CZ288389B6

CZ288389B6 - Product made of artificial mineral fibers and process for producing thereof

Info

Publication number: CZ288389B6
Application number: CZ19982645A
Authority: CZ
Inventors: Svedn Grove Rasmussen; Soren Lund Jensen; Vermund Rust Christensen; Marianne Guldberg
Original assignee: Rockwool Int
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 2001-06-13
Also published as: US6156683A; PL186135B1; DE69704659D1; SK282859B6; HUP9902430A3; GB9604264D0; SK118998A3; EP0883581A1; EP0883581B1; DE69704659T2; RU2178776C2; ATE200774T1; AU1879897A; WO1997031870A1; HU223309B1; HUP9902430A2; CZ264598A3; PL328711A1; ES2157554T3

Description

Oblast techniky

Vynález se týká výrobku z umělých minerálních vláken a způsobu jeho výroby. Výrobek z uvedených vláken je trvanlivý a má výhodné biologické vlastnosti.

Dosavadní stav techniky

Umělá minerální vlákna jsou vyráběna z taveniny, jako je tavenina minerálů, strusky, skla nebo jiných anorganických látek. Tato tavenina je připravována tavením směsi anorganických látek vhodného složení. Tato směs se obecně připravuje míšením minerálů nebo anorganických látek v takovém poměru, aby bylo dosaženo žádaného složení. Často odpovídá složení této směsi, udané formou obsahu oxidů, alespoň 32 % SiO₂, maximálně 30 % A1₂O₃ a alespoň 10 % CaO. Obsah prvků ve směsi je udáván ve hmotnostních procentech a vyjadřován ve formě oxidů. Oxidy železa mohou být směsí FeO a Fe₂O₃, obsah železa je však v tomto dokumentu udáván jako FeO.

Aby tvorba taveniny v peci a výroba vláken z této taveniny byla snadná a nepříliš nákladná, je nutné aby příslušná směs měla vhodnou teplotu likvidu a vhodnou viskozitu během procesu vytváření vláken. Tento požadavek omezuje výběr složení směsi používané pro tvorbu taveniny.

Přestože neexistují důkazy o tom, že by existovalo zdravotní riziko spojené s výrobou a použitím minerálních vláken, obchodní důvody vedly výrobce těchto vláken k tomu, aby vyráběná vlákna měla dlouhodobě nejen požadované fyzikální vlastnosti (například byla stálá při vyšších teplotách a ve vlhkém prostředí), ale vyznačovala se i zvýšenou biologickou bezpečností.

Tato zvýšená biologická bezpečnost je zpravidla prokazována zkouškami in vivo. Za důležitý údaj vypovídající o vlivu těchto vláken na lidské zdraví je považována biologická odolnost resp. trvanlivost v plicích. Často používaným způsobem vyjadřování biologické odolnosti vláken je zkouška na vylučování vláken z plic (může se jednat o všechna vlákna, WHO-vlákna, vlákna delší než 20 pm) po jejich zavedení do plic nebo inhalaci, prováděná na krysách. Obvyklým výsledkem této zkoušky je údaj poločasu vyloučení vláken z plic.

Na základě výzkumů in vivo byly zjištěny některé způsoby vylučování vláken. Tak například Obersdófer vVDI Berichte 1991 str. 17 až 37 popisuje, že vedle mechanického způsobu vylučování se může uplatňovat i rozpouštění v takřka neutrální plicní tekutině, (s hodnotou pH kolem 7,5) a rozpouštění v kyselém prostředí (s hodnotou pH 4,5 až 5), které je vytvářeno v okolí vláken, která jsou v plicích obklopena makrofágy. Předpokládá se, že makrofágy urychlují odstraňování vláken z plic tím, že podporují místní rozpouštění oblasti vlákna, která je jimi obklopena a tím zeslabují a desintegrují tato vlákna a snižují jejich délku, což umožňuje pohlcení úlomků vláken makrofágy a jejich odstranění z plic. Tento mechanismus je popsán v práci Morimoto aj., Occup. Environ. Med. 51, 62-67 (1994) a ilustrován na obrázcích 3 a 7 této práce, a v pracích Luoto aj., Environmental Research, 66, 198-207 (1994) a Staub, Reinhaltung der Luft, 52, 419-423 (1992). Dalšími odkazy, které se vztahují k tomuto tématu jsou: Bellman aj., „Investigation on the durability of man-made vitreous fibers in rat lungs“, Environ Health Prospect, 185-89 (1994); D. Bemstein aj., „Evaluation of soluble fibres using the inhalation biopersistence model, a nin-fiber comparison“, Inhalation Toxicology, 8, 345-85 (1996) a I. Carr „The Macrophage - A review of Ultrastructure and Function“, Academie press, New York 1973.

