 1-2 минут при 50°C полученную коричневую смесь (pH 9,2) использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 14
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 около 15-30 мин до получения прозрачного раствора (pH 4,9). 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). 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 17
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 около 15-30 мин до получения прозрачного раствора (pH 4,8). Далее добавляли 1 M NaOH (3,50 г) (pH 9,2), а затем часть вышеуказанного раствора каштанового танина (4,50 г; таким образом, фактически 1,00 г каштанового танина). После перемешивания в течение еще 1-2 минут при 50°C полученную коричневую смесь (pH 9,2) использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 19
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, 122 по Блуму, 10,0 г) в воде (56,7 г) перемешивали при 50°C в течение около 15-30 мин до получения прозрачного раствора (pH 4,7). Далее добавляли 1 M NaOH (3,50 г) (pH 9,2), а затем часть вышеуказанного раствора каштанового танина (4,50 г; таким образом, фактически 1,00 г каштанового танина). После перемешивания в течение еще 1-2 минут при 50°C полученную коричневую смесь (pH 9,2) использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 21
В воду (50,0 г) при интенсивном перемешивании при 85°C добавляли порциями агар-агар (2,63 г) в течение около 15 минут. Перемешивание продолжали в течение еще 0,5-1 ч при 85°C до получения прозрачного раствора.
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 около 15-30 мин до получения прозрачного раствора (pH 4,6). 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), а затем часть вышеуказанного раствора агар-агара (20,0 г; таким образом, фактически 1,00 г агар-агара). После перемешивания в течение еще 1-2 минут при 50°C полученную коричневую смесь (pH 8,8) использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 22
В воду (50,0 г) при интенсивном перемешивании при 85°C добавляли порциями пектин (2,63 г) в течение около 15 минут. Перемешивание продолжали в течение еще 0,5-1 ч при 85°C до получения прозрачного раствора.
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 около 15-30 мин до получения прозрачного раствора (pH 4,6). Далее добавляли 1 M NaOH (4,50 г) (pH 9,6), а затем часть вышеуказанного раствора каштанового танина (4,50 г; таким образом, фактически 1,00 г каштанового танина), а затем часть вышеуказанного раствора пектина (20,0 г; таким образом, фактически 1,00 г пектина). После перемешивания в течение еще 1-2 минут при 50°C полученную коричневую смесь (pH 8,9) использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 23
В воду (50,0 г) при интенсивном перемешивании при 85°C добавляли порциями альгинат натрия (2,63 г) в течение около 15 минут. Перемешивание продолжали в течение еще 0,5-1 ч при 85°C до получения прозрачного раствора.
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 около 15-30 мин до получения прозрачного раствора (pH 4,6). 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), а затем часть вышеуказанного раствора альгината натрия (20,0 г; таким образом, фактически 1,00 г альгината натрия). После перемешивания в течение еще 1-2 минут при 50°C полученную коричневую смесь (pH 9,0) использовали в последующих экспериментах.
Пример связующего вещества, пункт 24
В воду (50,0 г) при интенсивном перемешивании при 85°C добавляли порциями растворимый крахмал (2,63 г) в течение около 15 минут. Перемешивание продолжали в течение еще 0,5-1 ч при 85°C до получения прозрачного раствора.
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 около 15-30 мин до получения прозрачного раствора (pH 4,8). 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), а затем часть вышеуказанного раствора растворимого крахмала (20,0 г; таким образом, фактически 1,00 г растворимого крахмала). После перемешивания в течение еще 1-2 минут при 50°C полученную коричневую смесь (pH 8,8) использовали в последующих экспериментах.
ТАБЛИЦА 1-1. Эталонное связующее средство
<b>Пример</b>
A
<b>Свойства связующего вещества</b>
Твердые вещества связующего (%)
15,0
Реакционные потери (%)
28,5
pH
9,6
<b>Условия отверждения брусков</b>
Температура (°C/1 ч)
200
<b>Свойства брусков</b>
Механическая прочность, без состаривания (кН)
0,39
Механическая прочность, с состариванием (кН)
0,28
LOI, без состаривания (%)
2,8
ТАБЛИЦА 1-2. Различные гидроколлоиды
<b>Пример</b>
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
<b>Композиция связующего вещества</b>
Гидроколлоид (мас. %)
Желатин, Speisegelatine, 120 по Блуму
100
100
-
-
-
-
-
-
90
90
90
90
Желатин, Speisegelatine, 180 по Блуму
-
-
100
100
-
-
-
-
-
-
-
-
Желатин, Imagel LB, 122 по Блуму
-
-
-
-
100
100
-
-
-
-
-
-
Агар-агар
-
-
-
-
-
-
-
-
10
-
-
-
Геллановая камедь
-
-
-
-
-
-
-
-
-
10
-
-
Пектин
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
10
-
Альгинат натрия
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
10
Натрий-карбоксиметилцеллюлоза
-
-
-
-
-
-
100
-
-
-
-
-
Растворимый крахмал
-
-
-
-
-
-
-
100
-
-
-
-
Поперечносшивающий агент (мас. %)<sup>[a]</sup>
Каштановый танин
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Основание (мас. %)<sup>[b]</sup>
Гидроксид натрия
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
<b>Смешивание связующего средства и получение брусков</b>
Температура при смешивании (°C)
50
50
50
50
50
50
85
85
50/85
50/85
50/85
50/85
Содержание твердых веществ компонентов связующего вещества (%)
15,0
10,0
15,0
10,0
15,0
10,0
5,0
5,0
12,5
12,5
12,5
12,5
PH
5,1
4,9
5,2
4,9
5,1
5,0
8,4
6,4
5,3
5,3
4,8
5,3
Предварительно нагретые гранулы (35-40°C)
-
-
Да
Да
-
-
-
-
-
-
-
Температура при отверждении (°C/15 мин до комн. темп.)
