CZ293198A3

CZ293198A3 - Kompozice umělé minerální vlny a produkt pro tepelnou a/nebo akustickou izolaci

Info

Publication number: CZ293198A3
Application number: CZ982931A
Authority: CZ
Inventors: Jean-Luc Bernard; Meringo Alain De; Enrique Garcia-Lopez; Fabrice Lafon; Hans Furtak
Original assignee: Isover Saint-Gobain
Priority date: 1997-01-14
Filing date: 1998-01-13
Publication date: 1999-01-13
Also published as: KR20000064588A; NO984131D0; HUP9901803A3; AU741801B2; JP2000507199A; PL328667A1; AU5870898A; WO1998030509A1; FR2758322B1; FR2758322A1; TR199801821T1; CA2248941A1; US6060413A; BR9804763A; NO984131L; EP0891309A1; HUP9901803A2

Description

Oblast techniky

Vynález se týká oblasti přípravy umělé minerální vlny. Podrobněji je zaměřen na minerální vlny určené pro výrobu materiálů pro tepelnou a/nebo akustickou izolaci, nebo substrátů pro kultivace bez půdy, a zejména na materiály, které j sou běžně označovány názvem skleněná vata nebo minerální vlna.

Dosavadní stav techniky

Podle dosavadního stavu techniky se minerální vlny, jimiž se vynález zabývá, obvykle získávají procesy zvlákňování pomocí tak zvaného vnitřního odstřeďování, které j sou v podstatě spočívaj i v procesu nalévání zeskelnitelných surovin, již roztavených, do odstředivek, jejíž obvodový pás je perforován velký počtem trysek, z nichž je roztavená hmota vrhána ve formě pramínků, které jsou na obvodu odstředivky odnášeny a odtahovány ve formě vláken proudem plynu o vysoké teplotě a vysoké rychlosti. Podrobnější údaje o této metodě je možné výhodně nalézt například v evropské patentové přihlášce EP-B-0-0 519 797.

V posledních létech se velmi diskutovalo o tom, zda tento typ vláken může být škodlivý zdraví, alespoň co se týče části vlákem s takovou jemností, která umožňuje, aby byly náhodně vdechovány. V této souvislosti bylo upozorňováno na potenciálně patogenickou, zejména karcinogenní, povahu nadměrně velkého nahromadění vláken • · · ···· · · · · • ······ · ···· ···· 9 • · · · · · · « ··· · ·· · · · · · · v těle. To je důvodem, proč se provedla řada studií týkajících se úpravy chemického složení těchto vláken tak, aby projevovaly biodegradovatelnou povahu v tom smyslu, aby se mohly ve fyziologickém prostředí rychle rozpouštět.

Rovněž byla v poslední době vyvinuta nová složení skla s účelem co nejvíce zvýšit tuto biodegradovatelnou povahu při zachování ostatních vlastností, které j sou požadovány u tohoto typu minerální vlny, například zejména jejich schopnosti zvlákňování běžnými zvlákňovacími metodami, jejich mechanických vlastností nebo jejich teplotního chování. V oblasti minerálních vln, získávaných vnitřním odstřeďováním, jsou tak již známá složení, popsaná například v evropské patentové přihlášce EP-0 412 878, jejichž rozpustnost ve fyziologickém prostředí byla testována in vitro vitro.

Nedávno byly v Německu provedeny studie za účelem kvantifikace biodegradability minerálních vln, které vyústily do vládního doporučení, jehož podstata spočívá na vyhodnocování tak zvaného indexu, označovaného KI. Toto doporučení uvádělo, že hodnota tohoto indexu umožňuje klasifikaci druhů minerálních vln do různých kategorií, zejména tak zvané kategorie III, odpovídající minerálním vlnám s indexem KI větším než 30 a nižším než 40, a kategorie odpovídaj ící minerálním vlnám s indexem KI alespoň 40. V prvém případě index KI od 30 do 40 již tvoří první index neškodnosti vln, kterou je nutné následně potvrdit dodatečnými testy. V druhém případě index KI alespoň 40 umožňuj e posuzovat minerální vlny za neškodné, aniž by bylo nutno provádět dodatečné testy. Tento index KI používá hmotnostní procenta oxidů alkalických kovů Na20 a K2O, oxidů kovů alkalických zemin CaO, MgO a BaO, oxidu • * 4 · ·· ·· ·· • · · · · « * 4 4 4 4 • 4444 4 · 4 444 4 444 4 »

4 44 4 4 4 4

444 · 44 44 44 44 hlinitého AI2O3 a oxidu boritého B2O3, a jeho výpočet se provádí následuj ícím způsobem :

KI = S(Na₂0 + K₂0 + CaO + MgO + BaO + B₂0₃) - 2 x A1₂O₃.

