BE1020570A3

BE1020570A3 - Liants et materiaux qui en decoulent.

Info

Publication number: BE1020570A3
Application number: BE201100646A
Authority: BE
Inventors: Charles Appley; Carl Hampson; Gert Mueller; Benedicte Pacorel
Original assignee: Knauf Insulation
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2014-01-07

Description

LIANTS ET MATERIAUX QUI EN DECOULENT DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention concerne une formulation de liant et des matériaux composés de celle-ci, comprenant un liant à base d’hydrate de carbone et un procédé de préparation de celui-ci. En particulier, on décrit un liant comprenant les produits de réaction d’un hydrate de carbone et d’une polyamine et les matériaux composés de ceux-ci.

ARRIERE-PLAN

Les liants sont utiles pour fabriquer des articles, car ils sont capables de consolider des matières non assemblées ou peu assemblées. Par exemple, les liants permettent d’unir deux surfaces ou davantage. En particulier, les liants peuvent être utilisés pour produire des produits comprenant des fibres consolidées. Les liants thermodurcissables peuvent être caractérisés en ce qu’ils sont transformés en matériaux insolubles et infusibles par action de la chaleur ou action catalytique. Des exemples de liant thermodurcissable comprennent une série de matériaux phénol-aldéhyde, urée-aldéhyde, mélamine-aldéhyde et d’autres matériaux de condensation-polymérisation comme des résines furanne et polyuréthanne. Les compositions de liant contenant un phénol-aldéhyde, un résorcinol-aldéhyde, un phénol-aldéhyde-urée, un phénol-mélamine-aldéhyde et similaires sont utilisées pour la liaison des fibres, textiles, matières plastiques, caoutchoucs et de nombreux autres matériaux.

Les industries des laines minérales et des panneaux de fibres ont utilisés historiquement, un liant phénol-formaldéhyde pour lier les fibres. Les liants de type phénol-formaldéhyde procurent des propriétés appropriées au produits finaux ; cependant, des considérations environnementales ont motivé le développement de liants alternatifs. Un de ces liants alternatifs est un liant à base d’hydrate de carbone, dérivé de la réaction d’un hydrate de carbone et d’un acide multiprotique,, par exemple, demande U.S. publiée N°2007/0027283 et demande PCT publiée W02009/019235. Un autre liant alternatif est les produits d’estérification de la réaction d’un acide polycarboxylique et d’un polyol, par exemple demande U.S. publiée 2005/0202224. Vu que ces liants n’utilisent pas de formaldéhyde comme réactif, ils ont été dénommés collectivement, liants exempts de formaldéhyde.

Un domaine du développement actuel consiste à trouver un remplacement pour les liants de type phénol-formaldéhyde dans toute la gamme des produits des secteurs de la construction et de l’automobile (par exemple, isolation en fibre de verre, panneaux de particules, panneaux de bureau et isolation acoustique). En particulier, les liants exempts de formaldéhyde développés précédemment peuvent ne pas posséder toutes les propriétés souhaitées pour tous les produits de ce secteur. Par exemple, les liants à base d’acide acrylique et de poly(alcool vinylique) ont montré des caractéristiques de performance prometteuses. Cependant, ils sont relativement plus onéreux que les liants phénol-formaldéhyde, ils dérivent essentiellement de ressources à base de pétrole et ils ont tendance à présenter des vitesses de réaction plus faibles pare comparaison aux compositions de liant à base de phénol-formaldéhyde (exigeant des temps de durcissement prolongés ou des températures de durcissement augmentées). Les compositions de liant à base d’hydrate de carbone sont composées de précurseurs relativement peu onéreux et dérivent essentiellement de ressources renouvelables ; cependant, ces liants peuvent également exiger des conditions de réaction pour le durcissement, qui sont sensiblement différentes des conditions dans lesquelles le système traditionnel de liant phénol-formaldéhyde durcit. Ainsi, le remplacement aisé des liants de type phénol-formaldéhyde par une alternative existante n’a pas été atteint facilement.

RESUME

Selon la présente description, un liant à base d’hydrate de carbone est décrit. La composition de liant présente des propriétés qui la rendent utile pour une série d’applications ; en particulier, le liant peut être utilisé pour lier des matières peu assemblées comme des fibres.

Dans des formes de réalisation illustratives, la présente description concerne un liant comprenant un produit polymère d’un réactif hydrate de carbone et d’une polyamine. Dans une forme de réalisation, le réactif hydrate de carbone est un polysaccharide. Dans une forme de réalisation, le réactif hydrate de carbone est un monosaccharide ou un disaccharide. Dans une autre forme de réalisation, l’hydrate de carbone est un monosaccharide sous sa forme aldose ou cétose. Dans une autre forme de réalisation, le réactif hydrate de carbone est choisi parmi le groupe consistant en le dextrose, le xylose, le fructose, la dihydroxyacétone et leurs mélanges. Dans une autre forme de réalisation, le produit polymère est un produit polymère thermodurcissable.

Dans des formes de réalisation illustratives, la polyamine est une polyamine primaire. Dans une forme de réalisation, la polyamine peut être une molécule ayant la formule H2N-Q-NH2, où Q est alkyle, cycloalkyle, hétéroalkyle ou cyclohétéroalkyle, chacun étant le cas échéant substitué. Dans une forme de réalisation, Q est un alkyle choisi parmi le groupe consistant C2-C24. Dans une autre forme de réalisation, Q est un alkyle choisi parmi le groupe consistant en C2-Ce. Dans une autre forme de réalisation, Q est un alkyle choisi parmi le groupe consistant en C3-C7. Dans une autre forme de réalisation, Q est un alkyle en C6. Dans une forme de réalisation, Q est choisi parmi le groupe consistant en cyclohexyle, cyclopentyle et cyclobutyle. Dans une autre forme de réalisation, Q est benzyle.

Dans des formes de réalisation illustratives, la polyamine est choisie parmi le groupe consistant en une diamine, une triamine, une tétramine et une pentamine. Dans une forme de réalisation, la polyamine est une diamine choisie parmi le groupe consistant en le 1,6-di-aminohexane et le 1,5-diamino-2-méthylpentane. Dans une forme de réalisation, la diamine est le 1,6-diaminohexane. Dans une forme de réalisation, la polyamine est une triamine choisie parmi le groupe consistant en la diéthylènetriamine, la 1-pipérazineéthanamine et la bis(hexaméthylène)triamine. Dans une autre forme de réalisation, la polyamine est une tétramine telle que la triéthylènetétramine. Dans une autre forme de réalisation, la polyamine est une pentamine telle que la tétraéthylènepentamine.

Dans des formes de réalisation illustratives, la polyamine primaire est une polyéther-polyamine. Dans une forme de réalisation, la polyéther-polyamine est une diamine ou une triamine.

Dans des formes de réalisation illustratives, le rapport pondéral du réactif hydrate de carbone à la polyamine se situe dans l’intervalle allant d’environ 1:1 à environ 30:1. Dans une autre forme de réalisation, le rapport pondéral du réactif hydrate de carbone à la polyamine se situe dans l’intervalle allant d’environ 2:1 à environ 10:1. Dans une autre forme de réalisation, un extrait aqueux du produit polymère a un pH situé dans l’intervalle allant d’environ 5 à environ 9. Dans une autre forme de réalisation, le produit polymère est exempt de phénol et/ou exempt de formaldéhyde. Dans une autre forme de réalisation, un extrait aqueux du produit polymère est capable de réduire le réactif de Benedict. Dans une autre forme de réalisation, le produit polymère absorbe la lumière entre 400 et 500 nm, par exemple, à 420 nm.

Dans une forme de réalisation illustrative, un procédé de préparation d’un ensemble de matières liées par un liant polymère comprend la préparation d’une solution contenant les réactifs pour produire le liant polymère et un solvant, où les réactifs comprennent un réactif hydrate de carbone et une polyamine ; le dépôt de la solution sur l’ensemble de matières ; la volatilisation du solvant pour former un produit non durci, et le fait de soumettre le produit non durci à des conditions qui provoquent la polymérisation du réactif hydrate de carbone et de la polyamine pour former le liant polymère. Dans une forme de réalisation, l’ensemble de matières comprend des fibres choisies parmi le groupe consistant en des fibres minérales (fibres de laine de laitier, fibres de laine de roche ou fibres de verre), des fibres d’aramide, des fibres céramiques, des fibres métalliques, des fibres de carbone, des fibres de polyimide, des fibres de polyester, des fibres de rayonne, et des fibres cellulosiques. Dans une autre forme de réalisation, l’ensemble de matières comprend des particules telles que le charbon ou du sable. Dans une autre forme de réalisation, l’ensemble de matières est des fibres de verre. Dans une autre forme de réalisation, les fibres de verre sont présentes dans l’intervalle allant d’environ 70% à environ 99% en poids. Dans une autre forme de réalisation, l’ensemble de matières comprend des fibres cellulosiques. Par exemple, les fibres cellulosiques peuvent être des copeaux de bois, de la sciure, de la pulpe de bois ou du bois broyé. Dans une autre forme de réalisation encore, les fibres cellulosiques peuvent être d’autres fibres naturelles comme le jute, le lin, le chanvre ou la paille.

Dans des formes de réalisation illustratives, le procédé de préparation d’un ensemble de matières lié par un liant polymère comprend en outre, la préparation d’une solution par addition d’une quantité de réactif hydrate de carbone et d’une quantité d’une polyamine, de sorte que le rapport molaire se situe dans l’intervalle allant d’environ 2:1 à environ 10:1, respectivement. Dans une forme de réalisation, la préparation de la solution comprend l’addition du réactif hydrate de carbone et de la polyamine à une solution aqueuse. Dans une autre forme de réalisation, la préparation de la solution comprend l'ajustement du pH de la solution dans l’intervalle allant d’environ 8 à environ 13, par exemple, dans l’intervalle allant d’environ 8 à environ 12.

Dans des formes de réalisation illustratives, la présente description concerne une composition comprenant un ensemble de matières et un liant ; le liant comprenant les produits polymères de la réaction entre un réactif hydrate de carbone et une polyamine, les produits polymères étant sensiblement insolubles dans l’eau. Dans une forme de réalisation, l’ensemble de matières comprend des fibres minérales (fibres de laine de laitier, fibres de laine de roche ou fibres de verre), des fibres d’aramide, des fibres céramiques, des fibres métalliques, des fibres de carbone, des fibres de polyimide, des fibres de polyester, des fibres de rayonne, et des fibres cellulosiques. Par exemple, les fibres cellulosiques peuvent comprendre des copeaux, de la sciure, de la pulpe de bois et/ou du bois broyé. Dans une forme de réalisation, le réactif hydrate de carbone est choisi parmi le groupe consistant en le dextrose, le xylose, le fructose, la dihydroxyacétone et leurs mélanges. Dans une autre forme de réalisation, la polyamine est choisie parmi le groupe consistant en une diamine, une triamine, une tétramine et une pentamine. Dans une forme de réalisation, la polyamine est H2N-Q-NH2, où Q est alkyle, cycloalkyle, hétéroalkyle ou cyclohétéroalkyle, chacun étant le cas échéant substitué.

Dans une autre forme de réalisation, la composition comprend en outre, un composé contenant du silicium. Dans une forme de réalisation, le composé contenant du silicium est un silyléther fonctionnalisé ou un alkylsilyléther fonctionnalisé, comme par exemple un alkylsilyléther à fonction amine. Par exemple, dans une forme de réalisation, le composé contenant du silicium peut être le gamma-aminopropyltriéthoxysilane, le gamma-glycidoxypropyltriméthoxysilane, ou raminoéthylaminopropyltriméthoxysilane, ou un mélange de ceux-ci. Dans une autre forme de réalisation, le composé contenant du silicium peut être un siloxane oligomère à fonction amine. Dans une autre forme de réalisation, la composition comprend un inhibiteur de corrosion choisi parmi le groupe consistant en l’huile de dépoussiérage, le phosphate de monoammonium, le métasilicate de sodium pentahydraté, la mélamine, l’oxalate d’étain (II), et une émulsion fluide de méthylhydrogénosilicone.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

La figure 1 montre un schéma de la réaction de Maillard, qui prédomine dans la production des mélanoïdines.

La figure 2 montre un schéma d’un réarrangement de Amadori représentatif.

La figure 3 montre le profil de température de durcissement (axe des Y en °C) du centre d’un échantillon de mat en fibres de verre pour différents liants pendant un cycle de moulage à chaud (axe des X en minutes de la période de moulage) à l’aide d’une presse de moulage avec un plateau de température contrôlé à 204°C. Liant 1 (♦) est un liant phénol-formaldéhyde (exemple comparatif 2) ; liant 2 () un liant hydrate de carbone-acide inorganique (exemple comparatif 3), et liant 3 (X) est un liant dextrose-ammoniac-hexaméthylènediamine (HMDA) (exemple 5).

DESCRIPTION DETAILLEE

Bien que l’invention soit susceptible à différentes modifications et aux formes alternatives, des formes de réalisation spécifiques seront décrites ici de manière détaillée. Il convient de comprendre cependant, que l’on ne souhaite pas limiter l’invention aux formes particulières décrites, mais au contraire, l’intention est de couvrir toutes les modifications, équivalents et alternatives tombant dans l’esprit et le cadre de l’invention.

La présente description concerne une composition de liant ayant une utilité inattendue dans la consolidation de matières non assemblées ou peu assemblées. La composition de liant représente une avancée inattendue dans l’état actuel de la technologie dans le domaine des compositions de liant. Spécifiquement, le liant offre des améliorations de la performance et procure des méthodologies de préparation simplifiées et avantageuses, tout en maintenant les avantages irréfutables sur l’environnement, caractéristiques d’un système de liant à base d’hydrates de carbone.

