CN1242117C - 可溶于人体体液的无机硅酸盐纤维纸及其制法 - Google Patents
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Abstract
可溶于人体体液的无机硅酸盐纤维纸及其制法，其特征是该纤维纸主要成分的重量百分组成为：可溶纤维15～30份，有机结合剂5～30份，无机结合剂40～80份。其制法是采用可溶纤维为主体材料，经过碎浆、配浆、除渣、长网抄造、真空脱水、干燥、切割和卷取工序制得在陶瓷纤维的基础上，研制了以SiO2为主体的配料体系，引入了CaO、MgO、B2O3、Fe2O3、Na2O和/或K2O；同时严格控制了配料中Al2O3的含量；制得了可溶于pH7.35～7.45溶液的无机硅酸盐纤维。原料易得，成本低廉，有利于本发明的推广应用和陶瓷纤维产品的更新换代。
Description
技术领域
本发明属于耐火绝热材料及其制造法，具体涉及可溶于人体体液的无机硅酸盐纤维纸及其制法。
背景技术
传统陶瓷纤维(硅酸铝耐火纤维)产品，其主要成分是Al2O3和SiO2(其Al2O3+SiO2一般大于94％)。该成分的陶瓷纤维在生产制造，以及制成其它绝热材料使用的过程中，存在着致命缺陷：因陶瓷纤维的直径细小大多在6μm以下；加之自身性脆，容易断裂产生纤维粉尘，极易被吸入人体内，从而影响人体健康。
数十年来，世界许多科研机构对陶瓷纤维的安全性问题进行了大量的研究，包括对人体致癌的研究。目前已经有一些组织或机构把陶瓷纤维划分为2B类(可能致癌物质)，比如：国际癌症研究中心(International Agency for Research on Cancer，简称IARC)。他们的依据是：正常人体体液PH值为7.35～7.45(中性偏碱)，而以Al2O3和SiO2为主要成分的陶瓷纤维被人体吸入后不被溶解，故对人体有害。
目前，虽然陶瓷纤维对人体致癌作用的证据尚不充分，但欧、美等一些国家已将普通硅酸铝陶瓷纤维列入控制使用的产品，并要求在产品包装物上加印有害产品的标记。
发明内容
本发明的目的是研制一种可溶于人体体液的无机硅酸盐纤维纸及其制法。
该种纤维纸在人体体液中有足够的溶解度、系可快速降解的无机硅酸盐纤维，可以缩短无机硅酸盐纤维在人体内的停留时间，将无机硅酸盐纤维对人体的损害降至最低。
本发明的技术方案是：研制一种可溶于人体体液的无机硅酸盐纤维纸，其特征是该纤维纸主要成分的重量百分组成为：可溶纤维15～30份，有机结合剂5～30份，无机结合剂40～80份；
上述的无机硅酸盐纤维纸的技术指标是，体积密度150～280Kg/m3；有机物含量4～12％；含水率1～4％；使用温度1000℃；抗拉强度0.02～0.04Mpa；溶解度100～250mg/L；
上述的可溶纤维是可溶于人体体液的无机硅酸盐纤维，该纤维的重量百分组成为：SiO2 50～85％；CaO 5.5～35％；MgO 1～10％；B2O3 1～2％；Al2O3 0～1％；Fe2O30～0.5％；Na2O 0～0.5％；K2O 0～0.5％。
上述的有机结合剂是苯-丙纸品乳液、聚丙烯酰胺、淀粉和/或羧甲基纤维素；
上述的无机结合剂是硫酸铝溶液、二氧化硅溶胶和/或氧化铝溶胶。
上述的可溶于人体体液的无机硅酸盐纤维纸的制法，其特征是采用可溶纤维为主体材料，经过碎浆、配浆、除渣、长网抄造、真空脱水、干燥、切割和卷取工序制得；
