CZ282135B6 - Minerální vlákno - Google Patents

Abstract

Složení minerálních vláken, které se mohou rozkládat když jsou ve styku s fyzologickým prostředím tvoří následující složky v dále definovaných hmotnostních podílech : SiO.sub.2 .n.37 až 58 % Al.sub.2.n.O.sub.3 .n.4 až 14 % CaO 7 až 40 % MgO 4 až 16 % P.sub.2.n.O.sub.5 .n.1 až 10 % Fe.sub.2.n.O.sub.3 .n.0 až 15 % (všechno železo je vyjádřeno v této formě), přičemž množství CaO + MgO + Fe.sub.2.n.O.sub.3 .n.je větší než 25 % a celkový obsah oxidů Na.sub.2.n.O a K.sub.2.n.O je menší než 7 %.ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká minerálních vláken, zejména minerálních vláken jejichž složení je takové, že se rozkládají v kontaktu s fyziologickým médiem, a dále použití těchto minerálních vláken k přípravě produktů s tepelnou a/nebo zvukovou izolační schopností.

Dosavadní stav techniky

Všeobecně je známo, že budovy se často izolují, a sice z toho důvodu aby bylo dosaženo jak tepelné, tak zvukové izolace, přičemž se používá produktů v podstatě sestávajících z minerální vlny, jako je například skalní vlna. Místa, která je třeba izolovat, jsou mnohdy takového charakteru, že pracovníci, kteří provádějí tuto izolaci musí tyto produkty řezat na místě použití. Nutnost takto zpracovávat vlákna vede ktomu, že se tato vlákna lámou a případně se rozptylují do okolního prostředí. Tímto způsobem dochází ktomu, že mohou být tato vlákna náhodně vdechována.

I když škodlivost vdechování těchto vláken nebyla výslovně prokázána, bylo by jistě potřebné najít takový produkt, který se rozpouští ve fyziologickém médiu a tím ujistit případné uživatele o neprosté zdravotní nezávadnosti těchto vláken.

Podstata vynálezu

Cílem uvedeného vynálezu je nalézt taková minerální vlákna, jejichž složení vyhovuje požadavkům na rychlý rozklad v přítomnosti fyziologického média.

Zejména je cílem uvedeného vynálezu nalézt taková vlákna, která je možno získat běžnými průmyslovými technologickými metodami a zařízeními pro externí odstřeďování.

Tyto technologické postupy se používají pro přípravu vláken ze skel, získaných roztavením takových surovin, jako je například vysokopecní struska nebo čediče. Některé z těchto technologických postupů jsou známé jako volné odstřeďování spočívající v lití tenkého proudu roztaveného skla na obvodový pás odstředivého kotouče, rotujícího vysokou rychlostí kolem hřídele, kolmého na směr přívodu tenkého proudu skloviny. Účinkem odstředivé síly se určité množství skla převede na vlákna, přičemž zbytek se vede na další kotouč, na kterém se provádí stejný postup, přičemž ve dráze postupu skloviny mohou být zařazeny tři nebo čtyři takovéto kotouče.

Podstata minerálního vlákna, které se rozkládá v přítomnosti fyziologického média, spočívá podle uvedeného vynálezu v tom, že kromě nečistot, jejichž celkový obsah je maximálně 3 % hmotnostní, obsahuje následující složky:

oxid křemičitý SiO₂ 37 % až 58 % hmotnostních oxid hlinitý A1₂O₃ 3 % až 14 % hmotnostních oxid vápenatý CaO 7 % až 40 % hmotnostních oxid hořečnatý MgO 4 % až 16 % hmotnostních oxid fosforečný P₂O₅ 1 % až 10 % hmotnostních celkový obsah železa vyjádřený jako oxid železitý Fe₂O₃ až 15 % hmotnostních přičemž celkový obsah oxidu sodného Na₂O a oxidu draselného K₂O je menší než 7 % hmotnostních a množství oxidu vápenatého CaO + oxidu hořečnatého MgO + oxidu železitého Fe₂O₃ je větší než 25 % hmotnostních.

Ve výhodném provedení podle vynálezu je množství oxidu křemičitého SiO₂ a oxidu hlinitého A1₂O₃ větší než 50 % hmotnostních.

Podle dalšího výhodného provedení podle vynálezu je množství oxidu vápenatého CaO a oxidu hořečnatého MgO menší než 40 % hmotnostních.

