玻璃纤维绝缘产品的制作方法

玻璃纤维绝缘产品
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年12月9日提交的美国临时申请no.62/945,313、2019年12月9日提交的美国临时申请no.62/945,318、2019年12月9日提交的美国临时申请no.62/945,323、2019年12月9日提交的美国临时申请no.62/945,328和2019年12月9日提交的美国临时申请no.62/945,334的优先权和相关权益，它们在这里作为参考全文引入。
技术领域
3.本技术总体涉及玻璃纤维绝缘产品，和更具体地涉及由小直径纤维制成的玻璃纤维绝缘产品。


背景技术：

4.术语“纤维绝缘产品”是通称，和包含多种组合物、生产制品和生产方法。矿物纤维(例如玻璃纤维)通常用于绝缘产品和非织造垫。纤维绝缘通常通过将聚合物、玻璃或其它矿物的熔融组合物纤维化并用纤维化设备(如旋转纺纱机)纺出纤维来制造。为了形成绝缘产品，由旋转纺纱机生产的纤维通过鼓风机从纺纱机向下拉向传送带。当纤维向下移动时，向纤维上喷粘合剂组合物，且将纤维收集到传送带上的高膨松的连续毯子中。粘合剂组合物使绝缘产品具有在包装后恢复的弹性，并提供硬度和可处理性，从而绝缘产品可以按需在建筑物的绝缘腔中进行处理和应用。粘合剂组合物还为纤维提供免受纤丝间磨损的保护，并促进各纤维之间的相容性。
5.然后使包含粘合剂涂覆的纤维的毯子通过固化烘箱固化粘合剂，以使毯子达到所需厚度。粘合剂组合物固化后，可将纤维绝缘产品切割为一定长度形成单独的绝缘产品，并且可以包装绝缘产品以运输至客户所在地。所生产的典型的绝缘产品是绝缘垫或绝缘毯，其适用于住宅中的墙壁绝缘或建筑物阁楼和地板绝缘腔中的绝缘。另一种常见的绝缘产品是充气或松散填充的绝缘产品，其适用于住宅和商业建筑以及任何难以到达的位置的侧壁和阁楼绝缘。松散填充的绝缘产品可以由从绝缘毯上切下的小方块组成，压缩后包装在袋子中。
6.纤维绝缘产品可能具有许多不同的特性，比如密度。低密度柔性绝缘垫和绝缘毯子的密度通常为0.4-2.0磅/立方英尺(“pcf”)，和经常用于墙壁、阁楼和地下室的住宅绝缘。纤维绝缘产品还包括密度为7-10pcf的更高密度产品，如板材或面板或成型产品。更高密度的绝缘产品通常用于工业和/或商业用途，包括但不限于金属建筑墙壁和吊顶绝缘、管道或贮罐绝缘、绝缘的吊顶和壁板、线槽板等。


技术实现要素：

7.本发明概念的多个方面涉及纤维绝缘产品，所述纤维绝缘产品包括多根随机取向的玻璃纤维和至少部分涂覆所述纤维的交联的无甲醛粘合剂组合物。所述交联的无甲醛粘合剂组合物由含水粘合剂组合物形成，所述含水粘合剂组合物以其总固体含量为基准包含
5.0-37.0wt％的至少一种具有至少四个羟基的单体多元醇和至少50.0wt％的含具有至少两个羧酸基的聚合态多羧酸的交联剂，其中所述粘合剂组合物的羧酸基团与羟基基团的摩尔当量比为0.60/1.0-1.0/0.6。交联的无甲醛粘合剂的量为纤维绝缘产品的2-10wt％，纤维绝缘产品的r值为10-54，和玻璃纤维的平均纤维直径为8-12ht。所述纤维绝缘产品在固化后未压缩时的密度为0.30-2.7pcf。
8.在一些示例性实施方案中，交联剂为聚丙烯酸，和基于含水粘合剂组合物的总固体含量，交联剂在粘合剂组合物中的存在量可以为50.0-85wt％。
9.在一些示例性实施方案中，所述单体多元醇包含至少五个羟基。在一些情况下，所述单体多元醇可以包括如下一种或多种：糖醇、季戊四醇、伯醇、1,2,4-丁三醇、三羟甲基丙烷、短链烷醇胺和它们的混合物。
10.在一些示例性实施方案中，所述含水粘合剂组合物还包含至少一种具有至少两个羟基和数均分子量为至少2,000道尔顿的长链多元醇。所述长链多元醇选自聚乙烯醇和聚乙酸乙烯酯。如果存在，基于含水粘合剂组合物的总固体含量，所述长链多元醇在粘合剂组合物中可以以约5-30wt％的量存在。
11.在一些示例性实施方案中，所述含水粘合剂组合物在40％固体和25℃下的粘度为10-70cp。
12.在一些示例性实施方案中，所述含水粘合剂组合物在40％固体和25℃下的粘度为300-500cp。
13.本发明概念的各个方面涉及一种纤维绝缘产品，其包括多根随机取向的玻璃纤维和至少部分涂覆所述纤维的交联的无甲醛粘合剂组合物。交联的无甲醛粘合剂组合物由含水粘合剂组合物形成，所述含水粘合剂组合物以其总固体含量为基准包含5.0-37.0wt％的至少一种具有至少四个羟基的单体多元醇和至少50.0wt％的含具有至少两个羧酸基的聚合态多羧酸的交联剂。粘合剂组合物的羧酸基团与羟基基团的摩尔当量比为0.60/1.0-1.0/0.6。
14.在一些示例性实施方案中，交联的无甲醛粘合剂的量为纤维绝缘产品的2-10wt％，纤维绝缘产品的r值为10-54；和玻璃纤维的平均纤维直径为12-15ht。所述纤维绝缘产品在固化后未压缩时的密度为0.30-2.7pcf。
15.本发明概念的另一些方面涉及一种纤维绝缘产品，其包括多根随机取向的玻璃纤维和至少部分涂覆所述纤维的交联的无甲醛粘合剂组合物。交联的无甲醛粘合剂组合物由含水粘合剂组合物形成，所述含水粘合剂组合物以其总固体含量为基准包含5.0-37.0wt％的至少一种具有至少四个羟基的单体多元醇和至少50.0wt％的含具有至少两个羧酸基的聚合态多羧酸的交联剂。粘合剂组合物的羧酸基团与羟基基团的摩尔当量比为0.60/1.0-1.0/0.6。
16.在一些示例性实施方案中，交联的无甲醛粘合剂的量为纤维绝缘产品的2-10wt％，纤维绝缘产品的r值为10-54；和玻璃纤维的平均纤维直径为15-19ht。所述纤维绝缘产品在固化后未压缩时的密度为0.30-2.7pcf。
附图说明
17.通过参考附图阅读以下说明书，本发明的特征和优点对于本发明所属领域的普通
技术人员来说将变得更明显，其中：
18.图1为纤维绝缘产品的示例性实施方案的透视图；
19.图2为用于生产图1的纤维绝缘产品的生产线的示例性实施方案的正视图；和
20.图3为纤维绝缘样品的舒适系数与平均纤维直径/密度的关系图线。
具体实施方式
21.除非另有定义，否则这里使用的所有技术和科学术语具有本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。虽然在本发明的实施或测试中可以使用与这里所述类似或等价的任何方法和材料，但这里描述了优选的方法和材料。所有数字范围均应理解为包括在范围外边界内的所有可能的增量子范围。因此，例如密度范围0.3-2.0pcf公开了例如0.5-1.2pcf、0.7-1.0pcf等。
22.图1描述了纤维绝缘产品100的示例性实施方案。纤维绝缘产品100可以以多种方式配置。纤维绝缘产品通常由通过粘合剂组合物连结在一起的垫状无机纤维形成。合适的无机纤维的实例包括玻璃纤维、羊毛玻璃纤维、陶瓷纤维、石头、矿渣和玄武岩。任选地，除了玻璃纤维外，绝缘产品中还可以存在其它增强纤维，如天然纤维和/或合成纤维，如聚酯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚酰胺、芳纶和/或芳族聚酰胺纤维。结合本发明使用的术语“天然纤维”指由植物的任何部分(包括但不限于茎、种子、叶、根或韧皮部)提取的植物纤维。用作增强纤维材料的合适天然纤维的实例包括棉花、黄麻、竹子、苎麻、甘蔗渣、大麻、椰壳、亚麻、红麻、剑麻、胡麻、赫纳昆和它们的组合物。纤维绝缘产品可以完全由一种类型的纤维形成，或者也可以由多种不同类型的纤维组合形成。例如，取决于所需的绝缘用途，纤维绝缘产品可以由各种类型的玻璃纤维的组合或不同的无机纤维和/或天然纤维的各种组合形成。本文描述的实施方案参考完全由玻璃纤维形成的绝缘产品。
23.在描述性实施方案中，纤维绝缘产品100通常为盒子形状的玻璃纤维绝缘垫。但在其它实施方案中，绝缘产品可以具有任何合适形状或尺寸，例如轧制产品或毯子。作为绝缘垫或绝缘毯，纤维绝缘产品100可以放置在建筑物的绝缘腔中。例如，纤维绝缘产品100可以放置在建筑物的墙壁、屋顶或地板框架中两个平行间隔开的框架构件间的空间或空腔中。
