CZ284634B6 - Anorganické vlákno - Google Patents

Abstract

Vynález se týká anorganických vláken, způsobu jejich výroby i jejich použití. Podle tohoto vynálezu se dají připravit anorganická vlákna, ztrácející již po krátké době styku s vodou nebo fysiologickými tělesnými tekutinami svůj vláknitý habitus, takže nelze očekávat jakékoli ohrožení zdraví při delším setrvávání takových vláken v těle nebo na lidské tkáni. Vlákna podle tohoto vynálezu se vyznačují tím, že obsahují hmotnostně nejméně 90% směsi z 20-50% oxidu vápenatého a 50-80% oxidu hlinitého s tím, že zbytek hmotnostně nejvýše 10% tvoří obvyklé znečisťující oxidy.ŕ

Description

Vynález se týká anorganických vláken.

Dosavadní stav techniky

Keramická vlákna dle současného stavu techniky ze soustavy oxid hlinitý/oxid křemičitý s 40 až 75 hmotnostními procenty oxidu hlinitého a s nikoli více než 2 hmotnostními procenty alkalického kovu nebo kovu žíravých zemin, jsou amorfní (dle rtg.-analýzy), a zatím známá vlákna s 80 až 95 hmotnostními procenty oxidu hlinitého (zbytek tvoří oxid křemičitý) jsou krystalická. Taková vlákna se používají k tepelné izolaci za zvýšených teplot ve formě rohoží a tvarovaných předmětů, obsahujících vlákninu, jakož i k přípravě zesílených keramických nebo kovových tvarovaných předmětů. Dosud známá keramická vlákna se vyznačují vysokou odolností proti vodě, to tedy znamená, že se nerozpouštějí ve vodě nebo fyziologických roztocích, nebo jen po skutečně dlouhé době. Při použití teploty tato vlákna začnou krystalovat, nebo dochází v případě použití vláken již krystalických k dalšímu růstu krystalů. Habitus vláken, charakterizovaný poměrem délky k průměru, zůstává ve všech případech zachován. Ještě je třeba přihlédnout ktomu, že při použití rtg.-amorfních vláken dochází za použití vyšší teploty se zřetelem k vysokému podílu oxidu křemičitého k tvorbě cristobalitu, který je příčinou silikózy.

Dále je zde podezření, že mohou keramická vlákna vyvolat rakovinu, k čemuž je závažnou příčinou jejich stálost při rozpouštění ve vodě, případně ve fyziologickém roztoku. Zůstávají jako jemně vláknitá cizí tělíska zachována v těle, podobně jako vlákna azbestu, a mohou vést k podráždění a zánětům. Z č. 1, str. 30-41, zvláště pak 38-40 časopisu Keramik und Glas (Mitteilungen der Brrufsgenossenschaft der Keramischen und Glas-Industrie) z března 1992 jsou známé hodnoty tzv. rychlosti rozpouštění síťovin a doba prodlení a trvání různých vláken v kapalinách.

V případě anorganických vláken na podkladě v podstatě oxidu křemičitého, hlinitého a oxidů kovů žíravých zemin se získá dle evropského patentového spisu 0 459 897 Al přísadou oxidu fosforečného modifikované vlákno, jež se rozkládá ve styku s fyziologickým prostředím. Vlákna mají závažný podíl oxidu křemičitého a mohou se používat až do teploty asi 700 °C.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je anorganické vlákno, jakož i jeho výroba stím, že je pokud možno prosté oxidu křemičitého, v podstatě se příliš neliší z hlediska tepelných a mechanických vlastností od vláken na podkladu oxid hlinitý/oxid křemičitý, ale rozpadá se velmi rychle za přítomnosti vody nebo tělesných tekutin, například na povrchu kůže nebo při vdechnutí do plic, a s tím, že takové vlákno dokonale ztratí svou vláknitou strukturu, takže se zřetelem na takto získaný habitus nemůže již takové vlákno způsobit žádné škody z hlediska zdraví.

K vyřešení tohoto úkolu slouží anorganické vlákno, vyznačující se tím, že obsahuje nejméně 90 % z 20 až 50 hmotnostních % oxidu vápenatého a 50 až 80 hmotnostních % oxidu hlinitého, přičemž zbytek nejvýše 10 hmotnostních % tvoří obvyklé znečisťující oxidy. Anorganické vlákno se zvýšeným obsahem oxidu vápenatého nelze již označovat dle CEN (Comité Européen de Normalisation), dokument CEN/TC 187/WG3/N27, leden 1992, jako keramické vlákno, protože obsahuje hmotnostně méně než 2 % oxidů alkalických kovů a kovů žíravých zemin.