Tel qu’utilisée ici, l’expression solution de liant est la solution des composés chimiques, qui peut être sensiblement déshydratée pour former un liant non durci. Tels d’utilisés ici, le liant ou la composition de liant peuvent être durcis, non durcis ou partiellement durcis. La composition du liant non durci est dite composition de liant non durcie. Un liant non durci est un mélange sensiblement déshydraté de, composés chimiques, qui peuvent être durcis pour former un liant durci. Sensiblement déshydraté signifie que le solvant (typiquement, de l’eau ou un mélange avec celle-ci) utilisé pour préparer la solution de liant est évaporé jusqu’à ce que la viscosité des matières restantes (comprenant les réactifs du liant et le solvant) soit suffisamment élevée pour créer la cohésion entre la matière peu assemblée ; ainsi, des matières restantes sont un liant non durci. Dans une forme de réalisation, le solvant compose moins de 65% du poids total des matières restantes. Dans une autre forme de réalisation, un liant sensiblement déshydraté a une teneur en humidité située dans l’intervalle allant d’environ 5% à environ 65% d’eau, en poids du liant total. Dans une autre forme de réalisation, le solvant peut composer moins de 50% du poids total des matières restantes. Dans encore une autre forme de réalisation, le solvant peut composer moins de 35% du poids total des matières restantes. Dans une autre forme de réalisation, un liant sensiblement déshydraté a d’environ 10% à environ 35% d’eau, en poids du liant total. Dans une autre forme de réalisation, le solvant peut composer moins d’environ 20% du poids total des matières restantes.

Dans des formes de réalisation illustratives, un liant non durci peut être une substance collante incolore, blanche, blanc cassé, ocre ou jaune à brunâtre, qui est au moins partiellement soluble dans l’eau. Telle qu’utilisée ici, l’expression liant durci décrit le produit polymère de durcissement de la composition de liant non durcie. Le liant durci peut avoir une couleur caractéristique brune à noire. Bien que décrit comme brun ou noir, une autre caractéristique est que le liant tend à absorber la lumière sur une large plage de longueurs d’onde. En particulier, l’absorbance maximale peut se situer à 420 nm. Vu que le polymère est fortement réticulé, le liant durci est sensiblement insoluble. Par exemple, le liant est essentiellement insoluble dans l’eau. Comme décrit ici, le liant non durci présente une capacité de liaison suffisante pour consolider des fibres ; cependant, le liant durci confère la durabilité robuste et durable et les propriétés physiques habituellement associées aux polymères réticulés.

Dans des formes de réalisation illustratives, les réactifs du liant décrit ici sont solubles dans l’eau et la solution de liant est une solution des réactifs de liant en solution aqueuse. Dans une forme de réalisation, un tensioactif est incorporé dans la solution aqueuse pour augmenter la solubilité ou l’aptitude à la dispersion d’un ou de plusieurs des réactifs de liant ou d’additifs. Par exemple, un tensioactif peut être ajouté à la solution aqueuse de liant pour amplifier l’aptitude à la dispersion d’un additif particulaire. Dans une forme de réalisation, un tensioactif est utilisé pour créer une émulsion avec un additif ou un réactif de liant non polaire. Dans une autre forme de réalisation, la solution de liant comprend d’environ 0,01% à environ 5% en poids de tensioactif, sur base du poids de la solution de liant.

Dans des formes de réalisation illustratives, les solutions de liant décrites ici peuvent être appliquées sur des fibres minérales (par exemple, pulvérisées sur le mat ou pulvérisées sur les fibres lorsqu’elles entrent dans la région de formation), pendant la production de produits d’isolation en fibres minérales. Une fois que la solution de liant est en contact avec les fibres minérales, la chaleur résiduelle des fibres minérales (il convient de noter que les fibres de verre par exemple, sont préparées à partir de verre fondu et contiennent donc, de la chaleur résiduelle) et le flux d’air traversant et/ou aux alentours du produit va provoquer l’évaporation d’une partie de l’eau de la solution de liant. L’élimination de l’eau laisse les composants restants du liant sur les fibres en tant que revêtement d’un mélange visqueux ou semi-visqueux à haute teneur en matières solides. Le revêtement de mélange visqueux ou semi-visqueux à haute teneur en matières solides agit comme liant. A ce moment, le mat n’a pas encore été durci. En d’autres termes, le liant non durci fonctionne pour lier les fibres minérales dans le mat.

En outre, il convient de comprendre que les liants non durcis décrits ci-dessus peuvent être durcis. Par exemple, le processus de préparation d’un produit d’isolation durci peut comprendre une étape suivante, dans laquelle de la chaleur est appliquée pour provoquer une réaction chimique dans la composition de liant non durcie. Par exemple, dans le cas de la préparation de produits d’isolation en fibres de verre ou d’autres produits d’isolation en fibres minérales, après que la solution de liant a été appliquée sur les fibres et déshydratée, le produit d’isolation non durci peut être transféré dans un four de cuisson. Dans le four de cuisson, le produit d’isolation non durci est chauffé (par exemple, d’environ 300°F à environ 600°F [d’environ 150°C à environ 320°C]), ce qui provoque le durcissement du liant. Le liant durci est un liant exempt de formaldéhyde, résistant à l’eau, qui lie l’une à l’autre, les fibres du produit d’isolation. Il convient de noter que le séchage et le durcissement thermique peut se produire séquentiellement, simultanément, en même temps ou concurremment.

Dans des formes de réalisation illustratives, un produit en fibres non durci comprend d’environ 3% à environ 40% de matières solides sèches de liant (matières solides totales non durcies en poids). Dans une forme de réalisation, le produit en fibres non durci comprend d’environ 5% à environ 25% de matières solides de liant sec. Dans une autre forme de réalisation, le produit en fibres non durci comprend d’environ 50% à environ 97% en poids de fibres.

Comme mentionné ici concernant un liant sur des fibres minérales, un liant durci est le produit du durcissement des réactifs du liant. Le terme durci indique que le liant a été exposé a des conditions qui initient un changement chimique. Des exemples de ces changements chimiques comprennent, mais sans limitation, (i) une liaison covalente, (ii) une liaison hydrogène de composants du liant, et (iii) la réticulation chimique des polymères et/ou oligomères dans le liant. Ces changements peuvent augmenter la durabilité du liant et sa résistance aux solvants, par comparaison au liant non durci. Le durcissement du liant peut résulter en la formation d’un matériau thermodurci. En outre, un liant durci peut résulter en une augmentation de l’adhésion des matières dans un ensemble par comparaison à un liant non durci. Le durcissement peut être initié par exemple, par la chaleur, un rayonnement micro-onde et/ou des conditions qui initient un ou plusieurs des changements chimiques mentionnés ci-dessus. Sans être limité à une théorie particulière, le durcissement peut comprendre la réaction de l’hydrate de carbone et de la polyamine pour former des mélanoïdines.

Dans une situation dans laquelle le changement chimique du liant résulte en la libération d’eau, par exemple polymérisation et réticulation, le durcissement peut être déterminé par la quantité d’eau libérée supérieure à ce qui se serait produit pour un séchage seulement. Les techniques utilisées pour mesurer la quantité d’eau libérée pendant le séchage par comparaison au durcissement d’un liant, sont bien connues.

Un aspect de la présente description est que la composition de liant durcie comprend un polymère azoté. Le polymère azoté est de couleur brune ou noire. Sans être limité à une théorie particulière, la composition de liant durcie comprend des mélanoïdines. Les mélanoïdines sont identifiables en ce qu’elles sont des polymères bruns, complexes, contenant des cycles furanne et de l’azote, de poids moléculaire élevé. De poids moléculaire élevé, tel qu’utilisé ici, comprend les polymères dont le poids moléculaire dépasse 100 000 Daltons. Etant composé de chaînes polymères fortement réticulées, le poids moléculaire des mélanoïdines décrites ici s’approche de l’infini. Ainsi, le poids moléculaire des mélanoïdines peut être fonction de la masse et des dimensions physiques du polymère à analyser. Par exemple, on peut supposer qu’un échantillon unitaire de mélanoïdines ayant une masse de 3 g ne contient qu’une seule molécule polymère à cause de la réticulation importante. Ainsi, le poids moléculaire du polymère serait d’environ 1,8 x 1024 g/mole (le produit de la masse de l’échantillon et du nombre d’Avogadro). Tel qu’utilisé ici, un polymère de poids moléculaire élevé comprend des polymères ayant un poids moléculaire situé dans l’intervalle allant d’environ 1 x 105 à environ 1 x 1024 g/mole.

Sans être limité à une théorie particulière, il est entendu que les mélanoïdines varient au niveau de la structure selon les réactifs et conditions de préparation. On sait également que les mélanoïdines possèdent un rapport carbone à azote, qui augmente avec la température et la durée de chauffage. En outre, les mélanoïdines possèdent un caractère saturé, insaturé et aromatique. Pour les mélanoïdines, le degré d’insaturation et d’aromaticité augmente avec la température (température de durcissement) et la durée du chauffage (durée de durcissement). Les mélanoïdines présentent également, au sein du polymère, une variété de structures pour le C-1 des sucres incorporés comme réactifs. Les mélanoïdines peuvent également contenir des radicaux carbonyle, carboxyle, amine, amide, pyrrole, indole, azométhine, ester, anhydride, éther, méthyle et/ou hydroxyle. En fonction de la complexité de la structure, la spectroscopie infrarouge peut être utile pour l’identification d’un ou de plusieurs de ces radicaux fonctionnels. Bine que décrit comme un polymère de type mélanoïdine, l’homme de métier conviendra que le liant peut être classifié selon l’existence d’une liaison particulière présente, comme polyester, polyéther, polyamide, etc.

Une autre manière pour caractériser le liant, est par l’analyse des composés gazeux produits pendant la pyrolyse du liant durci. Le gaz de pyrolyse d’un liant durci dans le cadre de la présente description, peut contenir d’environ 0,5 à environ 15% (en surface relative de pic) d’un ou de plusieurs des composés suivants : 2-cyclopentèn-1-one, 2,5-diméthylfuranne, furanne, 3-méthyl-2,5-furanndione, phénol, 2,3-diméthyl-2-cyclopentèn-1-one, 2-méthylphénol, 4-méthylphénol, 2,4-diméthylphénol, phtalate de diméthyle, acide octadécanoïque, ou érucylamide. L’empreinte de pyrolyse par chromatographie gazeuse-spectrométrie de masse (Py GC-MS) réalisée à 770°C pour un échantillon de liant préparé à l’aide d’hexaméthylènediamine comme composant polyamine, montre la pyridine et un certain nombre de composés qui sont des dérivés du pyrrole et de la pyridine (une méthylpyridine, un méthylpyrrole, des diméthylpyridines, un diméthylpyrrole, un éthylméthylpyrrole et d’autres composants azotés apparentés au pyrrole). Une autre manière par laquelle le liant peut être identifié est si une solution contenant le liant (ou une solution d’extrait) est capable de réduire le réactif de Benedict. Dans une forme de réalisation, une solution en contact avec le liant ou un extrait aqueux de celui-ci réduit le réactif de Benedict.

Un aspect de la présente description est que les liants décrits ici sont respectueux de l’environnement. Parallèlement à la progression des régulations gouvernementales, la présente description décrit un liant qui peut être préparé sans formaldéhyde. En outre, la chimie décrite ici est essentiellement exempte de formaldéhyde et de phénol. En ce sens, ni du formaldéhyde, ni du phénol ne sont utilisés comme réactif dans le cadre de la présente description. Alors que tous deux peuvent être ajoutés pour obtenir un liant ayant des propriétés potentiellement utiles, un aspect de la présente invention est un liant qui peut être préparé sans ces deux réactifs. Dans un autre aspect, la présente composition de liant peut être préparée sans utilisation de réactifs volatils. Dans une forme de réalisation, l’amine primaire et l’hydrate de carbone sont tous deux des réactifs non volatils. Tel qu’utilisé ici, un réactif volatil est celui qui a une tension de vapeur supérieure à 10 kPa à 20°C. De manière similaire, tel qu’utilisé ici, un réactif non volatil a une tension de vapeur qui est inférieure à environ 10 kPa à 20°C. Spécifiquement et comme exemple, le présent liant peut être préparé sans addition d’ammoniac ou d’un composé libérant de l’ammoniac. Dans une forme de réalisation, la polyamine a une tension de vapeur inférieure à environ 0,5 kPa à 60°C.

Un autre aspect respectueux de l’environnement de la présente description est que les réactifs principaux du liant sont des hydrates de carbone. Les hydrates de carbone sont considérés comme une ressource renouvelable. Cependant, l’état actuel de la technique utilise essentiellement des réactifs dérivés du pétrole pour la préparation des compositions de liant. Dans un autre aspect, le liant est préparé par des réactions chimiques qui peuvent se produire à des températures plus basses que celles de systèmes comparables décrits dans la technique antérieure. Ainsi, les fours de cuisson et l’équipement de préparation peuvent être mis en œuvre à des températures plus faibles, économisant ainsi des ressources énergétiques. Dans l’alternative et de manière apparentée, le liant décrit ici durcit plus rapidement que les liants comparables actuellement utilisés, lorsqu’ils sont soumis à des températures comparables de durcissement. Ainsi, par une autre approche, un aspect de la présente description est que l'empreinte carbone d'un produit formé à l’aide du liant décrit ici peut être sensiblement réduite par comparaison à un liant comparable, préparé selon l’état actuel de la technique, par exemple un produit à base de phénol-formaldéhyde.

En plus des avantages environnementaux, la présente composition de liant et les matériaux préparés à partir de celle-ci peuvent être obtenus avec des caractéristiques de performance équivalentes ou excédant celles de systèmes de liant comparables, par exemple les liants phénol-formaldéhyde. Dans un aspect, un liant selon la présente description procure des articles présentant une résistance en traction suffisante pour permettre la découpe à la matrice, la fabrication, la stratification et l’installation dans les applications OEM. Dans un aspect, un liant selon la présente description présente une absorption d’eau (résistance aux intempéries) comparable à celle d’un liant phénol-formaldéhyde. Une autre caractéristique de performance, qui peut être importante pour une application particulière comprend les émissions de produit, la densité, la perte au feu, la récupération de l’épaisseur, la poussière, la résistance en traction, la résistance au tronçonnage, la durabilité de la résistance au tronçonnage, la résistance de l’adhérence, l’absorption d’eau, la performance sur surfaces chaudes, la corrosivité sur l’acier, la rigidité en flexion, la raideur-rigidité, la résistance à la compression, la résistance à la compression conditionnée, le module de compression, le module de compression conditionnée, et la développement de fumée au feu. Un aspect de la présente description est que l’extrait du liant durci est de pH essentiellement neutre, par exemple situé entre 6 et 8. Un autre aspect de la présente description est que le présent liant permet la préparation de produits ayant des caractéristiques de performance comparables à celles des compositions de liant phénol-formaldéhyde.

