ПРОДУКТ ИЗ МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ
PRODUCT OF MINERAL WOOL

Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к способу соединения поверхностей двух или более элементов друг с другом, причем по меньшей мере один из двух или более элементов представляет собой элемент из минеральной ваты, а также к продукту из минеральной ваты, изготовленному указанным способом.
Предпосылки создания изобретения
Изолирующие характеристики готовых панелей, помимо прочего, зависят от того, как индивидуальные панели устанавливают и/или связывают друг с другом на строительной площадке. Чем больше требуется малых панелей для формирования нужной поверхности, тем большим будет количество боковин, которыми панели будут взаимно соприкасаться. Чем большим будет количество боковин, которыми панели будут соприкасаться друг с другом, тем больше тепловых мостов будет формироваться на изолированной поверхности в результате неаккуратной укладки, неправильного выравнивания отдельных панелей, а также в результате повышенного риска загрязнения контактных поверхностей.
Соответственно, существует потребность в способе соединения поверхностей двух или более таких панелей из минеральной ваты или других элементов из минеральной ваты друг с другом.
Кроме того, также существует потребность в способе соединения поверхности одного или более элементов из минеральной ваты с одним или более элементами, не являющимися элементами из минеральной ваты
В прошлом для связывания друг с другом элементов из минеральной ваты в качестве адгезивных композиций использовали экономичные в изготовлении фенолформальдегидные смолы.
Однако эти адгезивы 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 EP2990494A1, PCT/EP2015/080758, WO2007/014236, WO2011/138458 и WO2009/080938.
Однако все эти связующие вещества при использовании в качестве адгезивов для связывания друг с другом поверхностей элементов из минеральной ваты будут иметь недостаток, состоящий в том, что для отверждения им требуются высокие температуры, что приведет к необходимости подавать тепло к подлежащим связыванию друг с другом элементам в течение длительного периода времени. Эта работа не только требует дополнительного оборудования, но также может быть пожароопасной, например при соединении друг с другом элементов изоляции для утепления кровли на месте эксплуатации. Кроме того, высокотемпературное отверждение этих известных адгезивов может вызвать выделение вредных или вызывающих раздражение паров, что может потребовать применения средств защиты при обращении с этими веществами.
Другим типом адгезива, который использовали для склеивания элементов из минеральной ваты друг с другом или с другими элементами, такими как стекловолоконный флис или металлический лист, является адгезив на полиуретановой основе. Это может быть однокомпонентный или двухкомпонентный адгезив. Такие адгезивы не обязательно нужно отверждать при высоких температурах. Однако эти адгезивы также могут быть вредными при обращении с ними и не имеют натуральных ингредиентов в качестве основы.
Другие адгезивы имеют в качестве основы ПВА, битум, неорганические полиуретановые связующие вещества и/или полиакрилаты.
Изложение сущности изобретения
Соответственно, целью настоящего изобретения было обеспечение способа связывания поверхностей двух или более элементов друг с другом, причем по меньшей мере один из двух или более элементов представляет собой элемент из минеральной ваты, причем в способе применяют адгезив, отверждение которого не требует высоких температур, и при этом в процессе обращения, нанесения и отверждения адгезива воздействие опасных веществ сведено к минимуму, а меры защиты не являются обязательными.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается способ связывания поверхностей двух или более элементов друг с другом, причем по меньшей мере один из двух или более элементов представляет собой элемент из минеральной ваты, причем указанные элементы скреплены связующим веществом для минеральной ваты, при этом способ включает следующие этапы:
- обеспечение двух или более элементов,
- нанесение адгезива на одну или более подлежащих соединению поверхностей до, в процессе или после приведения подлежащих соединению поверхностей в контакт друг с другом,
- отверждение адгезива, причем адгезив содержит
- по меньшей мере один белок,
- по меньшей мере одно фенол- и/или хинон-содержащее соединение и/или по меньшей мере один фермент.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается продукт, полученный описанным способом.
Было обнаружено, что применение данного конкретного типа адгезива, особенно если он имеет изложенные предпочтительные особенности, обеспечивает особенно стойкие соединения элементов из минеральной ваты.
Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что с помощью описанного способа можно связать поверхности элементов из минеральной ваты друг с другом или связать один или более элементов из минеральной ваты с другим элементом. Поскольку адгезив, использованный в способе, в некоторых вариантах осуществления обычно не содержит никаких вредных веществ и обычно не выделяет никаких вредных веществ при отверждении, способ может осуществить любой человек на месте без каких-либо средств защиты и без необходимости в специальном обучении осуществлению способа.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
Способ связывания поверхностей двух или более элементов друг с другом, причем по меньшей мере один из двух или более элементов представляет собой элемент из минеральной ваты, причем указанные элементы скреплены связующим веществом для минеральной ваты, при этом способ включает следующие этапы:
- обеспечение двух или более элементов,
- нанесение адгезива на одну или более подлежащих соединению поверхностей до, в процессе или после приведения подлежащих соединению поверхностей в контакт друг с другом,
- отверждение адгезива, причем адгезив содержит
- по меньшей мере один белок,
- по меньшей мере одно фенол- и/или хинон-содержащее соединение и/или по меньшей мере один фермент.