Běžná minerální vlákna a mnohá minerální vlákna, která mají být zvýšenou měrou rozpustná v plicní tekutině (při pH 7,5), mají nižší rozpustnost při pH 4,5 než při pH 7,5 a proto jejich interakce s makrofágy nezpůsobuje jejich podstatné zkrácení a následné odstranění ze plic.

-1 CZ 288389 B6

Dva shora popsané způsoby rozpouštění jsou simulovány měřeními in vitro. Při těchto zkouškách in vitro se měří rychlost rozpouštění neboli degradabilita těchto vláken v kapalině, která simuluje buď plicní tekutinu, a kterou je například Gambleho roztok s pH 7,4 až 7,8. Tato kapalina případně simuluje prostředí vytvářené makrofágy, v takovém případě je možno použít Gambleho roztok s pH 4,5 až 5.

Důsledkem zvýšené rozpustnosti při pH 7,5 je v obvyklém případě snížená odolnost těchto vláken proti vlhkosti.

Byla zveřejněna řada patentových přihlášek, týkajících se vláken se zvýšenou rozpustností při zkouškách in vitro za použití Gambleho roztoku. Příklady těchto dokumentů jsou W087/05007, WO89/12032, EP 412878, EP 459897, WO92/09536, WO93/22251 a WO94/14717.

Charakteristickým rysem mnoha těchto dokumentů, a vláken, o kterých se v nich uvádí, že mají zvýšenou rozpustnost in vitro při zmíněných zkouškách je to, že tato vlákna mají snížený obsah hliníku. Tak například je v dokumentu W087/05007 uvedeno, že množství A1₂O₃ musí být nižší než 10 %. Obsah hliníku (udávaný jako hmotnostní obsah A1₂O₃) v minerální a struskové vatě, je obecně 5 až 15 % a mnohé z těchto vláken s údajně příznivými biologickými vlastnostmi mají obsah hliníku nižší než 4 % a často nižší než 2 %. Je známo, že tyto směsi s nízkým obsahem A1₂O₃ obsahují fosfor, aby se zvýšila rychlost rozpouštění, zjišťovaná touto zkouškou rozpustnosti při pH 7,5.

Problémem mnohých z těchto vláken s nízkým obsahem A1₂O₃ je to, že vlastnosti jejich tavenin nejsou zcela vhodné pro výrobu v běžných nebo jednoduchým způsobem upravených zařízeních pro přípravu taveniny a tvorbu vláken. Tak například může být viskozita taveniny při obvyklé teplotě používané při tvorbě vláken značně nízká. Jiným problémem je skutečnost, že vysoká rozpustnost při pH 7,5 může být spojena s nízkou odolností proti vlhkosti při použití vláken.

Současná minerální vlákna, vyráběná z minerálních látek, strusky a jiných vysoce alkalických směsí, mohou mít vyšší rychlost rozpouštění při pH 4,5 než při pH 7,5, mají však sklon k tvorbě tavenin s nízkou viskozitou. Tato vlákna nemají uspokojivou kombinaci rozpustnosti při pH 4,5 a vlastností taveniny. Vlákna, která jsou v současné době preferována na základě zkoušek in vitro, mají v případě požadovaného nízkého obsahu hliníku sklon k tvorbě tavenin o nízké viskozitě. Tato nízká viskozita nežádoucím způsobem snižuje efektivitu výroby ve srovnání s efektivitou výroby za obvyklých podmínek.

