Мат из полимерных волокон, содержащий дигидразид, и применение
Настоящее изобретение относится к мату из полимерных волокон, способному улавливать формальдегид, который содержит по меньшей мере один дигидразид. Его объектом является также применение указанного мата, в частности, в качестве покрытия поверхности тепло- и/или звукоизолирующих продуктов, в частности, на основе минеральной ваты, полистирола или органического или неорганического пеноматериала. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к мату из полимерных волокон, который содержит дигидразид в качестве агента, способного улавливать формальдегид.
В области строительства и обустройства жилых зданий и офисов, а также в области транспортных средства используются самые разные композитные материалы. Некоторые из этих материалов, такие как звуко- и/или термоизоляционные материалы, деревянные панели, детали мебели и декоративные элементы, используют клеи, краски и лаки, содержащие смолы на основе формальдегида. Содержание свободного формальдегида в этих материалах поддерживается на очень низком уровне, в частности, благодаря введению незначительного количества агентов, способных улавливать формальдегид.
Однако законодательство в отношении защитных материалов от нежелательной эмиссии таких продуктов, как формальдегид, которые могут представлять риск для здоровья человека, становится более строгим и обязывает еще больше снижать количество свободного формальдегида, присутствующего в материалах или способного выделяться из них со временем.
Средства для снижения содержания формальдегида внутри зданий известны.
Предлагалось включать частицы фотокаталитического оксида титана в краску или гипсовые материалы (US-A-2005/0226761), бумагу или текстильный материал, пластмассу или в древесный материал (EP-A-1437397).
Известно также о применении гидразида в строительном материале на основе гипса или цемента (US-A-2004/0101695 и JP-A-2004115340) или карбодигидразида в древесно-волокнистых плитах (EP 1905560).
Задачей настоящего изобретения является снижение количества формальдегида, присутствующего внутри зданий, в частности жилых, и в транспортных средствах.
Для достижения этой цели настоящее изобретение предлагает мат из полимерных волокон, который содержит по меньшей мере один дигидразид.
Другим объектом изобретения является применение вышеуказанного мата в качестве покрытия поверхности тепло- и/или звукоизоляционных продуктов на основе минеральной ваты.
Дигидразид согласно настоящему изобретению отвечает следующей формуле:
H2N-NH-CO-R-CO-NH-NH2,
в которой R означает
- алкиленовый радикал, линейный или разветвленный, предпочтительно содержащий от 1 до 18 атомов углерода, возможно замещенный одним или несколькими гидроксильными радикалами, или
- ариленовый радикал, предпочтительно фенилен или бифинилен, возможно замещенный одним или несколькими гидроксильными радикалами, одним или несколькими атомами галогена, в частности, F, Cl или Br, или одним или несколькими алкильными радикалами, линейными или разветвленными, содержащими от 1 до 4 атомов углерода.
Предпочтительно дигидразид выбран из дигидразидов, в которых радикал R есть алкиленовый радикал C1-C12, предпочтительно C1-C8. Предпочтительным дигидразидом является дигидразид адипиновой кислоты.
Предпочтительно количество дигидразида составляет от 0,1 до 50% от веса мата из полимерных волокон, благоприятно от 0,2 до 20% и, еще лучше, от 0,3 до 10%.
Предпочтительно дигидразид используется вместе с поверхностно-активным веществом (ПАВ), следствием применения которого является повышение сродства волокон к дигидразиду. В результате получается более гомогенное распределение дигидразида в мате.
ПАВ согласно изобретению может быть анионным, катионным или неионным ПАВом. Предпочтительны анионные ПАВы, и из них алкилдифенилоксид дисульфонат.
Количество ПАВа обычно составляет менее 90% от веса дигидразида, предпочтительно от 20 до 80% и благоприятно от 55 до 65%.
Мат согласно изобретению имеет в основе волокна, состоящие предпочтительно из органического полимера.
В качестве примеров можно назвать полиолефиновые волокна, например полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен и полиметилпентен, поливинилацет (гомополимер или сополимер), например, сополимер этилена и винилацетата (EVA), волокна поливинилового спирта (гомополимер или сополимер), например, сополимер этилена и винилового спирта, полимолочной кислоты, акрилонитрила, например, модифицированное акрилонитрильное волокно (содержащее от 35 до 85% звеньев акрилонитрила), волокна из полиоксиалкилена, например, полиоксиэтилена, полиоксифенилена, полиакриловые или полиакрилатные волокна, например, из полиметилметакрилата (ПММА), волокна из сложного полиэфира, в частности, полиалкилентерефталата, например, полиэтилентерефталата и полибутиленттерефталата, из полиамида, полиимида, хлор- и/или фторполимера, например, поливинилхлорида, полихлорфторэтилена, перфторэтилена и перфторпропилена, из полисульфона, например, полиэфирсульфона, из полиуретана, в частности, эластана (по меньшей мере 85% полиуретанового термоэластапласта), из полибензимидазола и арамида.
