CN104261685A - 一种可快速生物降解的玻璃纤维棉及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可快速生物降解的玻璃纤维棉，该玻璃纤维棉按质量计由以下组成：SiO2：64-67份；Al2O3：1-2份；CaO：3-6份；MgO：1-4份；K2O：0.1-2份；Na2O：15-19份；B2O3：4-7份；本发明还公开了制备该玻璃纤维棉的方法，首先选取一定量的硼砂、白砂、钾长石粉、钠长石粉、白云石、纯碱和方解石，然后熔化原材料得玻璃液，接着1100-1300℃火焰喷吹得到液态玻璃纤维棉；最后使用0-20℃的低温气体喷吹冷却液态玻璃纤维棉的产品。本发明优化了玻璃纤维棉的成份并调整了生产工艺，可以大幅提高玻璃棉的均匀性，从而增强纤维的降解性能。

Description

一种可快速生物降解的玻璃纤维棉及其制备方法
技术领域
本发明属于矿物纤维领域，涉及一种玻璃纤维棉，特别涉及一种可以快速生物降解的玻璃纤维棉。
背景技术
玻璃纤维棉是一种性能优异的无机非金属材料，具有质轻、绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高等特点。
玻璃纤维棉优异的性能使得玻璃纤维棉的制造量越来越大，据统计，我国2011年的玻璃纤维棉的产量为372万吨，2012年的玻璃纤维棉的产量为414万吨，2013年的玻璃纤维棉的产量为464万吨，每年的增长率为11-12％，未来玻璃纤维棉的产量会越来越高。但是，随着玻璃纤维棉产量的逐渐增加，快速无污染处理废旧的玻璃纤维棉成为亟待解决的问题；目前绝大多数玻璃纤维棉及其制品虽然可以采用填埋的方式自然降解，但是降解的速度却非常慢，有的需要经历数百年甚至需要数百千年。
因此，有必要开发一种可以快速降解且对环境友好的新型玻璃纤维棉。
我公司经过对玻璃纤维棉的性能和工艺的研究，利用生物酸对活性金属氧化物的中和效果，破坏玻璃纤维棉的结构，达到快速降解的目的。降解时间只需要几年至几十年。既不会污染坏境，而且对人体没有任何伤害，同时，对能源的可持续性发展意义重大。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可以快速生物降解的新型玻璃纤维棉及其制备方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种可快速生物降解的玻璃纤维棉，其特征在于：所述玻璃纤维棉按质量计由以下组成：SiO2：64-67份；Al2O3：1-2份；CaO：3-6份；MgO：1-4份；K2O：0.1-2份；Na2O：15-19份；B2O3：4-7份。
作为本发明可快速生物降解的玻璃纤维棉的优选，该玻璃纤维棉由硼砂、白砂、钾长石粉、钠长石粉、白云石、纯碱、方解石经过熔化、火焰喷吹、急速冷却制得；按质量计，硼砂4-7份、白砂43-46份、钾长石粉5-9份、钠长石粉3-7份、白云石11-13份、纯碱20-24份、方解石1-3份。
作为本发明可快速生物降解的玻璃纤维棉的进一步优选，所述玻璃纤维棉按质量计由以下组成：SiO2：64-67份；Al2O3：1-1.5份；CaO：3-4份；MgO：1-2份；K2O：0.5-2份；Na2O：16-19份；B2O3：4-7份。
本发明制备如所述可快速生物降解的玻璃纤维棉的方法，包括以下步骤：
1)选取原材料：按照所述比例称取硼砂、白砂、钾长石粉、钠长石粉、白云石、纯碱和方解石；
2)熔化：将步骤1)所取原材料在玻璃窑炉内混合熔化为玻璃液，该玻璃液经玻璃窑炉的漏板流出得玻璃丝；
3)火焰喷吹：用火焰喷吹步骤2)所得玻璃丝得到液态玻璃纤维棉；
4)冷却：使用0-20℃的低温气体喷吹步骤3)所得液态玻璃纤维棉，使其急速冷却得到成品。
作为本发明制备快速生物降解的玻璃纤维棉的方法的优选，步骤3)喷吹时火焰温度为1100-1300℃。
作为本发明制备快速生物降解的玻璃纤维棉的方法的优选，步骤3)火焰喷吹时火口的宽度为6-9mm，压缩气体压力为0.05-0.07Mpa。
作为本发明制备快速生物降解的玻璃纤维棉的方法的优选，步骤2)所述漏板上分布有直径为0.7-0.8mm的小孔，玻璃液经小孔流出。
作为本发明制备快速生物降解的玻璃纤维棉的方法的优选，步骤4)所述低温气体喷吹速度为8-10m/s。
本发明的有益效果在于：