Je potřebné, aby bylo možno získávat vlákna, která jsou biodegradovatelná v důsledku vysoké rozpustnosti při pH 4,5, jejichž taveniny mají vlastnosti umožňující běžnou nebo zvýšenou efektivitu výroby a která by bylo možno vyrábět z levných surovin. S výhodou by se taková vlákna měla při použití vyznačovat dobrou odolností proti vlivu vzdušné vlhkosti.

V dokumentech WO 96/14274 a WO 96/14454 (které nebyly v okamžiku přihlášení této patentové přihlášky zveřejněny) jsme popsali umělá minerální vlákna, která jsou vyráběna ze směsi o viskozitě 1 až 7 Pa.s, při 1400 °C s následujícím složením, vyjádřeným na základě hmotnostního obsahu oxidů:

SiO₂A1₂O₃CaO MgO FeO

Na₂O + K₂O

TiO₂jiné prvky až 48% až 30% až 30% až 20 % až 15 % 0ažl0% až 6 % 0ažl5%.

-2CZ 288389 B6 a s rychlostí rozpouštění při pH 4 až 5 alespoň 20 nm za den. Popsali jsme rovněž vlákna, která mají obdobné složení jak uvedeno shora, s výjimkou obsahu A1₂O₃, který je 10 až 18% a obsahuje Na₂O a K₂O, který je 6 až 12 %.

Byla zjištěna překvapující skutečnost, že postup, který je popsán v uvedených přihláškách, umožňuje vyrobit vlákna s dobrou rychlostí rozpouštění při pH 4,5, přestože tato vlákna mají nízkou nebo nepříliš vysokou rychlost rozpouštění při pH 7,5. To umožňuje zachovat dobrou stabilitu ve vlhkém prostředí (bez toho, že by došlo ke ztrátě biodegradovatelnosti). Tato vlákna mohou mít vyhovující charakteristické vlastnosti taveniny jako je teplota likvidu, rychlost krystalizace a viskozita taveniny.

Jinou výhodou těchto vláken je skutečnost, že v případě, že jsou vystavena působením vlhkosti a kapalné vody, má vznikající roztok obsahující rozpouštěné látky zvýšené pH, avšak vlákna mohou mít sníženou rozpustnost při zvýšeném pH a z tohoto důvodu se mohou rozpouštět méně a mohou mít zvýšenou trvanlivost.

Žádné z vláken popsaných v posledně zmíněných dokumentech nemá však kombinaci viskozity taveniny při teplotě likvidu, obsahu A1₂O₃ a poměru Si⁴⁺ k Si⁴ + Al³, která je podle našich současných znalostí žádoucí. Proto je v tomto vynálezu popsán další druh vláken, která podobně jako vlákna popsaná v předchozích přihláškách se vyznačují dobrou rozpustností a vedle toho ještě dalšími vhodnými vlastnostmi.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je výrobek z umělých minerálních vláken. Podstata vynálezu je v tom, že výrobek je vytvořen z minerálních vláken získávaných ze směsi oxidů, mající následující hmotnostní složení až 55 % SiO₂, až 30 % A1₂O₃, až 30 % CaO, až 20 % MgO, až 15%FeO, až 12 %Na₂O + K₂O, až 6 % TiO₂ a až 15 % jiných prvků, přičemž poměr Si⁴⁺ k Si⁴⁺ + Al³⁺ ve směsi oxidů je do 0,67, viskozita směsi oxidů při teplotě likvidu je nad 30 Pa.s, teplota likvidu směsi oxidů je do 1300 °C a lychlost rozpouštění minerálních vláken při pH 4,5 je alespoň 20 nm za den.

Jedním výhodným provedením vynálezu je výrobek, který je vytvořen z minerálních vláken získávaných ze směsi oxidů, mající následující hmotnostní složení až 50 % SiO₂, až 27 % A1₂O₃, až 77 % SiO₂ + A1₂O₃, až 20 % CaO, až 10 % MgO, až 10%FeO, až 10 %Na₂O + K₂O,

Oaž 4%TiO₂a až 10 % jiných prvků,

-3CZ 288389 B6 přičemž teplota likvidu směsi oxidů je 1150 až 1250 °C a viskozita směsi oxidů při teplotě likviduje 50 až 250 Pa.s.