Tento velmi obecný vzorec umožňuje vypočítat uvedený index pro velký počet kompozic v závislosti na příslušném obsahu různých složek uvažovaných při tomto výpočtu a v závislosti na povaze a obsahu dodatečných složek přítomných v těchto kompozicích, zejména pokud se týče oxidu křemičitého, většinou přítomného nebo případně přítomného železa a podobných jiných složek.

Prvý výběr kompozic minerálních vln zohledňuj ící hodnotu indexu KI alespoň 40, byl popsán v patentech Spojených států amerických č. 5 523 265 a 5 523 264, přičemž ovšem v těchto kompozicích byla zejména úroveň hliníku nízká a naopak úroveň použitého oxidu boru byla výrazně vysoká v rozsahu 15 %.

Tento výběr není bez nevýhod, zejména ekonomické povahy, protože materiály, obsahující bor patří k nejdražším v kombinacích zesklenitelných materiálů, běžně užívaných v kompozicích minerálních vln.

Jiná kompozice minerální vlny, zohledňující hodnotu indexu KI vyšší než 40, byly popsány v mezinárodní patentové přihlášce PCT VO-95/32927, ve které tato kompozice rovněž obsahovala relativně vysokou hladinu oxidu boru a nizký obsah oxidů kovů alkalických zemin.

A · A A A A A A A A

AAA AAAA · · · » • ···· A · A ··· A AAA A A • A AA · AAA

AAA A AA AA AA AA

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je vzhledem k výše uvedenému vývoj nových kompozic minerálních vln, zejména typu získávaného vnitřním odstřeďováním, zejména kompozic skleněných vat, které vykazují biodegradovatelnou povahu, což se odráží zejména v hodnotě indexu Kl vyšším než 30 a výhodně alespoň 40, aniž by se tato vlastnost získávala na úkor jiných výhodných vlastností, zejména schopnosti zvlákňování, teplotního chování nebo mechanických vlastností při současném co nejvyšším omezování výrobních nákladů a zejména nákladů spojených s výběrem zeskelnitelných výchozích materiálů.

Předmětem vynálezu je minerální vlna umělého typu, schopná rozpouštění ve fyziologickém prostředí, která obsahuje následující složky, jejich obsah je uveden v procentech hmotnostních:

(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i)

(CaO+MgO+BaO+Na₂O+K₂O+B₂O3)	- 2 x A1₂Oj	> 30 %
RO	13,5 í	až 19,5 %
r₂o	14,2 i	až 23 %
ro/r₂o	0,70	až 0,95
CaO/MgO	>	1,5
Si0₂	47 až	58,5 %
ai₂o₃	0 až	3,5 %
^b2°3	5 až	10 %

^Βε2θ3 (“takto vyjádřené celkové železo) 0 až 3 % kde :

RO jsou oxidy prvků ze sloupce 2a periodické tabulky, zahrnující CaO, MgO, BaO a SrO.

r₂o jsou oxidy prvků ze sloupce la periodické tabulky,

0

0 0 0 ·· 00 ·· • · · 0 0 0« 0 0 0 0 0 0 0 00 00 0 0000 0000 0

0 0 0 0 0 0 000 0 00 00 00 00 zahrnující Na20, K^O a LÍ2O.

Pokud se týče vztahu (a), který se promítá do výše uvedeného výpočtu indexu ΚΙ, je možné zvolit dvě cesty:

* bud’ se všechna hmotnostní procenta, vstupující do vztahu (a) zvolí tak, aby vedla k hodnotě vyšší než 30 %, která ovšem zůstane pod hodnotou 40 %, například vyšší než 35 % a nižší než 40 %, nebo rovné nebo vyšší než 37 % a nižší než 40 %. Takto bylo definováno složení minerální vlny, která může být klasifikována v kategorii III výše zmíněného německého vládního doporučeni, kde se ovšem předpokládá ověření jejich neškodnosti dodatečně provedenými testy;

* nebo se hmotnostní procenta těchto složek volí tak, aby vedly k hodnotě vyšší než 40 % nebo jí rovné, což stačí pro osvědčení jejich neškodnosti, opět podle tohoto vládního doporučení.