De manière illustrative, dans une forme de réalisation, un liant selon la présente description présente l’avantage de produire des extraits aqueux essentiellement incolores. Cette caractéristique de la présente description rend le liant désirable dans des applications telles que des dalles pour plafond, des meubles, des panneaux de bureau, où le produit fini peut entrer en contact avec l’eau. Un article manufacturé, durci préparé avec le présent liant montre une excellente résistance à la décoloration ou au suintement après que le liant soit entré en contact avec l’humidité ou l’eau. En outre, dans une forme de réalisation, l’eau qui entre en contact avec le liant ne laisse pas un résidu coloré sur les autres objets ou parties, avec lesquels elle entre en contact après avoir été en contact avec le liant. Par exemple, dans une forme de réalisation, le liant peut être utilisé pour lier des fibres de verre dans une application de panneau de bureau. Un textile clair peut couvrir la composition de fibres de verre liées. Avec avantage, dans une forme de réalisation, le contact avec l’eau de la composition de fibres de verre ne laisse pas de résidu coloré sur le textile après séchage du panneau de bureau.

En plus des caractéristiques de performance, les processus et les procédés de préparation impliquant le liant décrit ici ont un certain nombre d’avantages inattendus par rapport aux liants décrits précédemment. Dans un aspect, comme décrit précédemment concernant les avantages environnementaux, le présent liant peut être préparé sans utilisation de réactifs très volatils. Ainsi, les contrôles d’émission pendant la préparation sont sous une charge réduite. De plus, l’efficacité de réaction est supérieure car la perte en réactif due à l’évaporation est réduite. Ainsi, un aspect de la présente description est que les composés utilisés ici sont sensiblement non volatils, ainsi les étapes que l’on doit effectuer pour réduire les émissions indésirables sont réduites.

Selon un autre aspect, les réactifs qui réagissent pour former un liant sont suffisamment lents à réagir de sorte qu’un système de liant monotope peut être utilisé. Selon cet aspect, les composés réactifs sont suffisamment lents à réagir pour qu’ils puissent être ajoutés à une solution à un seul réactif et stockés pendant une période raisonnable, pendant laquelle ils peuvent être appliqués sur un produit à l’aide d’un seul système de distribution. Ceci est contraire aux systèmes de liant, qui réagissent à faible température pour résulter en des produits de réaction insolubles dans les systèmes de distribution de la solution de liant. Tel qu’utilisé ici, une période de stockage raisonnable sans précipitation polymère sensible (> 5%) est deux semaines.

Un autre aspect de la présente description est que, bien que le liant soit suffisamment non réactif dans des conditions de température ambiante pour faciliter l’approche monotope, il est suffisamment réactif à températures élevées pour durcir à très faible température et/ou très courts temps de durcissement. Dans un aspect, la température de durcissement diminuée réduit le risque que le produit d’isolation subisse une combustion sans flamme et/ou provoque des lignes de feu. Dans le présent contexte, les très faibles températures sont caractérisées en ce qu’elles sont inférieures ou égales à environ 120°C. Dans le présent contexte, les temps de durcissement très courts sont inférieurs ou égaux à environ 4 minutes.

Dans des formes de réalisation illustratives, la composition de liant comprend un acide ou un sel d’acide pour augmenter la durée de vie du liant non durci ou de la solution de liant. Bien que cet acide ne soit pas un réactif ou un catalyseur, il peut être incorporé pour ralentir ou inhiber les réactifs du liant à former le liant quand la solution de liant ou le liant non durci est maintenu dans les conditions de stockage. Par exemple, un acide volatile ou un sel d’acide peut être incorporé dans la solution de liant ou le liant non durci, pour ralentir ou inhiber la réaction de durcissement dans les conditions ambiantes. Cependant, l’acide peut être éliminé par chauffage de la solution de liant ou du liant non durci de sorte que l’acide se volatilise et que le pH de la solution de liant ou du liant non durci augmente. Dans une forme de réalisation, la composition de liant comprend un acide prolongeant la durée de vie. Dans une autre forme de réalisation, la composition de liant comprend un rapport molaire de l’acide prolongeant la durée de vie à la polyamine allant d’environ 1:20 à environ 1:1.

Un autre aspect de la présente description est un liant ayant une vitesse de durcissement, une durée de cycle et une température de durcissement, qui rencontrent ou dépassent les vitesses de durcissement qu’un liant de type phénol-formaldéhyde peut présenter dans le cadre d’un usage comparable. A ce sujet, le présent liant peut être utilisé comme remplacement direct des résines phénol-formaldéhyde dans des applications, sans modification de l’équipement. En outre, le présent liant permet la modification de la température et de la durée de durcissement de sorte que les températures de réaction et les durées de durcissement puissent être réduites. Cette réduction a l’effet de réduire la consommation d’énergie du processus global et réduit l’impact sur l’environnement de la préparation du produit. En outre, des températures de durcissement plus faibles ont pour effet supplémentaire d’augmenter la sécurité du processus de préparation. Un autre effet des plus faibles températures de durcissement est une réduction du risque de combustion sans flammes ou de feu.

Dans la fabrication des produits d’isolation, la chaleur libérée par la réaction exothermique de durcissement peut résulter en un chauffage du produit. Ce chauffage est typiquement non problématique tant que la chaleur se dissipe. Cependant, si la chaleur augmente la température du produit jusqu’à un point où les processus oxydatifs commencent, le chauffage peut provoquer des dommages significatifs au produit. "Par exemple, la combustion sans flammes ou l’oxydation peuvent se produire lorsque la température du produit d’isolation dépasse environ 425°F (210°C). A ces températures, les processus exothermiques de combustion ou d’oxydation favorisent encore le chauffage et le liant peut être détruit. En outre, la température peut augmenter jusqu’à un niveau où la fusion ou la dévitrification des fibres de verre est possible. Cela endommage non seulement, la structure et la valeur du produit d’isolation, mais cela peut également créer un danger de feu.

Un autre aspect de la présente discussion est que le système de liant est essentiellement non corrosif avec ou sans addition d’inhibiteurs de corrosion. En outre, le système de liant n’exige pas l’addition d’un acide organique ou inorganique quelconque ou de sels de celui-ci comme catalyseur ou ingrédient actif. Ainsi, un aspect du présent liant est qu’il peut être essentiellement exempt d’acide. De plus, le liant peut être préparé dans des conditions entièrement alcalines. Telo qu’utilisé ici, le terme acide comprend les composés qui sont essentiellement caractérisables par leur caractère acide comme les acides inorganiques ou organiques multiprotiques (par exemple, acide sulfurique et acide citrique). Cet aspect réduit l’usure et les exigences de maintenance de l’équipement de fabrication et augmente la sécurité des travailleurs.

Dans des formes de réalisation illustratives, un liant comprend un produit polymère d’un réactif hydrate de carbone et d’une polyamine. Telle qu’utilisée ici, l’expression réactif hydrate de carbone se réfère à un monosaccharide, un disaccharide, un polysaccharide ou leur produit de réaction. Dans une forme de réalisation, le réactif hydrate de carbone peut être un sucre réducteur. Tel qu’utilisé ici, le sucre réducteur indique un ou plusieurs sucres qui contiennent des radicaux aldéhyde, ou qui peuvent s’isomériser, à savoir tautomériser, pour contenir un radical aldéhyde, lequel radical peut être oxydé avec par exemple, le Cu2+ pour donner des acides carboxyliques. Il convient de noter également, que n’importe lequel de tels réactifs hydrate de carbone peut être le cas échéant substitué, comme avec un hydroxyle, un halogène, un alkyle, un alcoxy et similaires. Il convient de noter en outre, que dans n’importe lequel de tels réactifs hydrate de carbone, un ou plusieurs centres chiraux sont présents, et que les deux isomères optiques possibles en chaque centre chiral sont envisagés et peuvent être présents dans l’invention décrite ici. En outre, il convient également de comprendre que différents mélanges, y compris des mélanges racémiques, ou d’autres mélanges diastéréoisomères des différents isomères optiques de ces réactifs hydrate de carbone, ainsi que différents isomères géométriques de ceux-ci, peuvent être utilisés dans une ou plusieurs formes de réalisation décrites ici. Bien que les sucres non réducteurs, par exemple le saccharose, puissent ne pas être préférables, ils peuvent néanmoins être utiles dans le cadre de la présente description par conversion in situ en un sucre réducteur (à savoir, la conversion du saccharose en sucre inverti est un procédé connu dans la technique). En outre, il convient également de noter qu’un monosaccharide, un disaccharide ou un polysaccharide peut être partiellement mis à réagir avec un précurseur pour former un produit de réaction hydrate de carbone. Dans la mesure où le produit de réaction hydrate de carbone dérive d’un monosaccharide, un disaccharide ou un polysaccharide et conserve une réactivité similaire avec la polyamine pour former des produits de réaction similaires à ceux d’un monosaccharide, un disaccharide ou un polysaccharide avec une polyamine, le produit de réaction hydrate de carbone se trouve dans le cadre de l’expression réactif hydrate de carbone.

Dans un aspect, n’importe quel réactif hydrate de carbone doit être suffisamment non volatil pour maximaliser sa capacité à rester disponible pour la réaction avec la polyamine. Le réactif hydrate de carbone peut être un monosaccharide sous sa forme aldose ou cétose, y compris un triose, un tétrose, un pentose, un hexose, ou un heptose ; ou un polysaccharide ; ou une combinaison de ceux-ci. Par exemple, lorsqu’un triose sert de réactif hydrate de carbone, ou est utilisé en combinaison avec d’autres sucres réducteurs et/ou un polysaccharide, un sucre aldotriose ou un sucre cétotriose peut être utilisé, comme le glycéraldéhyde ou la dihydroxyacétone, respectivement. Lorsqu’un tétrose sert de réactif hydrate de carbone, ou est utilisé en combinaison avec d’autres sucres réducteurs et/ou un polysaccharide, les sucres aldotétroses comme l’érythrose et le thréose, et des sucres cétotétroses comme l’érythrulose, peuvent être utilisés. Lorsqu’un pentose sert de réactif hydrate de carbone, ou est utilisé en combinaison avec d’autres sucres réducteurs et/ou un polysaccharide, les sucres aldopentoses comme le ribose, l’arabinose, le xylose et le lyxose, et des sucres cétopentoses comme le ribulose, l’arabulose, le xylulose et le lyxylose, peuvent être utilisés. Lorsqu’un hexose sert de réactif hydrate de carbone, ou est utilisé en combinaison avec d’autres sucres réducteurs et/ou un polysaccharide, les sucres aldohexoses comme le glucose (à savoit, le dextrose), le mannose, le galactose, l’allose, l’altrose, le talose, le gulose, et d’idose, et des sucres cétohexoses comme le fructose, le psicose, le sorbose et le tagatose, peuvent être utilisés. Lorsqu’un heptose sert de réactif hydrate de carbone, ou est utilisé en combinaison avec d’autres sucres réducteurs et/ou un polysaccharide, un sucre cétoheptose tel que le sédoheptulose peut être utilisé. D’autres stéréoisomères de ces réactifs hydrate de carbone non connus comme naturels sont également envisagés comme utiles dans la préparation des compositions de liant telles que décrites ici. Dans une forme de réalisation, le réactif hydrate de carbone est le sirop de maïs à haute teneur en fructose.

Dans des formes de réalisation illustratives, le réactif hydrate de carbone est un polysaccharide avec un faible degré de polymérisation. Dans une forme de réalisation, le polysaccharide est la mélasse, l’amidon, des hydrolysats de cellulose, ou leurs mélanges. Dans une forme de réalisation, le réactif hydrate de carbone est un hydrolysat d’amidon, une maltodextrine ou un mélange de ceux-ci. Bien que les hydrates de carbone de haut degré de polymérisation ne soient pas préférables, ils peuvent néanmoins être utiles dans le cadre de la présente description par dépolymérisation in situ (à savoir, la dépolymérisation par traitement par l’ammoniac à température élevée est un procédé connu dans la technique).

En outre, le réactif hydrate de carbone peut être utilisé en combinaison avec un réactif polyhydroxylé non hydrate de carbone. Des exemples de réactif polyhydroxylé non hydrate de carbone, qui peuvent être utilisés en combinaison avec le réactif hydrate de carbone, comprennent, mais sans limitation, le triméthylolpropane, le glycérol, le pentaérythritol, le poly(alcool vinylique), le poly(acétate de vinyle) partiellement hydrolysé, le poly(acétate de vinyle) complètement hydrolysé, et leurs mélanges. Dans un aspect, le réactif polyhydroxylé non hydrate de carbone est suffisamment non volatil pour maximaliser son aptitude à rester disponible pour la réaction avec une polyamine monomère ou polymère. Il convient de noter que l’hydrophobie du réactif polyhydroxylé non hydrate de carbone peut être un facteur déterminant les propriétés physiques du liant préparé comme décrit ici.