Jiné výhodné provedení vynálezu představuje výrobek, který je vytvořen z minerálních vláken získávaných ze směsi oxidů, v níž poměr Si⁴⁺ k Si⁴⁺ + Al³⁺je 0,55 až 0,67.

Dalším výhodným provedením vynálezu je výrobek, který obsahuje do 10 % hmotn., s výhodou do 5 % hmotn., broků o velikosti alespoň 63 pm.

Ještě jiným výhodným provedením je výrobek podle tohoto vynálezu, který je vytvořen z minerálních vláken majících teplotu spékání alespoň 800 °C, s výhodou alespoň 1000 °C.

Předmětem vynálezu jsou rovněž dva způsoby výroby výrobku podle tohoto vynálezu.

Při jednom způsobu výroby výrobku podle vynálezu se do zvlákňovacího kelímku opatřeného otvory v jeho bočních stěnách nalije tavenina směsi oxidů o složení uvedeném shora a z otvorů v bočních stěnách kelímku se vymršťují vlákna, která se pak shromažďují.

Při druhém způsobu výroby výrobku, prováděném kaskádovým zvlákňovacím postupem, se tavenina směsi oxidů o složení uvedeném shora nalévá na první zvlákňovací kolo kaskády zvlákňovacích kol, z nichž se vymršťuje ve formě vláken, která se pak shromažďují.

Obsah SiO₂ je obvykle alespoň 40 %, často alespoň 42 % a s výhodou alespoň 45 %. Obvykle je toto množství nižší než 50 %.

Obsah A1₂O₃ je obvykle alespoň 17 %, často alespoň 18 %, s výhodou alespoň 19 nebo 20 %. Obvykle je toto množství nižší než 28 %, s výhodou nižší než 26 %, zvláště výhodně nepřevyšuje toto množství 24 %. Časté je použití obsahu A1₂O₃ v rozmezí 20 až 26 %. Obsah CaO je obvykle 3 až 20 %. Tento obsah je obvykle alespoň 5 %. Je-li obsah A1₂O₃ nižší než 20 %, může být výhodné, aby obsah CaO byl 17 až 25 %.

Aby bylo možno získat požadovanou rozpustnost, je (molámí) poměr Si⁴⁺ k Si⁴⁺ + Al³⁺ v rozmezí 0,55 až 0,67, nejvýhodněji je tento poměr vyšší než 0,6.

Obsah MgO je obvykle nižší než 15 %, s výhodou nižší než 11 %. Často je tento obsah v rozmezí 5 až 10%.

Obsah FeO je obvykle 5 %. Obvykle je tento obsah nižší než 12 %, s výhodou nižší než 10 % a nej výhodněji je nižší než 8 % nebo 9 %. Často je preferován obsah FeO v rozmezí 5 až 7 %.

Vlákna podle tohoto vynálezu mají obvykle dobrou tepelnou odolnost, a je-li nutné, aby tato vlákna měla zvýšenou protipožární odolnost, je obecně vhodné zvýšit množství FeO, s výhodou alespoň na 6 %, například na 8 % nebo výše, tj. například na 10 %. Obsah CaO + MgO + FeO je s výhodou 15 až 30 %, často je tento obsah 17 až 25 %.

Celkový obsah oxidů alkalických kovů (Na₂O + K₂O) je obvykle alespoň 3 %, s výhodou alespoň 5 %. Obvykle je tento obsah nižší než 12 % a s výhodou je nižší 10 %.

Ve směsi je často obsažen TiO₂ v koncentraci maximálně 3 nebo 4 %, obvykle v koncentraci nepřevyšující 2 %. Koncentrace TiO₂ je obvykle alespoň 0,2 %, často alespoň 0,5 nebo 1 %.

Dále mohou být ve směsi přítomny různé jiné prvky ve množstvích, která odpovídají žádaným vlastnostem směsi. Příklady těchto dalších prvků jsou P₂O₅, B₂O₃, BaO, ZrO₂, MnO, ZnO aV₂O₅.