В предпочтительном варианте осуществления адгезив наносят на одну или более подлежащих связыванию поверхностей до приведения подлежащих связыванию поверхностей в контакт друг с другом,
Способ в соответствии с настоящим изобретением можно использовать как для соединения двух или более элементов из минеральной ваты друг с другом, например, изоляционных панелей, так и для соединения одного или более элементов из минеральной ваты с одним или более элементами, не являющимися элементами из минеральной ваты.
В одном варианте осуществления два или более соединяемых друг с другом элементов представляют собой два или более элементов из минеральной ваты.
В другом варианте осуществления два или более соединяемых друг с другом элементов включают в себя по меньшей мере один элемент, который не является элементом из минеральной ваты.
Неожиданно было обнаружено, что адгезив, используемый в способе в соответствии с настоящим изобретением, можно использовать не только для соединения элементов из минеральной ваты друг с другом, но также для соединения одного или более элементов из минеральной ваты с элементом, не являющимся элементом из минеральной ваты.
В одном предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один элемент, не являющийся элементом из минеральной ваты, выбран из группы, состоящей из флиса, стены, гипсокартона, металла, пластика, дерева, металлических, пластиковых труб и/или трубопроводов.
Элемент из минеральной ваты
Элементы из 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, таким как термореактивный полимерный связующий материал. Для применения в качестве продуктов для термической и акустической изоляции обычно получают маты из скрепленных 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. Волоконный мат затем перемещают в печь для отверждения, где горячий воздух продувается через мат для отверждения связующего вещества и жесткого скрепления минеральных волокон вместе.
При необходимости полотно можно подвергать формованию перед отверждением. Скрепленный элемент минеральных волокон можно нарезать в нужном формате, например, в виде холста. Таким образом, элементы из 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.
Связующее вещество для минеральной ваты
Связующее вещество для минеральной ваты традиционно представляет собой фенолформальдегидные смолы, получение которых может быть экономичным и которые можно разбавлять мочевиной перед применением в качестве связующего вещества. Однако существующие и предлагаемые нормативные акты, направленные на снижение или устранение выбросов формальдегида, привели к разработке не содержащих формальдегида связующих веществ.
Одна 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.
Другой группой не содержащих фенолформальдегидов связующих веществ являются связующие вещества на основе сахара, например, описанные в публикациях EP2990494A1, PCT/EP2015/080758, WO2007/014236, WO2011/138458 и WO2009/080938.
Другой группой связующих веществ являются связующие вещества, содержащие по меньшей мере один белок и по меньшей мере один фермент.
Другой группой связующих веществ являются связующие вещества, содержащие по меньшей мере одно фенол и/или хинон-содержащее соединение и по меньшей мере один белок.
Адгезив для применения в способе настоящего изобретения
В одном предпочтительном варианте осуществления адгезив содержит по меньшей мере 70 мас.% белка от общего содержания твердых компонентов в адгезиве.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления адгезив дополнительно содержит по меньшей мере одну добавку.
Предпочтительно отверждение адгезива выполняют при температурах 5-95°C, например 5-80°C, например 10-60°C, например 20-40°C.
В одном предпочтительном варианте осуществления процесс отверждения адгезива включает процесс сушки, в частности путем продувки воздуха или газа над одним или более элементами или путем повышения температуры.
Адгезив, использованный в способе в соответствии с настоящим изобретением, содержит белок в качестве одного обязательного составляющего.
Предпочтительно белковый компонент адгезива имеет форму одного или более белков, выбранных из группы, состоящей из белков животного происхождения, включающих коллаген, желатин, гидролизованный желатин, и белков из молока (казеин, сыворотка), яиц; белков растительного происхождения, включающих белки из бобовых, злаковых, цельных злаков, орехов, семян и фруктов, таких как белок из гречихи, овса, ржи, проса, маиса (кукурузы), риса, пшеницы, булгура, сорго, амаранта, киноа, соевых бобов (соевый белок), чечевицы, фасоли, белой фасоли, маша, нута, коровьего гороха, лимской фасоли, голубиного гороха, люпиновых бобов, квадратного гороха, миндаля, бразильского ореха, кешью, пекана, грецкого ореха, семени хлопчатника, тыквенного семени, конопляного семени, кунжутного семени и семени подсолнечника; полифенольных белков, таких как белок ножки мидии.
Коллаген представляет собой чрезвычайно распространенный в живой ткани материал. Он является основным компонентом в соединительных тканях и составляет 25-35% суммарного содержания белка в млекопитающих. Желатин получают путем химического разложения коллагена. Желатин является водорастворимым и имеет молекулярную массу от 30,000 до 300,000 г/моль, в зависимости от степени гидролиза. Желатин представляет собой широко применяемый пищевой продукт, и, следовательно, по существу общепринято, что это вещество совершенно не токсично, и поэтому при работе с желатином не требуются меры предосторожности.