首先，本发明对玻璃纤维棉的成份进行了优化：大幅增大活性一价金属钾、钠氧化物的含量，降低二价金属钙、镁氧化物的含量，极大程度减少三价金属铝氧化物的含量，由于一价金属钾、钠氧化物活性高，有利于降解且对人体危害极低，三价金属铝氧化物活性低，不易降解且对人体有害，成份优化后的玻璃纤维棉生物可降解性大幅提高，且对环境和人体的危害降低。
其次，本发明生物可降解的玻璃纤维棉采用火焰喷吹工艺制得，喷吹时温度控制在1100-1300℃，此时玻璃液中的金属离子和非金属离子均处于游离状态，在喷吹力的作用下玻璃液的均匀性极高；进一步，本发明采用0-20℃的低温气体对液态玻璃棉进行急速冷却，避免了活性金属运动产生的聚集，使得活性金属和其他元素搭接在一起，当活性金属钾、钠降解时，其它元素和钾、钠搭接的桥梁也被打破，从而增加了纤维的降解性能。另外，采用1100-1300℃的喷吹温度和0-20℃的低温气体对玻璃液纤维进行快速冷却所得到的玻璃纤维棉还具有强度高，产品质量稳定的优点。
最后，本发明优化化学成份后的玻璃纤维棉，熔化所需温度及玻璃液粘度大幅下降，能耗降低且生产过程的可控度增加；而本发明所使用的火口的宽度为6-9mm，与传统的12mm宽的火口相比，不仅有利于降低能耗，也有利于燃气温度的控制，提高火焰的稳定性。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施例进行详细的描述，本专利全文所述份数均为质量份(特别申明除外)。
以下实施例将公开一种可快速生物降解的玻璃纤维棉，该玻璃纤维棉按质量计由以下组成：SiO2：64-67份；Al2O3：1-2份；CaO：3-6份；MgO：1-4份；K2O：0.1-2份；Na2O：15-19份；B2O3：4-7份。
以下实施例中，该玻璃纤维棉由硼砂、白砂、钾长石粉、钠长石粉、白云石、纯碱、方解石经过熔化、火焰喷吹、急速冷却制得；按质量计，硼砂4-7份、白砂43-46份、钾长石粉5-9份、钠长石粉3-7份、白云石11-13份、纯碱20-24份、方解石1-3份。
作为本发明可快速生物降解的玻璃纤维棉的优选，该玻璃纤维棉按质量计由以下组成：SiO2：64-67份；Al2O3：1-1.5份；CaO：3-4份；MgO：1-2份；K2O：0.5-2份；Na2O：16-19份；B2O3：4-7份。
实施例1：
本实施例制备可快速生物降解的玻璃纤维棉的方法，包括以下步骤：
1)选取原材料：按照所述比例称取硼砂、白砂、钾长石粉、钠长石粉、白云石、纯碱和方解石；
2)熔化：将步骤1)所取原材料在玻璃窑炉内混合熔化为玻璃液，该玻璃液经玻璃窑炉的漏板流出得玻璃丝；
3)火焰喷吹：用火焰喷吹步骤2)所得玻璃丝得到液态玻璃纤维棉；
4)冷却：使用10℃的低温气体喷吹步骤3)所得液态玻璃纤维棉，使其急速冷却得到成品；
其中：
步骤1)所选原材料包括：硼砂6份、白砂45份、钾长石粉7份、钠长石粉5份、白云石12份、纯碱22份、方解石2份；
步骤2)所述漏板上分布有直径为0.7-0.8mm的小孔，玻璃液经小孔流出；
步骤3)喷吹时火焰温度为1200℃，火口的宽度为7mm，压缩气体压力为0.06Mpa；
步骤4)所述低温气体喷吹速度为8-10m/s。
经过检测，本实施例所制得的玻璃纤维棉的化学成分为：SiO2：58％；Al2O3：7％；CaO：2％；MgO：1.5％；K2O：1.5％；Na2O：9.5％；B2O3：10％,ZnO:3.5％,BaO:7％。
实施例2：
本实施例制备可快速生物降解的玻璃纤维棉的方法，包括以下步骤：
1)选取原材料：按照所述比例称取硼砂、白砂、钾长石粉、钠长石粉、白云石、纯碱和方解石；
2)熔化：将步骤1)所取原材料在玻璃窑炉内混合熔化为玻璃液，该玻璃液经玻璃窑炉的漏板流出得玻璃丝；
3)火焰喷吹：用火焰喷吹步骤2)所得玻璃丝得到液态玻璃纤维棉；
4)冷却：使用18℃的低温气体喷吹步骤3)所得液态玻璃纤维棉，使其急速冷却得到成品；
其中：
步骤1)所选原材料包括：硼砂4份、白砂46份、钾长石粉5份、钠长石粉7份、白云石11份、纯碱24份、方解石1份；
步骤2)所述漏板上分布有直径为0.7-0.8mm的小孔，玻璃液经小孔流出；
步骤3)喷吹时火焰温度为1150℃，火口的宽度为9mm，压缩气体压力为0.07Mpa；
步骤4)所述低温气体喷吹速度为8-10m/s。