Предпочтительными волокнами являются термопластичные полимерные волокна, так как их можно легко получить традиционными способами, осуществляемыми прядением или совместным прядением расплавленной пластмассы, в частности, сложного полиэфира, благоприятно полиэтилентерефталата.
Мат может быть образован из волокон, состоящих из одного полимера или из смеси разных полимерных волокон.
Мат из полимерных волокон может состоять из непрерывных филаментов или дискретных филаментов длиной, которая может достигать 1000 мм, предпочтительно варьирующейся от 5 до 500 мм и благоприятно от 50 до 100 мм.
Линейная плотность волокон может варьироваться в широких пределах, например, до 30 дтекс, предпочтительно она равна по меньшей мере 0,9 дтекс, благоприятно варьируется от 2 до 20 дтекс и еще лучше от 3 до 10 дтекс.
Хотя изобретение более конкретно относится к мату из синтетических полимерных волокон, оно применимо также к полимерным волокнам натурального происхождения, содержащим, в частности, полисахариды и/или белки, таким как животные волокна (шерсть или шелк) и растительные волокна (хлопок, лен, конопля, сизаль, кокос, бамбук и т.п.).
Мат согласно изобретению может состоять из указанных выше синтетических или натуральных волокон или из смеси этих волокон.
Мат из полимерных волокон может также содержать упрочняющие элементы в виде волокон диаметром больше диаметра полимерных волокон, из которых образован мат, или в виде нитей, состоящих из множества филаментов, подвергнутых или нет кручению. Упрочняющие элементы могут состоять из полимерного материала, идентичного или нет полимеру, из которого состоят волокна мата, или из другого материала, например, стекла.
Доля упрочняющих элементов в мате из полимерных волокон остается низкой и обычно составляет максимум 10% от веса полимерных волокон.
Мат из полимерных волокон согласно настоящему изобретению имеет поверхностную плотность в диапазоне от 5 до 1000 г/м2, предпочтительно от 10 до 800 г/м2, благоприятно от 15 до 300 г/м2 и еще лучше равную самое большее 100 г/м2.
Само собой разумеется, что можно получить более высокие поверхностные плотности, накладывая друг на друга несколько матов из полимерных волокон согласно настоящему изобретению.
Мат, подходящий для применения в рамках настоящего изобретения, может быть получен известными способами, позволяющими получить полимерные волокна, в частности, сухими способами, которые проводятся путем прочесывания или аэродинамического разделения на волокна ("air-laid"), способами в расплаве, которые проводятся путем прямого прядения ("spunlaid") или экструзией ("spundbonding" или "melt-blow"), мокрыми способами, которые проводятся, исходя из суспензии волокон в воде, аналогичными способам, какие применяются в производстве бумаги, или особыми методами, например, "electrospinning" и "flash spinning".
Классически, мат из полимерных волокон может, кроме того, содержать связующее, которое связывает указанные волокна и которое придает им механические свойства, подходящие для желаемого применения, в частности, достаточную жесткость, чтобы быть легкими в обращении.
Связующее содержит также по меньшей мере один полимер, способный связывать волокна, причем указанный полимер может иметь ту же природу, что и полимер, составляющий волокна, или другую.
Этот полимер может быть термопластичным полимером, например сополимер стирол-акрилонитрил, акрилонитрил-буталиен-стирол, (три)ацетат целлюлозы, пенополистирол, полиолефин, такой как полиэтилен и полипропилен, полиметакрилат, винилацетат или полиоксиметилен; термоотверждаемым полимером, например, ненасыщенный полиэфир, эпоксид, фенольная смола, такая как новолак или резол, в частности, имеющая долю свободного альдегида ниже 0,05%, полиимид, полиуретан, фенопласт или биополимер, например, полисахарид или белок; эластомерным полимером, например фторполимер, в частности, на основе винилиденфторида, неопрен, полиакриловая кислота, полибутадиен, полиэфирамид, силикон, натуральный или бутадиенстирольный (SBR) каучук, или биополимер, например, полисахарид или белок.
Связующее обычно составляет от 5 до 300% от веса мата из полимерных волокон, предпочтительно менее 100%.