Желатин также можно подвергать дополнительному гидролизу до более мелких фрагментов вплоть до 3000 г/моль.
В предпочтительном варианте осуществления белковый компонент представляет собой желатин, причем 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.
Адгезив на основе белкового компонента и фенол- и/или хинон-содержащего компонента
В одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу связывания поверхностей двух или более элементов друг с другом, причем по меньшей мере один из двух или более элементов представляет собой элемент из минеральной ваты, причем указанные элементы из минеральной ваты скреплены связующим веществом для минеральной ваты, при этом способ включает следующие этапы:
- обеспечение двух или более элементов,
- нанесение адгезива на одну или более подлежащих соединению поверхностей до, в процессе или после приведения подлежащих соединению поверхностей в контакт друг с другом,
- отверждение адгезива, причем адгезив содержит
- по меньшей мере один белок,
- по меньшей мере одно фенол- и/или хинон-содержащее соединение.
Адгезив в соответствии с данным вариантом осуществления настоящего изобретения содержит фенол- и/или хинон-содержащее соединение-компонент, в частности одно или более фенол-содержащих соединений и/или один или более хинонов.
Фенол-содержащие соединения или фенольные соединения представляют собой соединения, имеющие одну или более гидроксильных групп, соединенных непосредственно с ароматическим кольцом. Полифенолы (или полигидроксифенолы) — это соединения, имеющие более одной фенольной гидроксильной группы, соединенной с одним или более ароматическими кольцами. Фенольные соединения характерны для растений, и обычно они встречаются в сложных эфирах или гликозидах в виде группы, а не в виде свободных соединений.
Термин «фенольные соединения» охватывает очень большую и разнородную группу химических соединений. Предпочтительно фенол-содержащее соединение представляет собой соединение, соответствующее схеме, которая основана на количестве атомов углерода в молекуле, что подробно описано в публикации W. Vermerris, R. Nicholson, Phenolic Compound Biochemistry, Springer Netherlands, 2008.
6
6
1
6
2
6
3
15
30
6
1–
6
6
2
6
6
10
14
18
2
Предпочтительно фенол-содержащее соединение имеет форму одного или более компонентов, выбранных из группы, состоящей из соединений со структурой C, таких как простые фенольные соединения, таких как резорцин, флороглюцин; соединений со структурой C–C, таких как гидроксибензойные кислоты, таких как п-гидроксибензойная кислота, галлиевая кислота, протокатеховая кислота, салициловая кислота, ванильная кислота, таких как гидроксибензойные альдегиды, таких как, ванилин; соединений со структурой C–C, таких как гидроксиацетофеноны, например, 2-гидроксиацетофенон, таких как гидроксифенилуксусные кислоты, например, 2-гидроксифенилуксусная кислота, соединений с структурой C–C, таких как коричные кислоты, например, п-кумаровая кислота, кофеиновая кислота, феруловая кислота, 5-гидроксиферуловая кислота, синаповая кислота, таких как сложные эфиры коричной кислоты, например, хлорогеновая кислота, синапоил малат, синапоил холин, таких как коричные альдегиды, таких как циннамиловые спирты, таких как кумарины, например, умбеллиферон, 4-метилумбеллиферон, таких как изокумарины, таких как бергинин, таких как хромоны; соединений со структурой C, таких как флавоноиды, таких как флаванон, изофлавоны, изофлаваноны, неофлаваноиды, таких как халконы, таких как бютеин, таких как дигидрохалконы, таких как флоридзин, таких как ауроны, таких как флаваноны, таких как нарингенин, таких как флаванонолы, таких как таксифолин, таких как флаваны, таких как лейкоантоцианидины, таких как лейкоцианидин, лейкоделфинидин, таких как флаван-3-олы, таких как катехин, галлокатехин, таких как флавоны, таких как кемферол, кверцитин, мирицетин, таких как антоцианидины, таких как пеларгонидин, цианидин, пеонидин, делфинидин, петунидин, малвидин, таких как дезоксиантоцианидины, таких как апигенинидин, лютеолинидин, 7-метоксиапигенинидин, 5-метоксилютеолинидин, таких как антоцианины, таких как петанин, таких как соединение со структурой C, таких как бифлавонилы, таких как гинкгетин, таких как соединение со структурой C–CC, таких как бензофеноны, таких как ксантоны, таких как соединение с структурой C–C–C, таких как стилбены, таких как ресвератрол, пиносилвин, таких как соединение с структурой C/C/C, таких как бензохиноны, таких как нафтахиноны, таких как юглон, таких как антрахиноны, таких как эмодин, таких как соединение со структурой C, таких как бетацианины, таких как бетанидин, таких как полифенолы и/или полигидроксифенолы, таких как лигнаны, неолигнаны (димеры или олигомеры от связывания монолигнолов, таких как п-кумариловый спирт, конифериловый спирт и синапиловый спирт), таких как пинорезинол, сезамин, пликатовая кислота, таких как лигнины (синтезированные преимущественно из монолигноловых предшественников п-кумарилового спирта, кониферилового спирта и синапилового спирта), таких как танины, таких как конденсированные танины (проантоцианидины), таких как процианидин B, таких как гидролизуемые танины, таких как галлотанины, таких как эллагитанины, таких как сложные танины, таких как акутиссимин A, таких как дубильная кислота, таких как флобабены.