(1)碎浆时，添加纤维重量10～80倍的水，采用碎浆设备进行碎浆；
(2)配浆时，按比例添加有机结合剂、无机结合剂，搅拌混匀；
(3)调节PH和除渣时，浆液中添加碱性调节剂，使其PH值在8～10；
(4)待棉浆比在0.2～1％时，采用长网抄造，湿纸在80～120℃干燥而成。
浆液中添加的的调节剂有氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化铝等碱性氧化物；
本发明所采用的结合剂是硫酸铝溶液(20～50％)、苯-丙纸品乳液(49％)、聚丙烯酰胺溶液(1～10％)、二氧化硅溶胶、氧化铝溶胶、淀粉溶液(1～8％)和/或羧甲基纤维素；
淀粉溶液可用禾谷淀粉、土豆淀粉、氧化淀粉、羧化淀粉和/或阳离子淀粉配制。
本发明生产的可溶于人体体液的无机硅酸盐纤维纸的纤维平均直径1～5μm，纤维长度为30～150mm，渣球含量为5～10％。
本发明的优点是：
1、在陶瓷纤维的基础上，研制了以SiO2为主体的配料体系，引入了CaO、MgO、B2O3、Fe2O3、Na2O和/或K2O；同时严格控制了配料中Al2O3的含量；制得了可溶于PH7.35～7.45溶液的无机硅酸盐纤维。
2、原料易得，成本低廉，有利于本发明的推广应用和陶瓷纤维产品的更新换代。
具体实施方式
实施例1
一、可溶纤维部分
重量配比(kg)：SiO2 70份，CaO 15.5份，MgO 10份，B2O3 2份，Al2O3 1份，Fe2O3 0.5份，Na2O 0.5份，K2O 0.5份。
工艺过程 上述原料混合均匀后，在特制的电阻炉(或电弧炉、玻歇炉)中1500～1800℃熔融成液态，利用喷吹法或甩丝法(0.3～0.6Mpa风压)进行纤维生产。
现有电阻炉设立3组电极，由于原料改变，使电阻增大，导电率降低，导致熔化困难，为此对现有电阻炉增加3组电极，成为6组电极，以提高原料的导电率。
本发明生产的可溶于人体体液的无机硅酸盐纤维，柔软而富有弹性，纤维平均直径1～5μm，纤维长度为30～150mm，渣球含量为5～10％。
本发明所获得纤维，在PH7.3～7.5，温度37±0.5℃的偏碱性溶液中浸泡24h，用原子吸收光谱仪测定，其溶解度为100～250mg/L；而对比的普通陶瓷纤维溶解度为0mg/L。
二、可溶纤维纸部分主要成分的重量配比(kg)：
可溶纤维30份，淀粉溶液(8％)10份，聚丙烯酰胺溶液(1％)20份，硫酸铝溶液(50％)40份。
工艺过程 将称量好可溶纤维放入打浆池，并向打浆池内注入纤维重量80倍的水，进行打浆；待浆液中的纤维直径在2～10mm时停止打浆，然后将浆液放入配浆池加入称量好的淀粉溶液、聚丙烯酰胺溶液和硫酸铝溶液进行配浆；配浆后的棉浆比为1％，添加适量氢氧化钠使PH值为9～10。然后进抄纸，抄纸后纸坯经过温度110～120℃的干燥炉进行干燥。
经过上述工艺生产的可溶纤维纸的实测质量指标为：
体积密度280Kg/m3，有机物含量为12％，含水率为4％，抗拉强度为0.04Mpa，溶解度为100～250mg/L，使用温度：1000℃。
实施例2
一、可溶纤维部分重量配比(kg)：SiO2 70份，CaO 26份，MgO 1份，B2O3 1份，Al2O3 1份，Fe2O3 0.5份，Na2O 0.5份；
工艺过程：1800～2000℃熔融；0.3～0.6Mpa风压；直径5～10μm；长度90～250mm；渣球含量5～10％；溶解度100～250mg/L。
二、可溶纤维纸部分