Tel qu’utilisé ici, une polyamine est un composé organique ayant deux radicaux amine ou plus. Tel qu’utilisé ici, une polyamine primaire est un composé organique ayant deux radicaux amine primaire (-NH2) ou plus. Dans le cadre de la présente description, l’expression polyamine primaire reprend les composés qui peuvent être modifiés in situ ou s’isomériser pour générer un composé ayant deux ou plusieurs radicaux amine primaire (-NH2). Dans des formes de réalisation illustratives, la polyamine primaire peut être une molécule ayant la formule H2N-Q-NH2, où Q est alkyle, cycloalkyle, hétéroalkyle ou cyclohétéroalkyle, chacun étant le cas échéant substitué. Dans une forme de réalisation, Q

est un alkyle choisi parmi le groupe consistant en C2-C24. Dans une autre forme de réalisation, Q est alkyle choisi parmi le groupe consistant en C2-C8. Dans une autre forme de réalisation, Q est alkyle choisi parmi le groupe consistant en C3-C7. Dans encore une autre forme de réalisation, Q est alkyle en Ce. Dans une forme de réalisation, Q est choisi parmi le groupe consistant en cyclohexyle, cyclopentyle ou cyclobutyle. Dans une autre forme de réalisation, Q est benzyle.

Tel qu’utilisé ici, le terme « alkyle » comprend une chaîne d’atomes de carbone, qui est le cas échéant ramifiée. Tels qu’utilisés ici, les termes « alcényle » et « alcynyle » comprennent une chaîne d’atomes de carbone, qui est le cas échéant ramifiée, et qui comprend au moins une double liaison ou une triple liaison, respectivement. Il convient de comprendre qu’un alcynyle peut également comprendre une ou plusieurs doubles liaisons. Il convient de comprendre qu’un alkyle est avec avantage, de longueur limitée, y compris Ci-C24, CrC12, CrCe, Ci-Ce et CrC4. Il convient de comprendre également, qu’un alcényle et/ou un alcynyle peuvent chacun être avec avantage, de longueur limitée, y compris C2-C24, C2-C12, C2-C8, C2-C6 et C2-C4. Il convient de noter que des radicaux alkyle, alcényle et/ou alcynyle plus courts peuvent ajouter moins d’hydrophilie au composé et que celui-ci aura ainsi une réactivité différente vis-à-vis du réactif hydrate de carbone et une solubilité différente dans une solution de liant.

Tel qu’utilisé ici, le terme « cycloalkyle » comprend une chaîne d’atomes de carbone, qui est le cas échéant ramifiée, où au moins une partie de la chaîne est cyclique. Il convient de comprendre qu’un cycloalkylalkyle est un sous-ensemble de cycloalkyle. Il convient de comprendre qu’un cycloalkyle peut être polycyclique. Des cycloalkyles illustratifs comprennent, sans limitation, cyclopropyle, cyclopentyle, cyclohexyle, 2-méthylcyclopropyle, cyclopentyléth-2-yle, adamantyle et similaires. Tel qu’utilisé ici, le terme « cycloalcényle » comprend une chaîne d’atomes de carbone, qui est le cas échéant ramifiée et qui comprend au moins une double liaison, où au moins une partie de la chaîne est cyclique. Il convient de comprendre d’une ou plusieurs doubles liaisons peuvent se trouver dans la partie cyclique du cycloalcényle et/ou dans la partie non cyclique du cycloalcényle. Il convient de noter que cycloalcénylalkyle et cycloalkylalcényle sont chacun, des sous-ensembles de cycloalcényle. Il convient de noter qu’un cycloalcényle peut être polycyclique. Des cycloalcényles illustratifs comprennent, sans limitation, cyclopentényle, cyclohexyléthène-2-yle, cyclohepténylpropényle et similaires. Il convient de comprendre que la chaîne formant cycloalkyle et/ou cycloalcényle est avec avantage, de longueur limitée, y compris C3-C24, C3-Ci2, C3-C8, C3-C6 et C5-C8. Il convient de noter que les chaînes alkyle et/ou alcényle plus courtes, qui forment un cycloalkyle et/ou un cycloalcényle, respectivement, peuvent ajouter moins de lipophilie au composé et que celui-ci aura ainsi un comportement différent.

Tel qu’utilisé ici, le terme « hétéroalkyle » comprend une chaîne d’atomes, qui se compose de carbone et d’au moins un hétéroatome, et qui est le cas échéant ramifiée. Des hétéroatomes illustratifs comprennent l’azote, l’oxygène et le soufre. Dans certaines variations, des hétéroatomes illustratifs comprennent également le phosphore, et le sélénium. Dans une forme de réalisation, un hétéroalkyle est un polyéther. Tel qu’utilisé ici, le terme « cyclohétéroalkyle », comprenant hétérocyclyle et hétérocycle, comprend une chaîne d’atomes, qui se compose de carbone et d’au moins un hétéroatome, comme hétéroalkyle, et qui est le cas échéant ramifiée, où au moins une partie de la chaîne est cyclique. Des hétéroatomes illustratifs comprennent l’azote, l’oxygène et le soufre. Dans certaines variations, des hétéroatomes illustratifs comprennent également le phosphore, et le sélénium. Des cyclohétéroalkyles illustratifs comprennent, mais sans limitation, tétrahydrofuryle, pyrrolidinyle, tétrahydropyrannyle, pipéridinyle, morpholinyle, pipérazinyle, homopipérazinyle, quinuclidinyle, et similaires.

L’expression « le cas échéant substitué » telle qu’utilisée ici comprend le remplacement d’atomes d’hydrogène par d’autres groupes fonctionnels sur le radical, qui est le cas échéant substitué. De tels autres groupes fonctionnels comprennent, à titre illustratif mais sans limitation, amino, hydroxyle, halogène, thiol, alkyle, haloalkyle, hétéroalkyle, aryle, arylalkyle, arylhétéroalkyle, nitro, acide sulfonique et dérivés, acide carboxylique et dérivés, et similaires. A titre d’illustration, l’un quelconque parmi amino, hydroxyle, thiol, alkyle, haloalkyle, hétéroalkyle, aryle, arylalkyle, arylhétéroalkyle, et/ou acide sulfonique et dérivés est le cas échéant substitué.

Dans des formes de réalisation illustratives, la polyamine primaire est une diamine, une triamine, une tétramine ou une pentamine. Dans une forme de réalisation, la polyamine est une triamine choisie parmi diéthylènetriamine, 1-pipérazineéthanamine ou bis(hexaméthylène)triamine. Dans une autre forme de réalisation, la polyamine est une tétramine, par exemple la triéthylènetétramine. Dans une autre forme de réalisation, la polyamine est une pentamine, par exemple la tétraéthylènepentamine.

Un aspect de la polyamine primaire est qu’il peut présenter un faible encombrement stérique. Par exemple, le 1,2-diaminoéthane, le 1,4-diaminobutane, le 1,5-diaminopentane, le 1,6-diaminehexane, le 1,12-diaminododécane, le 1,4-diaminocyclohexane, le 1,4-di-aminobenzène, la diéthylènetriamine, la triéthylènetétramine, la tétraéthylènepentamine, la 1-pipérazineéthanamine, la 2-méthylpentaméthylènediamine, la 1,3-pentanediamine, et la bis(hexaméthylène)triamine, ainsi que le 1,8-diaminooctane ont un faible encombrement stérique dans le cadre de la présente invention. Une autre forme de réalisation est le 1,5- diamino-2-méthylpentane (2-méthylpentaméthylènediamine). Dans une autre forme de réalisation, la polyamine primaire est une polyéther-polyamine. Dans une autre forme de réalisation, la polyéther-polyamine est une diamine ou une triamine. Dans une forme de réalisation, la polyéther-polyamine est une amine primaire trifonctionnelle ayant un poids moléculaire moyen de 440, connue en tant que Jeffamine T-403 Polyetheramine (Huntsman Corporation).

Dans une forme de réalisation, la polyamine peut comprendre une polyamine polymère. Par exemple, les polyamines polymères dans le cadre de la présente description comprennent le chitosane, la polylysine, la polyéthylènimine, la poly(N-vinyl-N-méthylamine), le polyaminostyrène, et des polyvinylamines. Dans une forme de réalisation, la polyvinylamine peut être un homopolymère ou un copolymère.

Sans être limité à une théorie particulière, un aspect de la présente description est que la polyamine primaire et le réactif hydrate de carbone sont des réactifs de Maillard, qui forment un produit mélanoïdine. La figure 1 montre un schéma d’une réaction de Maillard, qui est prédominante dans la production des mélanoïdines. Dans sa phase initiale, la réaction de Maillard comprend un réactif hydrate de carbone, par exemple un sucre réducteur (il convient de noter que le réactif hydrate de carbone peut provenir d’une substance capable de produire un sucre réducteur dans des conditions de réaction de Maillard). La réaction implique également la condensation du réactif hydrate de carbone (par exemple, le sucre réducteur) avec un réactif amine, à savoir un composé possédant un radical amino. En d’autres termes, le réactif hydrate de carbone et le réactif amine sont les réactifs mélanoïdine pour une réaction de Maillard. La condensation de ces deux constituants produit une glycosamine N-substituée. Pour une description plus détaillée de la réaction de Maillard, voir Hodge J.E., Chemistry of Browning Reactions in Model Systems. J. Agric. Food Chem. 1953, 1, 928-943, dont la description est incorporée ici à titre de référence. La littérature des réactions de Maillard se focalise sur des mélanoïdines produites à partir d’acides aminés. La présente description peut se distinguer de ces références en ce que les acides aminés ne sont pas tous des polyamines. Les acides aminés communs, qui sont les polyamines considérées dans le cadre de la présente description, comprennent l’asparagine, la glutamine, l’histidine, la lysine et l’arginine.

Sans être lié à la théorie, la réaction covalente entre la polyamine et le réactif hydrate de carbone sera décrite de manière plus spécifique. Tel que décrit ici, le déroulement de la présente réaction se distingue de ce qui a été supposé dans la technique antérieure, pour les raisons suivantes: (1) la présente réaction peut se produire complètement à pH basique, (2) la polyamine est bifonctionnelle par sa réactivité vis-à-vis du réactif hydrate de carbone, (3) la polyamine, par sa réactivité bifonctionnelle ou un autre phénomène inconnu, présente une plus faible énergie d’activation dans le cadre de la réaction, ce qui résulte en une augmentation inattendue de la vitesse de réaction et/ou une diminution de la température à laquelle la réaction va se produire.

La première étape dans la formation de mélanoïdes à partir d’une polyamine et d’un réactif hydrate de carbone, consiste en la condensation du réactif hydrate de carbone et de la polyamine. Les preuves montrent que les conditions décrites ici sont particulièrement appropriées pour entraîner la réaction jusqu’à la fin. Premièrement, on pense que l’alcalinité de la solution de liant entraîne la condensation. Par exemple, il a été montré que des sucres et des amines subissent un brunissement en solution aqueuse en proportion de la puissance basique des amines utilisées ou du pH de la solution. On pense que les glycosylamines N-substituées restent non dissociées en solutions aqueuses dans une mesure appréciable. Ainsi, les transformations irréversibles que les molécules non dissociées subissent, doivent être considérées. Bien qu’il soit connu que la réaction de condensation est réversible, nous avons découvert que cette réaction peut être entraînée jusqu’à achèvement, selon le principe de Le Chatelier, par la déshydratation simultanée de la solution de liant. Ainsi, il a été établi qu’initialement, un constituant essentiel de la composition de liant non durcie est les dérivés N-glycosyle des polyamines primaires.

En référence à la figure 1, la deuxième étape dans la conversion des réactifs de liant en des produits mélanoïdine est le réarrangement dit de Amadori. Un schéma d’un réarrangement de Amadori représentatif est représenté à la figure 2. En référence à la figure 2, les dérivés N-glycosyle des polyamines primaires sont en équilibre avec le cation d’une base de Schiff. Alors que cet équilibre favorise la N-glycosylamine, il est connu qu’un autre réarrangement du cation d’une base de Schiff en la forme énol ou cétone se produit spontanément. Il a été découvert que cette réaction spontanée est encore facilitée par une déshydratation, car la vitesse augmente dans des échantillons déshydratés. Un aspect de la présente description est que la structure d’une polyamine primaire accélère spécifiquement ce réarrangement par stabilisation de la charge positive qui se forme lorsque le composé est sous forme d’un cation d’une base de Schiff. On suppose que cet effet de stabilisation n’a pas été discuté dans la technique antérieure ou la littérature car l’effet amplifié de l’utilisation d’une polyamine primaire n’a pas été discuté antérieurement. Ainsi, un aspect de la présente description est que la polyamine primaire est du type qui procure la stabilité à un cation d’une base de Schiff pendant un réarrangement de Amadori. Dans un autre aspect, la polyamine primaire est du type qui procure stabilité à un cation d’une base de Schiff pendant un réarrangement de Amadori dans un état sensiblement sec.

Un autre aspect de la présente description est que la structure de l’hydrate de carbone est également supposée influencer la cinétique du réarrangement de Amadori.

Spécifiquement, il est connu que lorsque l’hydroxyle en C-2 d’une glycosylamine N-substituée cristalline est non substitué, le composé est lentement transformé pendant le stockage en le produit de réarrangement de Amadori. Cependant, si l’hydroxyle en C-2 est substitué, le réarrangement est inhibé. Ainsi, un aspect de la présente description est qu’un hydrate de carbone de la présente description est non substitué sur l’hydroxyle C-2. Un aspect de la présente description est que la composition de liant non durcie comprend un mélange de N-glycosylamines, de 1-amino-1-désoxy-2-cétoses sous leurs formes énol et cétone. En référence à la figure 1, après la formation du mélange de N-glycosylamines, des 1-amino-1-désoxy-2-cétoses sous leurs formes énol et cétone, le mélange va également comprendre une concentration non négligeable de la polyamine primaire et de l’hydrate de carbone n’ayant pas réagi. A partir de là, un certain nombre de réactions peut se produire, lesquelles conduisent à ce que l’on peut décrire grossièrement comme des mélanoïdines. En fonction de l’identité du réactif hydrate de carbone et de la polyamine polymère et des conditions de réaction (pH, température, taux d’oxygène, humidité et présence d’additifs), une ou plusieurs des voies réactionnelles représentées à la figure 1 peuvent être favorisées. De plus, la voie réactionnelle favorisée pour un produit mélanoïdine donné peut ne pas être classifiable comme ceux représentés spécifiquement à la figure 1.