В этом случае необходимо обработать мат из полимерных волокон при температуре, достаточной, чтобы связующее могло сшивать. Температура обработки зависит от полимера, образующего волокна мата, и от полимера, входящего в состав связующего: она должна оставаться намного ниже температуры деструкции полимера волокон, чтобы не допустить деструкции мата.
Нанесение дигидразида на мат из полимерных волокон можно осуществить любым известным способом, например пропиткой, обмазкой или напылением раствора, дисперсии или эмульсии указанного дигидразида.
Жидкой фазой, которую можно использовать для солюбилизации, диспергирования или эмульгирования дигидразида, обычно является вода.
Жидкая фаза может содержать небольшую долю сорастворителя, смешиваемого с водой, который повышает смачиваемость полимерных волокон.
Сорастворитель выбирают из полярных органических растворителей, таких как спирты, в частности этанол или пропанол, и кетонов, в частности ацетон.
Как общее правило, количество сорастворителя не превышает 30% от полного веса воды и сорастворителя, предпочтительно остается ниже 20%.
Мат из полимерных волокон согласно настоящему изобретению может использоваться во множестве приложений, например:
- в здании в качестве покрытия стен, полов и/или потолков, покрытия поверхности или соединения гипсовых или цементных плит, покрытия поверхности тепло- и/или звукоизоляционных продуктов, в частности, на основе минеральной ваты, полистирола или органического или неорганического пеноматериала, предназначенных, в частности, для применений под кровлей,
- в автомобиле в качестве отделочного материала или декоративной ткани (полка, багажник, дверь, сиденье, напольные коврики) или в качестве шумопоглощающего материала (капот, пол, свод крыши кузова),
- в области геологии в качестве геотекстиля, в частности покрытия для асфальта или материала для стабилизации почвы,
- в промышленности в качестве ткани с покрытием, фильтра для газов (вентиляция, кондиционирование воздуха) или для жидкостей, таких как масла, покрытия для защиты семян и культур или в качестве покрытия для меблировки (основа для обоев или изнаночный слой для ковра).
Следующий пример позволяет проиллюстрировать изобретение, но ни в коем случае не ограничивает его.
Пример 1
a) Получение мата
В сосуд наливают 141,1 г воды, 5,9 г дигидразида адипиновой кислоты и 3 г алкилдифенилоксид дисульфоната (Dowfax® производства фирмы Dow Chemical).
В полученный раствор погружают мат из полиэтилентерефталатных волокон (18 г/м2), затем его вынимают и сушат в шкафу при 110°C в течение 1 минуты.
Количество дигидразида адипиновой кислоты, осажденного на мат, равно 4 г/м2.
b) Способность улавливать формальдегид в статических условиях
Мат (25 см × 5 см) помещают в сосуд, содержащий водный раствор формальдегида концентрацией 0,4 г/л. Мат находится выше раствора, чтобы он не входил с ним в контакт. Сосуд герметично закрывают и затем помещают в сушильный шкаф при 50°C на 16 часов.
Мат вынимают и промывают водой, чтобы удалить формальдегид, не прореагировавший с дигидразидом адипиновой кислоты.
Затем мат разрезают на несколько кусочков, которые помещают в сосуд, содержащий 100 мл дистиллированной воды, при перемешивании. Сосуд греют при 60°C в течение 24 часов. Выделяют водную фазу, фильтруют ее и методом спектроколориметрии измеряют количество формальдегида, которое в ней содержится.
Способность мата из примера по изобретению улавливать формальдегид равна 930,44 мг/м2.
Для сравнения идентичный мат, но не содержащий дигидразида адипиновой кислоты, обработанный в тех же условиях, не способен улавливать формальдегид.
c) Способность улавливать формальдегид в динамических условиях
Образец мата, полученного в пункте a), помещают в устройство согласно стандарту ISO 16000-9, модифицированное в том, что удельная производительность вентиляции равна 0,5 м3/(м2·ч), и степень заполнения равна 1 м2/м3.
1 - Сначала в испытательную камеру устройства в течение 8 дней непрерывно подают поток воздуха, содержащий 95 мкг/м3 формальдегида. Измеряют количество формальдегида во входящем и выходящем воздухе в течение 8 дней и рассчитывают снижение количества формальдегида на единицу объема воздуха.
Формальдегид измеряют методом жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) в условиях стандарта ISO 16000-3.
