Una composición aglutinante acuosa térmicamente curable para fibras,

comprendiendo la composición: (a) un componente poliácido que tiene grupos ácidos, o derivados de anhídrido o sal de los mismos; y (b) un componente polihidroxilado que tiene grupos hidroxilo; y (c) un compuesto que contiene silicio; en donde el pH de la composición aglutinante es mayor que aproximadamente 7.

Referencia cruzada a solicitud relacionada

Esta solicitud reivindica prioridad bajo el título 35 del Código de Estados Unidos, sección § 120(e), a la solicitud de patente de EE.UU. Nº 10/965.359, presentada el 13 de octubre de 2004, la cual reivindica prioridad bajo el título 35 del Código de Estados Unidos, sección § 119(e), a la solicitud de patente provisional de EE.UU. Nº 60/552.361, presentada el 11 de marzo de 2004, las descripciones de las cuales se incorporan en la presente memoria por referencia en su totalidad.

Campo técnico

La presente descripción se refiere a composiciones aglutinantes para fibras no tejidas. En particular, la presente descripción se refiere a aglutinantes de poliéster, térmicamente curables, para fibras no tejidas.

Antecedentes de la invención

Los productos de aislamiento de fibra de vidrio incluyen, de manera general, fibras de vidrio en forma de alfombrillas que son mantenidas juntas por una resina de resol polimérica termoendurecida y curada. Durante la producción de tales productos, se estiran corrientes de vidrio fundido hasta formar fibras de longitudes variables y después son sopladas en una cámara de formación, donde se depositan con poca organización, o en patrones variables, como una alfombrilla sobre una cinta transportadora. Las fibras, mientras están en tránsito en la cámara de formación, y mientras están aún calientes de la operación de estiramiento, son pulverizadas con una disolución acuosa de un aglutinante resinoso. El calor residual de las fibras de vidrio y el flujo de aire a través de la alfombrilla fibrosa durante la operación de formación evaporará, de manera general, la mayor parte del agua del aglutinante resinoso, dejando de este modo los componentes restantes del aglutinante sobre las fibras como un líquido viscoso o semiviscoso de alto contenido en sólidos, formando de este modo una “manta húmeda”. La alfombrilla fibrosa o manta húmeda revestida, que se forma en un estado comprimido debido al flujo de alta velocidad de aire a través de la alfombrilla en la cámara de formación, es transferida después fuera de la cámara de formación a una zona de transferencia donde la alfombrilla se expande verticalmente debido a la resiliencia de las fibras de vidrio. Esta expansión vertical puede ser importante en el procedimiento de fabricación de productos de aislamiento térmico o acústico de fibra de vidrio comercialmente aceptables. Posteriormente, la alfombrilla revestida es transferida a una estufa de curado, donde se sopla aire calentado a través de la alfombrilla para curar el aglutinante y adherir de manera rígida las fibras de vidrio entre sí.

En los procedimientos convencionales se usan resinas de fenol-formaldehído (PF), así como resinas de fenolformaldehído extendidas con urea (resinas PFU), y se ha confiado mucho en ellas a lo largo de los pasados años para preparar aglutinantes para productos de aislamiento de fibra de vidrio. Aunque estas resinas no son caras y proporcionan el producto de aislamiento de fibra de vidrio curado con las propiedades físicas deseadas, pueden tener a menudo un alto contenido de formaldehído libre, y un olor distintivo o desagradable que limita su uso en ciertas aplicaciones. Además, durante la fabricación de aislamientos de fibra de vidrio, el potencial para las emisiones de formaldehído y la exposición de los trabajadores está presente. Por lo tanto, a menudo se requiere que las instalaciones de fabricación que usan resinas PF y PFU como componente principal del aglutinante para productos de aislamiento instalen un caro equipo de reducción con el fin de minimizar la posible exposición de los trabajadores a emisiones de formaldehído y cumplir ciertos estándares requeridos de Tecnología de Máximo Control Alcanzable (MACT, por sus siglas en inglés). Las opciones para productos o procedimientos exentos de formaldehído incluyen: i) añadir un eliminador del formaldehído al aglutinante para reducir o retirar el formaldehído libre y limitar de este modo su posterior emisión y/o olor; ii) dejar que la reacción de la resina proceda durante periodos de tiempo más largos para reducir el formaldehído libre presente en el producto de resina; o iii) utilizar formulaciones de resinas exentas de formaldehído.