Obecné složení kompozice podle vynálezu je výsledkem velmi výhodného kompromisu mezi různými parametry, které této minerální vlně propůjčují požadované vlastnosti, aniž by se podstatně zvýšila výrobní omezení, týkající se použité metody zvlákňování, nebo jejích výrobních nákladů.

Počáteční podmínkou byla ovšem biodegradovatelná povaha vlny, kde vládní doporučení bylo splněno dodržením vztahu (a). Protože tímto vztahem (a) může být definováno obrovské množství složení minerálních kompozic, bylo pak nezbytné, v rámci možností, studovat především co nejrozumější metodu, jímž by příslušný obsah oxidů, použitých v tomto vztahu (a), mohl být rozdělen tak, aby • · ·· φφ φφ Φ· φφφ φφφφ φ φ · φ φφφ φ φφ φ φ φφφ φ φφφφ φ φ φ φφφ φ φφφ φ φ φ φ φφ φ φφφ φφφ φ φφ Φ· φφ φφ se získala minimálně hodnota indexu KI nejméně 30 a výhodně nejméně 40, což bylo nezbytnou podmínkou.

Volba padla na relativně průměrnou hladinu oxidu boru, která podle vztahu (h) nepřekračuje ze zásadních ekonomických důvodů 10 %, protože zeskelnitelné materiály, obsahující bor jsou dražší než ostatní zeskelnitelné materiály, obsahující například sodík. Bylo však důležité zvolit minimální hladinu 5 %, zejména ze dvou důvodů:

* na jedné straně má bor kladný vliv na biodegradovatelnost minerální vlny, jak je ihned patrné ze vztahu (a), kde každá dodatečná malá úprava podílu oxidu boru, například vlivem odpovídajícího snížení hladiny oxidu křemičitého nebo jiné složky, nevstupující do vztahu (a), odpovídajícím způsobem zvyšuje hodnotu indexu ΚΙ, * na druhé straně přítomnost boru na dostatečné úrovni umožňuj e propůj čit minerální vlně tepelně izolační vlastnosti, což je v případě daného materiálu žádoucí, protože vede ke snížení její tepelné vodivosti. Bylo však pozorováno, že zejména radiativní složka tepelné vodivosti získané minerální vlny postupně klesá, jestliže hladina boru stoupá v rozmezí hodnot doporučovaných podle předmětného vynálezu, s výrazným poklesem v rozmezí od 5 do 7 % nebo %, což se schematicky řečeno stává asymptotickým pro minimální hodnotu mezi 7 až 8 %, takže se zisk, pokud se týče tepelné izolace, v horním pásmu navrženého rozmezí tak stává méně patrný.

Konečně j e třeba uvést, že při zachování konstantního indexu KI toto průměrné rozmezí obsahu oxidu boru spolu s relativně vysokou hladinou obsahu oxidů alkalických zemin ·· ftft ·· • •ft ft··· ···· • · · ftftftft ···· • ···· · · ft ftftft · ftftft ft · • · ftft · ftftft • ftftft ftft ftft ftft ftft

RO umožňuje spokojit v přijatelné míře se snížením nákladů a schopnosti zvlákňování, což se obráží v teplotě likvidu a v hodnotách viskozity získaného skla během zvlákňování, které j sou slučitelné s metodou vnitřního odstředbvání.

Volba obsahu oxidů alkalických zemin RO v rozmezí od

13,5 do 19,5 % podle vztahu (b) rovněž umožňuje uspokojit různé požadavky: tento dosti vysoký rozsah hodnot je velmi výhodný ekonomicky, protože při konstantním indexu KI umožňuje odpovídajícím způsobem snížit hladinu oxidu boru a v menší míře oxidu sodíku. Navíc se zjistilo, spíše nečekaně, že tento vysoký obsah RO má kladný vliv na trvanlivost minerální vlny, zejména ve vodném prostředí, což se projevuje odolností vůči hydrolýze, což bylo potvrzeno vyhodnocenými dobrými výsledky v tak zvaném testu DGG.

Navíc je třeba zdůraznit, že by se mohlo očekávat, že tak vysoký obsah oxidů alkalických zemin povede k velmi vysokým hodnotám teplot likvidu. Nyní se ve skutečnosti naopak ukázalo, že při uvedeném obsahu bylo možné udržet teplotu likvidu na hodnotách, které umožňovaly uspokojivé zvlákňování vnitřním odstřeďováním.