6
В предпочтительном варианте осуществления фенол-содержащее соединение выбрано из группы, состоящей из простых фенольных соединений, фенол-содержащих соединений со структурой, более сложной, чем C, таких как олигомеры простых фенольных соединений, полифенолы и/или полигидроксифенолы.
Хиноны представляют собой окисленные производные ароматических соединений, и их часто можно легко получить из реактивных ароматических соединений с электронодонорными заместителями, таких как фенольные соединения. К хинонам, которые можно применять в настоящем изобретении, относятся бензохиноны, нафтохинон, антрахинон и лаусон.
Фенол- и/или хинон-содержащие соединения в соответствии с настоящим изобретением также могут представлять собой синтетические или полусинтетические молекулы или конструкции, которые содержат фенолы, полифенолы и/или хиноны. Примером такой конструкции является белок, пептид, пептоиды (такие как линейные и/или циклические олигомеры и/или полимеры N-замещенных глицинов, N-замещенных β-аланинов), или арилопептоиды (такие как линейные и/или циклические олигомеры и/или полимеры N-замещенных аминометилбензамидов), модифицированные фенол- и/или хинон-содержащими боковыми цепями. Другим примером является дендример, обеспеченный фенол- и/или хинон-содержащими боковыми цепями.
Танины представляют собой группу соединений, очень разнообразных по структуре, общей для которых является способность связывать и осаждать белки. Танины в изобилии содержатся в различных видах растений, в частности в дубе, каштане, сумахе оленерогом и теллиме крупноцветковой. Танины могут присутствовать в листьях, коре и плодах. Танины можно разделить на три группы: конденсированные танины, гидролизуемые танины и сложные танины. Конденсированные танины или проантоцианидины представляют собой олигомерные или полимерные флавоноиды, состоящие из звеньев флаван-3-ола (катехина). Галлотанины представляют собой гидролизуемые танины, в которых полиольное ядро содержит 10–12 остатков галловой кислоты в качестве заместителей. Наиболее часто встречающимся полиолом в галлотанинах является D-глюкоза, хотя некоторые галлотанины в качестве ядерного полиола содержат катехиновые и тритерпеноидные звенья. Эллагитанины представляют собой гидролизуемые танины, которые отличаются от галлотанинов тем, что содержат дополнительные связи C–C между смежными галлоиловыми остатками. Сложные танины определяются как танины, в которых катехиновое звено имеет гликозидную связь с галлотаниновым или эллагитаниновым звеном.
Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что широкий спектр таких фенол- и/или хинон-содержащих соединений можно использовать для поперечного сшивания белков, что позволяет получить связующую композицию. Часто такие фенол- и/или хинон-содержащие соединения получают из растительных тканей и, следовательно, они представляют собой возобновляемый материал. В некоторых вариантах осуществления соединения также являются нетоксичными и некоррозионными. В качестве дополнительного преимущества данные соединения являются противомикробными и, следовательно, передают свои противомикробные свойства продукту из минеральной ваты, соединенному таким связующим веществом.
В предпочтительном варианте осуществления фенол- и/или хинон-содержащее соединение выбрано из одного или более компонентов из группы, состоящей из дубильной кислоты, эллагитанинов и галлотанинов, танина, происходящего из одного или более из дуба, каштана, сумаха оленерогого и теллимы крупноцветковой.
В особенно предпочтительном варианте осуществления фенол- и/или хинон-содержащее соединение-компонент представляет собой танин и/или дубильную кислоту, а белковый компонент представляет собой желатин, в частности желатин из свиной кожи, в частности со средней прочностью геля или низкой прочностью геля.
Без ограничений, накладываемых любой конкретной теорией, авторы изобретения считают, что реакция между фенол- и/или хинон-содержащим соединением и белком по меньшей мере частично основана на окислении фенолов в хиноны с последующей нуклеофильной атакой аминных и/или тиоловых групп белка, что ведет к поперечному сшиванию белков фенол- и/или хинон-содержащими соединениями.
В предпочтительном варианте осуществления содержание фенол- и/или хинон-содержащего соединения в адгезиве в соответствии с настоящим изобретением составляет от 1 до 70 мас.%, например от 2 до 60 мас.%, например от 3 до 50 мас.%, например от 4 до 40 мас.%, например от 5 до 35 мас.%, от сухой массы белка.