主要成分的重量配比(kg)：
可溶纤维15份，淀粉溶液(1％)5份，二氧化硅溶胶和/或氧化铝溶胶80份。
工艺过程 将称量好可溶纤维放入打浆池，并向打浆池内注入纤维重量40倍的水，进行打浆；待浆液中的纤维直径在2～10mm时停止打浆，然后将浆液放入配浆池加入称量好的淀粉溶液、二氧化硅溶胶和/或氧化铝溶胶进行配浆；配浆后的棉浆比为0.2％，添加适量氢氧化铝使PH值为8～9。然后进抄纸，抄纸后纸坯经过温度80～100℃的干燥炉进行干燥。
经过上述工艺生产的可溶纤维纸的实测质量指标为：
体积密度150Kg/m3，有机物含量为4％，含水率为1％，抗拉强度为0.02Mpa，溶解度为100～250mg/L，使用温度：1000℃，其余同例1。
实施例3
可溶纤维部分重量配比(kg)：
SiO2 60份，CaO 26.5份，MgO 10份，B2O3 2份，Fe2O3 0.5份，Na2O 0.5份，K2O 0.5份；
1800～2000℃熔融；0.3～0.6Mpa风压；直径1～6μm；长度100～250mm；渣球含量5～8％；溶解度190～250mg/L；其余同例1。
可溶纤维纸部分的主要成分重量配比(kg)：
可溶纤维30份，淀粉和/或羧甲基纤维素10份，硫酸铝溶液(20～50％)30份，二氧化硅溶胶和/或氧化铝溶胶30份。
工艺过程 将称量好可溶纤维放入打浆池，并向打浆池内注入纤维重量10倍的水，进行打浆；待浆液中的纤维直径在2～10mm时停止打浆，然后将浆液放入配浆池加入称量好的淀粉和/或羧甲基纤维素溶液、二氧化硅溶胶和/或氧化铝溶胶、硫酸铝溶液，进行配浆；配浆后的棉浆比为0.3％，添加适量氢氧化钙使PH值为8～9。然后进抄纸，抄纸后纸坯经过温度90～100℃的干燥炉进行干燥。
经过上述工艺生产的可溶纤维纸的实测质量指标为：
体积密度210Kg/m3，有机物含量为6％，含水率为2％，抗拉强度为0.03Mpa，溶解度为100～250mg/L，使用温度：1000℃，其余同例1。
实施例4
可溶纤维部分重量配比(kg)：SiO2 50.5份，CaO 35份，MgO 10份，B2O3 2份，Al2O3 1份，Fe2O3 0.5份，Na2O 0.5份，K2O 0.5份；
1800～2000℃熔融；0.3～0.6Mpa风压；直径6～10μm；长度150～250mm；渣球含量5～14％；溶解度180～250mg/L；其余同例一。
可溶纤维纸部分的主要成分重量配比(kg)：
可溶纤维25份，苯-丙纸品乳液(49％)30份，硫酸铝溶液(20～50％)30份，二氧化硅溶胶和/或氧化铝溶胶15份。
打浆用纤维重量30倍的水；然后加入结合剂进行配浆；配浆后的棉浆比为0.8％，添加适量氢氧化钠使PH值为9～10。抄纸后纸坯经过100～120℃干燥。
可溶纤维纸的质量指标为：体积密度260Kg/m3，有机物含量为8％，含水率为3％，抗拉强度为0.03Mpa，溶解度为100～250mg/L，使用温度：1000℃，其余同例2。
实施例5
可溶纤维重量配比(kg)：SiO2 50.5份，CaO 35份，MgO 10份，B2O3 2份，Fe2O30.5份，K2O 0.5份；1800～2000℃熔融；0.3～0.6Mpa风压；直径2～5μm；长度30～200mm；渣球含量5～15％；溶解度100～200mg/L。
可溶纤维30份，苯-丙纸品乳液(49％)30份，硫酸铝溶液(20～50％)30份，二氧化硅溶胶和/或氧化铝溶胶10份。