Dosti vysoký poměr CaO/MgO podle vztahu (e) umožňuje co nejvíce zvýšit odolnost proti hydrolýze, kde v tomto ohledu má na tento parametr velmi příznivý vliv obsah oxidu vápníku. Ovšem není bezvýznamné zajistit rovněž přítomnost oxidu hořčíku MgO, i když je tato složka přítomna ve značně menším obsahu než CaO. Avšak přítomnost určitého obsahu MgO ve složení vláken umožňuje použití vyššího množství střepů v použitém zeskelnitelném materiálu, což zřetelně přispívá ke snížení výrobních nákladů, zejména co se týče výchozích materiálů. Z tohoto hlediska je nutné uvést, že pod pojmem

9

9999

99

9 9 9

9 999 9

střepy se v tomto případě rozumí recyklované sklo, které může být různého původu, zejména může pocházet ze skelných vláken, z plochého skla, nebo z obalového skla.

Pokud se týká hladiny obsahu oxidů alkalických kovů R2O, který obvykle tvoří většinou oxid sodný Na20 a méně oxid draselný K^O, jak je definováno vztahem (c), je třeba uvést, že tento podíl působí spíše k doplnění obsahu oxidu boru a oxidů kovů alkalických zemin CaO, MgO a BaO tak, aby se dosáhla požadovaná hodnota indexu KI 40. Samozřejmě je nutná minimální hladina oxidů alkalických kovů, která je zapotřebí k tomu aby tyto složky plnily dobře známou úlohu tavidla; tato hladina odpovídající nejméně 14,2 % ve skutečnosti charakterizuje tak zvanou skelnou vatu (skleněnou vlnu), ve srovnání s tak zvanou minerální vlnou. Navíc je nutné uvést, že horní mez oxidů alkalických kovů byla rovněž zvolena tak, že byl brán v úvahu faktor trvanlivosti určený pro minerální vlnu: bylo totiž zjištěno, že nadměrný obsah Na20 může vést k dosti významnému snížení zvláště odolnosti proti hydrolýze této minerální vlny.

Poměr součtu obsahu oxidů kovů alkalických zemin k součtu obsahu oxidů alkalických kovů RO/R2O, tak jak byl zvolen ve vztahu (d), je výhodný z řady důvodů: tento poměr je dán dvěma hodnotami, což umožňuje co nejvíce upravit podíl oxidů kovů alkalických zemin RO vůči oxidům alkalických kovů Ι^θ ^v indexu KI. Maximální hodnota 0,95 je důležitá v tom smyslu, že zaručuje, aby se zeskelnitelné materiály mohly snadno zvlákňovat vnitřním odstřeďováním: poměr, který by překračoval tento práh, by vedl ke zvýšení teploty likvidu při nadměrně náročných podmínkách a nadměrně by snížil pracovní rozsah, což je ve skutečnosti rozmezí teplot, za kterých je možné provádět zvlákňování vnitřním • · ···· «· ·· ·· ·· • · · · ···« • · 9 9 9 9 99 • · · ··· · ··· · · • · · 9 9 · odstřeďováním, tedy teplotní rozmezí delta T, které se obvykle definuje jako rozdíl mezi teplotou T-^_Qg 2 5’ P^i roztavená hmota zeskelnitelných materiálů dosahuje viskozity (v poisech) odpovídající log 2,5, a teplotou likvidu T-^-^q. Minimální hodnotu 0,70 je možno vysvětlit rovněž z důvodů nákladů a průmyslové proveditelnosti: tato hodnota je dobrým kompromisem v tom smyslu, že se zachovává uspokojivý pracovní rozsah bez přítomnosti nadměrně vysokých podílů oxidů alkalických kovů vůči obsahu oxidů kovů alkalických zemin, což může se může negativně projevit v nákladech na suroviny.