Podle vynálezu je dále výhodné takové vlákno, které obsahuje následující složky:

oxid křemičitý SiO₂ 45 % až 57 % hmotnostních oxid hlinitý AI₂O₃ 3 % až 6 % hmotnostních oxid vápenatý CaO 20 % až 30 % hmotnostních oxid hořečnatý MgO 6 % až 16 % hmotnostních oxid železitý Fe₂O₃ 0,1 % až 4 % hmotnostní oxid fosforečný P₂O₃ 1 % až 7 % hmotnostních oxid sodný Na₂O + oxid draselný K₂O 0,1 % až 5 % hmotnostních přičemž obsah nečistot je maximálně 3 % hmotnostní.

Kromě toho je podle vynálezu výhodné takové vlákno, které obsahuje následující složky:

oxid křemičitý SiO₂ 40 % až 50 % hmotnostních oxid hlinitý A1₂O₃ 7 % až 13 % hmotnostních oxid vápenatý CaO 20 % až 30 % hmotnostních oxid hořečnatý MgO 6 % až 16 % hmotnostních oxid železitý Fe₂O₃ až 4 % hmotnostní oxid fosforečný P₂O₃ 3 % až 9 % hmotnostních oxid sodný Na?O + oxid draselný K₂O 0,1 % až 5 % hmotnostních přičemž obsah nečistot je maximálně 3 % hmotnostní.

Do rozsahu předmětného vynálezu rovněž náleží použití minerálních vláken výše uvedených typů k přípravě produktu s tepelnou a/nebo zvukovou isolační schopností.

Cíl předmětného vynálezu byl dosažen modifikací známých složení skel používaných pro technologické postupy volného odstřeďování. Na základě složení tohoto typu, kdy minerální vlákno v podstatě obsahuje oxid křemičitý, oxid hlinitý a oxidy kovů alkalických zemin, bylo podle uvedeného vynálezu zjištěno, že přídavek oxidu fosforečného umožňuje získat skla ve vláknité formě, která se rychle rozkládají ve fyziologickém prostředí.

Skla podle tohoto vynálezu mají dále takové vlastnosti, které pokud se týče některých z nich, jsou podobné vlastnostem známých skel. Tato skla tedy mohou být převedena na vlákna za použití běžných průmyslově používaných odstředivých kotoučů.

Složení skla definované výše je možno dosáhnout přípravou z čistých složek, ovšem obvykle se tyto kompozice získají roztavením směsi zeskelnitelných surovin, případně obsahujících další oxidy, jako je oxid titanu a oxid manganu, které se ovšem považují za nečistoty při tomto řešení podle předmětného vynálezu. Celkový obsah těchto znečišťujících složek je maximálně 3 % hmotnostní.

Aby bylo možno těchto kompozic použít ke zpracování metodou externího odstřeďování, musí mít tyto kompozice podle vynálezu odpovídající výhodnou viskozitu při relativně nízké teplotě. Tento faktor závisí ve značné míře na celkovém obsahu oxidu křemičitého a oxidu hlinitého.

V rozsahu uvedeného vynálezu je množství těchto oxidů obvykle minimálně 50 % hmotnostních.

Kromě toho je třeba uvést, že výroba vláken závisí na schopnosti skla vyvíjet ve větší nebo menší míře ve své hmotě krystaly. Tento jev, známý jako odskelnění je charakterizován několika teplotami, to znamená teplotou, při které je rychlost růstu krystalů maximální a teplotou, při které je rychlost růstu nulová (likvidus).

V zásadě se tento jev intenzifikuje ve větší nebo menší míře v závislosti na celkovém množství oxidů alkalických zemin. V rozsahu uvedeného vynálezu je množství těchto oxidů menší než přibližně 40 % hmotnostních.

K zajištění dostatečné tepelné odolnosti těchto vláken podle uvedeného vynálezu je žádoucí, aby celkový obsah oxidu vápenatého CaO + oxidu hořečnatého MgO + oxidu železitého Fe₂O₃ byl větší než 25 % hmotnostních.

Příklad provedeni vynálezu

Minerální vlákno, které se rozkládá v přítomnosti fyziologického média, podle uvedeného vynálezu a jeho použití bude v dalším blíže vysvětleno s pomocí konkrétních příkladů provedení, které jsou ovšem pouze ilustrativní a nijak neomezují rozsah tohoto vynálezu.

Měření stupně rozkladu ve fyziologickém médiu bylo prováděno s vlákny, jejich průměr je konstantní a měří přibližně 10 pm.