打浆用纤维重量20倍的水；加入结合剂进行配浆；配浆后的棉浆比为0.4％，添加氢氧化铝使PH值为9～10。抄纸后纸坯经过100～120℃干燥。
可溶纤维纸的质量指标为：体积密度270Kg/m3，有机物含量为10％，含水率为2.5％，抗拉强度为0.025Mpa，溶解度为100～250mg/L，使用温度：1000℃，其余同例1。
实施例6
可溶纤维重量配比(kg)：SiO2 54.5份，CaO 35份，MgO 8份，B2O3 2份，Na2O0.5份；1500～1900℃熔融；0.3～0.6Mpa风压；直径2～5μm；长度90～250mm；渣球含量5～13％；溶解度100～200mg/L。
可溶纤维15份，淀粉和/或羧甲基纤维素15份，硫酸铝溶液(20～50％)55份，二氧化硅溶胶和/或氧化铝溶胶15份。
打浆用纤维重量10倍的水；加入结合剂进行配浆；棉浆比为0.3％，PH值为9～10。抄纸后纸坯经过100～120℃干燥。
可溶纤维纸的质量指标为：体积密度270Kg/m3，有机物含量为8％，含水率为3.5％，抗拉强度为0.035Mpa，溶解度为100～250mg/L，使用温度：1000℃，其余同例3。
实施例7
可溶纤维部分重量配比(kg下同)：SiO2 58份，CaO 35份，MgO 5份，B2O3 1份，Fe2O3 0.5份，K2O 0.5份；1800～2000℃熔融；0.3～0.6Mpa风压；直径4～7μm；长度70～250mm；渣球含量5～8％；溶解度200～250mg/L。
可溶纤维25份，淀粉和/或羧甲基纤维素25份，硫酸铝溶液(20％)40份，二氧化硅溶胶和/或氧化铝溶胶10份。
打浆用纤维重量30倍的水；加入结合剂进行配浆；棉浆比为0.9％，PH值为9～10。抄纸后纸坯经过110～120℃干燥。
可溶纤维纸的质量为：体积密度265Kg/m3，有机物含量为7％，含水率为3.5％，抗拉强度为0.04Mpa，溶解度为100～250mg/L，使用温度：1000℃，其余同例一。
实施例8
可溶纤维重量配比：SiO2 53.5份，CaO 34份，MgO 10份，B2O3 1份，Al2O3 0.4份，Fe2O3 0.5份，Na2O 0.2份，K2O 0.4份；1800～2000℃熔融；0.3～0.6Mpa风压；直径4～8μm；长度30～200mm；渣球含量5～10％；溶解度200～250mg/L。
可溶纤维30份，淀粉和/或羧甲基纤维素5份，硫酸铝溶液(50％)40份，二氧化硅溶胶和/或氧化铝溶胶25份。
打浆用纤维重量20倍的水；加入结合剂进行配浆；棉浆比为0.8％，PH值为9～10。抄纸后纸坯经过110～120℃干燥。
可溶纤维纸的质量：体积密度269Kg/m3，有机物含量为7.5％，含水率为3.5％，抗拉强度为0.04Mpa，溶解度为100～250mg/L，使用温度：1000℃，其余同例1。
实施例9
可溶纤维重量配比：SiO2 70份，CaO 26份，MgO 1份，B2O3 2份，Al2O3 0.3份，Fe2O3 0.3份，Na2O 0.4份；1900～2000℃熔融；0.3～0.6Mpa风压；直径6～10μm；长度150～250mm；渣球含量5～12％；溶解度150～250mg/L。