Hladina oxidu hlinitého AI2O3 je výhodně podle vztahu (g) omezena na nízké hodnoty, i nulové, hlavně proto, že tato hodnota proj evuj e tendenci snižovat hodnotu indexu Kl: čím je hladina oxidu hlinitého vyšší, tím více je nutné zvýšit hladinu oxidů alkalických kovů a/nebo oxidů kovů alkalických zemin a/nebo oxidu boru, například na dvojnásobek,, aby se udržel index Kl konstantní. Navíc tento stav vede k odpovídajícímu snížení hladin ostatních složek, neuvedených ve výpočtu indexu ΚΙ, a zvláště oxidu křemičitého, což přímo ovlivňuje viskozitu zeskelnitelných materiálů se sklonem ke snížení tekutosti tak, že může zabránit zvlákňování vnitřním odstřeďováním. Avšak průměrně mírná hladina oxidu hlinitého není nezbytně bez nevýhod: za prvé oxid hlinitý může být hlavně přítomen ve velmi nízkých hladinách jako nečistota, zavedená například výchozími materiály, obsahujícími oxid křemičitý. Navíc přídavek malého množství oxidu hlinitého má sklon k příznivému vlivu na trvanlivost minerální vlny, například na její odolnost vůči hydrolýze.

Pokud se týče hladiny obsahu oxidu křemičitého, což je

0

0000

00 00 00 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 000 0 000 0 0

0 0 0 0 0 0 000 0 00 00 00 00 určitě podstatná složka minerální vlny, tento obsah je v tomto případě proměnlivý v dosti malém rozmezí hodnot, což je zejména dáno vysokým obsahem převážně oxidů kovů alkalických zemin RO v minerální vlně a dále je to dáno volbou indexu ΚΙ, který musí být vyšší než 30 a zejména alespoň 40.

Index ΚΙ, vysvětlený výše, je možno výhodně volit tak, aby v případě potřeby byl nejméně 40, například mezi 40 a 42, a zejména v rozmezí od 40,2 do 41.

Podle předmětného vynálezu byly zvoleny výhodné rozsahy obsahů jednotlivých složek ve výše definovaných rozmezích.

Podle předmětného vynálezu je tedy součet obsahů oxidů kovů alkalických zemin RO ve výhodném provedení upraven mezi 14 a 17 %, ještě výhodněji mezi 15 a 16 %. Jiná výhodná oblast sahá od 13,5 do 14,5 %.

Podobně součet obsahů oxidů alkalických kovů R2O se může zvolit mezi 15 a 22 %, zejména mezi 17 a 20 %. Výhodným rozmezím je rovněž obsah : 17 % až 21 %, zejména obsah 18 % až 20,7 %.

Poměr RO/R₂O je výhodně mezi 0,70 a 0,94, zejména mezi 0,75 a 0,85.

Poměr obsahů CaO/MgO je ve výhodném provedení podle vynálezu větší nebo rovný 1,9, zejména se pohybuje v rozmezí od 2,2 do 14.

Hladina oxidu křemičitého je výhodně mezi 48 % • ·

4444

4 4 4 4 4 4 4

4 · 4 · · · 4 • · 4 · 4 4 44 • · 4 4 ·· 4 44 4 4 4 • 4 4 4 4 4 4

444 4 44 44 44 44 a 58,5 %, ve výhodném provedení mezi 48 % a 58 %, ještě výhodněji v rozmezí od 55 % do 57 % nebo v rozmezí od 55 % do 58,5 %.

Hladina oxidu hlinitého je buď nulová, nebo se tento podíl pohybuje v okolí nulového obsahu, to znamená v rozmezí od 0,3 % do 2,5 %, výhodně mezi 0,5 % a 1,5 %, nebo mezi 0,5 % a 2 %. Výhodná j e hodnota 2 %.

Hladina oxidu boritého se výhodně pohybuje v rozmezí od 5 % do 9 %, zejména v rozmezí od 5,2 % do 8 % nebo v rozmezí od 5 do 7 %.

Složky, jejichž přítomnost nebyla ve shora uvedeném textu nijak diskutována, zejména to platí o železu, mohou být dodatečně zahrnuty do kompozice minerální vlny. Železo nemusí být vůbec přítomno nebo může být přítomno jen ve stopových množstvích jako nečistota. Je tedy možné předpokládat jeho určitou hladinu. Výhodně je tedy jeho obsah v souladu se vztahem (i), uvedený ve hmotnostních procentech železa a vyjádřený jako celkový obsah železa ve formě Fe2O₃, zvolen v rozmez! od 0 do 3 %, výhodně v rozmezí od 0,1 % do 2 %: jeho přítomnost může být zejména ospravedlněna skutečností, že má sklon chránit odstřeďovací disky před korozí.

Ve skupině kovů alkalických zemin se hlavně používá oxid vápenatý CaO a oxid hořečnatý MgO; je dokonce možné vůbec nepoužít další oxidy kovů alkalických zemin, jako například oxid barnatý BaO. Ovšem výskyt mírného podílu BaO je možno očekávat, zejména v rozmezí od 0 do 3 %, například mezi 0,01 % a 2 %. Jeho přítomnost však může usnadnit zvlákňování.