Dans des formes de réalisation illustratives, le rapport pondérale du réactif hydrate de carbone à la polyamine primaire se situe dans l’intervalle allant d’environ 1:1 à environ 30:1. Dans une autre forme de réalisation, le rapport pondéral du réactif hydrate de carbone à la polyamine primaire se situe dans l’intervalle allant d’environ 2:1 à environ 10:1. Dans une autre forme de réalisation, le rapport pondéral du réactif hydrate de carbone à la polyamine primaire se situe dans l’intervalle allant d’environ 3:1 à environ 6:1. Selon un aspect, la vitesse de durcissement est une fonction du rapport pondéral du réactif hydrate de carbone à la polyamine primaire. Selon cette fonction, il a été établi que lorsque le rapport diminue, la vitesse de durcissement augmente ; ainsi, la durée de durcissement diminue. Ainsi, l’aspect de la présente description est que la durée de durcissement est directement reliée au rapport pondéral du réactif hydrate de carbone à la polyamine, pourvu que les autres paramètres sont maintenus équivalents. Dans un autre aspect, la durée de durcissement du liant est réduite à la durée de durcissement d’une composition de liant phénol-formaldéhyde comparable lorsque le rapport pondéral du réactif hydrate de carbone à la polyamine primaire est égal à environ 6:1. Ainsi, dans une forme de réalisation, un liant selon la présente description a une vitesse de durcissement dépassant un système de liant phénol-formaldéhyde comparable lorsque le rapport pondéral du réactif hydrate de carbone à la polyamine primaire se situe dans l’intervalle allant d’environ 2:1 à environ 6:1.

Un autre aspect de la réaction, telle que décrite ici, est que initialement, la solution aqueuse de réactifs (qui peut être déshydratée et utilisée comme un liant) a un pH alcalin. Un aspect de la présente description est que la solution alcaline de liant est moins corrosive vis-à-vis d’un métal qu’une solution acide. Ainsi, une caractéristique de la présente description, qui résout une barrière sensible pour l’industrie, est que le liant décrit ici a peu corrosif vis-à-vis de l’équipement de préparation, qui peut être utilisé pour produire des matériaux qui comprennent le présent liant car la composition de liant est alcaline. Une caractéristique distinctive de la présente description par rapport aux autres systèmes de liant à hydrate de carbone décrits récemment (par exemple, demande U.S. publiée N°2007/0027283), est que la réaction ne doit pas nécessairement procéder par une voie acide. Au contraire, un aspect de la présente description est que le liant non durci peut avoir un pH alcalin pendant le cours de la réaction chimique qui conduit à la formation du liant durci. Ainsi, le liant non durci, pendant son utilisation et son stockage, ne présente pas de risque de corrosion. Dans des formes de réalisation illustratives, un extrait aqueux du liant durci a un pH situé dans l’intervalle allant d’environ 5 à environ 9. De plus, un extrait aqueux du produit polymère est essentiellement incolore.

Dans des formes de réalisation illustratives, un procédé de préparation d'un ensemble de matières liées avec un liant polymère,.comprend la préparation d’une solution contenant des réactifs pour produire le liant polymère et un solvant, où les réactifs comprennent un réactif hydrate de carbone et une polyamine ; le dépôt de la solution sur l’ensemble de matières ; la volatilisation du solvant pour former un produit non durci, et le fait de soumettre le produit non durci à des conditions qui provoquent la polymérisation du réactif hydrate de carbone et de la polyamine pour former le liant polymère.

Dans des formes de réalisation illustratives, l’ensemble de matières comprend des fibres isolantes. Dans une forme de réalisation, un produit d’isolation en fibres est décrit, lequel comprend les fibres isolantes et un liant. Telle qu’utilisée ici, l’expression « fibre isolante » indique des fibres résistant à la chaleur, appropriées pour résister aux températures élevées. Des exemples de telles fibres comprennent, mais sans limitation, les fibres minérales (fibres de verre, fibres de laine de laitier, fibres de laine de roche), des fibres d’aramide, des fibres céramiques, des fibres métalliques, des fibres de carbone, des fibres de polyimide, certaines fibres de polyester et des fibres de rayonne. A titre d’illustration, ces fibres sont sensiblement non affectées par exposition à des températures supérieures à environ 120°C. Dans une forme de réalisation, les fibres isolantes sont des fibres de verre. Dans une autre forme de réalisation, les fibres minérales sont présentes en une quantité située dans l’intervalle allant d’environ 70% à environ 99% en poids.

Dans des formes de réalisation illustratives, l’ensemble de matières comprend des fibres cellulosiques. Par exemple, les fibres cellulosiques peuvent être des copeaux de bois, la sciure, la pulpe de bois, ou du bois broyé. Dans une autre forme de réalisation, les fibres cellulosiques peuvent être d’autres fibres naturelles telles que le jute, le lin, le chanvre ou la paille. Le liant décrit ici peut être utilisé à la place du liant décrit dans la demande PCT publiée WO 2008/089847, qui est incorporé ici à titre de référence dans son entièreté. Dans une forme de réalisation, un panneau composite en bois comprenant des particules de bois et un liant est décrit. Dans une autre forme de réalisation, le panneau composite en bois est exempt de formaldéhyde. Dans une forme de réalisation, le panneau composite en bois a une plage d’épaisseur nominale allant de plus de 6 mm à 13 mm, et a un module d’élasticité (MOE) d’au moins environ 1050 N/mm2, une résistance à la flexion (MOR) d’au moins environ 7 N/mm2, et une résistance d’adhésion interne (IB) d’au moins 0,20 N/mm2. Dans une autre forme de réalisation, le panneau composite en bois a une plage d’épaisseur nominale allant de plus de 6 mm à 13 mm, une résistance à la flexion (MOR) d’au moins environ 12,5 N/mm2, et une résistance d’adhésion interne (IB) d’au moins 0,28 N/mm2. Dans une autre forme de réalisation, le panneau composite en bois a une plage d’épaisseur nominale allant de plus de 6 mm à 13 mm, et a un module d’élasticité (MOE) d’au moins environ 1800 N/mm2, une résistance à la flexion (MOR) d’au moins environ 13 N/mm2, et une résistance d’adhésion interne (IB) d’au moins 0,40 N/mm2. Dans une autre forme de réalisation, le panneau composite en bois a un module d’élasticité (MOE) d’au moins environ 2500 N/mm2. Dans une autre forme de réalisation, le panneau composite en bois a une résistance à la flexion (MOR) d’au moins environ 18 N/mm2. Dans une forme de réalisation, le panneau composite en bois a une résistance d’adhésion interne (IB) d’au moins 0,28 N/mm2. Dans une autre forme de réalisation, le panneau composite en bois a une résistance d’adhésion interne (IB) d’au moins 0,4 N/mm2. Dans une autre forme de réalisation, le panneau composite en bois gonfle moins que ou d’environ 12%, lors d’une mesure du changement d’épaisseur après 24 heures dans l’eau à 20°C. Dans une autre forme de réalisation, le panneau composite en bois a une absorption d’eau après 24 heures dans l’eau à 20°C de moins de ou d’environ 40%.

Dans des formes de réalisation illustratives, le panneau composite en bois est un panneau de particules de bois, un panneau à copeaux orientés, ou un panneau de fibres de moyenne densité. Dans une forme de réalisation, le liant compose d’environ 8% à environ 18% en poids (poids de résine sèche au poids de particules sèches de bois) du panneau composite en bois. Dans une autre forme de réalisation, le panneau composite en bois comprend en outre, une cire. Dans une autre forme de réalisation, le panneau composite en bois comprend d’environ 0,1% à environ 2% de cire en poids du panneau composite en bois. Dans des formes de réalisation illustratives, le procédé de préparation d’un ensemble de matières liées avec un liant polymère peut comprendre en outre, la préparation d’une solution par addition d’une quantité d’un réactif hydrate de carbone et d’une quantité de polyamine primaire de sorte que le rapport pondéral se situe dans l’intervalle allant d’environ 2:1 à environ 10:1. Dans une forme de réalisation, la préparation de la solution comprend l’addition du réactif hydrate de carbone et de la polyamine à une solution aqueuse. Dans une autre forme de réalisation, la préparation de la solution comprend l’ajustement du pH de la solution dans l’intervalle allant d’environ 8 à environ 12. Dans une autre forme de réalisation, le procédé de préparation d’un ensemble de matières liées avec un liant polymère peut encore comprendre l’emballage du produit non durci dans un matériau d’emballage approprié pour le stockage.

Dans des formes de réalisation illustratives, la présente description concerne une composition comprenant un ensemble de matières et un liant, le liant se composant de produits polymères dérivés de la réaction entre un réactif hydrate de carbone et une polyamine, les produits polymères étant sensiblement insolubles dans l’eau. Dans une forme de réalisation, l’ensemble de matières comprend des fibres minérales, des fibres d’aramide, des fibres céramiques, des fibres métalliques, des fibres de carbone, des fibres de polyimide, des fibres de polyester, des fibres de rayonne, des fibres de verre, des fibres cellulosiques ou autres particules. Par exemple, les fibres cellulosiques peuvent comprendre des copeaux de bois, la sciure, la pulpe de bois et/ou du bois broyé. Dans une forme de réalisation, l’ensemble de matières comprend du sable ou une autre matière particulaire inorganique. Dans une forme de réalisation, l’ensemble de matières est des particules de charbon. Dans une forme de réalisation, le réactif hydrate de carbone est choisi parmi le groupe consistant en le dextrose, le xylose, le fructose, la dihydroxyacétone et leurs mélanges. Dans une forme de réalisation, la polyamine est choisie parmi l’une quelconque des polyamines décrites ci-dessus. Dans une autre forme de réalisation, la polyamine est choisie parmi le groupe consistant en une diamine, une triamine, une tétramine et une pentamine. Dans une forme de réalisation, la polyamine est H2N-Q-NH2, où Q est alkyle, cycloalkyle, hétéroalkyle ou cyclohétéroalkyle, chacun étant le cas échéant substitué.

Dans une autre forme de réalisation, la composition comprend en outre, un composé contenant du silicium. Dans une forme de réalisation, le composé contenant du silicium est un silyléther fonctionnalisé ou un alkylsilyléther fonctionnalisé, comme par exemple un alkylsilyléther à fonction amine. Par exemple, dans une forme de réalisation, le composé contenant du silicium peut être le gamma-aminopropyltriéthoxysilane, le gamma-glycidoxypropyltriméthoxysilane, ou l’aminoéthylaminopropyltriméthoxysilane, ou un mélange de ceux-ci. Dans une autre forme de réalisation, le composé contenant du silicium peut être un siloxane oligomère à fonction amine. Dans une autre forme de réalisation, la composition comprend un inhibiteur de corrosion choisi parmi le groupe consistant en l’huile de dépoussiérage, le phosphate de monoammonium, le métasilicate de sodium pentahydraté, la mélamine, l’oxalate d’étain (II), et une émulsion fluide de méthylhydrogénosilicone.

Dans une autre forme de réalisation, le liant peut être disposé sur un ensemble de fibres, sensiblement déshydraté, emballé puis stocké ou vendu à une autre partie. Un produit non durci vendu à une autre partie pour être utilisé dans d’autres processus de préparation peut être dit « expédié non durci ». Un produit non durci, stocké pour un usage dans d’autres processus de préparation peut être dit « matériel non durci ». Pour la vente ou le stockage de ce type de produit, on l’emballe dans des contenants ou sachets appropriés.

Dans des formes de réalisation illustratives, un produit en fibres non durci emballé se composé d’une composition de liant non durcie et d’un ensemble de fibres, où (i) la composition de liant non durcie est en contact avec l’ensemble de fibres pour consolider l’ensemble de fibres, et (ii) la composition de liant non durcie en contact avec l’ensemble de fibres est emballé dans un matériau d’emballage approprié. Dans une forme de réalisation, la quantité d’humidité dans la composition de liant non durcie peut se situer dans l’intervalle allant d’environ 1% à environ 15% en poids sur base du poids total du produit. Dans une autre forme de réalisation, le matériau d’emballage approprié peut être capable de conserver la quantité d’humidité dans la composition de liant non durcie à environ 20% du taux d’humidité initial pendant une période de une semaine à température ambiante et pression ambiante. Dans une forme de réalisation, le produit en fibres non durci, emballé se compose d’environ 3% à environ 30% en poids de la composition de liant non durcie sur base du poids du produit en fibres non durci, emballé, sans considérer le poids du matériau d’emballage approprié. Dans une forme de réalisation, le produit en fibres non durci, emballé se compose d’environ 60 à environ 97% en poids de fibres, sur base du poids du produit en fibres non durci, emballé, sans considérer le poids du matériau d’emballage approprié.

Un aspect de la présente description est que le liant décrit ici est utile de manière inattendue dans des applications de type expédié non durci et dans des applications de type matériel non durci. Spécifiquement les produits expédiés non durcis et les produits matériel non durci sont proposés avec un liant non durci, de sorte que le durcissement peut se produire ultérieurement en un autre endroit. Dans le cas du produit expédié non durci, la température et la durée de durcissement sont des propriétés du produit, qui sont d’une grande importance pour l’utilisateur. Spécifiquement, les températures de durcissement doivent être suffisamment faibles pour que le produit puisse être durci à l’aide de l’équipement existant. De plus, la durée de durcissement doit être suffisamment courte pour que la durée du cycle pour durcir les produits reste faible. Dans cette industrie, l’équipement de fabrication et des durées de cycle acceptables ont été établis pour des produits non durcis comprenant des résines de type phénol-formaldéhyde. Par conséquent, des températures de durcissement suffisamment basses sont des températures de durcissement appropriées pour durcir un produit comparable de type phénol-formaldéhyde. De manière similaire, des durées de cycles suffisamment faibles sont des durées de cycle, qui seront usuelles pour le durcissement d’un produit comparable de type phénol-formaldéhyde. L’homme de métier conviendra que ni la durée de durcissement, ni la température de durcissement ne peuvent être déterminées comme des quantités définies car les applications spécifiques peuvent présenter des paramètres dramatiquement différents. Cependant, il est bien entendu que la durée de durcissement et les températures de durcissement d’un système modèle procurent une information suffisamment représentative concernant la cinétique de la réaction chimique de durcissement sous-jacente de sorte que des prédictions sûres de performance du liant dans les différentes applications puissent être effectuées.