24.纤维绝缘产品100包括绝缘层102，所述绝缘层包含非织造玻璃纤维和将玻璃纤维粘合在一起的粘合剂组合物。纤维绝缘产品100也可以任选地包括附着或以其它方式粘附到绝缘层102上的面层104。纤维绝缘产品100包括第一侧面106、与第一侧面106分开并相对的第二侧面108、在第一侧面106和第二侧面108之间延伸的第三侧面110，和与第三侧面110分开并相对且在第一侧面106与第二侧面108之间延伸的第四侧面112。纤维绝缘产品100还包括连接侧面106、108、110、112的第一面层114，和平行或通常平行于相对的第一面层114并连接侧面106、108、110、112的第二面层116。当未压缩时，纤维绝缘产品100的长度为l1、宽度为w1和厚度为t1。在一些实施方案中，长度l1大于宽度w1，而宽度大于厚度t1。
25.所述面层104可位于绝缘层102上，以形成纤维绝缘产品100的第一面层114和/或第二面层116的全部或部分。所述面层104可以采用多种不同的形式。所述面层104可以是单个或多个不同的材料片或片材，且可以包括单层或多层材料。在图1的示例性实施方案中，所述面层104是连接侧面106、108、110、112的单个材料片。
26.所述面层104可以由多种不同的材料制成。可以使用任何适用于纤维绝缘产品的
材料。例如，面层104可以包括：非织造玻璃纤维和聚合物介质；织造玻璃纤维和聚合物介质；护套材料，如由聚合材料制成的护套膜；基布；布料；织物；玻璃纤维增强的牛皮纸(frk)；锡箔-基布-牛皮纸层压板；再生纸；和压延纸。
27.放置在建筑物绝缘腔中的大量绝缘材料为由本文所述的那些绝缘产品卷制而成的绝缘毯形式。安装贴面绝缘产品时，面层104平放在绝缘腔的边缘，通常位于绝缘腔的内侧。面层为阻气层的绝缘产品通常用于绝缘墙壁、地板或天花板空腔，将温暖的内部空间与寒冷的外部空间隔开。阻气层放置在绝缘产品的一侧，以延缓或阻止水蒸汽移动通过绝缘产品。
28.图2描述了用于生产纤维绝缘产品100的设备118的示例性实施方案。如图2所示，纤维绝缘产品100的生产可在连续方法中实施，通过将熔融的玻璃纤维化，用粘合剂涂覆所述熔融的玻璃纤维，在移动传送带上形成纤维玻璃垫，固化粘合剂组合物以形成绝缘毯。玻璃可在罐(未示出)中熔化，并提供给纤维形成设备，如一个或多个纤维纺纱机119。虽然在示例性实施方法中纺纱机119作为纤维形成设备来表示，但应理解可以应用其它类型的纤维形成设备来形成纤维绝缘产品100。纺纱机119以高速旋转。离心力使熔融玻璃通过纤维纺纱机119周向侧壁中的小孔形成玻璃纤维。可以从纤维纺纱机119切割任意长度的玻璃纤维130，并由位于成型室125内的鼓风机120总体向下吹(即通常垂直于纺纱机119的平面)。
29.鼓风机120使玻璃纤维130向下转。当玻璃纤维130在成型室125中向下传送且经拉伸操作后仍然很热时，通过环形喷射环135向玻璃纤维130喷撒含水粘合剂组合物，以使粘合剂组合物在整个玻璃纤维130上相对均匀地分布。在施用粘合剂组合物之前，也可以在成型室125中向玻璃纤维130施用水例如通过喷雾进行，以至少部分冷却玻璃纤维130。
30.可收集在其上粘附有未固化含水粘合剂组合物的玻璃纤维130并在成型室125内在环形成型传送带145上形成纤维包140，其中借助于由成型传送带145下方抽吸通过纤维包140的真空(未示出)进行。在成型操作期间，玻璃纤维130的残余热和通过纤维包140的空气流通常足以在玻璃纤维130离开成型室125之前蒸发掉来自粘合剂组合物的大部分水，从而将粘合剂组合物的剩余组分作为粘性或半粘性高固含量液体留在玻璃纤维130上。
31.由于在成型室125内空气流经纤维包140而处于压缩态的树脂涂覆纤维包140随后在出口辊150下从成型室125转移到转移区155，其中纤维包140由于玻璃纤维130的弹性而垂直膨胀。然后加热膨胀的纤维包140，例如通过将纤维包140输送通过固化烘箱160，在其中使受热的空气吹过纤维包140以蒸发掉粘合剂组合物中任何剩余的水分，固化粘合剂组合物，使玻璃纤维130牢固地粘合在一起。固化烘箱160包括带小孔的上部烘箱传送带165和带小孔的下部烘箱传送带170，在其间抽出纤维包140。风扇175强制热空气通过下部烘箱传送带170、纤维包140和上部烘箱传送带165。热空气通过排气设备180离开固化烘箱160。
32.另外，在固化烘箱160中，纤维包140可以经带小孔的上部和下部烘箱传送带165、170压缩形成纤维绝缘产品100的绝缘层102。可以应用上部和下部烘箱传送带165、170来压缩纤维包140，从而使绝缘层102具有预定厚度t1。应理解虽然图2描述的传送带165、170基本平行取向，但它们也可以替换地以彼此成一定角度(未示出)放置。
33.固化的粘合剂组合物为绝缘层102赋予强度和弹性。应理解可以在一个或两个不同的步骤中实施粘合剂组合物的干燥和固化。两段(两步)法通常称作b-级法。固化烘箱160可在100-325℃或250-300℃的温度下操作。纤维包140可在固化烘箱160内停留足够时间以
使粘合剂组合物交联(固化)和形成绝缘层102。
34.一旦绝缘层102离开固化烘箱160，则可以在绝缘层102上放置贴面材料193以形成面层104。贴面材料193可以通过粘结剂(未示出)或一些其它方法(如缝合、机械缠绕)粘附于绝缘层102的第一面层114和/或第二面层116上，以形成纤维绝缘产品100。合适的粘结剂包括粘合剂、聚合树脂、沥青和可以涂覆或以其它方式施用于贴面材料193的沥青材料。随后可以将纤维绝缘产品100卷起，用于储存和/或运输，或用切割设备(未示出)切割为预定的长度。应理解在一些示例性实施方案中，从固化烘箱160出来的绝缘层102被卷到卷绕辊上或被切割成具有所需长度的片段，没有用贴面材料193贴面。
35.在与纤维绝缘产品100相关的描述中，“粘合剂组合物”指用于将玻璃纤维130以三维结构彼此粘合在一起的有机试剂或化学品，通常为聚合树脂。粘合剂组合物可以为任何形式，如溶液、乳液或分散液。因此“粘合剂分散液”或“粘合剂乳液”指介质或载体中的粘合剂化学品的混合物。正如本文所应用，术语“粘合剂组合物”、“含水粘合剂组合物”、“粘合剂配制物”、“粘合剂”和“粘合剂体系”可互换使用且为同义词。另外，正如本文所应用，术语“无甲醛”或“无添加甲醛”可互换使用且为同义词。
36.多种粘合剂组合物可以与本发明的玻璃纤维一起使用。例如，粘合剂组合物分为两个相互排斥的大类：热塑性和热固性。热塑性和热固性粘合剂组合物均可用于本发明。热塑性材料可以反复加热至软化或熔融状态，并在冷却后恢复到原来的状态。换句话说，加热可以使热塑性材料的物理状态发生可逆变化(例如从固体变为液体)，但不会发生任何不可逆的化学反应。适用于纤维绝缘产品100的示例性热塑性聚合物包括但不限于聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚丙烯或聚苯硫醚(pps)、尼龙、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚烯烃和聚丙烯酸酯的某些共聚物。
37.相比之下，术语热固性聚合物指一系列最初为液体但在加热时发生反应形成固体高度交联基质的体系。因此，热固性化合物包括反应物体系—通常是成对的反应物—它们在受热时不可逆地交联。冷却后，它们不会恢复原来的液体状态，而是保持不可逆转的交联状态。
38.用作热固性化合物的反应物通常具有例如如下几种反应官能团中的一个或多个：胺、酰胺、羧基或羟基。正如本文所应用，“热固化合物”(和它的衍生词如“热固性化合物”、“热固性粘合剂”或“热固粘合剂”)指至少一种这类反应物，应理解为了形成热固性化合物的交联体系特性，可能需要两种或更多种这类反应物。除了热固性化合物的主要反应物外，可能还需要催化剂、处理助剂和其它添加剂。