• Φ φφ φφ φφ «φφφ φφφφ φφφφ φ φ φφ φ φ φ «φφφ Φ·Φ · φ φ φ φ φ φφφ φ φφ φφ ·Φ φφ • φ φφφφ

Vlákna podle vynálezu mohou obsahovat různé stopové složky. Tato vlákna tedy mohou obsahovat libovolnou z následujících složek v hmotnostních podílu nejvíce 3 % hmotnostní: ZnO, Ti0₂, SrO, L12O, F, MnO, ZrO₂ ^Βθ3 ^{a Β}2θ5* Celkově součet hmotnostních procent těchto sloučenin výhodně zůstává nižší než 5 %.

Strusková vlna podle vynálezu má výhodně následuj ící složení vyjádřené v hmotnostních procentech:

sio₂	55,2 - 58
A1₂O₃	0 - 2 %
CaO	10,4 - 14
MgO	1 - 5,5 %
Na₂0	17 - 20,5
k₂o	0 - 1,5 %
^b2°3	5 - 8 %
Fe₂°3	0 - 2 %

přičemž zbytek do 100 % je tvořen zbytkovými podíly stopových složek, a/nebo nečistotami.

Minerální vlna podle předmětného vynálezu má výhodně střední průměr mezi 1 a 10 gm a je zejména takového typu, který se používá pro výrobu produktů pro tepelné a/nebo akustické izolace, nebo jako substrátů pro kultivace bez použiti půdy.

Výše definovaná chemická složení jsou plně vhodná pro metodu zvlákňování vnitřním odstřeďováním. Umožňují zejména provádění zvlákňování v pracovní oblasti (definované výše) při alespoň 30° C, výhodně při alespoň 50° C, výhodněji mezi

4

9

4

9 ♦ ···

9 · ·« 99 • 9 9 4 ·· 9

9 949

9 9 9

44 49 až 100° C, což je oblast dostatečně široká k tomu, aby nebylo nutné významně měnit osvědčený postup, a k tomu, aby bylo případně pouze nutné upravit pracovní podmínky, zejména velikost a rozložení trysek na obvodovém pásu odstřeďovacího disku.

Běžná teplota likvidu je obvykle nižší než 1150 °C, výhodně nižší než 1100 °C a ještě výhodněji v rozmez! od 910 °C a 950 °C.

Teplota minimální viskozity pro zvlákňování T^' 2 5’ to znamená v tomto případě teplota, při níž viskozita roztavené hmoty, která se má zvlákňovat, je logaritmem 2,5, (vyjádřeno v poisech), přičemž obvykle se tato hodnota pohybuje v rozmezí od 990 °C do 1010 °C.

Minerální vlny podle vynálezu vykazuj í uspokoj ivou úroveň odolnosti proti hydrolýze: výsledky testu DGG poskytují hodnoty nejvýše 50 mg/g, výhodně nejvýše 40 mg/g, ještě výhodněji v rozmezí od 20 do 35 mg/g. V této souvislosti je třeba uvést, že tento tak zvaný test DGG spočívá v ponoření 10 gramů mletého skla, u kterého je velikost zrn v rozmezí od 360 do 400 gm, ve 100 mililitrech vody při teplotě varu na dobu 5 hodin. Po rychlém ochlazení se roztok přefiltruje a určený objem filtrátu se odpaří do sucha, Hmotnost získané sušiny umožňuje vypočítat množství skla rozpuštěného ve vodě a vyjádřeného v miligramech na gram testovaného skla. Čím je tato hodnota nižší, tím více se sklo posuzuje jako odolné proti působení vody: hodnoty v rozmezí 20 až 35 mg/g odpovídají sklům a vysokou odolností.

Chemické kompozice podle předmětného vynálezu mají

ΦΦ φ φφφφ ··«· φφφ · t φ φ · φ φφ • ···· Φ Φ · ΦΦΦ Φ «ΦΦ« v • · · · φ · φ φ

ΦΦΦ φ Φ« ΦΦ Η* »* výhodu v tom, že jsou zvláště kompatibilní s možností využít recyklovaných střepů ve výchozích materiálech: je tedy možné získat minerální vlnu ze zeskelnitelných materiálů, které mohou obsahovat až 80 hmotnostních % střepů.