-4CZ 288389 B6

Celkový obsah těchto různých jiných prvků je obvykle nižší než 15 % a často je nižší než 10 % nebo 8 %. Koncentrace žádného z těchto prvků obvykle nepřesahuje 4 %, pouze P₂O₅ a B₂O₃mohou být obsaženy ve vyšším množství.

Tavenina může mít vhodné krystalizační vlastnosti, je-li však žádoucí minimalizovat kiystalizaci, může toho být dosaženo přidáním malých množství hořčíku, například 5 až 10 % MgO.

Složení směsi je s výhodou voleno tak, aby rychlost rozpouštění vláken při pH 4,5 byla alespoň 25 nm za den, výhodněji alespoň 40 nm za den. Je žádoucí, aby rychlost rozpouštění byla co nejvyšší (při zachování přiměřené odolnosti proti vlhkosti a tepelné odolnosti), není však obvykle nutné, aby tato rychlost přesahovala 150 nm za den nebo 100 nm za den, a obvykle je tato rychlost nižší než 80 nm/den.

Je-li rychlost rozpouštění při pH 4,5 příliš nízká, je možno ji zvýšit snížením obsahu SiO₂, v takovém případě je však pro zachování vlastnosti taveniny potřebné zvýšit obsah A1₂O₃.

Obsah jednotlivých prvků ve směsi je možné volit v rámci shora uvedených mezí tak, aby bylo dosaženo určené kombinace viskozity a teploty likvidu a rychlosti rozpouštění při pH 4,5. Je rovněž snadno dosažitelné volit složení směsi tak, aby vlákna měla další požadované vlastnosti, jako je teplota likvidu a teplota spékání.

Ačkoliv je vysoká rychlost rozpouštění při pH 7,5 považována za žádoucí (jako údajná indikace vysoké biodegradability), jedná se ve skutečnosti často o nežádoucí vlastnost, protože ukazuje na špatnou odolnost proti působení vlhkosti souvisejícímu s povětrnostními jevy. Schopnost rozpouštění v plicích při pH 7,5 není zcela nutná pro to, aby vlákna byla biodegradovatelná. Výhodné je, aby rychlost rozpouštění vláken v Gambleho roztoku při pH 7,5 byla nižší než 25 nm za den, nej výhodněji nižší než 15 nm za den.

Je-li nutné, aby se vlákna vyznačovala zvláště dobrou ohnivzdomostí, volí se takové složení, že teplota spékání je alespoň 800 °C, s výhodou alespoň 900 °C nebo 1000 °C.

Výhodou použití tavenin s nepříliš vysokým obsahem hliníku, které jsou vhodné pro použití při postupech podle tohoto vynálezu, je to, že je možno je přidat do snadno dostupných materiálů, jako je kámen, písek a odpadní materiál. Tím je minimalizována potřeba použití drahých materiálů s vysokým obsahem oxidu hlinitého jako je bauxit nebo kaolin, a současně je také minimalizována potřeba materiálů s velmi malým obsahem oxidu hlinitého jako je křemičitý nebo olivínový písek, železná ruda a podobně. Pokud je to však nutné, mohou být tyto dražší materiály použity. Typickými snadno dostupnými materiály se středním obsahem oxidu hlinitého, které mohou být použity jako součást všech směsí, jsou anorthosit, znělec a gabbra. Směs je obvykle připravována míšením příslušných množství v přírodě se vyskytujícího kamene nebo písku jako je anorthosit, gabbra, vápenec, dolomit, diabas, apatit, materiály obsahující bór a odpadní materiály jako je odpad z výroby minerální vlny, hlinitokřemičitany, struska, slévárenské písky, prach zachycený ve filtrech, popílek, popel a odpadní materiál s vysokým obsahem oxidu hlinitého z výroby žáruvzdorných materiálů. Zvláště výhodné z hlediska ochrany životního prostředí ke použití strusky.