39.酚/醛粘合剂组合物是已知的热固性粘合剂体系。本发明包括传统的酚-醛类粘合剂组合物，也包括更新的无甲醛粘合剂组合物。无甲醛热固性粘合剂体系可以包括羧酸(例如聚丙烯酸)和多元醇聚合物。一个例子如chen等人在us 6,884,849和us 6,699,945中描述的聚丙烯酸/多元醇/多元酸粘合剂体系，这些专利的全部内容均作为参考明确引入本文。第二类无甲醛热固性粘合剂组合物被称为“生物基”或“天然”粘合剂。“生物基粘合剂”和“天然粘合剂”在本文中可互换使用，指由天然化合物制成的粘合剂组合物，所述天然化合物如碳水化合物、蛋白质或脂肪，它们具有许多反应官能团。由于它们由天然化合物制成，所以对环境无害。生物基粘合剂组合物在hawkins等人于2010年10月8日提交的美国专利申请公开no.2011/0086567中有详细描述，该公开全部内容在此作为参考引入。在一些示
例性实施方案中，粘合剂包括owens corning的ecotouch
tm
粘合剂或ecopure
tm
粘合剂、owens corning的sustaina
tm
粘合剂或knauf的粘合剂。
40.用作热固性化合物的替代反应物为通过混合葡萄糖一水合物、无水柠檬酸、水和氨水而获得的柠檬酸三铵-葡萄糖体系。另外，碳水化合物反应物和多胺反应物是有用的热固性化合物，这种热固性化合物在us 8114210、us 9505883和us 9926464中有更详细的描述，这些专利的公开内容在本文作为参考引入。
41.在一个示例性实施方案中，纤维绝缘产品100包括含麦芽糊精、柠檬酸、次磷酸钠和植物油的粘合剂组合物。例如，在下表1中列出了含有麦芽糊精、柠檬酸、次磷酸钠和植物油的粘合剂组合物的两个示例性实施方案。
42.表1：粘合剂组合物实施例1
43.组分配方实施方案a(wt％固体)麦芽糊精50-80％柠檬酸20-50％次磷酸钠0.5-10％非离子表面活性剂0-2％植物油共混物1-20％氨基硅烷0.05-0.18％粉色染料0-5％
44.在另一个示例性的实施方案中，所述纤维绝缘产品100包括无甲醛的含水粘合剂组合物，所述无甲醛含水粘合剂组合物包含至少一种长链多元醇和至少一种第一交联剂以及至少一种含至少一种短链多元醇的第二交联剂。
45.长链多元醇包括具有至少两个羟基、数均分子量至少为2000道尔顿(例如分子量为3000-4000道尔顿)的多元醇。在一些示例性实施方案中，长链多元醇包括一种或多种聚合的多羟基化合物，如聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯(其可以部分或完全水解)或它们的混合物。举例来说，当部分水解的聚乙酸乙烯酯用作多羟基组分时，可以应用80-89％水解的聚乙酸乙烯酯，例如(kuraray america,inc.)和sevol
tm 502(sekisui specialty chemicals america,llc)，两者分别水解85％和88％(selvol
tm 502)。
46.长链多元醇在含水粘合剂组合物中可以以至多约30wt％总固体的量存在，包括但不限于至多约28wt％、25wt％、20wt％、18wt％、15wt％和13wt％总固体。在任何示例性实施方案中，长链多元醇在含水粘合剂组合物可以以2.5-30wt％总固体的量存在，包括但不限于5-25wt％、8-20wt％、9-18wt％和10-16wt％总固体。
47.所述第一交联剂可以是适合交联多元醇的任何化合物。在任何示例性的实施方案中，第一交联剂的数均分子量可以大于90道尔顿，为约90-10,000道尔顿或约190-5,000道尔顿。在任何示例性的实施方案中，所述交联剂的数均分子量可以为约2,000-5,000道尔顿或约4,000道尔顿。合适交联剂的非限定性实例包括具有一个或多个羧酸基团(-cooh)的材料，如多羧酸(及其盐)、酸酐、带有酸酐的单体和聚合的多羧酸(即混合的酸酐)，和丙烯酸的均聚或共聚物，如聚丙烯酸(及其盐)和聚丙烯酸基树脂，例如可由dow chemical company商购的qr-1629s和acumer 9932。acumer 9932为聚丙烯酸/次磷酸钠树脂，其分子
量为约4000和次磷酸钠含量为6-7wt％。qr-1629s为聚丙烯酸/甘油混合物。
48.在某些情况下，第一交联剂可用中和剂预中和。所述中和剂可以包括有机和/或无机碱，如氢氧化钠、氢氧化铵和二乙胺以及任何种类的伯、仲或叔胺(包括烷醇胺)。在各种示例性实施方案中，所述中和剂可以包括氢氧化钠和/或三乙醇胺。
49.在一些示例性实施方案中，以含水粘合剂组合物的总固体含量为基准，第一交联剂以至少50wt％存在于含水粘合剂组合物中，包括但不限于至少55wt％、至少60wt％、至少63wt％、至少65wt％、至少70wt％、至少73wt％、至少75wt％、至少78wt％和至少80wt％。在一些示例性实施方案中，以含水粘合剂组合物的总固体含量为基准，第一交联剂以50-85wt％的量存在于含水粘合剂组合物中，包括但不限于60-80wt％、62-78wt％和65-75wt％。
50.含水粘合剂组合物还可以包含短链多元醇。短链多元醇可以包括分子量小于2,000道尔顿(包括小于750道尔顿、小于500道尔顿)和具有多个羟基(-oh)的水溶性化合物。合适的短链多元醇组分包括糖醇、季戊四醇、伯醇、2,2-双(羟甲基)丙酸、三(羟甲基)丙烷(tmp)、1,2,4-丁三醇、三羟甲基丙烷和包含至少三个羟基基团的短链烷醇胺如三乙醇胺。在所公开的任何实施方案中，多元醇可以包含至少4个羟基基团或至少5个羟基基团。
51.在一些示例性实施方案中，短链多元醇用作降粘剂，其分解长链多元醇分子(如聚乙烯醇)的分子内和分子间氢键，并因而降低组合物的粘度。但因为这些短链多元醇分子具有与长链多元醇类似的结构，它们可以与交联剂类似地发生反应，因此它们对粘合剂和产品性能不会产生负面影响。
52.糖醇被理解为指糖的醛基或酮基还原(例如通过氢化)为相应的羟基时获得的化合物。起始的糖可以选自单糖、低聚糖和多糖以及这些产品的混合物，如糖浆、糖蜜和淀粉水解物。起始的糖也可以是糖的脱水形式。虽然糖醇与相应的起始糖非常相似，但它们不是糖。因此，例如糖醇没有还原能力，不能参与还原糖的典型maillard反应。在一些示例性实施方案中，糖醇包括甘油、赤藓糖醇、阿拉伯糖醇、木糖醇、山梨糖醇、麦芽糖醇、甘露醇、艾杜糖醇、异麦芽糖醇、乳糖醇、纤维素二糖醇、帕拉金糖醇、麦芽三糖醇、它们的糖浆和混合物。在各种示例性实施方案中，糖醇选自甘油、山梨糖醇、木糖醇和它们的混合物。在一些示例性实施方案中，第二交联剂为糖醇的二聚或低聚缩合产品。在各种示例性实施方案中，糖醇的缩合产品为异山梨醇酯。在一些示例性实施方案中，糖醇为二醇或乙二醇。
53.在一些示例性实施方案中，短链多元醇以至多总固体约30wt％的量存在于含水粘合剂组合物中，包括但不限于至多总固体的约25wt％、20wt％、18wt％、15wt％、13wt％、11wt％和10wt％。在一些示例性实施方案中，短链多元醇以总固体0-30wt％的量存在于含水粘合剂组合物中，包括但不限于总固体的2-30wt％、3-25wt％、5-20wt％、8-18wt％和9-15wt％。
54.在各种示例性实施方案中，长链多元醇、交联剂和短链多元醇以一定量存在，从而使羧酸基团、酸酐基团或它们的盐的摩尔当量数与羟基的摩尔当量数的比为约1/0.05-1/5，如约1/0.08-1/2.0、约1/0.1-1/1.5和约1/0.3-1/0.66。但已经令人惊奇地发现，在这个比值内，长链多元醇与短链多元醇的比影响粘合剂组合物的性能，例如固化后粘合剂的拉伸强度和水溶性。例如，已经发现长链多元醇与短链多元醇的比在约0.1/0.9-0.9/0.1之间，如在约0.3/0.7-0.7/0.3之间或在约0.4/0.6-0.6/0.4之间，可以提供所希望的机械性
能和物理颜色性能平衡。在各种示例性实施方案中，长链多元醇与短链多元醇的比约为0.5/0.5。可以优化长链多元醇与短链多元醇的比，从而根据最终用途需要优化特定性能。
