[发明专利]基于聚异氰酸酯的粘合剂

说明书

本发明涉及适合用作木质纤维材料或矿物纤维，即人造玻璃质纤维(MMVF)，例如玻璃熔渣(glass slag)或石棉(stone wool)，即矿棉的粘合剂的组合物，用于提供此类组合物的方法，用此类粘合剂提供的产品和所述组合物作为矿物纤维或木质纤维材料的粘合剂的用途。

矿棉产品通常包含通过固化的热固性聚合材料粘结在一起的矿物纤维。将一股或更多股熔融玻璃、熔渣或石棉的流引入纤维并吹入成型室中，在成型室中它们以网的形式沉积到移动的传送带上。当纤维在成型室中空运时并且当纤维仍然热时，将纤维喷溅有粘合剂。然后将涂覆的纤维网从所述室运送至固化烘箱(150至320℃)，在固化烘箱中通过垫吹入热空气以固化粘合剂并将矿棉纤维严格地粘结在一起。

在矿棉业中广泛使用苯酚-甲醛粘合剂，因为它们在未固化状态下具有低粘度，然而当固化时仍形成用于矿物纤维的刚性热固性聚合物基质。但是由于在工艺期间使用且释放不利于环境的化学品，苯酚-甲醛粘合剂的使用日益变得不期望。在粘合剂的应用和固化期间，将其提供至矿物纤维后，释放苯酚、甲醛和氨。一般而言，在纺成纤维的冷却中水的蒸发期间以及在烘箱中垫的干燥/固化期间损失所应用的苯酚-甲醛粘合剂的20至30 %；这些在然后需要被清理的浓缩的废水流中结束。

由US 4904522还已知的是使用聚异氰酸酯的水性分散体作为玻璃纤维的粘合剂。与已知苯酚/甲醛树脂相比，聚异氰酸酯粘合剂在低得多的温度下固化，不会分裂出挥发性单体，提供至少相同强度并且不是潜在的甲醛来源。

但是，US 4904522中公开的聚异氰酸酯粘合剂具有相对较高的量的未改性单体二异氰酸酯。因为单体二异氰酸酯的存在可导致工业卫生问题，尽可能降低单体二异氰酸酯的含量是有益的。

US 4904522中公开的聚异氰酸酯粘合剂的另一缺陷是在烘箱区中玻璃纤维垫的随后加热期间难以达到完全固化。在玻璃纤维垫的生产期间，将纤维用水性聚异氰酸酯粘合剂处理并连续贯穿烘箱区以便蒸发水和固化聚异氰酸酯树脂。当水性分散的聚异氰酸酯用作粘合剂时，水充当异氰酸酯基团的共反应物以形成聚脲。如果聚异氰酸酯粘合剂的异氰酸酯含量太高，则在反应完成之前水在烘箱区中蒸发，并作为结果获得未固化的、不能使用的玻璃纤维垫。

进一步的缺点是，尽管US 4904522的优选的聚异氰酸酯(即，聚苯基聚亚甲基聚异氰酸酯)在环境温度下呈低蒸气压，它们仍含有大量(多达70wt%)的单体二苯基甲烷二异氰酸酯。一旦暴露于烘箱区中的高温，这些单体二异氰酸酯可挥发，其导致排气中的高浓度。这表示如果这些排气逸入工作场所的大气或生产机构周围的空气中，则有环境危害。

避免未固化的聚异氰酸酯粘合剂的一种方法是将促进异氰酸酯/水反应的催化剂并入水性分散的聚异氰酸酯粘合剂中。但是，该方法也不会引起在烘箱区中水的蒸发之前聚异氰酸酯的完全固化和/或提供不可接受的低强度产品。

因此，本发明的目的是提供克服之前所述的粘合剂的缺陷的粘合剂。

根据本发明，提供包含有机聚异氰酸酯、异氰酸酯-反应性化合物以及促进异氰酸酯-三聚的催化剂的粘合剂组合物。所述组合物可用于粘结矿物纤维或木质纤维材料。

通过使用本发明的粘合剂组合物，在升高的温度下固化时进入环境的异氰酸酯释放大大降低并且几乎没有未反应的异氰酸酯留在最终产品中。异氰酸酯-反应性化合物与异氰酸酯反应并增加树脂的分子量从而预防蒸发。此外，调节三聚催化剂水平以获得改进的反应。

此外，甲醛排出降低相当大。

纤维玻璃垫可更快地固化，由此导致生产能力增加，而无大量投资。在较低固化温度下获得更快的生产，由此导致能源保护。

与现有技术产品相比，用本发明的粘合剂粘结的矿棉产品的结构强度增加，这提供降低树脂量同时获得相同性质的选择。

US 5372875描述了通过以下制备形成水性双组分聚氨酯组合物的方法：a)将具有至少12wt%的异氰酸酯含量的聚异氰酸酯分散于水中和b)在分散聚异氰酸酯之前、期间或之后，同样将聚羟基化合物与水混合，所述聚羟基化合物i)具有62至10000的分子量，ii)含有至少两个羟基基团，iii)为水溶性或水可分散性，iv)不含脲或氨基甲酸乙酯基团并且v)选自聚酯、聚内酯、聚碳酸酯、聚醚、聚硫醚、聚缩醛、聚醚酯、聚酯酰胺和聚酰胺的组，其中异氰酸酯基团与羟基基团的当量比为0.8:1至6:1。通过该方法制备的形成聚氨酯的组合物可用作玻璃纤维的粘合剂。

US 5372875提到添加促进异氰酸酯-羟基反应的催化剂但是未提及关于添加促进异氰酸酯的三聚的催化剂。