Dalším aspektem předmětného vynálezu jsou všechny výrobky obsahuj ící alespoň z části minerální vlnu s výše uvedeným složením, zejména všechny produkty pro tepelnou, a/nebo akustickou izolaci a pro substráty na kultivaci bez použití půdy.

Příklady provedení vynálezu

Kompozice umělé minerální vlny a produkty pro tepelnou a/nebo akustickou izolaci budou v dalším blíže popsány s pomoci konkrétních příkladů provedení, které jsou ovšem ilustrativní a nijak neomezují rozsah tohoto vynálezu.

Z těchto provedení budou patrné další výhodné charakteristiky a detaily těchto kompozic.

Všechny dále popisované minerální vlny se získávají postupem tak zvaného vnitřního odstřeďování:

- první řada příkladů 1 až 4 se týká složení minerálních vln, v nichž je hladina oxidu boritého od přibližně 7 % do 7,5 % hmotnostních, s indexem ΚΙ, který je klasifikuje do kategorie hodnot KI alespoň 40,

- druhá řada příkladů 5 až 9 se týká složení minerálních vln, v nichž je hladina oxidu boritého od 5,2 % do 6,2 % hmotnostních, s indexem ΚΙ, který je klasifikuje do kategorie hodnot KI alespoň 40,

- příklad 10 se týká složeni minerální vlny obsahující oxid barnatý s indexem ΚΙ, který ji klasifikuje do kategorie hodnot KI alespoň 40,

- příklady 11 a 12 se týkají složení minerálních vln obsahuj ících proměnlivé množství MgO a/nebo proměnlivý poměr MgO/CaO, při dodržení součtu MgO + CaO 15,5 %, přičemž je současně zachován obsah všech ostatních složek, které j sou totožné se složkami podle příkladu 1 nebo jsou podobné jako složky z příkladu 1, s indexem ΚΙ, který je klasifikuje do kategorie hodnot KI alespoň 40,

- příklad 13 se týká složení minerální vlny, obsahuj ící mírně vyšší hladinu oxidu hlinitého a oxidu boritého, než je tomu v předchozích příkladech, s indexem

ΚΙ, který ji klasifikuje do kategorie III s hodnotou KI mezi 30 a 40

Ve všech těchto příkladech jsou obsahy vyjádřeny v hmotnostních procentech. V případech, kdy je součet všech obsahů všech složek mirně nižší než 100 %, rozumí se, že zbytková hladina odpovídá neanalyzovaným stopovým složkám a/nebo nečistotám. Pokud je naopak tento obsah mírně vyšší než 100 %, potom je možno tento obsah odůvodnit přípustnými tolerancemi analýz v tomto oboru.

V dále uvedené tabulce I je uvedeno v první části chemické složení vláken ze všech předchozích příkladů a v druhé části hodnoty RO, R2O, a poměrů CaO/Mg/o a indexu KI tak, jak byly definovány výše:

• ·

TABULKA I (část 1)

	Příkl.1	Příkl.2	Příkl.3	Příkl.4
Sio₂	56,3	55,9	55,4	56,75
^A12°3	1,07	0,5	0,45	0,7
CaO	11,2	10,6	10,7	10,25
MgO	4,3	4,4	4,55	4,3
Na₂O	19,6	19	18,3	19,15
k₂o	0,38	0,2	0,4	0,4
^B2°3	7,2	7,4	7,8	7,8
^Fe2°3	0,1	2	2,05	0,6
BaO	-	-	0,05	-
		__ _		____ _ . . _ _______
¹¹.......	............
Celkem	100,15	100	99,7	99,51
RO	15,5	15	15,3	14,55
r₂°	19,98	19,2	18,7	19,55
ro/r₂o	0,78	0,78	0,82	0,74
CaO/Mg(	) 2,60	2,41	2,35	2,39
KI	40,54	40,6	40,5	40,55

• · ·

TABULKA I (část 2)