Sin embargo, el uso de eliminadores puede conducir a una precipitación, que resulta de que el eliminador en sí y/o el aducto entre el eliminador y cualquier formaldehído residual sea insoluble, necesitándose de este modo etapas de filtración adicionales y a menudo caras. Además, dejar que la reacción de la resina proceda durante un periodo de tiempo extenso suficiente para proporcionar niveles diana de formaldehído da como resultado un producto de resina que tiene un peso molecular concomitantemente más alto. Tales resinas de pesos moleculares más altos pueden carecer de las propiedades deseables para algunas aplicaciones, ya que muchas tienden a ser pegajosas, causando que el aglutinante y el producto de fibra de vidrio revestido con aglutinante se adhieran al equipo de producción. Además, las resinas PF de pesos moleculares más altos tienden a tener un contenido de “tetradímero” más alto. El tetradímero es un dímero de PF altamente cristalino presente en resinas fenólicas producidas bajo condiciones catalizadas con bases, que a menudo precipita fácilmente. La precipitación es incluso más probable cuando se elimina el formaldehído libre en la resina. La precipitación del tetradímero puede dar como resultado que se atasquen las boquillas de pulverización, y la formación de precipitados en los tanques de almacenamiento de aglutinantes de resina y en la resina en sí, necesitándose su retirada.

Por consiguiente, como una alternativa a las resinas PF y PFU, las formulaciones de resinas exentas de formaldehído han recibido una creciente atención para el uso como aglutinantes en la preparación de aislamientos de fibra de vidrio y otros productos. Las formulaciones de aglutinantes adecuadas tienen ventajosamente propiedades físicas (p.ej., viscosidad, diluibilidad y adherencia) y otras características similares a las resinas PF y PFU convencionales, y se pueden preparar a bajo coste. Las formulaciones que tienen un tiempo de curado y un perfil de temperaturas de curado similares, a la vez que proporcionan un producto de aislamiento de fibra de vidrio curado con propiedades físicas equivalentes, pueden permitir el uso de los equipos de producción existentes.

Compendio de la invención

Las composiciones aglutinantes acuosas se describen en las reivindicaciones. En un aspecto, la composición aglutinante acuosa está exenta de formaldehído. La composición aglutinante acuosa es térmicamente curable y tiene un pH alcalino. En una realización ilustrativa, la composición aglutinante acuosa se cura hasta una resina de poliéster termoendurecida insoluble en agua, exenta de formaldehído. También se describe una composición aglutinante acuosa para el uso en la fabricación de productos de fibra, que incluyen productos de fibra no tejida tales como productos de fibra compuestos de fibra de vidrio y/o otras fibras, que incluyen fibras resistentes al calor y similares. Las composiciones aglutinantes acuosas y métodos asociados para usar las composiciones aglutinantes pueden incluir uno o más de los rasgos o combinaciones de rasgos descritos en la presente memoria.