55.在一些示例性实施方案中，聚丙烯酸、聚乙烯醇、山梨醇和次磷酸钠。例如，在下表2中列出了包含聚丙烯酸、聚乙烯醇、山梨醇和次磷酸钠的粘合剂组合物的示例性实施方案。
56.表2：粘合剂组合物实施例2
[0057][0058]
在另一个示例性的实施方案中，纤维绝缘产品100包括无甲醛含水粘合剂组合物，如上所述所述无甲醛含水粘合剂组合物包含至少一种第一交联剂和至少一种短链多元醇，但没有进一步包含长链多元醇。
[0059]
以这种含水粘合剂组合物的总固体含量为基准，交联剂在含水粘合剂组合物中以至少30.0wt％的量存在，包括但不限于至少40wt％、至少45wt％、至少50wt％、至少52.0wt％、至少54.0wt％、至少56.0wt％、至少58.0wt％和至少60.0wt％。在所公开的任何实施方案中，基于含水粘合剂组合物的总固体含量，交联剂在含水粘合剂组合物中可以以30-85wt％的量存在，包括但不限于50.0-70.0wt％、大于50wt％至65wt％、52.0-62.0wt％、54.0-60.0wt％和55.0-59.0wt％。
[0060]
多元醇在含水粘合剂组合物中以至多约70wt％总固体的量存在，包括但不限于至多约60％、55％、50％、40％、35％、33％、30％、27％、25％和20wt％总固体。在一些示例性实施方案中，多元醇在含水粘合剂组合物中以2.0-65.0wt％总固体的量存在，包括但不限于5.0-40.0wt％、8.0-37.0wt％、10.0-34.0wt％、12.0-32.0wt％、15.0-30.0wt％和20.0-28.0wt％总固体。
[0061]
在各种示例性的实施方案中，交联剂和多元醇的存在量使羧酸基团、酸酐基团或其盐的摩尔当量数与羟基基团的摩尔当量数的比为约0.6/1-1/0.6，如约0.8/1-1/0.8、或约0.9/1-1/0.9。
[0062]
在所公开的任何实施方案中，含水粘合剂组合物可以不含或基本不含包含少于3个羟基基团的多元醇，或不含或基本不含包含少于4个羟基基团的多元醇。在所公开的任何实施方案中，含水粘合剂组合物不含或基本不含数均分子量为2,000道尔顿或更高的多元醇，比如分子量为3,000-4,000道尔顿的多元醇。因此，在所公开的任何实施方案中，含水粘合剂组合物不含或基本不含二醇如乙二醇、三醇如甘油和三乙醇胺和/或聚合的多羟基化合物如聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯(其可以部分或完全水解)或它们的混合物。聚乙烯醇是已
知的成膜剂，其使水分迅速释放而形成膜。
[0063]
在所公开的任何实施方案中，含水粘合剂组合物可以包含聚合态多羧酸基交联剂和具有至少四个羟基的单体多元醇或由它们组成，其中羧酸基团与羟基基团oh的比为0.60/1-1/0.6。
[0064]
表3：粘合剂组合物实施例3
[0065]
组分示例性范围1(wt％总固体)示例性范围2(wt％总固体)多羧酸30-8555-65多元醇15-7020-35催化剂0.5-5.02.0-3.5偶联剂0-2.00.12-0.5油乳液2-158-13表面活性剂0-5.00.1-1.0颜料0-20.1-1.0硅氧烷0-150.5-10.0
[0066]
在这里公开的任何含水粘合剂组合物中，在固化过程中，可应用保护剂临时阻断多羧酸中的全部或部分酸官能团，所述保护剂临时阻断酸官能团与矿棉纤维络合，并随后通过加热粘合剂组合物至至少150℃的温度被除去，从而释放酸官能团与多元醇组分交联并完成酯化过程。在任何示例性实施方案中，10-100％的羧酸官能团可以被保护剂临时阻断，包括约25-99％、约30-90％、和约40-85％，包括所有子范围和期间范围的组合。在任何示例性实施方案中，最少40％的酸官能团可以被保护剂临时阻断。
[0067]
保护剂可能能够可逆地结合到交联剂的羧酸基团上。在任何示例性实施方案中，保护剂包含含有能够与单个酸官能团形成至少一个可逆离子键的分子的任何化合物。在所公开的任何示例性实施方案中，保护剂可以包括氮基保护剂，如铵基保护剂、胺基保护剂或它们的混合物。示例性的铵基保护剂包括氢氧化铵。示例性的胺基保护剂包括：烷基胺和二胺，如乙二亚胺、乙二胺、己二胺；链烷醇胺，如乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺；乙二胺-n,n
′‑
二琥珀酸(edds)、乙二胺四乙酸(edta)等，或它们的混合物。另外，链烷醇胺在交联反应中既可用作保护剂，也可用作参与剂，从而在固化粘合剂中形成酯。因此，链烷醇胺具有保护剂和通过酯化与多羧酸交联的多元醇的双重功能。
[0068]
保护剂的功能不同于常规的ph调节剂。正如本文所定义，保护剂只是临时和可逆地阻断聚合的多羧酸组分中的酸官能团。相比之下，常规的ph调节剂如氢氧化钠则永久地终结了酸官能团，而由于阻断了酸官能团，这阻止了酸与羟基基团之间的交联。因此，加入传统的ph调节剂如氢氧化钠，不能提供想要的临时阻断酸性官能团而随后在固化过程中释放出这些官能团以通过酯化进行交联的效果。因此，在所公开的任何示例性实施方案中，粘合剂组合物可以不含或基本不含常规ph调节剂如氢氧化钠和氢氧化钾。这种用于高温应用的常规ph调节剂会与羧酸基团永久结合，不能释放出羧酸官能团来进行酯化交联。
[0069]
所公开的任何含水粘合剂组合物均可进一步包括含一种或多种处理添加剂的添加剂共混物，所述处理添加剂通过降低粘合剂的粘性来改善粘合剂组合物的加工性能，从而得到具有更高拉伸强度和疏水性的更均匀的绝缘产品。虽然可能有多种能够降低粘合剂组合物粘性的添加剂，但传统的添加剂在性质上是亲水性的，因此加入此类添加剂会增加
粘合剂组合物的总体吸水率。添加剂共混物可以包含一种或多种处理添加剂。处理添加剂的实例包括表面活性剂、甘油、1,2,4-丁三醇、1,4-丁二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、聚(乙二醇)(如carbowax
tm
)、聚乙二醇单油酸酯(mopeg)、硅氧烷、聚二甲基硅氧烷(pdms)的分散体、矿物油、石蜡或植物油的乳液和/或分散体、蜡如酰胺蜡(如亚乙基双-硬脂酰胺(ebs))和巴西棕榈蜡(如ml-155)、疏水化的二氧化硅、磷酸铵或它们的组合物。表面活性剂可包括非离子表面活性剂，包括带有醇官能团的非离子表面活性剂。示例性表面活性剂包括烷基聚葡萄糖苷(如)和醇乙氧基化物(如)。
[0070]
添加剂共混物可以包含单个的处理添加剂、至少两种处理添加剂的混合物、至少三种处理添加剂的混合物、或至少四种处理添加剂的混合物。在所公开的任何实施方案中，添加剂共混物可以包含甘油和聚二甲基硅氧烷的混合物。
[0071]
以粘合剂组合物的总固体含量为基准，添加剂共混物在粘合剂组合物中可以以1.0-20wt％、1.25-17.0wt％、或1.5-15.0wt％、或约3.0-12.0wt％、或5.0-10.0wt％的量存在。在任何的示例性实施方案中，粘合剂组合物以其总固体含量为基准可以包含至少7.0wt％、至少8.0wt％和至少9wt％的添加剂共混物。因此，在任何的示例性实施方案中，以粘合剂组合物的总固体含量为基准，含水粘合剂组合物可以包含7.0-15wt％、8.0-13.5wt％、9.0-12.5wt％的添加剂共混物。
[0072]
在添加剂共混物包含甘油的实施方案中，以粘合剂组合物的总固体含量为基准，甘油可以以至少5.0wt％、或至少6.0wt％、或至少7.0wt％、或至少7.5wt％的量存在。在任何的示例性实施方案中，粘合剂组合物以其总固体含量为基准可以包含5.0-15wt％的甘油，包括6.5-13.0wt％、7.0-12.0wt％和7.5-11.0wt％的甘油。
[0073]