Připravená směs může být vhodným způsobem roztavena, například v peci vytápěné plynem, v elektrické peci nebo v kupolové peci. Výhodou tohoto vynálezu je skutečnost, že tato směs může mít dostatečně nízkou teplotu likvidu (při zachování přiměřené viskozity), což napomáhá získání tavenin vhodných k použití všech zvlákňovacích postupů od odstřeďovacích postupů jako jsou Dawneyovy zvlákňovací postupy, kaskádové zvlákňovací postupy nebo kelímkový, případně foukací postup (Dusenblasen), případně postupy, při kterých jsou tažena nekonečná vlákna.

-5CZ 288389 B6

Vedle odstřeďovacího postupu zahrnuje tento vynález jakýkoliv vhodný kelímkový zvlákňovací postup (například postupy popsané v patentu USA č. 3 928 009, v patentech GB 895 540, EP 484 211, EP 525 816, EP 583 792, EP 583 791, nebo v patentu USA č. 5 314 521.

V důsledku poměrně nízké teploty likvidu a poměrně vysoké viskozity při teplotě likvidu je náchylnost ke krystalizaci z taveniny při postupu podle tohoto vynálezu nízká ve srovnání s ostatními taveninami se stejnou rozpustností při pH 4,5 a s dobrými vlastnostmi vláken (s vysokou teplotou spékání). Kombinace nízké teploty likvidu a nízké náchylnosti ke krystalizaci je důležitá ve shora zmíněném kelímkovém zvlákňovacím postupu pro dobu životnosti zvlákňovacího kelímku a pro provozní náklady ostatního výrobního zařízení. Při tomto postupu dochází například ke přímému styku s horkou kapalnou taveninou a zvlákňovací jednotkou (zvlákňovacím kelímkem), a speciálních vlastností vlákna je možno dosáhnout při nižších teplotách než při použití dosud známých tavenin.

Je obecně známou skutečností, že kaskádový způsob zvlákňování se obvykle provádí při vyšší teplotě než kelímkový zvlákňovací postup. Při kaskádovém postupu nemusí nutně při vzniku vláken docházet ke styku kovu nebo ostatních materiálů, ze kterých je zhotoveno zvlákňovací zařízení a kapalné taveniny. Je tomu tak proto, že tavenina, která je nalévána, nebo která je vháněna na povrch metacího kola, je v místech svého styku s tímto kolem chlazena do té míry, že v těchto místech vytváří vrstvu zchlazené pevné látky, ze které je uvolňována zvlákňovaná kapalná tavenina lnoucí na tuto pevnou vrstvu.

Taveniny používané při postupech podle tohoto vynálezu mají v důsledku svých vlastností neobvykle nízkou tendenci ke krystalizaci. V důsledku toho dochází k vytváření velmi tenké vrstvičky pevné látky na tavenině.

Tato velmi tenká vrstvička stabilizuje kaskádový zvlákňovací proces a v důsledku jejího vytvoření může docházet ke snížení tvorby broků a ke zvýšení účinnosti zvlákňovacího procesu a kvality vytvářených vláken.

Při provádění tohoto vynálezu mohou být použity foukací postupy, které jsou popsány v dokumentech EP 083 543 a DE 35 09 426. Tyto postupy se podobají postupům používaným při kelímkovém zvlákňovacím postupu v tom, že kapalná tavenina je v přímém styku s tryskou, ve které dochází k vytváření vláken a složení taveniny umožňuje práci při nižších teplotách.

Výrobkem získávaným postupem podle tohoto vynálezu je výrobek z minerálních vláken, který obsahuje maximálně 10 až 20 hmotn. % broků, s výhodou maximálně 5 hmotn. % broků.

V tomto dokumentu se broky rozumí součásti výrobků s průměrem vyšším než 63 pm. Zvláště výhodné je, neobsahuje-li tento výrobek žádné broky. Snížení obsahu broků snižuje množství odpadu a drsnost výrobku a zvyšuje jeho stejnorodost. Měření obsahu broků je prováděno podle normy DIN 4188.

Vlákna podle tohoto vynálezu mohou mít jakýkoliv hodný průměr a délku.

Při stanovení rychlosti rozpouštění se podle tohoto vynálezu používá tento postup:

300 mg vzorky vláken se umístí do polyethylenových láhví obsahujících 500 ml modifikovaného Gambleho roztoku (tj. tohoto roztoku s komplexotvomými látkami), jehož pH je upraveno buď na 7,5, nebo na 4,5. Jednou za den se pH kontroluje a v případě potřeby se upravuje přídavkem kyseliny chlorovodíkové.