Tato vlákna byla ponořena do roztoku, který simuluje mimobuněčnou tekutinu, jejíž složení je následující (obsah v g/1):

MgCb . 6 H₃O0,212

NaCl6,415

Na₂HPO₄0,148

Na₂SO₄.2 H₃O0,179

CaCl₂.4 H₂O0,318

NaHČO₃2,703 (Na₂ vínan). 2 H₂O0,180 (Na₃ citronan). 5,5 H₂O0,186

Na mléčnan0,175

Na pyrohroznan0,172 glycin0,118

Zkušební podmínky, zvolené pro určení stupně rozkladu skleněných vláken v uvedeném roztoku byly následující: 200 miligramů vláken bylo uloženo mezi 2 děrované kotouče oddělené od sebe kruhovým prstencem. Tyto dva kotouče o průměru 4,3 centimetru byly pokryt}' polykarbonátovým filtrem. Tato sestava vytvářela kyvetu, kterou cirkuloval uvedený roztok, jehož průtok byl regulován peristaltickým čerpadlem. Tento průtok byl 40 mililitrů/den, přičemž doba trvání tohoto testu byla 20 dní. Kyveta a baňka obsahující atakující roztok byly udržovány při teplotě 37 °C. Po průchodu kyvetou byl atakující roztok shromážděn v lahvích za účelem následně provedené analýzy.

Množství rozpuštěného oxidu křemičitého bylo měřeno chemickou analýzou, přičemž hmotnost rozpuštěného oxidu křemičitého ve vztahu ke hmotnosti oxidu křemičitého původně přítomného ve vláknu, vyjádřeno jako procentuální hodnota, poskytovalo dobrý indikátor schopnosti testovaného vlákna se rozkládat ve fyziologickém prostředí.

Testované složení a získané výsledky jsou uvedeny v následujících tabulkách č. 1 a 2.

V tabulce č. 1 je uvedeno složení vláken podle vynálezu (viz skla č. 2, 5, 7 a 8), přičemž dvě složení skel (viz skla č. 3 a 6) představují porovnávací provedení lišící se pouze nižším obsahem oxidu fosforečného ve srovnání s předmětným vynálezem a dvě složení skel (viz skla č. 1 a 4) představují porovnávací skla.

Přítomnost oxidu fosforečného v kompozicích podle vynálezu má vždy za následek zvýšení podílu rozpuštěného oxidu křemičitého, který je obsažen ve vláknech získaných z těchto kompozic, v atakujícím roztoku v porovnání s vlákny, jejichž složení obsahuje určitý malý podíl fosforu, jestli je vůbec tento fosfor obsažen.

V tabulce 2 jsou uvedeny výsledky některých testů při aplikování těchto výše uvedených zjištění.

Z porovnání skel č. 1 a 3 na jedné straně a skel č. 4 a 6 na druhé straně vyplývá, že účinek snížení obsahu oxidu hlinitého a nahražení tohoto podílu oxidem křemičitým vyvolá znatelné zvýšení stupně rozkladu testovaných vláken.

Z porovnání skel č. 2 a 3 a skel č. 5 a 6 vyplývá, že u skel, jejichž stupeň rozkladu je znatelný, náhrada oxidu křemičitého oxidem fosforečným vyvolá znatelné zvýšení stupně rozkladu u takto testovaných vláken.

Vliv oxidu fosforečného na stupeň rozkladu vláken je stále ještě významný u skel s vysokým obsahem oxidu hlinitého, jak je to patrné u skel č. 4 a 7.

Fosfor se dodává do zeskelnitelné kompozice například ve formě fosforečnanu dvojsodného nebo fosforečnanu vápenatého. Jestliže je podíl vpraveného fosforečnanu do zeskelnitelné kompozice relativně velký, může být jeho tavení někdy obtížné. Proto je obsah oxidu fosforečného v kompozici menší nebo rovný 10 % hmotnostním.

Kompozice podle vynálezu, které mají jak viskozitní charakteristiky tak odskelňovací vlastnosti vhodné pro proces tažení vláken externím odstřeďováním, ave vláknitém stavu mají vysoký stupeň rozkladu ve fyziologickém médiu, obsahují méně než 7 % hmotnostních alkalických oxidů.

Minerální vlákna podle uvedeného vynálezu uvedená v tabulce č. 1 jsou všechna odolná vůči teplotám asi 700 °C. Podle vynálezu bylo zjištěno, že bloky vzorků těchto vláken (o hustotě 100 kg/m^J) zahřívané v peci po dobu 30 minut vykazovaly průhyb menší než 10 % při teplotě 700 °C.

Skla podle vynálezu je možno převést na vlákna pomocí známých externích odstřeďovacích zařízení, jako jsou například technologická zařízení popsaná v patentu Spojených států amerických č. A-2 663 051, v evropském patentu EP-A-0 167 508 nebo ve francouzském patentu A-2 609 708.

Vlákna připravená tímto způsobem mají výbornou kvalitu pro získání vláknitých produktů vhodných pro nejrůznější aplikace. Například je možno uvést, že vlákna podle vynálezu je možno výhodně použit ve formě geometricky snadno upravitelných panelů zpevněných polymemím pojivém nebo ve formě trubicových produktů pro izolaci potrubí. Vlákna podle

-4CZ 282135 B6 vynálezu mohou být rovněž použita ve formě rohoží upravených na lepence nebo na kovových mřížích, ve formě pásu nebo dokonce ve formě objemových bloků pro výplně.