Dans des formes de réalisation illustratives, la durée de durcissement et la température de durcissement du liant sont égales ou inférieures à celles d’une composition comparable de liant phénol-formaldéhyde. Dans une forme de réalisation, la durée de durcissement du liant est inférieure à la durée de durcissement d’une composition comparable de liant phénol-formaldéhyde. Dans une autre forme de réalisation, la température de durcissement du liant est inférieure à la température de durcissement d’une composition comparable de liant phénol-formaldéhyde. Telle qu’utilisée ici, une composition comparable de liant phénol-formaldéhyde est similaire à celle décrite selon le brevet U.S. N°6 638 882, qui est incorporé ici à titre de référence dans son entièreté.

Comme discuté ci-dessous, différents additifs peuvent être incorporés à la composition de liant. Ces additifs donnent des caractéristiques désirables supplémentaires aux liants de la présente invention. Par exemple, le liant peut comprendre un agent de couplage contenant du silicium. De nombreux agents de couplage contenant du silicium sont disponibles dans le commerce chez Dow-Coming Corporation, Evonik Industries, et Momentive Performance Materials. A titre d’illustration, l’agent de couplage contenant du silicium comprend des composés tels que des silyléthers et des alkylsilyléthers, chacun pouvant être le cas échéant substitué, comme par halogène, alcoxy, amino et similaire. Dans une variation, le composé contenant du silicium est un silane amino-substitué, comme le gamma-aminopropyltriéthoxysilane (SILQUEST A-1101 ; Momentive Performance Materials, Corporate Headquarters, 22 Corporate Woods Boulevard, Albany, NY 12211 USA). Dans une autre variation, le composé contenant du silicium est un silane amino-substitué, par exemple raminoéthylaminopropyltriméthoxysilane (Dow Z-6020 ; Dow Chemical, Midland, Ml, USA). Dans une autre variation, le composé contenant du silicium est le gamma-glycidoxypropyltriméthoxysilane (SILQUEST A-187 ; Momentive). Dans une autre variation, le composé contenant du silicium est un siloxane oligomère à fonction amine (HYDROSIL 2627, Evonik Industries, 379 Interpace Pkwy, Parisppany, NJ 07054).

Les agents de couplage contenant du silicium sont présents typiquement, dans le liant, dans la plage allant d’environ 0,1% à environ 1% en poids sur base des matières solides dissoutes du liant (à savoir, d’environ 0,05% à environ 3% sur base du poids des matières solides ajoutées à la solution aqueuse). Dans une application, un ou plusieurs de ces composés contenant du silicium peut être ajouté à la solution aqueuse de liant. Le liant est alors appliqué sur le matériau à lier. Ensuite, le liant peut être durci, si désiré. Les composés contenant du silicium augmentent l'aptitude du liant à adhérer à la matière sur laquelle le liant est déposé, comme des fibres de verre. Augmenter l’aptitude du liant à adhérer à la matière améliore par exemple, son aptitude à produire ou à favoriser la cohésion des substances non assemblées ou peu assemblées.

Dans une autre forme de réalisation illustrative, un liant de la présente invention peut comprendre un ou plusieurs inhibiteurs de la corrosion. Les inhibiteurs de la corrosion préviennent ou inhibent l’érosion ou l’usure d’une substance, comme d’un métal provoquée par la décomposition chimique découlant d’un acide. Lorsqu’un inhibiteur de la corrosion est incorporé dans un liant de la présente invention, la corrosivité du liant diminue par comparaison à la corrosivité du liant sans l’inhibiteur. Dans une forme de réalisation, ces inhibiteurs de la corrosion peuvent être utilisés pour diminuer la corrosivité des compositions contenant des fibres minérales décrites ici. A titre d’illustration, les inhibiteurs de la corrosion comprennent un ou plusieurs des suivants, l’huile de dépoussiérage, le phosphate de monoammonium, le métasilicate de sodium pentahydraté, la mélamine, l’oxalate d’étain (II), et/ou une émulsion fluide de méthylhydrogénosilicone. Lorsqu’ils sont incorporés dans un liant de la présente invention, les inhibiteurs de la corrosion sont présent typiquement dans le liant, dans la plage allant d’environ 0,5% à environ 2% en poids sur base des matières solides dissoutes de liant. Un aspect de la présente description est que le besoin d’additifs inhibiteurs de corrosion est fortement réduit par l’alcalinité de la solution de liant et du liant non durci sensiblement déshydraté. Dans une forme de réalisation, le liant est exempt d’inhibiteurs de la corrosion et la corrosivité de la solution de liant se situe dans une plage acceptable.

Dans des formes de réalisation illustratives, le liant peut encore comprendre un hydratant non aqueux. L’hydratant non aqueux peut comprendre un ou plusieurs polyéthers. Par exemple, l’hydratant non aqueux peut comprendre des condensats d’oxyde d’éthylène et d’oxyde de propylène, ayant des radicaux alkyle et alkaryle linéaires et/ou ramifiés. Dans une forme de réalisation, l’hydratant non aqueux comprend un polyéthylèneglycol, un polypropylèneglycoléther, un thioéther, un polyoxyalkylèneglycol (par exemple, Jeffox TP400®), un dipropylèneglycol et/ou un polypropylèneglycol (par exemple, Pluriol P425® ou Pluriol 200®). Dans une forme de réalisation, l’hydratant non aqueux comprend un polyoxyalkylèneglycol ou un polypropylèneglycol. Dans une autre forme de réalisation, l’hydratant non aqueux comprend un composé à base d’un composé polyhydroxylé (par exemple, un composé polyhydroxylé partiellement ou complètement estérifié). Dans une autre forme de réalisation, l’hydratant non aqueux comprend un composé polyhydroxylé à base de glycérine, de propylèneglycol, d’éthylèneglycol, d’acétate de glycérine, de sorbitol, de xylitol ou de maltitol.

Dans une autre forme de réalisation, l’hydratant non aqueux comprend d’autres composés ayant plusieurs radicaux hydroxyle sur un tétrahydrofuranne, une caprolactone et/ou des alkylphénoxypoly(éthylèneoxy)éthanols ayant des radicaux alkyle contenant d’environ 7 à environ 18 atomes de carbone et ayant d’environ 4 à environ 20 unités oxyde d’éthylène. Par exemple, l’hydratant non aqueux peut comprendre un heptylphénoxypoly(éthylèneoxy)éthanol et/ou un nonylphénoxypoly(éthylèneoxy)éthanol. Dans une autre forme de réalisation, l’hydratant non aqueux comprend un dérivé polyoxyalkylène d’hexitol comme un sorbitane, un sorbide, un mannitane et/ou un mannide. Dans une autre forme de réalisation, l’hydratant non aqueux peut comprendre un ester d’acide gras partiellement à longue chaîne, comme un dérivé polyoxyalkyène du monolaurate de sorbitan, du monopalmitate de sorbitan, du monostêarate de sorbitan, du tristéarate de sorbitan, du monooléate de sorbitan, et/ou du trioléate de sorbitan.

Dans des formes de réalisation illustratives, l’hydratant non aqueux comprend un condensât d’oxyde d’éthylène avec une base hydrophobe, la base étant formée par condensation d’oxyde de propylène avec le propylèneglycol. Dans une forme de réalisation, l’hydratant non aqueux comprend un condensât contenant du soufre, tel que ceux préparés par condensation d’oxyde d’éthylène sur un alkylmercaptan supérieur (par exemple, nonyl-, dodécyl-, tétradécylmercaptan, ou des alkylthiophénols ayant d’environ 6 à environ 15 atomes de carbone dans le radical alkyle). Dans une autre forme de réalisation, l’hydratant non aqueux comprend un dérivé de l’oxyde d’éthylène d’un acide carboxylique à longue chaîne, tel que l’acide laurique, myristique, palmitique ou oléique. Dans une autre forme de réalisation, l’hydratant non aqueux comprend un dérivé de l’oxyde d’éthylène d’un alcool à longue chaîne comme l’octyl-, décyl-, lauryl- ou cétylalcool. Dans une autre forme de réalisation, l’hydratant non aqueux comprend un copolymère oxyde d’éthylène/ tétrahydrofuranne ou un copolymère oxyde d’éthylène/ oxyde de propylène.

Les exemples suivants illustrent des formes de réalisation spécifiques de manière plus détaillée. Ces exemples sont proposés pour des objets d’illustration seulement et ne doivent pas être envisagés comme limitant l’invention ou le concept inventif à une configuration physique particulière quelconque, en aucune manière.

EXEMPLES Exemple 1

Une solution de 50 g de dextrose (0,278 mole), 50 g d’hexaméthylènediamine (0,431 mole) dissous dans 566,6 g d’eau déminéralisée (solution à 15% de matières solides, pH 11,9) est chauffée jusqu’au point d’ébullition de la solution. Un polymère brunâtre insoluble dans l’eau est observé sous forme d’un précipité dans le récipient de réaction.

Exemple 2 A partir de la solution ci-dessus de 50 g de dextrose (0,278 mole), 50 g d’hexaméthylènediamine (0,431 mole) dissous dans 566,6 g d’eau déminéralisée (solution à 15% de matières solides, pH 11,9), on applique 2 g de solution de liant sur un tampon filtre, qui est placé dans une chambre d’équilibration de l’humidité et chauffé pendant 15 minutes à 120°C. Un polymère brunâtre insoluble dans l’eau se forme sur le tampon filtre. L’extraction du tampon filtre durci à l’aide de 100 g d’eau déminéralisée est essentiellement incolore et a un pH de 6,8.

Exemple 3

Une solution de 85 g de dextrose (0,472 mole), 15 g d’hexaméthylènediamine (0,129 mole) dissous dans 566,6 g d’eau déminéralisée (solution à 15% de matières solides, pH 10,8) est préparée. On applique 2 g de solution de liant sur un tampon filtre, qui est placé dans une chambre d’équilibration de l’humidité et chauffé pendant 15 minutes à 140°C. Un polymère brunâtre insoluble dans l’eau se forme sur le tampon filtre. L’extraction du tampon filtre durci à l’aide de 100 g d’eau déminéralisée est essentiellement incolore et a un pH de 6,8.

Exemple 4

Une solution de 95 g de dextrose (0,528 mole), 5 g d’hexaméthylènediamine (0,043 mole) dissous dans 566,6 g d’eau déminéralisée (solution à 15% de matières solides) est préparée. On applique 2 g de solution de liant sur un tampon filtre, qui est placé dans une chambre d’équilibration de l’humidité et chauffé pendant 15 minutes à 180°C. Un polymère brunâtre insoluble dans l’eau se forme sur le tampon filtre. L’extraction du tampon filtre durci à l’aide de 100 g d’eau déminéralisée est essentiellement incolore et a un pH de 6,8.

Exemple comparatif 1

Une solution de 180 g de dextrose (1 mole), dissous dans 1020 g d’eau déminéralisée (solution à 15% de matières solides) est préparée. On applique 2 g de solution de liant sur un tampon filtre, qui est placé dans une chambre d’équilibration de l’humidité et chauffé pendant 15 minutes à 180°C. Un polymère insoluble dans l’eau se forme sur le tampon filtre. Le liant traité thermiquement résultant est essentiellement complètement soluble dans l’eau.

Vitesse de durcissement et durée de durcissement

Des mats carrés en fibres de verre (13” x 13”) ayant un poids de 44 g (ce qui correspond à 34,5g/pied2) sont imprégnés d’un liant contenant 15% de matières solides. L’excès de liant est éliminé par aspiration sous vide, et le mat humide est séché pendant au moins 12 heures à 90°F dans un four (recirculation).

le mat séché est découpé en quatre carrés de même dimension. Les carrés sont empilés les uns sur els autres, et au moins un thermocouple relié à un enregistreur (à savoir, four) est placé au centre de la pile, entre les 2ième et 3Äme couches.

Une presse à moule avec des plaques à température contrôlée est chauffée à 400°F (204°C). L’échantillon avec le thermocouple est placé au centre des plaques, et pressé jusqu’à une épaisseur de 5/8” pendant une durée prédéfinie (à savoir, 3,5 minutes, 4,0 minutes, 5,0 minutes, 6,0 minutes, 15 minutes).

Chaque échantillon moulé est évalué pour le degré de durcissement en testant l’uniformité des surfaces, l’absorption d’eau, et l’extraction. On estime qu’un échantillon a durci lorsque les surfaces sont lisses sans « bosse », l’échantillon ne s’amollit pas de manière notable lorsqu’il est immergé dans l’eau, et il ne se forme aucun extrait coloré lors de l’immersion de l’échantillon dans l’eau. Le profil de température au centre de l’échantillon est mesuré pendant le cycle de moulage et est représenté à la figure 3.

Exemple comparatif 2 : Liant phénol-formaldéhyde

Composition à base de, sur les matières solides sèches : - 2,41 parties de sulfate d’ammonium -1,08 partie d’ammoniac - 0,21 partie de silane A 1101 - 96,3% de prémélange résine phénol-formaldéhyde:urée (70:30) L’exemple comparatif 2 est dit liant 1 à la figure 3.

Exemple comparatif 3 : Liant hydrate de carbone-acide inorganique Composition à base de, sur les matières solides sèches : - 81,59 parties de dextrose -17,09 parties de sulfate d’ammonium -1 partie d’ammoniac - 0,3 partie de silane A 1101 L’exemple comparatif 3 est dit liant 2 à la figure 3.

Exemple 5

Composition à base de, sur les matières solides sèches : - 80,94 parties de solution de dextrose et d’ammoniac (une solution aqueuse contenant 2 moles/litre de dextrose et 2 moles/litre d’ammoniac) -19,06 parties d’hexaméthylènediamine L’exemple 5 est dit liant 4 à la figure 3.