在添加剂共混物包含聚二甲基硅氧烷的实施方案中，以粘合剂组合物的总固体含量为基准，聚二甲基硅氧烷可以以至少0.2wt％、或至少0.5wt％、或至少0.8wt％、或至少1.0wt％、或至少1.5wt％、或至少2.0wt％的量存在。在任何示例性实施方案中，粘合剂组合物以其总固体含量为基准可以包含0.5-5.0wt％的聚二甲基硅氧烷，包括1.0-4.0wt％、1.2-3.5wt％、1.5-3.0wt％和1.6-2.3wt％的聚二甲基硅氧烷。
[0074]
在所公开的任何实施方案中，添加剂共混物可以包含甘油和聚二甲基硅氧烷的混合物，其中以粘合剂组合物的总固体含量为基准，甘油占粘合剂组合物的5.0-15wt％，而聚二甲基硅氧烷占粘合剂组合物的0.5-5.0wt％。在所公开的任何实施方案中，添加剂共混物可以包含甘油和聚二甲基硅氧烷的混合物，其中以粘合剂组合物的总固体含量为基准，甘油占粘合剂组合物的7.0-12wt％，而聚二甲基硅氧烷占粘合剂组合物的1.2-3.5wt％。
[0075]
在所公开的任何实施方案中，添加剂共混物可以包含增加浓度的硅烷偶联剂。常规的粘合剂组合物以其总固体含量为基准通常包含少于0.5wt％和更通常约0.2wt％或更少的硅烷。因此，在所公开的任何实施方案中，硅烷偶联剂可以以粘合剂组合物中总固体的0.5-5.0wt％的量存在于粘合剂组合物中，包括约0.7-2.5wt％、0.85-2.0wt％、或0.95-1.5wt％。在所公开的任何实施方案中，硅烷偶联剂可以以至多1.0wt％的量存在于粘合剂组合物中。
[0076]
硅烷浓度可以通过纤维绝缘产品中纤维上的硅烷量来进一步表征。通常，玻璃纤维绝缘产品在玻璃纤维上包含0.001-0.03wt％的硅烷偶联剂。但通过增加施用于纤维上的所包含的硅烷偶联剂的量，玻璃纤维上的硅烷量增加至至少0.10wt％。
[0077]
替代地，如果有的话，粘合剂组合物可以包含常规量的硅烷偶联剂。在这个实施方案中，硅烷偶联剂可以以粘合剂组合物中总固体的0至小于0.5wt％的量存在于粘合剂组合物中，包括0.05-0.4wt％、0.1-0.35wt％或0.15-0.3wt％。
[0078]
可在粘合剂组合物中应用的硅烷偶联剂的非限定性实例可以由官能团烷基、芳基、氨基、环氧基、乙烯基、甲基丙烯酰氧基、脲基、异氰酰基和疏基表征。在示例性实施方案中，硅烷偶联剂包括含一个或氮原子和具有一个或多个官基团的硅烷，所述官能团如胺(伯、仲、叔和季)、氨基、亚氨基、酰胺基、酰亚胺基、脲基或异氰酰基。合适硅烷偶联剂的具体非限定性实例包括但不限于氨基硅烷(如三乙氧基氨基丙基硅烷；3-氨基丙基-三乙氧基硅烷和3-氨基丙基-三羟基硅烷)、环氧三烷氧基硅烷(如3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷和3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷)、甲基丙烯酸三烷氧基硅烷(如3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷和3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷)、烃三烷氧基硅烷、氨基三羟基硅烷、环氧三羟基硅烷、甲基丙烯酸三羟基硅烷和/或烃三羟基硅烷。在一个或多个示例性实施方案中，硅烷为氨基硅烷，如γ-氨基丙基三乙氧基硅烷。
[0079]
这里公开的任何含水粘合剂组合物还可以包含酯化催化剂，也称为固化促进剂。所述催化剂可以包括无机盐、lewis酸(即氯化铝或三氟化硼)、bronsted酸(即硫酸、对甲苯磺酸和硼酸)、有机金属络合物(即羧酸锂、羧酸钠)和/或lewis碱(即聚亚乙基亚胺、二乙胺或三乙胺)。另外，催化剂可以包括含磷有机酸的碱金属盐，具体为磷酸、次磷酸或多磷酸的碱金属盐。这种含磷催化剂的实例包括但不限于次磷酸钠、磷酸钠、磷酸钾、焦磷酸二钠、焦磷酸四钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、磷酸钾、三聚磷酸钾、三偏磷酸钠、四偏磷酸钠和它们的混合物。另外，催化剂或固化促进剂可以为氟硼酸化合物如氟硼酸、四氟硼酸钠、四氟硼酸钾、四氟硼酸钙、四氟硼酸镁、四氟硼酸锌、四氟硼酸铵和它们的混合物。另外，催化剂可以是磷化合物和氟硼酸盐化合物的混合物。其它钠盐如硫酸钠、硝酸钠、碳酸钠也可以或替代地用作催化剂。
[0080]
催化剂可以以粘合剂组合物中总固体的约0-10wt％的量存在于含水粘合剂组合物中，包括但不限于约1-5wt％、或约2-4.5wt％、或约2.8-4.0wt％、或约3.0-3.8wt％。
[0081]
含水粘合剂组合物可以任选地包含至少一种偶联剂。在至少一个示例性实施方案中，偶联剂为硅烷偶联剂。偶联剂可以以粘合剂组合物中总固体的约0.01-5wt％的量存在于粘合剂组合物中，包括约0.01-2.5wt％、约0.05-1.5wt％、或约0.1-1.0wt％。
[0082]
可在粘合剂组合物中应用的硅烷偶联剂的非限定性实例可以由官能团烷基、芳基、氨基、环氧基、乙烯基、甲基丙烯酰氧基、脲基、异氰酰基和疏基表征。在任何实施方案中，硅烷偶联剂包括含一个或氮原子和具有一个或多个官基团的硅烷，所述官能团如胺(伯、仲、叔和季)、氨基、亚氨基、酰胺基、酰亚胺基、脲基或异氰酰基。合适硅烷偶联剂的具体非限定性实例包括但不限于氨基硅烷(如三乙氧基氨基丙基硅烷；3-氨基丙基-三乙氧基硅烷和3-氨基丙基-三羟基硅烷)、环氧三烷氧基硅烷(如3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷和3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷)、甲基丙烯酸三烷氧基硅烷(如3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷和3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷)、烃三烷氧基硅烷、氨基三羟基硅烷、环氧三羟基硅烷、甲基丙烯酸三羟基硅烷和/或烃三羟基硅烷。在这里公开的任何实施方案中，硅烷可以包括氨基硅烷，如γ-氨基丙基三乙氧基硅烷。
[0083]
含水粘合剂组合物还可以包含处理助剂。对处理助剂没有特别限定，只要处理助
剂可起到促进纤维形成和取向的作用即可。可以应处理助剂来改进粘合剂应用的分布均匀性、减小粘合剂粘度、增加成型后的攀升高度、提高垂直重量分布均匀性和/或加速成型和烘箱固化过程中的粘合剂脱水。以粘合剂组合物中总固体含量为基准，处理助剂在粘合剂组合物中可以以约0-10.0wt％、约0.1-5.0wt％、或约0.3-2.0wt％、或约0.5-1.0wt％的量存在。在一些示例性实施方案中，含水粘合剂组合物基本不含或完全不含任何处理助剂。
[0084]
处理助剂的实例包括：消泡剂如矿物油、石蜡油或植物油的乳液和/或分散液；聚二甲基硅氧烷(pdms)流体的分散体，和用聚二甲基硅氧烷或其它材料疏水化的二氧化硅。其它处理助剂可以包括由酰胺蜡如亚乙基双硬脂酰胺(ebs)制成的颗粒或疏水化的二氧化硅。可在粘合剂组合物中使用的其它处理助剂是表面活性剂。粘合剂组合物中可以包含一种或多种表面活性剂以有助于粘合剂雾化、润湿和界面粘合。
[0085]
表面活性剂没有特别限制，包括但不限于如下的表面活性剂：离子表面活性剂(如硫酸盐、磺酸盐、磷酸盐和羧酸盐)；硫酸盐(如烷基硫酸盐、月桂基硫酸铵、月桂基硫酸钠(sds)、烷基醚硫酸盐、月桂醇聚醚硫酸钠和肉豆蔻醇聚醚硫酸钠)；两性表面活性剂(如烷基甜菜碱，如月桂基甜菜碱)；磺酸盐(如二辛基磺基琥珀酸钠、全氟辛烷磺酸盐、全氟丁烷磺酸盐和烷基苯磺酸盐)；磷酸盐(例如烷基芳基醚磷酸盐和烷基醚磷酸盐)；羧酸盐(如烷基羧酸盐、脂肪酸盐(皂)、硬脂酸钠、月桂酰肌氨酸钠、羧酸氟表面活性剂、全氟壬酸盐和全氟辛酸盐)；阳离子表面活性剂(如烷基胺盐，如乙酸月桂基胺)；ph依赖性表面活性剂(伯、仲或叔胺)；永久带电的季铵盐阳离子(如烷基三甲基铵盐、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基氯化吡啶和氯化苯乙铵)；两性离子表面活性剂、季铵盐(如月桂基三甲基氯化铵和烷基苄基二甲基氯化铵)和聚氧亚乙基烷基胺。