TABULKA č. 1

Kompozice skel (složení v % hmotnostních)

Složky	sklo č. 1	sklo č. 2	sklo č. 3	sklo č. 4
SiO2	47,1	49,9	56,4	45,7
Fe2O3	12,9	12,9	12,9	2,1
A12O3	13,8	4,5	4,5	11,5
CaO	10,3	10,3	10,3	29,5
MgO	9,1	9,1	9,1	7,4
Na2O	2,7	2,7	2,7	1,4
K2O	1,2	1,2	1,2	1,3
P2O5	0,3	6,5	0,5	0,1
nečistoty	2,6	2,9	2,6	1,0

Složky	sklo č. 5	sklo č. 6	sklo č. 7	sklo č. 8
SiO2	49,7	52,7	39,7	44,9
FC7O3	2,1	2,1	2,1	9,0
A12O3	4,5	4,5	11,5	4,5
CaO	29,5	29,5	29,5	28,5
MgO	7,4	7,4	7,4	7,4
Na2O	1,4	1,4	1,4	1,4
K2O	1,3	1,3	1,3	1,3
P2O5	3,0	0,5	6,0	3,0
nečistoty	1,1	0,9	1,1	0,7

TABULKA č. 2

Chemická odolnost ve fyziologickém médiu;

Množství rozpuštěného oxidu křemičitého SiO₂ v % hmot.

Doba trvání zkoušky	sklo č. 1	sklo č. 2	sklo č. 3	sklo č. 4
20 dní	0,7	5,1	2,5	0,9

Doba trvání zkoušky	sklo č. 5	sklo č. 6	sklo č. 7	sklo č. 8
20 dní	11,4	5,2	2,6	5,3

-5CZ 282135 B6

Claims (4)

1. Minerální vlákno, které se rozkládá v přítomnosti fyziologického média, vyznačující se t í m , že kromě nečistot jejichž celkový obsah je maximálně 3 % hmotnostní, obsahuje

1.

oxid křemičitý SiO₂ oxid hlinitý AI₂O₃ oxid vápenatý CaO oxid hořečnatý MgO oxid fosforečný P₂O₅ celkový obsah železa vyjádřený jako oxid železitý Fe₂O₃je

37 % až 58 % hmotnostních,

3 % až 14 % hmotnostních,

7 % až 40 % hmotnostních,

4 % až 16 % hmotnostních,

1 % až 10 % hmotnostních, až 15 % hmotnostních, přičemž celkový obsah oxidu sodného Na₂O a oxidu draselného K₂O je menší než 7 % hmotnostních, a množství oxidu vápenatého CaO + oxidu hořečnatého MgO + oxidu železitého Fe₂O₃ je větší než 25 % hmotnostních.

2. Minerální vlákno podle nároku 1, vyznačující se tím, že množství oxidu křemičitého SiO₂ a oxidu hlinitého A1₂O₃ je větší než 50 % hmotnostních.

3. Minerální vlákno podle některého z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že množství oxidu vápenatého CaO a oxidu hořečnatého MgO je menší než 40 % hmotnostních.

4. Minerální vlákno podle některého obsahuje: z nároků 1 až 3, vyznačující se t í m oxid křemičitý SiO₂ 45 % až 57 % hmotnostních oxid hlinitý A1₂O₃ 3 % až 6 % hmotnostních oxid vápenatý CaO 20 % až 30 % hmotnostních oxid hořečnatý MgO 6 % až 16 % hmotnostních oxid železitý Fe₂O₃ 0,1 % až 4 % hmotnostní oxid fosforečný P₂O₃ 1 % až 7 % hmotnostních oxid sodný Na₂O + oxid draselný K₂O 0,1 % až 5 % hmotnostních 5. Minerální vlákno podle některého obsahuje z nároků 1 až 3, vyznačující se t í m oxid křemičitý SiO₂ 40 % až 50 % hmotnostních oxid hlinitý A1₂O₃ 7 % až 13 % hmotnostních oxid vápenatý CaO 20 % až 30 % hmotnostních oxid hořečnatý MgO 6 % až 16 % hmotnostních oxid železitý Fe₂O₃ až 4 % hmotnostní oxid fosforečný P₂O₅ 3 % až 9 % hmotnostních oxid sodný Na₂O + oxid draselný K₂O 0,1 % až 5 % hmotnostních

-6CZ 282135 B6

6. Použití minerálních vláken podle nároků 1-5 k přípravě produktu s tepelnou a/nebo zvukovou isolační schopností.