В альтернативном предпочтительном варианте осуществления массовое соотношение (лизин + цистеин) в белке к (фенол + хинон) в фенол- и/или хинон-содержащем соединении составляет 1 : 5,78 – 1 : 0,08, например 1 : 2,89 – 1 : 0,09, например 1 : 1,93 – 1 : 0,12, например 1 : 1,45 – 1 : 0,15, например 1 : 1,16 – 1 : 0,17.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что отверждение адгезива ускоряется в щелочных условиях. Следовательно, в одном варианте осуществления адгезив 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 адгезив в соответствии с настоящим изобретением имеет значение pH 7–10, например 7,5–9,5, например 8–9.
В одном варианте осуществления белок содержит полифенольные белки.
Такие белки содержат высокий уровень посттрансляционно модифицированной-окисленной формы тирозина, L-3,4-дигидроксифенилаланин (леводопа, L-DOPA). См. также J. J. Wilker Nature Chem. Biol. 2011, 7, 579–580 для получения информации по этим белкам.
В предпочтительном варианте осуществления адгезивы в соответствии с настоящим изобретением содержат добавки.
Добавками могут быть другие добавки, например один или более реактивных или нереактивных силиконов, которые можно добавлять в адгезив. 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 адгезива, предпочтительно присутствующие в количестве 0,1–15 мас.%, предпочтительно 0,1–10 мас.%, более предпочтительно 0,3–8 мас.%, от общей массы адгезива.
В одном варианте осуществления к адгезиву можно добавлять эмульгированное углеводородное масло.
Как уже описано выше, многие полифенолы обладают противомикробными свойствами и, следовательно, придают противомикробные характеристики адгезиву. Однако в одном варианте осуществления к адгезивам можно добавлять средство против зарастания.
В одном варианте осуществления к адгезиву можно добавлять средство против набухания, например дубильную кислоту и/или танины.
В одном варианте осуществления адгезив в соответствии с настоящим изобретением содержит добавки в форме аминных сшивающих агентов и/или тиол/тиолатных сшивающих агентов. Такие добавки в форме аминных сшивающих агентов и/или тиол/тиолатных сшивающих агентов особенно полезны, когда реакция поперечного сшивания адгезива проходит по хинон-аминному и/или хинон-тиольному пути.
В одном варианте осуществления адгезивы в соответствии с настоящим изобретением содержат добавку, содержащую ионы металлов, такие как ионы железа.
В полифенольных белках, таких как описанный выше адгезивный белок из двустворчатых моллюсков, для улучшения адгезии к поверхности используются 3,4-дигидроксифенильные остатки. Это достигается в сочетании с секрецией некоторых типов катионов, таких как ионы железа. В одном варианте осуществления можно сказать, что адгезив имитирует полифенольный белок, и, следовательно, различные катионы могут улучшать адгезионные свойства. Такие благоприятные ионы также могут высвобождаться из поверхности минеральных волокон при контакте с адгезивом на водной основе.
В одном варианте осуществления элементы из минеральной ваты, соединенные способом в соответствии с настоящим изобретением, включают в себя каменную вату. Без ограничений, накладываемых теорией, считается, что выщелачивание некоторых ионов из стекловидных волокон может способствовать повышению прочности адгезива. Механизм может быть аналогичен механизму, с помощью которого белок двустворчатых моллюсков обеспечивает адгезию к поверхности. Это достигается в сочетании с секрецией некоторых типов катионов, таких как ионы железа.
В одном варианте осуществления адгезивы в соответствии с настоящим изобретением содержат дополнительные добавки в форме добавок, выбранных из группы, состоящей из реагентов, подобных ПЭГ, силанов или гидроксилапатитов.
Окисляющие агенты в качестве добавок могут предназначаться для увеличения скорости окисления полифенолов. Примером является фермент тирозиназа, которая окисляет фенолы до гидроксифенолов/хинонов и, следовательно, ускоряет реакцию образования адгезива. В другом варианте осуществления окисляющим агентом, подаваемым к адгезиву, является кислород.
В одном варианте осуществления отверждение выполняют в обогащенной кислородом среде.
Адгезив на основе белкового компонента и ферментативного компонента
В альтернативном варианте осуществления адгезив, используемый в способе в соответствии с настоящим изобретением, основан на белковом компоненте и ферментативном компоненте.
В соответствии с настоящим вариантом осуществления изобретение относится к способу связывания поверхностей двух или более элементов друг с другом, причем по меньшей мере один из двух или более элементов представляет собой элемент из минеральной ваты, причем указанные элементы из минеральной ваты скреплены связующим веществом для минеральной ваты, при этом способ включает следующие этапы:
- обеспечение двух или более элементов,
- нанесение адгезива на одну или более подлежащих соединению поверхностей до, в процессе или после приведения подлежащих соединению поверхностей в контакт друг с другом,
- отверждение адгезива, причем адгезив содержит
- по меньшей мере один белок,
- и/или по меньшей мере один фермент.