[0086]
可与粘合剂组合物结合使用的合适非离子表面活性剂包括聚醚(如环氧乙烷和环氧丙烷缩合物，其包括直链和支链烷基和烷芳基聚乙二醇和聚丙二醇醚和硫醚)；烷基含约7-18个碳原子和具有约4-240个环氧乙烷单元的烷基苯氧基聚(环氧乙烷)乙醇(如庚基苯氧基聚(环氧乙烷)乙醇，和壬基苯氧基聚(环氧乙烷)乙醇)；己糖醇的聚环氧烷衍生物，包括山梨醇酐、山梨糖醇酐、一缩甘露醇和二缩甘露醇；部分长链脂肪酸酯(例如脱水山梨醇单月桂酸酯、脱水山梨醇单棕榈酸酯、脱水山梨醇单硬酯酸酯、脱水山梨醇三硬脂酸酯、脱水山梨醇单油酸酯和脱水山梨醇三油酸酯的聚环氧烷衍生物)；环氧乙烷与疏水性碱的缩合物，其中所述碱由环氧丙烷与丙二醇缩合形成；含硫缩合物(例如通过使环氧乙烷与高级烷基硫醇如壬基硫醇、十二烷基硫醇或十四烷基硫醇、或与烷基含约6-15个碳原子的烷基硫酚缩合而制备的那些缩合物)；长链羧酸(如月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸和油酸，如妥尔油脂肪酸)的环氧乙烷衍生物；长链醇(如辛醇、癸醇、月桂醇或十六烷醇)的环氧乙烷衍生物；和环氧乙烷/环氧丙烷共聚物。
[0087]
在至少一个示例性实施方案中，表面活性剂包括如下一种或多种：dynol 607(其为2,5,8,11-四甲基-6-十二炔-5,8-二醇)、420、440和465(其为乙氧基化的2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇表面活性剂(商购自evonik corporation(allentown,pa.))、stanfax(月桂基硫酸钠)、surfynol 465(乙氧基化的2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇)、triton
tm gr-pg70(1,4-双(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠)和triton
tm cf-10(聚(氧-1,2-乙烷二基)、α-(苯基甲基)-ω-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯氧基)。
[0088]
含水粘合剂组合物可任选地含有抑尘剂，以减少或消除无机和/或有机颗粒的存在，这些颗粒对绝缘材料的后续制造和安装可能具有不利影响。抑尘剂可以是任何常规矿物油、矿物油乳液、天然或合成油、生物基油或润滑剂，例如但不限于硅氧烷和硅氧烷乳液、聚乙二醇，以及具有高闪点的任何石油或非石油，以最小化烘箱内油的蒸发。
[0089]
含水粘合剂组合物可以包含至多约15wt％、至多约14wt％或至多约13wt％的抑尘剂。在所公开的任何实施方案中，含水粘合剂组合物可以包含1.0-15wt％、约3.0-13.0wt％或约5.0-12.8wt％的抑尘剂。
[0090]
含水粘合剂组合物也可以任选包括有机和/或无机酸和碱作为ph调节剂，其量足以将ph调节至所需水平。可以根据预期用途调整ph值，以促进粘合剂组合物组分的相容性，或与各种类型的纤维起作用。在一些示例性实施方案中，可以应用ph调节剂将粘合剂组合物的ph调至酸性ph。合适酸性ph调节剂的实施包括无机酸，例如但不限于硫酸、磷酸和硼酸，以及有机酸如对甲苯磺酸、单羧酸或多羧酸，例如但不限于柠檬酸、乙酸及其酸酐、己二酸、草酸和它们相应的盐。另外，无机盐也可以是酸的前体。酸调节ph值，和如上文所述，在某些情况下用作交联剂。可包括有机和/或无机碱来增加粘合剂组合物的ph。碱可以是挥发性或非挥发性碱。示例性的挥发性碱包括例如氨和烷基取代的胺，如甲胺、乙胺或1-氨基丙烷、二甲胺和乙基甲基胺。示例性的非挥发性碱包括例如氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠和叔丁基氢氧化铵。
[0091]
当处于未固化状态时，粘合剂组合物的ph值可能为约2.0-5.0，包括期间的所有量和范围。在所公开的任何实施方案中，当处于未固化状态时，粘合剂组合物的ph为约2.2-4.0，包括约2.5-3.8，和约2.6-3.5。固化后，粘合剂组合物的ph值可上升至至少ph 5.0，包括约6.5-8.8或约6.8-8.2。
[0092]
粘合剂还包含水来溶解或分散活性固体，以施用到增强纤维上。可以加入足量的水，以将含水粘合剂组合物稀释至适合于施用到增强纤维的粘度，并在纤维上达到所需的固体含量。已经发现与传统的苯酚-脲-甲醛或基于碳水化合物的粘合剂组合物相比，本发明粘合剂组合物可能含有更低的固体含量。具体地，粘合剂组合物可以包含5-35wt％的粘合剂固体，包括但不限于10-30％、12-20％和15-19wt％的粘合剂固体。该固体浓度表明，本发明粘合剂组合物可以比传统粘合剂组合物含有更多的水。
[0093]
在一些示例性实施方案中，粘合剂组合物可以以较高的水分梯度水平(约8-10％)进行处理，并且与传统粘合剂组合物相比需要脱除更少水分。但在一些示例性实施方案中，粘合剂组合物可以具有较低的粘度，这允许降低水分梯度水平。在一些示例性实施方案中，含水粘合剂组合物在温度25℃下和小于或等于40％的固体下表现的粘度不大于70cp，例如不大于65cp、不大于60cp、不大于55cp或不大于50cp。低的粘合剂粘度允许水分梯度降低至小于8％、小于7％、小于6％、小于5％、小于4％、小于3％、小于2％、或小于1％的水分梯度水平。在一些示例性实施方案中，水分梯度为0或基本为0，意味着水分梯度水平不大于0.5％。在高浓度下施用粘度尽可能低的粘合剂组合物可以脱除梯度上的大量水分，从而制备不脆化的坚韧粘合剂。
[0094]
在其它示例性实施方案中，含水粘合剂组合物在温度25℃下和40％的固体下表现的粘度为200-600cp，包括在温度25℃下和40％的固体下为300-500cp，和在温度25℃下和40％的固体下为350-450cp。
[0095]
粘合剂含量可按烧失量(loi)测量。在所公开的任何实施方案中，loi为1-20％，包括但不限于5.5-17％、8-15％和10-14.5％。产品的特定loi很大程度上取决于所生产的产品的类型。
[0096]
粘合剂组合物的存在量可以小于或等于纤维绝缘产品100的10wt％，或小于或等于纤维绝缘产品100的8wt％或小于或等于纤维绝缘产品100的6wt％。在一个示例性实施方案中，纤维绝缘产品100包括一些非织造玻璃纤维和小于10wt％的无甲醛粘合剂。在一些示例性实施方案中，固化的纤维绝缘产品100含2-10wt％的粘合剂组合物。在一些示例性实施方案中，固化的纤维绝缘产品100含3.5-6wt％或3.5-4wt％的粘合剂组合物。粘合剂的量相对较低有助于提高最终绝缘产品的柔韧性。
[0097]
在任何示例性实施方案中，纤维绝缘产品100可以形成住宅绝缘产品，如绝缘垫，其具有适合用于住宅绝缘的特性如恢复性、刚性、处理性等。但纤维绝缘产品100应用比常规住宅玻璃纤维绝缘产品中所用玻璃纤维直径更小的玻璃纤维130，常规住宅玻璃纤维绝缘产品的纤维直径大于4μm(15.7ht)。具体地，示例性的纤维绝缘产品100可以包括玻璃纤维130，其在施用粘合剂组合物之前的平均纤维直径为2.03-3.04μm(8.0-12.0ht)、或2.29-3.04μm(9.0-12.0ht)、或2.03-2.79μm(8.0-11.0ht)。在其它示例性实施方案中，示例性的纤维绝缘产品100可以包括玻璃纤维130，其平均纤维直径为2.03-3.81μm、3.04-3.81μm(12.0-15.0ht)、或3.30-3.81μm(13.0-15.0ht)、或3.04-3.55μm(12.0-14.0ht)。
[0098]