可溶纤维15份，淀粉和/或羧甲基纤维素20份，硫酸铝溶液(20％)40份，二氧化硅溶胶和/或氧化铝溶胶25份。打浆用纤维重量20倍的水；加入结合剂进行配浆；棉浆比为0.75％，PH值为9～10。抄纸后纸坯经过110～120℃干燥。可溶纤维纸的质量：体积密度269Kg/m3，有机物含量为7.5％，含水率为3.5％，抗拉强度为0.04Mpa，溶解度为100～250mg/L，使用温度：1000℃，其余同例2。
实施例10
可溶纤维部分重量配比：SiO2 80份，CaO 12份，MgO 5份，B203 2份，Fe2O3 0.5份，K2O 0.5份；1900～2000℃熔融；0.3～0.6Mpa风压；直径3～6μm；长度100～250mm；渣球含量5～14％；溶解度100～240mg/L。
可溶纤维25份，淀粉和/或羧甲基纤维素10份，硫酸铝溶液(20％)40份，二氧化硅溶胶和/或氧化铝溶胶25份。打浆用纤维重量40倍的水；加入结合剂进行配浆；棉浆比为0.65％，PH值为9～10。抄纸后纸坯经过110～120℃干燥。可溶纤维纸的质量：体积密度249Kg/m3，有机物含量为7％，含水率为3.2％，抗拉强度为0.04Mpa，溶解度为100～250mg/L，使用温度：1000℃，其余同例2。
实施例11
可溶纤维部分重量配比：SiO2 80份，CaO 12份，MgO 5份，B2O3 2份，Fe2O3 0.5份，K2O 0.5份；1900～2000℃熔融；0.3～0.6Mpa风压；直径3～6μm；长度100～250mm；渣球含量5～14％；溶解度100～240mg/L。
可溶纤维30份，淀粉和/或羧甲基纤维素10份，硫酸铝溶液(20％)50份，二氧化硅溶胶和/或氧化铝溶胶10份。打浆用纤维重量40倍的水；加入结合剂进行配浆；棉浆比为0.2％，PH值为9～10。抄纸后纸坯经过110～120℃干燥。可溶纤维纸的质量：体积密度150Kg/m3，有机物含量为10.5％，含水率为1.5％，抗拉强度为0.04Mpa，溶解度为100～250mg/L，使用温度：1000℃，其余同例1。
实施例12
可溶纤维部分重量配比：SiO2 85份，CaO 6份，MgO 5份，B2O3 2份，Al2O3 1份，Fe2O3 0.5份，Na2O 0.5份；1500～1900℃熔融；0.3～0.6Mpa风压；直径4～8μm；长120～250mm；渣球含量5～8％；溶解度100～200mg/L。
可溶纤维15份，淀粉和/或羧甲基纤维素20份，硫酸铝溶液(50％)25份，二氧化硅溶胶和/或氧化铝溶胶40份。打浆用纤维重量40倍的水；加入结合剂进行配浆；棉浆比为0.55％，PH值为9～10。抄纸后纸坯经过100～110℃干燥。可溶纤维纸的质量：体积密度150Kg/m3，有机物含量为4.5％，含水率为2.5％，抗拉强度为0.02Mpa，溶解度为100～250mg/L，使用温度：1000℃，其余同例1。
实施例13
可溶纤维部分重量配比：SiO2 85份，CaO 7份，MgO 5份，B2O3 2份，Al2O3 0.5份，K2O 0.5份；1700～2000℃熔融；0.3～0.6Mpa风压；直径5～10μm；长度80～250mm；渣球含量5～10％；溶解度200～250mg/L。
可溶纤维30份，淀粉和/或羧甲基纤维素5份，硫酸铝溶液(50％)25份，二氧化硅溶胶和/或氧化铝溶胶40份。打浆用纤维重量60倍的水；加入结合剂进行配浆；棉浆比为0.85％，PH值为8～9。抄纸后纸坯经过100～110℃干燥。可溶纤维纸的质量：体积密度190Kg/m3，有机物含量为4％，含水率为1.5％，抗拉强度为0.02Mpa，溶解度为100～250mg/L，使用温度：1000℃，其余同例1。