En una realización ilustrativa, la composición aglutinante acuosa es térmicamente curable, incluye un componente poliácido que tiene grupos ácidos, o derivados de anhídrido o sal de los mismos, y un componente polihidroxilado que tiene grupos hidroxilo, donde el pH de la composición aglutinante es mayor que aproximadamente 7, y está, de manera ilustrativa, en el intervalo de aproximadamente 7 a aproximadamente 10. En otra realización ilustrativa, la composición incluye un componente poliácido y un componente polihidroxilado, donde la relación del número de equivalentes molares de grupos ácidos, o derivados de anhídrido o sal de los mismos, presentes en el componente poliácido, al número de equivalentes molares de grupos hidroxilo presentes en el componente polihidroxilado está en el intervalo de aproximadamente 0,6:1 a aproximadamente 1,2:1. En otra realización ilustrativa, la composición incluye un componente poliácido que es un ácido dicarboxílico, que incluye, pero no se limita a, ácidos dicarboxílicos alifáticos insaturados, ácidos dicarboxílicos alifáticos saturados, ácidos dicarboxílicos aromáticos, ácidos dicarboxílicos cíclicos insaturados, ácidos dicarboxílicos cíclicos saturados, derivados sustituidos con hidroxilo de los... [Seguir leyendo]

1. Una composición aglutinante acuosa térmicamente curable para fibras, comprendiendo la composición:

(a) un componente poliácido que tiene grupos ácidos, o derivados de anhídrido o sal de los mismos; y

(b) un componente polihidroxilado que tiene grupos hidroxilo; y

(c) un compuesto que contiene silicio;

en donde el pH de la composición aglutinante es mayor que aproximadamente 7.

2. La composición aglutinante de la reivindicación 1, en donde el pH de la composición aglutinante está en el intervalo de aproximadamente 7 a aproximadamente 10.

3. La composición aglutinante de la reivindicación 1, en la que la relación del número de equivalentes molares de dichos grupos ácidos, o derivados de anhídrido o sal de los mismos, al número de equivalentes molares de dichos grupos hidroxilo está en el intervalo de aproximadamente 0,6:1 a aproximadamente 1,2:1.

4. La composición aglutinante de la reivindicación 1, en la que dichas fibras están incluidas en un producto de aislamiento de fibra de vidrio.

5. La composición aglutinante de la reivindicación 1, en la que dichas fibras comprenden fibras de vidrio.

6. La composición aglutinante de la reivindicación 1, en donde dicha composición aglutinante acuosa térmicamente curable es térmicamente curable hasta una resina de poliéster termoendurecida sustancialmente insoluble en agua.

7. La composición aglutinante de la reivindicación 1, en la que dicho componente poliácido se selecciona de ácidos policarboxílicos alifáticos insaturados, ácidos policarboxílicos alifáticos saturados, ácidos policarboxílicos aromáticos, ácidos policarboxílicos cíclicos insaturados, ácidos policarboxílicos cíclicos saturados, derivados sustituidos con hidroxilo de los mismos, y sales y anhídridos de los mismos, y combinaciones de los mismos.

8. La composición aglutinante de la reivindicación 1, que comprende además amoniaco o una sal del mismo.

9. La composición aglutinante de la reivindicación 1, en la que dicho componente poliácido es una sal de amonio de un ácido policarboxílico alifático insaturado.

10. La composición aglutinante de la reivindicación 1, en la que dicho componente polihidroxilado es un poliol polimérico.

11. La composición aglutinante de la reivindicación 10, en la que dicho poliol polimérico es un polialquilen-poliol o un polialquenilen-poliol.

12. La composición aglutinante de la reivindicación 10, en la que dicho poliol polimérico se selecciona de poli(acetato de vinilo) parcialmente hidrolizado, poli(alcohol vinílico), y mezclas de los mismos.

13. La composición aglutinante de la reivindicación 12, en la que dicho poli(acetato de vinilo) parcialmente hidrolizado es un poli(acetato de vinilo) hidrolizado en 87-89%.

14. La composición aglutinante de la reivindicación 13, en la que la relación del número de equivalentes molares de dichos grupos ácidos, o derivados de anhídrido o sal de los mismos, al número de equivalentes molares de dichos grupos hidroxilo está en el intervalo de aproximadamente 0,6:1 a aproximadamente 1,2:1.