Zkoušky se provádějí po dobu jednoho týdne. Láhve se umístí ve vodní lázni při 37 °C a jejich obsah se intenzivně protřepává dvakrát denně. Po uplynutí jednoho a čtyř dnů se z láhví odebírá roztok a stanovuje se v něm křemík pomocí spektrofotometru pro atomovou absorpci vyrobeného firmou Perkin-Elmer.

-6CZ 288389 B6

Modifikovaný Gambleho roztok má toto složení:

složka	obsah g/i
MgCl₂.6H₂O	0,212
NaCl	7,120
CaCl₂.2H₂O	0,029
Na₂SO₄	0,079
Na₂HPO₄	0,148
NaHCO₃	1,950
dihydrát vínanu sodného	0,180
dihydrát citrátu sodného	0,152
90% kyselina mléčná	0,156
glycin	0,118
pyrohroznan sodný	0,172
vodný roztok formaldehydu	1 ml

Distribuce průměrů vláken se stanovuje pro každý vzorek zvlášť měřením průměrů alespoň 200 jednotlivých vláken pomocí úsekové metody za užití rastrovacího elektronového mikroskopu nebo optického mikroskopu (zvětšení 1000 x). Z naměřených hodnot a z hustoty vláken se vypočítávají specifické povrchy vláken.

Z údajů o rozpouštění SiO₂ (rozpouštění sítě) byla vypočtena specifická změna tloušťky vláken a byla stanovena rychlost rozpouštění vláken (nm/den). Výpočty byly prováděny na základě obsahu SÍO2 ve vláknech, specifického povrchu a rozpuštěného množství Si.

Při stanovení teploty spékání se podle tohoto vynálezu používá tento postup:

Vzorek minerální vlny o velikosti 5 * 5 * 7,5 cm, připravený z příslušné směsi kelímkovým způsobem, se umístí v peci vyhřáté na 700 °C. Po uplynutí 1,5 hodiny se vyhodnocují smrštění vzorku a jeho sintrování. Tento postup se opakuje vždy s teplotou vyšší o 50 °C, než byla teplota předchozí, a tím se stanoví nejvyšší teplota, při které ještě nedochází k sintrování nebo k nadměrnému smršťování vzorku.

Viskozita při teplotě likvidu se vypočítává postupem popsaným v publikaci Bottlinga, Weill, Američan Joumal of Science, 272, 455-475 (1972).

Příklady provedení vynálezu

V následující tabulce jsou uvedena složení směsí podle tohoto vynálezu uvedena jako příklady 1 až 10.

a

Příklad č.

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
SiO₂ (hmotn. %)	45,5	46,2	45,8	45,4	42,4	42,7	43,4	43,2	44,8	43,3
A1₂O₃ (hmotn. %)	20,9	23,6	26,0	25,3	23,8	25,5	25,6	18,2	18,6	23,8
TiO₂ (hmotn. %)	1,8	1,9	2,1	0,9	0,9	1,2	1,4	0,5	1,9	1,3
FeO (hmotn. %)	7,3	7,5	6,3	1,9	8,7	9,6	7,2	7,1	7,2	13
CaO (hmotn. %)	10,9	7,5	8,3	13,7	12,9	9,6	9,9	13,3	12	7,6
MgO (hmotn. %)	5,5	5,7	6,3	4,2	4,0	3,4	4,9	5,6	6,6	3,7
Na₂O (hmotn. %)	7,3	6,6	4,2	8,0	6,8	7,3	6,8	11,5	7,2	5,4
K₂O (hmotn. %)	0,9	0,9	1,0	0,6	0,6	0,7	0,7	0,5	1,8	1,8
teplota likvidu (°C)	1192	1208	1281	1235	1207	1238	1244	1167	1205	1196
Si⁴⁺/Si⁴⁺ + Al³⁺	0,648	0,624	0,599	0,6034	0,6016	0,5869	0,5899	0,67	0,67	0,61
viskozita likvidu (Pa.s)	142,9	146,0	52,4	132,4	113,1	97,2	85,8	64,2	75,9	0,1378

Preferována jsou vlákna s obsahem A1₂O₃ nepřesahujícím 23,6 %.