用于测量玻璃纤维130的纤维直径的程序应用扫描电子显微镜(sem)直接测量纤维直径。通常，加热纤维绝缘产品100的样品以脱除任何有机材料(如粘合剂组合物)，然后缩短样品的玻璃纤维长度并用sem拍照。然后利用与sem相连的成像软件，由保存的图像测量纤维直径。
[0099]
更具体地，在最少30分钟内将纤维绝缘产品100的样品加热至800℉。如果需要，可以加热样品更长时间以确保脱除所有有机物质。然后冷却样品至室温，并缩短玻璃纤维的长度，以便可放在sem板上。可以通过任何合适的方法缩短玻璃纤维的长度，例如用剪刀剪、用剃刀刀片切或用杵研磨。然后将玻璃纤维粘附在sem板表面，从而纤维不会重叠或间距过大。
[0100]
一旦样品准备好用于成像，则应用正常的操作程序将样品安装在sem中，并利用sem在适当放大率下拍摄用于测量的纤维直径尺寸。收集并保存足够数量的图像，以确保有足够的纤维可用于测量。例如，当测量250-300根纤维时，可能需要10-13张图像。然后应用sem图像分析软件程序(例如scandium sis成像软件)测量纤维直径。然后由所测量的纤维数量确定样品的平均纤维直径。纤维绝缘产品样品可以包括熔合在一起的玻璃纤维(即沿其长度连接在一起的两根或更多根纤维)。为了计算本发明样品的平均纤维直径，将熔合纤维当成单根纤维处理。
[0101]
用于测量玻璃纤维130的平均纤维直径的替代程序应用测量空气流动阻力的设备来间接确定样品中随机分布的纤维的平均或“有效”纤维直径。更具体地，在替代程序的一个实施方案中，在30分钟内将纤维绝缘产品100的样品加热至800-1000℉。如果需要，可以加热样品更长时间以确保脱除所有有机物质。然后冷却样品至室温，并将重量约7.50克的测试样品装入设备的室中。施加恒定的空气流量通过所述室，空气流量稳定后，用设备测量压差或压降。根据空气流量和压差测量，设备可以计算样品的平均纤维直径。
[0102]
如上所述，应用细小的玻璃纤维130，示例性纤维绝缘产品100可以形成具有合适r值(如10-54)和厚度(如2-18英寸)的垫子或毯子，通过定制产品的某些特性如纤维直径、密度(pcf)、产品基重(磅/平方英尺)和粘合剂含量等而用于住宅或商业绝缘。例如，通过使密度(pcf)和产品基重(磅/平方英尺)与特定的直径和粘合剂含量相匹配，可以应用平均纤维直径小于或等于4μm的玻璃纤维130形成厚度为3.5英寸和r值为11的绝缘垫。
[0103]
在不同的实施方案中，纤维绝缘产品100的密度可以变化。正如本技术中所应用，纤维绝缘产品的密度是粘合剂组合物已经固化且固化产品处于自由态(即尚未压缩或拉伸)时的密度。在各种实施方案中，纤维绝缘产品100的密度为0.3-2.7pcf。表4列出了含有2.03-3.04μm(8.0-12.0ht)的细小纤维的纤维绝缘产品100的各种示例性实施方案以pcf表示的原始密度。在表4中，纤维直径指施用粘合剂组合物之前的平均纤维直径，按如上所述的空气流动阻力法测量。厚度和原始密度指粘合剂组合物已经固化且固化产品处于自由态(即尚未压缩或拉伸)时产品的厚度和密度。
[0104]
表4：按纤维直径、r值、粘合剂含量和厚度的原始密度(pcf)
[0105]
厚度(英寸)3.503.503.506.255.505.509.5012.0014.00粘合剂含量(％wt)5.505.504.005.505.504.005.505.504.00r值r11r13r15r19r20r21r30r38r49纤维直径(ht)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
80.3530.5490.9500.3260.5130.5890.3550.3570.45390.3630.5690.9870.3360.5300.6110.3660.3690.468100.3770.5901.0250.3480.5500.6310.3790.3810.483110.3870.6071.0630.3590.5670.6520.3920.3940.500120.4010.6271.0970.3710.5850.6740.4030.4060.515130.4110.6451.1350.3820.6020.6940.4160.4180.531140.4250.6651.1730.3920.6220.7160.4280.4300.547150.4350.6861.2140.4030.6390.7370.4400.4430.563
[0106]
表4中的数据给出了具有11-49的r值的纤维绝缘产品，其平均纤维直径小于或等于15ht,原始密度为0.371-1.214pcf，和包含小于或等于6wt％的粘合剂组合物。
[0107]
在一些示例性实施方案中，纤维绝缘产品可以为具有如下参数的垫：未压缩厚度小于或等于3.5英寸、r值大于或等于11和原始密度小于或等于0.41pcf；未压缩厚度小于或等于3.5英寸、r值大于或等于13和原始密度小于或等于0.63pcf；未压缩厚度小于或等于3.5英寸、r值大于或等于15和原始密度小于或等于1.1pcf；未压缩厚度小于或等于6.25英寸、r值大于或等于19和原始密度小于或等于0.38pcf；未压缩厚度小于或等于5.5英寸、r值大于或等于20和原始密度小于或等于0.59pcf；未压缩厚度小于或等于5.5英寸、r值大于或等于21和原始密度小于或等于0.68pcf；未压缩厚度小于或等于9.5英寸、r值大于或等于30和原始密度小于或等于0.41pcf；未压缩厚度小于或等于12.0英寸、r值大于或等于38和原始密度小于或等于0.41pcf；或未压缩厚度小于或等于14.0英寸、r值大于或等于49和原始密度小于或等于0.52pcf。在另一个示例性的实施方案中，纤维绝缘产品可以为未压缩厚度小于或等于3.5英寸、r值大于或等于16、平均纤维直径为2.03-3.04μm(8.0-12.0ht)、含小于或等于3.5wt％粘合剂和原始密度小于或等于1.90pcf或小于或等于2.0pcf的垫。在其它
示例性实施方案中，纤维绝缘产品可以为平均纤维直径为2.03-3.04μm(8.0-12.0ht)和含小于或等于10wt％粘合剂的垫。
[0108]
在其它示例性实施方案中，纤维绝缘产品可以为具有如下参数的垫：未压缩厚度小于或等于3.5英寸、r值大于或等于11和原始密度小于或等于0.44pcf；未压缩厚度小于或等于3.5英寸、r值大于或等于13和原始密度小于或等于0.69pcf；未压缩厚度小于或等于3.5英寸、r值大于或等于15和原始密度小于或等于1.22pcf；未压缩厚度小于或等于6.25英寸、r值大于或等于19和原始密度小于或等于0.41pcf；未压缩厚度小于或等于5.5英寸、r值大于或等于20和原始密度小于或等于0.65pcf；未压缩厚度小于或等于5.5英寸、r值大于或等于21和原始密度小于或等于0.75pcf；未压缩厚度小于或等于9.5英寸、r值大于或等于30和原始密度小于或等于0.45pcf；未压缩厚度小于或等于12.0英寸、r值大于或等于38和原始密度小于或等于0.45pcf；或未压缩厚度小于或等于14.0英寸、r值大于或等于49和原始密度小于或等于0.57pcf。在另一个示例性的实施方案中，纤维绝缘产品可以为未压缩厚度小于或等于3.5英寸、r值大于或等于16、平均纤维直径为3.04-3.81μm(12.0-15.0ht)、含小于或等于3.5wt％粘合剂和原始密度小于或等于1.90pcf或小于或等于2.0pcf的垫。在其它示例性实施方案中，纤维绝缘产品可以为平均纤维直径为3.04-3.81μm(12.0-15.0ht)和含小于或等于10wt％粘合剂的垫。
[0109]
表5描述了含2.03-3.81μm(8.0-15.0ht)的细小纤维的纤维绝缘产品100的示例性实施方案的原始基重(磅/平方英尺(psf))。在表5中，纤维直径指施用粘合剂组合物前按如上所述空气流动阻力方法测量的平均纤维直径，厚度和原始基重指粘合剂组合物已经固化且固化产品处于自由态(即尚未压缩或拉伸)时产品的厚度和基重(磅/平方英尺)。