В предпочтительном варианте осуществления ферментативный компонент адгезива выбран 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).
Ферменты могут быть как естественного происхождения, так и рекомбинантного происхождения.
В конкретном предпочтительном варианте осуществления белковый компонент представляет собой желатин, в частности желатин из свиной кожи, в частности, имеющий среднюю прочность геля, а ферментативный компонент представляет собой трансглутаминазу (EC 2.3.2.13).
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что в некоторых вариантах осуществления способ в соответствии с настоящим изобретением лучше всего осуществлять, если адгезив, основанный на белковом компоненте и ферментативном компоненте, применяется в кислых условиях.
Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления адгезив содержит регулятор pH, в частности в форме pH-буфера.
В предпочтительном варианте осуществления адгезив в неотвержденном состоянии имеет pH менее 8, например менее 7, например менее 6.
Другими 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 адгезива, предпочтительно присутствующие в количестве 0,1–15 мас.%, предпочтительно 0,1–10 мас.%, более предпочтительно 0,3–8 мас.%, от общей массы адгезива.
В одном варианте осуществления к адгезиву можно добавлять силан.
В одном варианте осуществления к адгезиву можно добавлять эмульгированное углеводородное масло.
В одном варианте осуществления к адгезиву можно добавлять средство против зарастания.
В одном варианте осуществления к адгезиву можно добавлять средство против набухания, например дубильную кислоту и/или танины.
Дополнительными добавками могут быть добавки, содержащие ионы кальция (который стабилизирует фермент трансглутаминазы) и антиоксиданты.
В одном варианте осуществления адгезив 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 адгезива.
В одном варианте осуществления адгезивы в соответствии с настоящим изобретением содержат дополнительные добавки в форме добавок, выбранных из группы, состоящей из реагентов, подобных ПЭГ, силанов или гидроксилапатитов.
Процесс связывания адгезивом
В одном варианте осуществления после нанесения адгезива на элементы воздействуют давлением в процессе связывания, и предпочтительно суммарное время для нанесения адгезива и воздействия давлением не превышает 120 секунд, составляя, например, 60 секунд, например 30 секунд, например 20 секунд.
В одном варианте осуществления панели можно перемещать вдоль неподвижных форсунок, или на же неподвижные панели могут производить распыление или нанесение валиками. Время распыления и связывания адгезивом составляет максимум 120 секунд. Панели спрессовывают друг с другом после распыления на них адгезива.
В одном варианте осуществления адгезив можно наносить только на одну из подлежащих связыванию поверхностей, но его можно наносить и на обе поверхности.
В одном варианте осуществления белковый компонент адгезива можно наносить на первую подлежащую соединению поверхность, а соединение, содержащее фенол и/или хинон и/или по меньшей мере один фермент, можно наносить на вторую подлежащую соединению поверхность, затем первую и вторую поверхности приводят в контакт друг с другом.
Преимуществом будет достижение сбалансированного проникновения адгезива в более глубокие слои элемента; такое соединение будет более долговечным, чем соединение, выполненное иным методом. Обычно адгезив не проникает в элемент глубже, чем на 2 мм.
2
2
2
В одном варианте осуществления расход отвержденного адгезива по площади поверхности составляет 10-1000 г/м, например 50-500 г/м, например 100-400 г/м.
В одном варианте осуществления адгезив наносят пульверизатором, валиком, кистью, завесой льющейся краски, губкой или мягким губчатым валом.
Продукт
Настоящее изобретение также относится к продукту, изготовленному вышеописанным способом, например, продукту, в котором по меньшей мере один из элементов представляет собой элемент из минеральной ваты.
3
3
3
3
3
В предпочтительном варианте осуществления продукт содержит по меньшей мере один элемент, который представляет собой продукт из минеральной ваты, причем плотность 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.
3
В предпочтительном варианте осуществления продукт из минеральной ваты в соответствии с настоящим изобретением представляет собой изоляционный продукт, в частности, имеющий плотность 10-200 кг/м.
В одном варианте осуществления продукт, полученный вышеописанным способом, представляет собой продукт, в котором продукт из минеральной ваты содержит флис, соединенный с элементом из минеральной ваты описанным выше способом.
Продукт из минеральной ваты
В одном варианте осуществления два или три (а в некоторых случаях большее количество) элементов можно скрепить вместе с образованием изоляционной панели. Элементы соединяют вместе самыми большими поверхностями. Например, нижняя поверхность первого элемента соединяется с верхней поверхностью второго элемента, а нижняя поверхность второго элемента соединяется с верхней поверхностью третьего элемента. Альтернативно в другом варианте осуществления основные поверхности можно скрепить независимо от того, являются они верхними или нижними.
Предложенные изоляционные панели могут применяться для изолирования различных поверхностей, включая крыши, наружные стены зданий и потолки. Их можно использовать в качестве акустической, термической или противопожарной изоляции.