В таблице 1 приведено снижение количества формальдегида, происходящее в случае мата, содержащего дигидразид адипиновой кислоты, по сравнению с матом, не содержащим никаких агентов, способных улавливать формальдегид (эталон).
| Таблица 1 | ||
| Снижение уровня формальдегида (мкг/м3) | Пример | Эталон |
| 1 день | 32 | 0 |
| 2 дня | 23 | 0 |
| 8 дней | 19 | 0 |
2 - Затем в камеру в течение 7 дней подают воздух, не содержащий формальдегида, и измеряют количество формальдегида, присутствующего в воздухе, выходящем из камеры.
Формальдегид определяется в тех же условиях, что и в пункте 1.
Количество формальдегида, выделенного матом из примера согласно изобретению, эквивалентно количеству, которое измеряется, когда камера вообще не содержит мата. Отсюда можно заключить, что формальдегид прочно и надежно связан с ацетамидом.
Пример 2
Действуют в условиях примера 1, измененных в том, что мат из полиэфира погружают в раствор, полученный смешением 121,9 г воды, 5,1 г дигидразида адипиновой кислоты, 20 г раствора связующего, содержащего термоотверждаемый полимер (Aquaset® TF 150 от фирмы Rohm&Haas; доля твердых веществ: 54%) и 3 г алкилдифенилоксид дисульфоната (Dowfax® производства фирмы Dow Chemical), и тем, что сушка проводится при 210°C.
Количество дигидразида адипиновой кислоты, осажденного на мат, равно 3 г/м2.
Способность улавливать формальдегид мата из примера 2 в статических условиях, определенных в пункте b), равна 694,44 мг/м2.
Для сравнения идентичный мат, но не содержащий дигидразида адипиновой кислоты, обработанный в тех же условиях, не способен улавливать формальдегид.
1. Мат из полимерных волокон, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере один дигидразид, отвечающий формуле:
H2N-NH-CO-R-CO-NH-NH2,
в которой R означает
- алкиленовый радикал, линейный или разветвленный, предпочтительно содержащий от 1 до 18 атомов углерода, возможно замещенный одним или несколькими гидроксильными радикалами, и
- по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество, выбранное из алкилдифенилоксид дисульфонатов.
2. Мат по п. 1, отличающийся тем, что дигидразид выбран из дигидразидов, у которых радикал R является алкиленовым радикалом С1-С12, предпочтительно C1-C8.
3. Мат по п. 2, отличающийся тем, что дигидразид является дигидразидом адипиновой кислоты.
4. Мат по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что количество дигидразида составляет от 0,1 до 50% от веса мата, предпочтительно от 0,2 до 20%, преимущественно от 0,2 до 20% и еще лучше от 0,3 до 10%.
5. Мат по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что ПАВ составляет менее 90% от веса дигидразида, преимущественно от 20 до 80% и преимущественно от 55 до 65%.
6. Мат по одному из пп. 1-3 и 5, отличающийся тем, что волокна состоят из органического полимера.
7. Мат по п. 6, отличающийся тем, что полимер представляет собой полиолефин, поливинилацетат, поливиниловый спирт, полимолочную кислоту, акрилонитрил, полиоксиалкилен, полиоксифенилен, полиакриловую кислоту или полиакрилат, сложный полиэфир, полиамид, полиимид, хлор- и/или фторполимер, полисульфон, полиуретан, полибензимидазол или арамид.
8. Мат по п. 1, отличающийся тем, что полимер является сложным полиэфиром.
9. Мат по одному из пп. 1-3, 5, 7 и 8, отличающийся тем, что он имеет поверхностную плотность в диапазоне от 5 до 1000 г/м2, предпочтительно от 10 до 800 г/м2, преимущественно от 15 до 300 г/м2 и еще лучше равную самое большее 100 г/м2.
10. Мат по одному из пп. 1-3, 5, 7 и 8, отличающийся тем, что он содержит дополнительно связующее, содержащее полимер, способный связывать волокна той же природы, что и полимер, из которого образованы волокна, или другой.
11. Мат по п. 10, отличающийся тем, что полимер, способный связывать волокна, является термопластичным, термоотверждаемым или эластомерным полимером или биополимером.
12. Мат по п. 11, отличающийся тем, что связующее составляет от 5 до 300% от веса мата из полимерных волокон, предпочтительно менее 100%.
13. Применение мата по одному из пп. 1-12 в качестве покрытия стен, полов и/или потолков.
14. Применение мата по одному из пп. 1-12 в качестве покрытия поверхности или в качестве соединения гипсовых или цементных плит.
15. Применение мата по одному из пп. 1-12 в качестве покрытия поверхности тепло- и/или звукоизоляционных продуктов, в частности, на основе минеральной ваты, полистирола или органического или неорганического пеноматериала.