实施例14
可溶纤维部分重量配比：SiO2 51.5份，CaO 35份，MgO 10份，B2O3 2份，Al2O30.5份，Fe2O3 0.5份，K2O 0.5份；1500～1900℃熔融；0.3～0.6Mpa风压；直径1～5μm；长度130～250mm；渣球含量5～15％；溶解度200～250mg/L。
可溶纤维25份，淀粉和/或羧甲基纤维素20份，硫酸铝溶液(50％)25份，二氧化硅溶胶和/或氧化铝溶胶30份。打浆用纤维重量40倍的水；加入结合剂进行配浆；棉浆比为0.65％，PH值为9～10。抄纸后纸坯经过110～120℃干燥。可溶纤维纸的质量：体积密度190Kg/m3，有机物含量为5.5％，含水率为3.5％，抗拉强度为0.025Mpa，溶解度为100～250mg/L，使用温度：1000℃，其余同例2。
实施例15
可溶纤维部分重量配比：SiO2 82.5份，CaO 9份，MgO 5份，B2O3 2份，Fe2O3 0.5份，Na2O 0.5份，K2O 0.5份；1700～2000℃熔融；0.3～0.6Mpa风压；直径5～10μm；长度150～250mm；渣球含量5～15％；溶解度150～250mg/L。
可溶纤维15份，淀粉和/或羧甲基纤维素30份，硫酸铝溶液(50％)25份，二氧化硅溶胶和/或氧化铝溶胶40份。打浆用纤维重量10倍的水；加入结合剂进行配浆；棉浆比为1％，PH值为9～10。纸坯100～110℃干燥。
可溶纤维纸的质量：体积密度250Kg/m3，有机物含量为10.5％，含水率为1.5％，抗拉强度为0.025Mpa，溶解度为100～250mg/L，使用温度：1000℃，其余同例1。
Claims (2)
1.一种可溶于人体体液的无机硅酸盐纤维纸，其特征是：
所述的无机硅酸盐纤维纸主要成分的重量百分组成为：可溶纤维15～30份，有机结合剂5～30份，无机结合剂40～80份；
所述的无机硅酸盐纤维纸的技术指标是，体积密度150～280Kg/m3；有机物含量4～12％；含水率1～4％；使用温度1000℃；抗拉强度0.02～0.04Mpa；溶解度100～250mg/L；
所述的可溶纤维是可溶于人体体液的无机硅酸盐纤维，该纤维的重量百分组成为：SiO2 50～85％；CaO 5.5～35％；MgO 1～10％；B2O3 1～2％；Al2O3 0～1％；Fe2O30～0.5％；Na2O 0～0.5％；K2O 0～0.5％；纤维平均直径1～5μm，纤维长度为30～150mm，渣球含量为5～10％；
所述的有机结合剂是49％的苯-丙纸品乳液、1～10％聚丙烯酰胺溶液、1～8％淀粉溶液和/或羧甲基纤维素；所述的无机结合剂是20～50％的硫酸铝溶液、二氧化硅溶胶和/或氧化铝溶胶。
2.按照权利要求1所述的可溶于人体体液的无机硅酸盐纤维纸的制法，其特征是采用可溶纤维为主体材料，经过碎浆、配浆、除渣、长网抄造、真空脱水、干燥、切割和卷取工序制得；
(1)碎浆时，添加纤维重量10～80倍的水，采用碎浆设备进行碎浆；
(2)配浆时，按比例添加有机结合剂、无机结合剂，搅拌混匀；
(3)调节PH和除渣时，浆液中添加碱性调节剂，使其PH值在8～10；
(4)待棉浆比在0.2～1％时，采用长网抄造，纸坯在80～120℃干燥而成。
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