[0110]
表5：按纤维直径、r值、粘合剂含量和厚度的原始基重(psf)
[0111]
厚度(英寸)3.503.503.506.255.505.509.5012.0014.00粘合剂含量(wt％)5.505.504.005.505.504.005.505.504.00r值r11r13r15r19r20r21r30r38r49纤维直径(ht)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
80.1030.1540.2770.1700.2350.2700.2810.3570.52890.1060.1660.2880.1750.2430.2800.2900.3690.546100.1100.1720.2990.1810.2520.2890.3000.3810.564110.1130.1770.3100.1870.2600.2990.3100.3940.583120.1170.1830.3200.1930.2680.3090.3190.4060.601130.1200.1880.3310.1990.2760.3180.3290.4180.620140.1240.1940.3420.2040.2850.3280.3390.4300.638150.1270.2000.3540.2100.2930.3380.3480.4430.657
[0112]
表5中的数据给出了r值为11-49的纤维绝缘产品，其平均纤维直径小于或等于15ht、原始基重为0.103-0.657psf和包含小于或等于6wt％的粘合剂组合物。
[0113]
在一些实施方案中，本发明的玻璃纤维绝缘产品用平均纤维直径为2.03-3.04μm(8.0-12.0ht)、原始密度为0.3-2.0pcf的纤维与小于或等于10wt％的粘合剂组合物生产，该产品可能比用类似粘合剂组合物但平均纤维直径大于15ht的纤维生产的常规玻璃纤维绝缘产品的刚性略低。
[0114]
在一些实施方案中，本发明的玻璃纤维绝缘产品用平均纤维直径为3.04-3.81μm(12.0-15.0ht)、原始密度为0.3-2.0pcf的纤维与小于或等于10wt％的粘合剂组合物生产，该产品可能比用类似粘合剂组合物但平均纤维直径大于15ht的纤维生产的常规玻璃纤维绝缘产品的刚性略低。
[0115]
在一些示例性实施方案中，本发明的玻璃纤维绝缘产品100的刚性小于或等于75度、或小于或等于60度、或小于或等于45度、或小于或等于30度。玻璃纤维绝缘产品100的刚性通过将玻璃纤维绝缘产品的样品悬挂在中心支架上并测量样品端部向下偏移的角度来测量。所述程序适用于有贴面和无贴面的绝缘产品，和样品的尺寸为约48英寸长和至多约24英寸宽。具体地，所述程序应用平行于地板排布的24英寸长的2x6梁(5.5英寸宽)。将48英寸长的绝缘产品100的样品放在平行于地板的2x6梁的顶部，从而样品的中部位于2x6梁的中心，而样品的两端沿梁的任一侧自由下垂。然后，当样品自由悬挂在2x6梁上时，测量样品每个终端的角度，例如通过提供垂直于2x6梁且位于其下方的90度角标尺，观察确定每一端的角度。越硬的绝缘产品的刚性角越接近0度，因为当由2x6梁在中心处自由支撑时，绝缘产品100的两个自由端保持与地板更平行。刚性较低的产品在2x6梁上下垂，并且其端部在刚性角接近90度时与地板更垂直。
[0116]
在一个示例性实施方案中，纤维绝缘产品100作为垫子形成，其中包括利用粘合剂组合物粘合在一起的多根随机取向的玻璃纤维。所述玻璃纤维的平均纤维直径小于或等于15ht，和纤维绝缘产品含有小于10wt％的无甲醛粘合剂。在一个示例性实施方案中，纤维绝缘产品100具有3.0-4.0wt％的无甲醛粘合剂。
[0117]
在一些示例性实施方案中，所述垫的宽度为11.25-24.25英寸、长度为47-106英寸和厚度为3-4英寸。在一个示例性实施方案中，所述垫未包封(即没有加封皮(如蒸气屏障))。所述垫每英寸的最大r值大于或等于4.6和刚性小于或等于30度。
[0118]
在一些示例性实施方案中，设计纤维绝缘产品100来生产比已知可比纤维绝缘产品刺痛感更低的产品。正如本技术中所应用，“刺痛感”指对人体皮肤神经末梢的机械刺激。与刺痛感相关的特定神经末梢由垂直于皮肤表面施加的足够力引发。单位面积皮肤表面存在相对少量的这种刺激就足以引发刺痛感。形成纤维绝缘产品的纤维端部可由纤维绝缘产品表面突出。当纤维的这些末端接触人(如安装人员)的皮肤时，机械地起到欧拉杆的作用。如果纤维末端在屈曲前能够承受足够的力，则所述末端会触发神经末梢并引起刺痛。因此，纤维的直径、纤维的刚性和突出的纤维末端的数量都是可能影响刺痛感的变量。
[0119]
根据international wool textile organization(iwto)测试标准iwto-66-2017，可通过羊毛舒适度计(wcm)测量纤维绝缘产品引起刺痛感的倾向。wcm测量待测样品，并产生单个数值的舒适系数(cf)值。在样品上的五个不同位置测量舒适系数，并将平均读数记为样品的舒适系数值。较低的舒适系数值表明产生刺痛感的倾向性较低。
[0120]
表6描述了五个现有技术的纤维绝缘样品(a1-a5)和五个本发明示例性实施方案的纤维绝缘产品(b1-b5)的舒适系数值。样品按iwto-66-2017进行测试，并进行了一些小的调整。为了用wcm尽可能地测试最大尺寸的绝缘样品，对样品制备进行了小的调整。具体地，将绝缘样品切割为l15.75
″
x w 8.67
″
，然后平分为1.5
″
的厚度，以安装在wcm测试头下。这是对应用300mm x 300mm样品(11.8
″
x 11.8
″
)和标称厚度织物的iwto-66-2017的长度和宽度的轻微调整。唯一需要的仪器调整是需要去除wcm的样品台，以便在测试头下方安装相对
较厚的1.5
″
样品。
[0121]
表6还包括所列样品的平均纤维直径/密度值(fd/d)。纤维直径以ht列出而密度以pcf列出。通过如上所述的sem方法测量平均纤维直径。当粘合剂组合物已经固化且固化产品处于自由状态(即尚未压缩或拉伸)时测量密度。
[0122]
表6：r值、平均纤维直径/密度比和舒适系数
[0123]
样品r值平均纤维直径/密度(ht/pcf)舒适系数,cfa11950.0267a23032.0243a33028.8170a41330.2192a517.614.6150b11935.8131b22832.374b31228.875b42414.557b52035.1140
[0124]
参考图3，绘制了表5中数据的舒适系数与平均fd/d的关系图线。正如图3所示，样品a1-a5的最小二乘回归线la和样品b1-b5的最小二乘回归线lb表明，舒适系数通常随着fd/d值的增加而增加。最小二乘回归线lb由等式cf＝3.417(fd/d)-4.8定义，其确定系数(r2)为90％，和p值为0.004或更小。图3描述了第一区，其代表本发明纤维绝缘产品的示例性实施方案的舒适系数值。第一区在x轴上以最大40ht/pcf的fd/d为界，如虚线z1所示，和在y轴上由以等式cf＝3.417(fd/d) 60定义的虚线z2为界，该虚线平行于最小二乘回归线lb。正如图3所示，第一区包含所有的样品b1-b5，但不包括所有现有技术的纤维绝缘样品(a1-a5)。
[0125]
本发明的玻璃纤维绝缘材料可以具有本文所公开的特性及其范围的任何组合或子组合。虽然已经通过描述其实施方案描述了本发明，但本技术人无意以任何方式将所附权利要求的范围局限于这些细节。附加的优点和调整对本领域普通技术人员来说很明显。虽然这里已经作为柔性垫或毯子描述了纤维绝缘产品，但也可以应用其它构造和几何形状。另外，可以以多种方式应用纤维绝缘产品，并不限于任何具体的用途。因此，本发明在其更宽的方面不限于所给出和描述的具体细节、代表性设备和描述性实施例。因此，在不偏离总体发明概念的实质或范围的情况下可以偏离这些细节。