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
<b>Свойства брусков</b>
Механическая прочность, без состаривания (кН)
0,31
0,24
0,28
0,13
0,20
0,13
0,13
0,11
0,11
0,09
0,13
0,13
Механическая прочность, с состариванием (кН)
0,30
0,28
0,27
0,17
0,22
0,15
0,15
0,12
0,15
0,11
0,14
0,22
LOI, без состаривания (%)
2,9
1,9
2,9
1,9
2,8
1,9
1,9
2,0
2,4
2,5
2,4
2,3
[a]
[b]
от гидроколлоида (-ов).  от гидроколлоида (-ов) + поперечносшивающий агент.
ТАБЛИЦА 1-3. Различные гидроколлоиды, поперечносшивающие агенты
<b>Пример</b>
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
<b>Композиция связующего вещества</b>
Полиэлектролитный гидроколлоид (мас. %)
Желатин, Speisegelatine, 120 по Блуму
100
100
100
100
-
-
-
-
91
91
91
91
Желатин, Speisegelatine, 180 по Блуму
-
-
-
-
100
100
-
-
-
-
-
-
Желатин, Imagel LB, 122 по Блуму
-
-
-
-
-
-
100
100
-
-
-
-
Агар-агар
-
-
-
-
-
-
-
-
9
-
-
-
Геллановая камедь
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Пектин
-
-
-
-
-
-
-
-
-
9
-
-
Альгинат натрия
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
9
-
Натрий-карбоксиметилцеллюлоза
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Растворимый крахмал
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
9
Поперечносшивающий агент (мас. %)<sup>[a]</sup>
Каштановый танин
10
10
10
10
10
10
10
10
9
9
9
9
Основание (мас. %)<sup>[b]</sup>
Гидроксид натрия
2,7
2,6
2,6
2,6
2,4
2,4
2,4
2,4
2,4
2,5
2,4
2,4
<b>Смешивание связующего средства и получение брусков</b>
Температура при смешивании (°C)
50
50
50
50
50
50
50
50
50/85
50/85
50/85
50/85
Содержание твердых веществ компонентов связующего вещества (%)
10,4
15,0
15,0
15,0
15,1
15,1
15,1
15,1
12,9
12,9
12,9
12,9
PH
9,2
9,1
9,1
9,1
9,2
9,2
9,2
9,2
8,8
8,9
9,0
8,8
Предварительно нагретые гранулы (35-40°C)
-
-
-
-
Да
Да
-
-
-
-
-
-
Температура при отверждении (°C/15 мин до комн. темп.)
комн. темп.
комн. темп.
35
55
35
55
35
55
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
комн. темп.
<b>Свойства брусков</b>
Механическая прочность, без состаривания (кН)
0,16
0,23
0,26
0,27
0,30
0,27
0,25
0,27
0,16
0,18
0,17
0,18
Механическая прочность, с состариванием (кН)
0,15
0,21
0,25
0,25
0,25
0,31
0,27
0,26
0,15
0,13
0,15
0,18
LOI, без состаривания (%)
1,9
2,7
2,7
2,7
2,7
2,8
2,8
2,8
2,4
2,6
2,4
2,4
[a]
[b]
от гидроколлоида (-ов).  от гидроколлоида (-ов) + поперечносшивающий агент
Как видно из сравнения приведенных в таблице 1.1 результатов с данными в таблицах 1.2 и 1.3, используемые в настоящем изобретении композиции связующего вещества требуют более низких температур для отверждения. Для отверждения эталонная композиция связующего вещества требует температур 200°C, в то время как композиции 1-24 связующего вещества отверждаются при 55°C и ниже, как правило, при температуре окружающей среды. Это означает, что композиции связующего вещества настоящего изобретения можно отверждать на месте эксплуатации, а не на этапе изготовления или обработки.