On détermine que la durée nécessaire pour atteindre le durcissement complet d’un liant dans le cadre de la présente description est inférieure à celle des 3 systèmes de liant des exemples comparatifs ayant diverses compositions chimiques. Ce système modèle illustre que la durée de durcissement, pourvu que d’autres variables soient maintenues constantes, dépend de la composition chimique du système de liant. La composition chimique d’une composition de liant illustrative dans le cadre de la présente description atteint des durées de durcissement améliorées par comparaison à ces autres systèmes exemplaires. Les résultats sont les suivants :

En référence à présent à la figure 3, les caractéristiques du profil de température sont représentées pour chacun des liants 1, 2 et 4. Il convient de noter que le profil de température est caractéristique de chaque liant. Il n’a pas été établi que la vitesse de durcissement et la durée de durcissement n’est pas caractéristique du profil de température de durcissement. Cependant, le profil de température de durcissement aide à comprendre et à prédire la vitesse de durcissement et la durée de durcissement.

Spécifiquement, l’exemple comparatif 3 exige la durée de durcissement la plus élevée et de manière similaire, le profil de température de durcissement exige le plus de temps pour atteindre le maximum asymptotique. De manière similaire, l’exemple 5 exige la plus faible quantité de temps pour atteindre le maximum asymptotique et démontre le temps de durcissement le plus court.

Effet du rapport réactif hydrate de carbone: polvamine sur la durée du cycle de durcissement

On prépare des mats humides (WLM) avec différents rapports de dextrose monohydraté (DMH) à l’hexaméthylènediamine (HMDA). Les rapports pondéraux testés comprennent 75/25, 85/15 et 92/8, respectivement.

Un liant dextrose-HMDA à 15% est appliqué sur 5 WLM. On prépare les compositions suivantes de liant :

On prépare des mats de 13”x13”, d’une épaisseur de 3/8”. La presse utilisée pour mouler les mats est réglée à 400°F. Une fois que l’échantillon est moulé, il présente une épaisseur d’environ 5/8”. On détermine d’abord le profil de température à intervalles de 15 minutes. On presse l’échantillon suivant pendant 4 minutes ; c’est la durée de durcissement d’une composition comparable de liant phénol-formaldéhyde (résultats non représentés). On répète les expériences en variant les durées de durcissement jusqu’à ce que le temps minimal requis pour durcir chaque composition est déterminé. On détermine l’étendue à laquelle chaque liant a durci sur base du poids. On détermine les résultats suivants :

Comme décrit ci-dessus, le produit comparable à base de phénol-formaldéhyde (par exemple, exemple comparatif 2) durcit avec une durée de cycle de 4 minutes. En outre, un liant comparable à base d’hydrate de carbone (par exemple, exemple comparatif 3) durcit avec une durée de cycle de 5 minutes. Ces résultats indiquent qu’un liant du cadre de la présente description, avec un réactif hydrate de carbone et une polyamine primaire en un rapport de 85/15 ou moins, durcit à une vitesse comparable ou inférieure que le produit à base de phénol-formaldéhyde. D’autres expériences ont montré que la température de durcissement peut être diminuée dans les produits ayant une durée de durcissement plus faible, pour atteindre des durées de durcissement équivalentes à plus basse température. Les résultats obtenus s’accordent en principe à nos attentes sur base de l’équation d’Arrhenius.

En plus de ces exemples décrits de manière détaillée, les exemples suivants sont réalisés pour s’assurer que le réactif hydrate de carbone et la polyamine peuvent composer une large plage d’alternatives.

Autres exemples de dextrose-polyamine Exemple 16

Une suspension de 56,08 g d’eau déminéralisée, 7,15 g de dextrose monohydraté et 3,5 g de 1,12-diaminododécane est acidifiée avec HCl 11 N jusqu’à pH 1,0, et chauffée à 70°C en agitant pour résulter en une solution incolore, limpide. La solution forme un polymère insoluble dans l’eau, thermodurcissable à 160°C (condition de test: 2g de solution de liant sont appliqués sur un tampon filtre, qui est placé dans une chambre d’équilibration de l’humidité, le tampon filtre est chauffé pendant 15 minutes à 160°C). Un extrait du tampon filtre durci avec 100 g d’eau déminéralisée est essentiellement incolore.

Exemple 17

Une solution de 8,25 g de dextrose monohydraté et de 2,50 g de 1,5-diamino-2-méthylpentane (Dytek A, Invista) dissous dans 56,08 g d’eau déminéralisée forme un polymère insoluble dans l’eau, thermodurcissable à 160°C (condition de test: 2g de solution de liant sont appliqués sur un tampon filtre, qui est placé dans une chambre d’équilibration de l’humidité, le tampon filtre est chauffé pendant 15 minutes à 160°C). Un extrait du tampon filtre durci avec 100 g d’eau déminéralisée est essentiellement incolore.

Exemple 18

Une solution de 8,03 g de dextrose monohydraté et de 2,70 g de N-(3-aminopropyl)-1,3-propanediamine dissous dans 56,08 g d’eau déminéralisée forme un polymère insoluble dans l’eau, thermodurcissable à 200°C (condition de test : 2 g de solution de liant sont appliqués sur un tampon filtre, qui est placé dans une chambre d’équilibration de l’humidité, le tampon filtre est chauffé pendant 15 minutes à 200°C). Un extrait du tampon filtre durci avec 100 g d’eau déminéralisée a une couleur légèrement jaunâtre.

Exemple 19

Une solution de 1,0 g de dextrose (5,55 mmoles) et de 0,5 g (environ 2,27 mmoles) de Jeffamine T-403 Polyetheramine dissous dans 8,5 g d’eau déminéralisée (19% de matières solides) est préparée. On applique 2 g de la solution de liant sur un tampon filtre, qui est placé dans une chambre d’équilibration de l’humidité et chauffé à 180°C pendant 5 minutes. Un polymère brunâtre insoluble dans l’eau se forme sur le tampon filtre. L’extraction du tampon filtre durci à l’aide de 100 g d’eau déminéralisée est essentiellement incolore et a un pH de 7,1.

La Jeffamine T-403 Polyetheramine est une amine primaire trifonctionnelle ayant un poids moléculaire moyen de 440. Ses radicaux amine se trouvent sur des atomes de carbone secondaire aux extrémités des chaînes aliphatiques polyéther. Sa structure peut être représentée de la manière suivante, où la somme de x, y et z fait 6 :

Procédure d’analvse d’un échantillon de liant par pyrolyse

Environ 10 g d’un produit durci présentant le liant sur celui-ci, sont placés dans un tube à essai, le tube est chauffé à 1000°F pendant 2,5 minutes, puis l’atmosphère du tube à essai est échantillonnée et analysée par chromatographie gazeuse/spectrométrie de masse (GC/MS) dans les conditions suivantes : Four, 50°C pendant 1 minute, 10°C/minute jusqu’à 300 °C pendant 10 minutes ; Entrée, 280°C splitless ; Colonne, HP-5 30 mm x 0,32 mm x 0,25 pm ; Débit de la colonne, 1,11 ml/minute d’hélium ; détecteur, MSD 280°C ; volume d’injection, 1 ml ; mode de détection, scan 34-700 amu ; Seuil, 50 et vitesse d’échantillonnage, 22 scans/seconde. Une recherche par ordinateur du spectre de masse des pics chromatographiques de l’échantillon est réalisée sur la banque Wiley de spectres de masse. La meilleure concordance est donnée. Un indice de qualité (proximité de la concordance au spectre de la banque) allant de 0 à 99 est mentionné. Seule l’identité des pics ayant un indice de qualité supérieur ou égal à 90 est indiquée.

Le tableau suivant donne des données de pyrolyse représentatives, auxquelles on peut s’attendre par analyse GC/MS des composés gazeux produits pendant la pyrolyse d’une composition de liant à base de mélanoïdines.

On donne ci-après, une liste des espèces observées par pyrolyse-chromatographie gazeuse-spectrométrie de masse (Py GC-MS) d’un échantillon de liant préparé à l’aide d’hexaméthylènediamine comme composant polyamine. On réalise la pyrolyse à 200°C, 300°C et 770°C. L’empreinte montre un pic très significatif, qui correspond à l’acide acétique dans la spectrométrie de masse à 200°C et à 300°C, qui n’est pas observé dans un échantillon préparé à l’aide de dextrose et de sulfate d’ammonium (voir exemple comparatif 3), dans lequel le composé volatil significatif est le S02, en particulier à 300°C. A 770°C, les pics observés, dans l’ordre de temps de rétention croissant, sont attribués de la manière suivante : A : coélution C5H10, C5H12, acétone, éventuellement ester d’acide acétique de faible PM ; B : diène C5H8 ; C : diène C5H8 ; D : similaire à un pentanol ; E : C6H12 - un méthylpentène ; F : hexane ; G : méthylcyclopentane ; H : un cyclohexadiène ; I : C6H10 - probablement un méthylcyclopentane ; J : benzène ; K : acide acétique ; L : cyclohexène ; M : probablement nonanol ; N : 2-méthyl-3-pentanone ; 0: 2,5- diméthylfuranne ; P : C7Hi0 + co-éluat non attribué ; Q : pyridine + co-éluat non attribué ; R : toluène ; S : probablement décènal + co-éluat non attribué ; T : 2-éthyl-5-méthylfuranne ; U : une méthylpyridine ; V : un méthylpyrrole ; W : un xylène ; X :non attribué - avec fonction alcool ; Y : non attribué ; Z : un xylène + co-éluat non attribué ; AA : non attribué ; AB : un diméthylpyrrole ; AC : une diméthylpyridine ; AD : une diméthylpyridine ; AE : non attribué ; AF : non attribué ; AG : un éthylméthylpyrrole + co-éluat non attribué ; Al : non attribué mais spectre de masse distinctif (contient N), apparenté au pyrrole ; AJ : non attribué mais spectre de masse distinctif (contient N), éventuellement un acétamide ; AK : non attribué mais spectre de masse distinctif (contient N), apparenté au pyrrole ; AL : non attribué mais spectre de masse distinctif (contient N), apparenté au pyrrole ; AM : non attribué mais spectre de masse distinctif (contient N), apparenté au pyrrole. Les spectres de masse distinctifs observés pour les pics Al à AM ne sont pas observés dans les données des liants antérieurs n’ayant pas de composant polyamine.

Procédure d’évaluation de la résistance en traction à sec et après action des intempéries

Lors de l’évaluation de leur résistance en traction à sec et « après action des intempéries », des compositions d’armature de manteau contenant des billes de verre, préparées avec un liant donné, procurent une indication de la résistance en traction probable et de la durabilité probable, respectivement, d’un produit en fibres de verre préparé avec ce liant particulier. La durabilité prédite est basée sur le rapport résistance en traction après action des intempéries : résistance en traction à sec d’une armature de manteau. Les armatures sont préparées, soumises aux intempéries et testées de la manière suivante, par exemple pour un mélange de liant hexaméthylènediamine-dextrose.

Un moule d’armature de manteau (Dietert Foundry Testing Equipment ; Heated Shell Curing Accessory, modèle 366 et Shell Mold Accessory) est chauffé à une température souhaitée, généralement 425°F, pendant au moins une heure. Lorsque le moule d’armature de manteau est chaud, environ 100 g d’un liant aqueux (généralement 15% de matières solides dans le liant) est préparé (par exemple, comme décrit à l’exemple 7). A l’aide d’un grand bêcher en verre, on pèse par différence, 727,5 g de billes de verre (Quality Ballotini Impact Beads, Spec. AD, US Sieve 70-140, 106-212 pm - #7, de Potters Indutries, Inc.). On verse les billes en verre dans un bol de mélange propre et sec, lequel bol se trouve sur un mélangeur électrique. On verse lentement, environ 75 g de liant aqueux sur les billes en verre dans le bol de mélange. On enclenche alors le mélangeur électrique et on agite pendant une minute. A l’aide d’une large spatule, les bords du batteur (mélangeur) sont grattés pour éliminer tout amas de liant, et on gratte également les bords du bol, où les billes de verre reposent sur le fond. On rallume l’agitateur pendant une minute supplémentaire, puis on enlève le batteur, on prélève ensuite le bol de mélange contenant le mélange billes de verre/liant. A l’aide d’une large spatule, on enlève autant que possible, le liant et les billes de verre qui adhèrent au batteur, puis on agite dans le mélange billes de verre/liant dans le bol de mélange. Les bords du bol sont frottés pour mélanger tout excès de liant, qui aurait pu s’accumuler sur les bords. A ce moment, le mélange billes de verre/hexaméthylènediamine-dextrose est prêt pour le moulage dans un moule d’armature de manteau.

On confirme que les lames du moule d’armature de manteau sont alignées sur le fond du moule. A l’aide d’une large spatule, on ajoute rapidement un mélange billes de verre/hexaméthylènediamine-dextrose dans les trois cavités du moule. On aplatit la surface du mélange dans chaque cavité en retirant l’excès de mélange pour donner une surface uniforme à l’armature de manteau. Toute irrégularité ou vide qui existerait dans l’une des cavités est rempli de mélange de liant billes de verre/hexaméthylènediamine-dextrose supplémentaire, puis aplati. Une fois que le mélange de liant billes de verre/hexaméthylènediamine-dextrose a été disposé dans les cavités de l’armature, et que le mélange a été exposé à la chaleur, le durcissement commence. Vu que la durée de manipulation peut affecter les résultats, par exemple des armatures avec deux couches durcies différemment peuvent être produites ; les armatures sont préparées de manière constante et rapide. Le moule étant rempli, la plaque supérieure est rapidement posée sur la plaque de fond. En même temps, ou rapidement après, on commence la mesure de la durée de durcissement à l’aide d’une minuterie, pendant la durcissement, la température de la plaque de fond se situe dans l’intervalle allant d’environ 400°F à environ 430°F, alors que la température de la plaque du haut se situe dans l’intervalle allant d’environ 440°F à 470°F. Après sept minutes, on enlève la plaque du haut et les lames sont tirées de manière à pouvoir prélever les trois armatures de manteau. Les armatures fraîchement préparées sont alors placées sur un châssis, proche du moule et laissées refroidir jusqu’à température ambiante. Ensuite, chaque armature est marquée et placée individuellement dans un sac en plastique de stockage, marqué de manière appropriée. Si les armatures ne peuvent pas être testées le jour où elles ont été préparées, les sacs en plastique les contenant sont disposés dans un dessiccateur.