15. La composición aglutinante de la reivindicación 1, que comprende además un catalizador, siendo dicho catalizador capaz de aumentar la velocidad de formación de éster.

16. La composición aglutinante de la reivindicación 15, en la que dicho catalizador es un ácido sulfúrico o un ácido sulfónico, o una sal o derivado de los mismos.

17. La composición aglutinante de la reivindicación 15, en la que dicho catalizador se selecciona de paratoluenosulfonato de amonio, naftalenodisulfonato de amonio, sulfato de amonio, cloruro de amonio, ácido sulfúrico, acetato de plomo, acetato de sodio, acetato de calcio, acetato de cinc, compuestos de organoestaño, ésteres de titanio, trióxido de antimonio, sales de germanio, hipofosfito de sodio, fosfito de sodio, ácido metanosulfónico y ácido para-toluenosulfónico, y mezclas de los mismos.

18. La composición aglutinante de la reivindicación 1, en la que dicho compuesto que contiene silicio es un compuesto que contiene silicio sustituido con amino.

19. La composición aglutinante de la reivindicación 1, en la que dicho compuesto que contiene silicio es un éter de

sililo.

20. La composición aglutinante de la reivindicación 1, en la que dicho compuesto que contiene silicio se selecciona entre gamma-aminopropiltrietoxisilano, gamma-glicidoxipropiltrimetoxisilano, y mezclas de los mismos.

21. La composición aglutinante acuosa térmicamente curable para fibras de la reivindicación 1; en la que,

el componente poliácido que tiene grupos ácidos, o derivados de anhídrido o sal de los mismos, es una sal de amonio de un ácido dicarboxílico.

22. La composición de la reivindicación 21, en donde el pH de la composición aglutinante está en el intervalo de aproximadamente 7 a aproximadamente 10.

23. La composición de la reivindicación 21, en la que el ácido dicarboxílico es ácido maleico.

24. La composición de la reivindicación 21, en la que el componente polihidroxilado es un poli(acetato de vinilo) parcialmente hidrolizado.

25. La composición de la reivindicación 24, en la que el poli(acetato de vinilo) parcialmente hidrolizado es un poli(acetato de vinilo) hidrolizado en 87-89%.

26. La composición aglutinante de la reivindicación 21, en la que la relación del número de equivalentes molares de los grupos sal de ácido carboxílico en el ácido dicarboxílico al número de equivalentes de grupos hidroxilo en el componente polihidroxilado está en el intervalo de aproximadamente 0,6:1 a aproximadamente 1,2:1.

27. Un método para aglutinar fibras, que comprende:

(a) poner en contacto dichas fibras con la composición aglutinante acuosa térmicamente curable de la reivindicación 1; y

(b) calentar dicha composición aglutinante acuosa térmicamente curable a una temperatura suficiente para curar la composición aglutinante acuosa.

28. El método de la reivindicación 27, en el que dichas fibras son fibras no tejidas.

29. El método de la reivindicación 27, en el que dicha composición aglutinante acuosa térmicamente curable es térmicamente curable hasta una resina de poliéster termoendurecida.

30. Un producto de fibra de vidrio que comprende una composición preparada calentando fibras que comprenden fibras de vidrio, revestidas con una composición aglutinante acuosa térmicamente curable que comprende un componente poliácido que tiene grupos ácidos, o derivados de anhídrido o sal de los mismos, un componente polihidroxilado que tiene grupos hidroxilo, y un compuesto que contiene silicio, en donde el pH de la composición aglutinante es mayor que aproximadamente 7.

31. El producto de fibra de vidrio de la reivindicación 30, en el que las fibras están incluidas en una alfombrilla de fibras no tejidas y el producto de fibra de vidrio es un producto de aislamiento de fibra de vidrio.

32. El producto de fibra de vidrio de la reivindicación 30, en el que dicha composición aglutinante acuosa térmicamente curable es térmicamente curable hasta una resina de poliéster termoendurecida.