- 1 CZ 284634 B6

Popis vynálezu se dále týká způsobu výroby a použití vláken podle tohoto vynálezu.

Složení vláken z nejméně 90 hmotnostních % z 20 až 50 hmotnostních % oxidu vápenatého a 50 až 80 hmotnostních % oxidu hlinitého je založeno v podstatě na systému oxid vápenatý a hlinitý. Složení vláken se volí tak, že odpovídá vápenato-hlinitým cementům.

Při výrobě vláken podle tohoto vynálezu se mohou použít tytéž výchozí látky, jako při přípravě uvedených cementů. Dále se mohou přidávat v nepatrných množstvích obvyklé přísady jako pomocné látky, například sádra nebo bezvodý síran vápenatý.

Obvyklými nečistotami povahy oxidů v řečených vápenato-hlinitých cementech jsou oxid hořečnatý, titaničitý, železitý a křemičitý a ty mohou být pochopitelně jako nečistoty v těchto vláknech také. Jejich celkové množství nemá však přestoupit nejvýše 10 hmotnostních %, a zvláště pak 5 %, přepočteno na všechny složky vlákna. Zvláště pak obsah křemičitého nemá přestoupit hodnotu hmotnostně 1,5 %, zvláště pak 0,8 %.

Vlákna lze vyrábět za použití postupů, obvykle známých pro výrobu anorganických vláken, například konvertorováním nebo odstřeďováním.

Vlákna, vyrobená z řídce kapalné taveniny výchozích látek, zvláště konvertorováním, jsou podle tohoto vynálezu rtg.-amorfní, hydratují se vodou a rozpadají se ve styku s ní za ztráty původního vláknitého stavu.

Vlákna podle tohoto vynálezu mají obvyklé rozměry, s výhodou průměr 1 až 5 pm, střední průměr 3 pm, jakož i délku nad 20 pm. Nejvyšší hodnota průměru je s výhodou 10 pm.

Ukázalo se s překvapením, že vlákna tohoto druhu se ve vodě hydratují již po několika dnech a tím začínají ztrácet svou původní vláknitou formu.

Anorganická vlákna podle tohoto vynálezu se rozkládají postupně za přítomnosti vody, případně tělesných tekutin, hydratací, s narůstající hydratací ztrácejí vláknitou strukturu a se zřetelem na ztrátu habitu vlákna jsou po poměrně krátké době vzájemného styku s vodou bez nebezpečí ze zdravotního hlediska. To je výhodné jak při použití či zpracovávání, tak i při zabudovávání vláken do již stávajících tvarovaných částí, jakož i při rozlomení či rozbití zařízení z vláken, zvláště v průmyslových pecích a při zavážení takových rozbitých materiálů na skládku odpadu. Jestliže se například část pece z anorganických vláknin podle tohoto vynálezu při poškození či rozbití postříká vodou, hydratují se vlákna a lze je odstranit za několik dnů jako beztvarou a vláken prostou hmotu. Tuto hmotu lze vyvézt na odpad povahy oxidu hlinitého a znovu recyklací použít.

I při vdechnutí těchto vláken se tato rozpadají nejdéle za několik dnů, není třeba tedy se obávat žádného ohrožení silikózou.

Anorganická vlákna podle tohoto vynálezu, která ztrácejí ve styku s vodou vláknitou formu, představují tedy ve srovnání s dosud známými keramickými vlákny produkt, který je z hlediska zdraví méně škodlivý.

Příklady provedení vynálezu

Anorganická vlákna, jejich příprava a použití je podrobněji vysvětleno následujícími příklady s přihlédnutím k mikrofotografiím na vyobrazeních.

-2CZ 284634 B6

Příklad 1

Směs 50 hmotnostních % oxidu hlinitého a 50 hmotnostních % kalcinovaného vápna se zpracuje lisováním do formy peciček, ty se roztaví v peci za teploty 1650 °C a tavenina se stlačeným vzduchem konvertoruje. Tvoří se přitom vlákna o průměru až 8 pm a středním průměru 3 pm. U těchto vláken se projeví při skladování ve vodě již za 4 hodiny začínající hydratace a po dvou dnech se vlákna z velké míry rozpadnou. U vysušeného vzorku vláken, ležících 2 dny ve vodě, nelze zjišťováním pod mřížkovým elektronovým mikroskopem (REM) dokázat přítomnost vláken vůbec.