Procédure de conditionnement (action des intempéries) pour les armatures

Une chambre d’humidité Blue M est branchée et réglée pour donner des conditions de 90°F et 90% d’humidité relative (à savoir, 90°F/90% HR). Le réservoir d’eau sur le côté de la chambre d’humidité est contrôlé et rempli régulièrement, habituellement à chaque branchement. On laisse la chambre d’humidité atteindre les conditions spécifiées sur une période d’au moins 4 heures, une journée d’équilibration étant typique. On dispose rapidement les armatures à conditionner (vu que lorsque les portes sont ouvertes, l’humidité et la température diminuent), une par une par les portes ouvertes d la chambre d’humidité, sur le rayon supérieur de la chambre d’humidité. On note le moment auquel les armatures sont placées dans la chambre d’humidité et on réalise le conditionnément pendant une période de 24 heures. Ensuite, on ouvre les portes de la chambre d’humidité et les armatures sont rapidement prélevées et disposées individuellement dans leur sac en plastique de stockage, respectif, qui sont complètement scellés. De manière générale, un à quatre ensembles d’armature à la fois sont conditionnés comme indiqué ci-dessus. Les armatures conditionnées sont immédiatement emmenées dans la pièce Instron et testées.

Procédure de test pour la cassure des armatures de' manteau

Dans la pièce Instron, le procédé de test des armatures de manteau est chargé sur la machine Instron 5500 R en s’assurant que la cellule de charge appropriée est installée (à savoir, Static Load Cell 5 kN), et on laisse la machine chauffer pendant 15 minutes. Pendant ce temps, on vérifie que les pinces de test des armatures sont installées sur la machine. La cellule de charge est annulée et équilibrée, et un ensemble d’armatures est testé de la manière suivante : une armature est prélevée de son sac en plastique de stockage, puis pesée. Le poids (en grammes) est entré dans l’ordinateur associé à la machine Instron. L’épaisseur mesurée de l’armature (en pouces) est entrée, comme épaisseur du spécimen, trois fois dans l’ordinateur associé à la machine Instron. Un spécimen d’armature est alors placé dans les pinces de la machine Instron, et le test est initié via le clavier de la machine Instron. Après enlèvement du spécimen d’armature, le point de cassure mesuré est entré dans l’ordinateur associé à la machine Instron, et le test est poursuivi jusqu’à ce que toutes les armatures d’un ensemble aient été testées.

Effet du rapport réactif hydrate de carbone : polvamine sur les propriétés des armatures de manteau

On examine comme décrit ci-dessus, les armatures de manteau préparées avec différents rapports du dextrose monohydraté (DMH) à l’hexaméthylènediamine (HMDA) avec l’additif silane (ISIO200), à une vitesse de test de 25 mm/minute. les rapports pondéraux testés comprennent 90/10, 85/15, 80/20 et 75/25, respectivement.

Exemple : Essais laine de verre /fibres de verre)

Les comparaisons des qualités de deux liants glucose-hexaméthylènediamine avec un liant standard en termes de durcissement et de rigidité sur un produit en laine de verre (Ac+032 100 mm 1200 mm; 32 kg/m3 - 15m/minute) sont réalisées en mesurant la résistance au tronçonnage et la densité.

Liant 1 : 85% de glucose - 15% d’hexaméthylènediamine Liant 2 : 90% de glucose - 10% d’hexaméthylènediamine

On peut mesure la résistance au tronçonnage (avant autoclave) et la résistance au tronçonnage après action des intempéries (après autoclave) comme décrit dans la demande de brevet international, N° de publication WO 2008/089851 ou W02009/019235.

Résistance au tronçonnage sur un liant standard :

Résistance au tronçonnage du liant 1;

Résistance au tronçonnage du liant 2:

Observations pendant l’essai : Le produit est plus brun sur la ligne avec les deux liants glucose-hexaméthylènediamine.

Conclusions : Avec les deux liants glucose-hexaméthylènediamine, les résultats de résistance au tronçonnage (qui est une résistance en traction longitudinale) montrent une amélioration significative ; et une amélioration significative est observée dans trois autres tests de rigidité (test « 60° », fléchissement observé lors d’un appui à 60° par chute ; test « table », fléchissement mesuré par rapport à un plan horizontal, et test Acermi, fléchissement mesuré à 35 cm du bord de la table).

Exemple : Essai de panneau de particules

Les comparaisons des qualités de panneaux de particules préparés en utilisant un liant urée-formaldéhyde (UF E0) et en utilisant un liant hydrate de carbone-polyamine (hexaméthylènediamine) sont réalisées dans les conditions suivantes :

Taille du panneau: 350 x 333 mm et essentiellement 10mm d’épaisseur (2 x 20 mm).

Température de la plaque : 195°C essentiellement, mais également 175 et 215°C Pression : 3,5 MPa (35 bar) cité - réel 35 kg/cm2, 56 bar à atteindre Densité cible : 650 kg/m3 Pré-formé préparé avant le pressage Résultats

Tous les panneaux préparés semblent de bonne qualité : aucune fissure ou dégazage n’est observé. Les panneaux préparés avec cette formulation hydrate de carbone-polyamine concordent aux panneaux urée-formaldéhyde lorsqu’ils sont durcis pendant 150 secondes.

Claims

1. Liant comprenant un produit polymère d’un réactif hydrate de carbone et d’une polyamine.

2. Liant selon la revendication 1, où le réactif hydrate de carbone est un polysaccharide.

3. Liant selon la revendication 1, où le réactif hydrate de carbone est un monosaccharide ou un disaccharide.

4. Liant selon la revendication 1, où le réactif hydrate de carbone est un monosaccharide sous forme aldose ou cétose.

5. Liant selon la revendication 1, où le réactif hydrate de carbone est choisi parmi le groupe consistant en le dextrose, le xylose, le fructose, la dihydroxyacétone et leurs mélanges.

6. Liant selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, où la polyamine est une polyamine primaire choisie parmi le groupe consistant en une diamine, une triamine, une tétramine et une pentamine.

7. Liant selon la revendication 6, où la polyamine est H2N-Q-NH2, où Q est alkyle, cycloalkyle, hétéroalkyle ou cyclohétéroalkyle, chacun étant le cas échéant substitué.

8. Liant selon la revendication 7, où Q est un alkyle choisi parmi le groupe consistant en C2-C24.

9. Liant selon la revendication 7, où Q est un alkyle choisi parmi le groupe consistant en C2-Ce.

10. Liant selon la revendication 7, où Q est un alkyle choisi parmi le groupe consistant en C3-C7.

11. Liant selon la revendication 7, où Q est alkyle en C6.

12. Liant selon la revendication 7, où Q est choisi parmi le groupe consistant en cyclohexyle, cyclopentyle et cyclobutyle.

13. Liant selon la revendication 7, où Q est benzyle.

14. Liant selon la revendication 6, où la polyamine est une diamine choisie parmi le groupe consistant en le 1,6-diaminohexane et le 1,5-diamino-2-méthylpentane.

15. Liant selon la revendication 14, où la diamine est le 1,6-diaminohexane.

16. Liant selon la revendication 6, où la triamine est choisie parmi le groupe consistant en la diéthylènetriamine, la 1-pipérazineéthanamine et la bis(hexaméthylène-triamine.

17. Liant selon la revendication 6, où la tétramine est la triéthylènetétramine.

18. Liant selon la revendication 6, où la pentamine est la tétraéthylènepentamine.

19. Liant selon la revendication 6, où la polyamine primaire est une polyéther-polyamine.

20. Liant selon la revendication 19, où la polyéther-polyamine est une diamine ou une triamine.

21. Liant selon l’une quelconque des revendications 1 à 20, où le rapport pondéral d’un réactif hydrate de carbone à la polyamine primaire se situe dans l’intervalle allant d’environ 1:1 à environ 30:1.

22. Liant selon l’une quelconque des revendications 1 à 20, où le rapport pondéral d’un réactif hydrate de carbone à la polyamine primaire se situe dans l’intervalle allant d’environ 2:1 à environ 10:1.

23. Liant selon l’une quelconque des revendications 1 à 22, où un extrait aqueux du produit polymère a un pH situé dans l’intervalle allant d’environ 5 à environ 9.

24. Liant selon l’une quelconque des revendications 1 à 23, où un extrait aqueux du produit polymère est essentiellement incolore.

25. Liant selon l’une quelconque des revendications 1 à 24, où un extrait aqueux du produit polymère est capable de réduire le réactif de Benedict.

26. Liant selon l’une quelconque des revendications 1 à 25, où le produit polymère est exempt de phénol et exempt de formaldéhyde.

27. Liant selon l’une quelconque des revendications 1 à 26, où le réactif hydrate de carbone et la polyamine primaire sont non volatils.

28. Liant selon l’une quelconque des revendications 1 à 27, où le produit polymère réduit le réactif de Benedict.

29. Liant selon l’une quelconque des revendications 1 à 28, où le produit polymère absorbe fortement la lumière à 420 nm.

30. Procédé de préparation d’un ensemble de matières lié avec un liant polymère, comprenant : la préparation d’une solution contenant les réactifs pour produire le liant polymère et un solvant, où les réactifs comprennent un réactif hydrate de carbone et une polyamine ; le dépôt de la solution sur l’ensemble de matières ; la volatilisation du solvant pour former un produit non durci, et le fait de soumettre le produit non durci à des conditions qui provoquent la polymérisation du réactif hydrate de carbone et de la polyamine pour former le liant polymère.

31. Procédé selon la revendication 30, où l’ensemble de matières comprend des fibres choisies parmi le groupe consistant en des fibres minérales, des fibres d’aramide, des fibres céramiques, des fibres métalliques, des fibres de carbone, des fibres de polyimide, des fibres de polyester, des fibres de rayonne, et des fibres cellulosiques.

32. Procédé selon la revendication 30, où l’ensemble de matières consiste en du charbon ou des particules de sable.

33. Procédé selon la revendication 31, où les fibres de verre sont présentes en une quantité située dans l’intervalle allant d’environ 80% à environ 99% en poids.

34. Procédé selon la revendication 31, où l’ensemble de matières comprend des fibres cellulosiques.

35. Procédé selon la revendication 34, où les fibres cellulosiques sont présentes dans un substrat choisi parmi le groupe consistant en des copeaux de bois, la sciure, la pulpe de bois, le bois broyé, le jute, le lin, le chanvre et la paille.

36. Procédé selon la revendication 30, comprenant en outre, l’emballage du produit non durci dans un matériau d’emballage approprié pour le stockage.

37. Procédé selon l’une quelconque des revendications 30-36, où la préparation de la solution comprend l’addition d’une quantité du réactif hydrate de carbone et d’une quantité de la polyamine primaire de sorte que le rapport pondéral se situe dans l’intervalle allant d’environ 2:1 à environ 10:1.

38. Procédé selon l’une quelconque des revendications 30-37, où la préparation de la solution comprend l’addition du réactif hydrate de carbone et de la polyamine à une solution aqueuse.

39. Procédé selon la revendication 38, où la préparation de la solution comprend l’ajustement du pH de la solution dans la plage allant d’environ 8 à environ 12.

40. Composition comprenant un ensemble de matières et un liant, le liant comprenant des produits polymères de la réaction entre un réactif hydrate de carbone et une polyamine, les produits polymères étant sensiblement insolubles dans l’eau.

41. Composition selon la revendication 40, où l’ensemble de matières comprend des fibres choisies parmi le groupe consistant en des fibres minérales, des fibres d’aramide, des fibres céramiques, des fibres métalliques, des fibres de carbone, des fibres de polyimide, des fibres de polyester, des fibres de rayonne, et des fibres cellulosiques.

42. Composition selon la revendication 41, où l’ensemble de matières comprend des fibres de verre.

43. Composition selon la revendication 41, où l’ensemble de matières comprend des fibres cellulosiques.

44. Composition selon la revendication 43, où les fibres cellulosiques sont présentes dans un substrat cellulosique choisi parmi le groupe consistant en des copeaux de bois, la sciure, la pulpe de bois et le bois broyé.

45. Composition selon la revendication 40,, où le réactif hydrate de carbone est choisi parmi le groupe consistant en le dextrose, le xylose, le fructose, la dihydroxyacétone et leurs mélanges.

46. Composition selon l’une quelconque des revendications 40 à 45, où la polyamine est choisie parmi le groupe consistant en une diamine, une triamine, une tétramine et une pentamine.

47. Composition selon la revendication 46, où la polyamine est H2N-Q-NH2, où Q est alkyle, cycloalkyle, hétéroalkyle ou cyclohétéroalkyle, chacun étant le cas échéant substitué.

48. Composition selon l’une quelconque des revendications 40 à 47, comprenant en outre, un composé contenant du silicium.

49. Composition selon la revendication 48, où le composé contenant du silicium est le gamma-aminopropyltriéthoxysilane, le gamma-glycidoxypropyltriméthoxysilane, l’amino-éthylaminopropyltriméthoxysilane, un silane oligomère amino-fonctionnel et leurs mélanges.

50. Composition selon la revendication 49, où le composé contenant du silicium est le gamma-aminopropyltriéthoxysilane.

51. Composition selon l’une quelconque des revendications 40 à 50, comprenant en outre, un inhibiteur de la corrosion, choisi parmi le groupe consistant en l’huile de dépoussiérage, le phosphate de monoammonium, le métasilicate de sodium pentahydraté, la mélamine, l’oxalate d’étain (II) et une émulsion fluide de méthylhydrogénosilicone.