经过检测，本实施例所制得的玻璃纤维棉的化学成分为：SiO2：59％；Al2O3：7％；CaO：2％；MgO：1.5％；K2O：1.5％；Na2O：9.5％；B2O3：8％,ZnO:3.5％,BaO:8％。
实施例3：
本实施例制备可快速生物降解的玻璃纤维棉的方法，包括以下步骤：
1)选取原材料：按照所述比例称取硼砂、白砂、钾长石粉、钠长石粉、白云石、纯碱和方解石；
2)熔化：将步骤1)所取原材料在玻璃窑炉内混合熔化为玻璃液，该玻璃液经玻璃窑炉的漏板流出得玻璃丝；
3)火焰喷吹：用火焰喷吹步骤2)所得玻璃丝得到液态玻璃纤维棉；
4)冷却：使用3℃的低温气体喷吹步骤3)所得液态玻璃纤维棉，使其急速冷却得到成品；
其中：
步骤1)所选原材料包括：硼砂7份、白砂43份、钾长石粉9份、钠长石粉3份、白云石13份、纯碱20份、方解石3份；
步骤2)所述漏板上分布有直径为0.7-0.8的小孔，玻璃液经小孔流出；
步骤3)喷吹时火焰温度为1250℃，火口的宽度为6mm，压缩气体压力为0.05Mpa；
步骤4)所述低温气体喷吹速度为8-10m/s。
经过检测，本实施例所制得的玻璃纤维棉的化学成分为：SiO2：56％；Al2O3：7％；CaO：2％；MgO：1.5％；K2O：1.5％；Na2O：8.5％；B2O3：9％,ZnO:3.5％,BaO:7％
取实施例1所得玻璃纤维棉与其它玻璃纤维棉进行性能对比，结果如表1所示：
表1  实施例1的玻璃纤维棉与其他玻璃纤维棉性能对比
名称 纤维直径(um) 降解时间(年) 纤维拉伸强度(MPa) 纤维均匀性
高碱玻璃纤维棉 0.4 ＞500 ＜1000 差
实施例1 0.4 ＜50 2000 非常好
从表1可以看出，本发明制得的可降解的玻璃纤维棉的不仅降解时间短，而且强度和纤维均匀性得到了很大提升，是一款不错的环保节能型产品。
本发明对玻璃纤维棉的成份进行了优化，优化后的玻璃纤维棉生物可降解性大幅提高，且对环境和人体的危害降低。
本发明调整了生产工艺中喷吹和冷却步骤，可以大幅提高玻璃棉的均匀性，从而增强纤维的降解性能并提高产品的强度。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种可快速生物降解的玻璃纤维棉，其特征在于：所述玻璃纤维棉按质量计由以下组成：SiO2：64-67份；Al2O3：1-2份；CaO：3-6份；MgO：1-4份；K2O：0.1-2份；Na2O：15-19份；B2O3：4-7份。
2.根据权利要求1所述可快速生物降解的玻璃纤维棉，其特征在于：该玻璃纤维棉由硼砂、白砂、钾长石粉、钠长石粉、白云石、纯碱、方解石经过熔化、火焰喷吹、急速冷却制得；按质量计，硼砂4-7份、白砂43-46份、钾长石粉5-9份、钠长石粉3-7份、白云石11-13份、纯碱20-24份、方解石1-3份。
3.根据权利要求1所述可快速生物降解的玻璃纤维棉，其特征在于：所述玻璃纤维棉按质量计由以下组成：SiO2：64-67份；Al2O3：1-1.5份；CaO：3-4份；MgO：1-2份；K2O：0.5-2份；Na2O：16-19份；B2O3：4-7份。
4.制备如权利要求2所述可快速生物降解的玻璃纤维棉的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)选取原材料：按照所述比例称取硼砂、白砂、钾长石粉、钠长石粉、白云石、纯碱和方解石；
2)熔化：将步骤1)所取原材料在玻璃窑炉内混合熔化为玻璃液，该玻璃液经玻璃窑炉的漏板流出得玻璃丝；
3)火焰喷吹：用火焰喷吹步骤2)所得玻璃丝得到液态玻璃纤维棉；
4)冷却：使用0-20℃的低温气体喷吹步骤3)所得液态玻璃纤维棉，使其急速冷却得到成品。
5.根据权利要求4所述制备快速生物降解的玻璃纤维棉的方法，其特征在于：步骤3)喷吹时火焰温度为1100-1300℃。
6.根据权利要求4所述制备快速生物降解的玻璃纤维棉的方法，其特征在于：步骤3)火焰喷吹时火口的宽度为6-9mm，压缩气体压力为0.05-0.07Mpa。
7.根据权利要求4所述制备快速生物降解的玻璃纤维棉的方法，其特征在于：步骤2)所述漏板上分布有直径为0.7-0.8mm的小孔，玻璃液经小孔流出。
8.根据权利要求4所述制备快速生物降解的玻璃纤维棉的方法，其特征在于：步骤4)所述低温气体喷吹速度为8-10m/s。
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