Na obr. 1 je fotografie vlákna bezprostředně po výrobě, zvětšení 2100-krát.

Na obr. 2 je snímek vlákna, uchovávaného 2 dny ve vodě, zvětšení 2000-krát.

Při porovnávání obou těchto fotografií je jednoznačně patrné, že vlákna po skladování 2 dny ve vodě dokonale ztratila vláknitou strukturu, případně habitus vláken.

Příklad 2

Vlákna z jiné výchozí směsi o složení hmotnostně 63 % oxidu hlinitého, 30 % kalcinovaného vápna, 5 % síranu vápenatého 2 % znečisťujících oxidů (železitý, hořečnatý, křemičitý) vedla k podobným zjištěním a výsledkům, jako tomu bylo u vláken z příkladu 1. Výchozí směs byla roztavena jako v příkladu 1 za teploty 1650 °C a podobně zpracována na vlákna.

Příklad 3

Známým způsobem se vlákna z příkladu 2 suspendují ve vodě a po přidání škrobu (dočasné pojivo) se zpracují vakuovým způsobem na vláknitá tělesa. Ta mají podobné vlastnosti jako známá tvarovaná vláknitá tělesa na podkladě keramických vláken soustavy oxid hlinitý/oxid křemičitý. Svými rozměry jsou jejich rozměry v připravených tělesech beze změny. Vláknité tvarované těleso, vypalované při 1000 °C, se uskladní ve vodě, po dvou dnech se takový předmět rozpadne za vzniku beztvaré hmoty, ve které nelze dokázat přítomnost vůbec žádných vláken.

Z vláken podle tohoto vynálezu je možno známým způsobem vyrobit vláknité blankety.

Příklad 4

Tento příklad popisuje zvláště výhodné použití vláken podle tohoto vynálezu k přípravě tzv. ohnivzdorných lehkých tvarovaných předmětů ve formě tzv. vláknitých stavebních dílců.

Vlákna podle tohoto vynálezu, připravená ze směsi hmotnostně 50 % oxidu hlinitého a 50 % kalcinovaného vápna, roztavené při 1650 °C, se použijí k výrobě lehkých vláknitých stavebních dílců. Ze směsi hmotnostně 70 % vláken a 30 % vody se připraví tvarovací hmota, jež se slisuje za přetlaku lN/m² na tvarované předměty formy desek. Ty se uskladní na 24 hodin při 25 °C a 100 % vlhkosti vzduchu; dojde z velké míry k hydrataci vláken a tím k hydraulickému tuhnutí. Získá se tím lehká stavební deska, ve které z velké míry se vlákna rozpadla, ale deska se vyznačuje vysokou pórovitostí za současné vysoké mechanické pevnosti a s vynikajícími vlastnostmi z hlediska ohnivzdomosti. Při následném požáru se ukázaly tyto tvarované předměty při 1000 °C jako stálé, beze změny formy. Při použití elektronového mřížkového mikroskopu bylo možno zjistit jen nepatrné vláknité zbytky.

-3CZ 284634 B6

Hmoty, připravené z anorganických vláken (průměr pod 10 μιη, střední průměr 3 pm) podle tohoto vynálezu a vody a tvarované do formy tvarovaných předmětů, tuhnou již asi po jednom dni. Po ztuhnutí a vysušení se vyznačují takové tvarované předměty navzdory makroskopicky ztracené vláknité struktuře vynikající pevností a stálostí za tepla.

Claims (4)

1. Anorganická vlákna, vyznačující se tím, že obsahují nejméně 90 % směsi z 20 až 50 % hmotn. oxidu vápenatého a 50 až 80 % hmotn. oxidu hlinitého a zbytek, nejvýše 10 % hmotn. obvyklých znečišťujících oxidů, hlavně oxidu křemičitého stím, že vlákna mají průměr nejvýše 10 pm.

2. Anorganická vlákna podle nároku 1, vyznačující se tím, že nejvyšší množství obvyklých znečišťujících oxidů činí hmotnostně 5 %.

3. Anorganická vlákna podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že obsahují až do 1,5 % hmotn., s výhodou až do 0,8 % hmotn. oxidu křemičitého.

4. Anorganická vlákna podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že jsou nejméně z 60 % rentgenově amorfní.