Tavenina je s výhodou zvlákňována při teplotě alespoň o 30 °C vyšší, než je teplota likvidu, výhodněji při teplotě o 50 až 100 °C vyšší, než je teplota likvidu, případně při ještě vyšší teplotě. Tato tavenina může být přiváděna na prvé metací kolo kaskády metacích kol (obvykle 3 až 4 kola) a z těchto kol je odmršťována ve formě vláken.

Tato nová vlákna mohou být vyráběna v jakékoliv obvyklé formě umělých minerálních vláken. Mohou být vyráběna jako volná, nespojená vlákna, obvykle je však přítomno pojivo, které slouží k obvyklému spojování a tvarování vláken. Obvykle je konečným tvarovaný výrobek ve formě desky, listu a podobně.

Výrobky podle tohoto vynálezu jsou vhodné pro jakýkoliv obvyklý účel, například jako desky, listy, trubice nebo jiné tvarované výrobky, které slouží pro tepelnou, zvukovou nebo protipožární izolaci a ochranu, nebo ve vhodné tvarové formě jako prostředky pro pěstování rostlin, případně jako volná vlákna jako plniva a pro zpevnění betonu, plastů a jiných materiálů.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Výrobek z umělých minerálních vláken, vyznačující se tím, že je vytvořen z minerálních vláken získávaných ze směsi oxidů, mající následující hmotnostní složení

36 až 55 % SiO₂,

15 až 30 % A1₂O₃,

3 až 30 % CaO,

5 až 20 % MgO,

4 až 15 %FeO,

1 až 12 %Na₂O + K₂O,

Oaž 6%TiO₂a

0 až 15 % jiných prvků, přičemž poměr Si⁴⁺ k Si⁴⁺ + Al³⁺ ve směsi oxidů je do 0,67, viskozita směsi oxidů při teplotě likviduje nad 30 Pa.s, teplota likvidu směsi oxidů je do 1300 °C a rychlost rozpouštění minerálních vláken při pH 4,5 je alespoň 20 nm za den.
2. Výrobek podle nároku 1, vyznačující se tím, že je vytvořen z minerálních vláken získávaných ze směsi oxidů, majících následující hmotnostní složení

38 až 50 % S1O2,

17 až 27 % AI2O3,

63 až 77 % SiO₂ + AI2O3,

5 až 20 % CaO,

5 až 10% MgO,

4 až 10% FeO,

5 až 10 % Na₂O + K₂O,

0 až 4 % T1O2 a

0 až 10 % jiných prvků, přičemž teplota likvidu směsi oxidů je 1150 až 1250 °C a viskozita směsi oxidů při teplotě likviduje 50 až 250 Pa.s.
3. Výrobek podle nároku 1, vyznačující se tím, že je vytvořen z minerálních vláken získávaných ze směsi oxidů, v níž poměr Si⁴⁺ k Si⁴⁺ + Al³⁺ je 0,55 až 0,67.
4. Výrobek podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že obsahuje do 10 % hmotn., s výhodou do 5 % hmotn., broků o velikosti alespoň 63 pm.
5. Výrobek podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že je vytvořen z minerálních vláken majících teplotu spékání alespoň 800 °C, s výhodou alespoň 1000 °C.
6. Způsob výroby výrobků podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že se do zvlákňovacího kelímku opatřeného otvory v jeho bočních stěnách nalije tavenina směsi oxidů o složení podle nároků 1 až 3 a z otvorů v bočních stěnách kelímku se vymršťují vlákna, která se pak shromažďují.
7. Způsob výroby výrobku podle nároků 1 až 5 kaskádovým zvlákňovacím postupem, vyznačující se tím, že se tavenina směsi oxidů o složení podle nároků 1 až 3 nalévá na první zvlákňovací kolo kaskády zvlákňovacích kol, z nichž se vymršťuje ve formě vláken, která se pak shromažďují.