В одном варианте осуществления плоскую конструкцию крыши изолируют изоляционными элементами из минеральной ваты, причем элементы укладывают на плоскую поверхность в два слоя, с верхним и нижним слоем, и элементы верхнего слоя прикрепляют к элементам нижнего слоя с помощью адгезива.
В одном варианте осуществления наружную или внутреннюю стену изолируют изоляционными элементами из минеральной ваты, причем элементы размещают на наружной или внутренней стене в два слоя — слой, обращенный к стене, и слой, обращенный наружу, и элементы слоя, обращенного к стене, прикрепляют к слоям, обращенным наружу, с помощью адгезива. Наружная стена, изолированная таким способом, может формировать часть внешней термоизолирующей композитной системы (ETICS).
Гранулированный продукт
В одном варианте осуществления продукт из минеральной ваты представляет собой продукт на основе гранулированного продукта. 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.
Адгезив подают до или в процессе нанесения гранулированного продукта, в результате чего гранулы, которые представляют собой элементы из минеральной ваты, скрепляются друг с другом. Гранулы и адгезив образуют гранулированный продукт из минеральной ваты, имеющий улучшенные свойства, такие как меньшая склонность к пылеобразованию и формирование более жесткой структуры, менее склонной к сжиманию под собственным весом.
В альтернативном варианте осуществления гранулы и адгезив образуют гранулированный продукт из минеральной ваты, который прикрепляется к строительной конструкции, например стене или потолку, так, что продукт из минеральной ваты полностью или частично покрывает строительную конструкцию.
Продукт сэндвич-панели
В одном варианте осуществления продукт из минеральной ваты представляет собой сердцевину так называемой сэндвич-панели. Сердцевину сэндвич-панели можно изготавливать общим способом, в котором отвержденное полотно из минеральной ваты разрезают продольно на элементы, являющиеся ламелями, и таким образом сформированные ламели поворачивают на 90° вокруг их продольной оси, после чего ориентированные таким образом панели связывают друг с другом адгезивом для формирования паутиноподобного изделия, которое затем разрезают с учетом необходимой длины для формирования плитных элементов. Из-за поворота ламелей волокна готовых плит в основном будут ориентированы в плоскости, перпендикулярной поверхностям плит, и в результате этого будут получаться плиты, имеющие значительную жесткость и прочность перпендикулярно поверхностям плит.
Для обеспечения продукта сэндвич-панели сердцевину снабжают, например, металлическими листами на основных поверхностях панели путем приклеивания их адгезивом.
Продукт из минеральной ваты с содержанием флиса
На одну или обе поверхности, например, на основную поверхность продукта или элемента из минеральной ваты, можно наносить адгезив, затем флис вводят в контакт с указанной поверхностью и обеспечивают отверждение адгезива. В качестве альтернативы или дополнения адгезив можно наносить на флис до введения в контакт.
К продуктам или элементам из минеральной ваты можно прикреплять элементы, отличные от флиса, с помощью этапов способа настоящего изобретения.
Эти иные элементы могут представлять собой стену, гипсокартон, металл, пластик.
Примеры
В следующих примерах несколько продуктов, подпадающих под определение настоящего изобретения, готовили и сравнивали с продуктами предыдущего уровня техники.
Продукты, полученные с использованием связующих веществ предыдущего уровня техники
3
Две плиты крыши из каменной ваты с плотностями приблизительно 150 кг/м были изготовлены с применением двух разных связующих веществ (связующее вещество A и связующее вещество B, см. примеры смешивания ниже) в соответствии с предыдущим уровнем техники.
Для связующих веществ предыдущего уровня техники определяли указанные ниже свойства.
Реагенты
50% водн. раствор гипофосфористой кислоты и 28% водн. раствор аммиака поставлялись компанией Sigma Aldrich. 75,1% водн. сироп глюкозы со значением ДЭ от 95 до менее 100 (C*sweet D 02767 бывш. Cargill) поставлялся компанией Cargill. 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.
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 количества твердых веществ связующего 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).
Пример связующего вещества, 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 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 связующего средства, как описано выше, и смесь разбавляли необходимым количеством воды и силана (0,5% силана от твердых веществ связующего средства, Momentive VS-142).
Пример связующего вещества, связующее вещество B
Смесь L-аскорбиновой кислоты (1,50 г, 8,52 ммоль) и 75,1% водн. сироп глюкозы (18,0 г; таким образом, фактически 13,5 г сиропа глюкозы) в воде (30,5 г) перемешивали при комнатной температуре до получения прозрачного раствора. Затем добавляли 50% водн. раствор гипофосфористой кислоты (0,60 г; таким образом, фактически 0,30 г, 4,55 ммоль гипофосфористой кислоты) и мочевину (0,75 г). Затем до достижения pH = 6,9 добавляли по каплям 28% водн. раствор аммиака (0,99 г; таким образом, фактически 0,28 г, 16,3 ммоль аммиака). Далее измеряли содержание твердых веществ связующего средства, как описано выше (21,5%), и смесь разбавляли необходимым количеством воды и силана (0,5% силана от твердых веществ связующего средства, Momentive VS-142). Готовая смесь связующего вещества имела pH = 7,0.
Адгезивы в соответствии с настоящим изобретением
Для адгезивов настоящего изобретения определяли указанные ниже свойства.
Реагенты
Желатин из свиной кожи со средней прочностью геля (170-195 г по Блуму), дубильная кислота, гидроксид натрия и гидроксид калия были получены от компании Sigma-Aldrich. Для упрощения эти реагенты считались совершенно чистыми и безводными.
Содержание твердых веществ компонентов адгезива, определение
Содержание каждого из компонентов в данном растворе адгезива до отверждения рассчитывали по сухой массе компонентов. Можно использовать следующую формулу:
Пример адгезива, связующее вещество 1
Желатину из свиной кожи со средней прочностью геля (10,0 г) давали набухать в воде (56,7 г) в течение 30 мин при комнатной температуре. Смесь затем помещали в водяную баню при 50°C и перемешивали несколько минут до получения прозрачного раствора (pH 5,1). Затем добавляли 1 M NaOH (3,10 г) (pH 8,8) и получившуюся смесь продолжали перемешивать еще 30 минут при 50°C перед использованием в дальнейших экспериментах. Эта адгезивная смесь имела содержание твердых веществ адгезива 14,5%.
Пример адгезива, адгезив 2
К раствору 1 M NaOH (12,0 г) при комнатной температуре добавляли дубильную кислоту (2,0 г). Полученную смесь перемешивали в течение 15 минут, после чего был получен раствор коричнево-зеленоватого цвета.
Желатину из свиной кожи со средней прочностью геля (10,0 г) давали набухать в воде (56,7 г) в течение 30 мин при комнатной температуре. Затем смесь помещали на водяную баню при 50°C и перемешивали несколько минут до получения прозрачного раствора (pH 4,9). Далее добавляли 1 M NaOH (3,00 г) (pH 8,9), а затем дубильню кислоту в водн. растворе NaOH (7,0 г, получен в соответствии с представленным выше описанием). Смесь интенсивно перемешивали в течение 30 минут при 50°C и полученную коричневую смесь (pH 8,7) затем использовали в дальнейших экспериментах. Эта адгезивная смесь имела содержание твердых веществ адгезива 14,8%.
Примеры в соответствии с настоящим изобретением
Образцы размером 8 см × 5 см × 3 см (длина, ширина, высота) или 8 см × 5 см × 5 см (длина, ширина, высота) вырезали из панелей крыши из каменной ваты, полученных с использованием связующего вещества A и B.
Соединение и испытание образцов
В каждом испытании соединения один образец плиты крыши, изготовленный с использованием связующего вещества A, и один образец плиты крыши, изготовленный с использованием связующего вещества B, помещали на ровную поверхность так, чтобы одна из сторон размером 8 см × 5 см была обращена вверх. Образец адгезива 1 или 2 (2,5 г, в соответствии с представленным выше описанием) далее помещали на верхнюю поверхность каждого из двух образцов панелей крыши. Адгезивную смесь равномерно распределяли по поверхностям, используя пластиковый шпатель. Адгезивная смесь могла проникать в поверхности на 1-2 мм. Один из двух образцов плит далее помещали поверх другого так, чтобы две поверхности с нанесенным адгезивом 1 или 2 входили в контакт друг с другом. Гирю весом около 200 г помещали поверх соединенных образцов плит крыши и эту сборку оставляли на 2-3 дня при комнатной температуре. Склеенные образцы далее разрезали на две половины так, чтобы одну половину склеенного образца можно было подвергать испытаниям на состаривание.
Два таких испытания соединения проводили с использованием адгезива 1, и два испытания соединения проводили с использованием адгезива 2.
Образцы, выбранные для состаривания, погружали в водяную баню при 80°C в течение 3 ч.
После сушки в течение приблизительно недели при комнатной температуре выбранные образцы разделяли в направлении, перпендикулярном недавно склеенным поверхностям.
Образцы, изготовленные с применением адгезива 1, подвергнутые обработке с состариванием, разрывались в области соединения, где был нанесен адгезив 1, после того как адгезив растворился при обработке с состариванием (см. Фиг. 1, слева). Образцы, изготовленные с применением адгезива 2, подвергнутые обработке с состариванием, вместо этого разрывались в слоях каменной ваты, которые не контактировали с адгезивом 2 (см. Фиг. 1, справа).
На Фиг. 1 представлены соединенные образцы плит крыши, изготовленные с применением связующего вещества A (верхние части) и связующего вещества B (нижние части), (a) и (b): соединенные с использованием адгезива 1; (b) подвергнутые состаривающему воздействию с последующим растягиванием в направлении, перпендикулярном соединенным поверхностям, (c) и (d): соединенные с использованием адгезива 2; (d) подвергнутые состаривающему воздействию с последующим растягиванием в направлении, перпендикулярном соединенным поверхностям.