	Příkl.5	Příkl.6	Příkl.7	Příkl.8	Příkl.9
Sio₂	58,21	57,55	56,8	55,46	55,21
A1₂O₃	0,57	0,55	0,53	1,1	1,55
CaO	10,45	11,1	10,2	10,7	11,4
MgO	5,30	4,55	5,3	4,8	3,55
Na₂O	20,27	19,93	19,54	20,1	19,75
k₂o	-	-	-	-	-
^B2°3	5,20	6,20	7,20	7,5	8,5
^Fe2°3	-	-	-	-	-
BaO	-	-	-	-	-
Celkem	100	99,98	99,57	99,66	99,96
RO	15,75	15,65	15,5	15,5	14,95
r₂o	20,27	19,93	19,54	20,1	19,75
ro/r₂o	0,78	0,78	0,79	0,77	0,76
CaO/Mg(	) 1,97	2,44	1,92	2,23	3,21
KI	40,08	40,68	41,18	40,90	40,10

• · ··· ·

TABULKA I (část 3)

	Příkl.lO	Příkl.11	Příkl.12	Příkl.13
sio₂	57,5	56,2	56,4	57,5
^A12°3	0,5	1,08	1,05	2
CaO	13,5	12,4	13,78	12
MgO	1	3,1	1,72	1,5
Na₂0	17	19,6	19,6	17,5
k₂o	-	0,25	0,40	0,5
^b2°3	8	7,3	7	9
Fe₂°3	-	0,1	0,1
BaO	1,5	-	-	-
Celkem	99,5	100,03	100,05	100
RO	16	15,5	15,5	13,5
r₂°	17	19,85	20	18
ro/r₂o	0,94	0,78	0,78	0,75
CaO/Mg(	) 13,5	4	8	8
Kl	40	40,49	40,4	36,5

«

I 4 ·

I · «

444 4 • 4

4· «

V dále uvedené tabulce II jsou shrnuty výsledky testu DGG, popsaného výše, pro vlákna z příkladů 1, 2, 11 a 12:

TABULKA II

	Příkl.l	Příkl.2	Příkl.ll	Příkl.12
DGG (mg/g)	36,7	35,1	31,7	23

V dále uvedené tabulce III jsou shrnuty teploty likvidu Tj^q, minimální teploty pro zvlákňování ^Tlog 2,5 a hodnoty pracovního rozsahu delta T, ve stupních Celsia, vysvětlené výše, pro příklady 1 až 4:

TABULKA III

	^Tlog2,5	Tliq	delta T
Příkl.l	1000	940	60
Příkl.2	991	940	51
Příkl.3	992	940	52
Příkl.4	994	910	84

Pracovní rozsahy pro příklady 5 až 13 byly vyhodnoceny, aniž by pro každý z nich byly přesně změřeny hodnoty Tjj a T-^_Qg 2 5· všechny jsou vyšší než 40 °C, což znamená, že všechny kompozice je možno zvlákňovat vnitřním odstředbváním. Dále bylo možno vypozorovat, že rychlost růstu krystalů zeskelnitelných materiálů v roztaveném stavu během výroby minerální vlny byla nízká, což je velmi • · » 0 « ··* 0 příznivé .

Ze všech těchto údajů se mohou odvodit tyto závěry: všechny kompozice, uvedené v tabulce 1 je možno použít pro získání minerálních vláken vnitřním odstřeďováním. Volba vysoké hladiny oxidů kovů alkalických zemin nevede k případně vysokým hodnotám teplot likvidu, protože tyto zůstávají u příkladů, kde bylo provedeno měření, celkově nižší než 1015 °C a spíše v rozsahu od 940 °C do 980 °C.

Údaje v tabulce 2 ukazují na důležitost volby poměru CaO/MgO s ohledem na odolnost vláken proti hydrolýze: z těchto výsledků vyplývá, že je výhodné, pokud se klade větší důležitost na získání velmi dobrých výsledků v testech DGG, zvolit vysoké poměry CaO/MgO, například vyšší než 2, spíše však v rozmezí od 4 do 8.

Rovněž je možné pozorovat, že všechny kompozice mají hodnotu indexu KI alespoň 30 a výhodně alespoň 40, s určitými odchylkami, takže každý odborník pracuj ící v daném oboru může volit z těchto různých možností podle důležitosti, kterou přikládá jednotlivým technickým charakteristikám: jestliže jsou důležité náklady na výchozí materiály je výhodné volit kompozice, ve kterých je obsah B₂°3 nižší než 7 nebo 8 %. Podle vynálezu bylo kromě toho v příkladu 3 uspokojivě vyřešena kompozice s velmi nízkou hladinou B2O3 ve výši 5,2 %. Volitelný je obsah oxidu barnatého, stejně jako obsah železa a oxidu hlinitého.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Minerální vlna schopná rozpouštění ve fyziologickém prostředí, vyznačující se tím, že obsahuje následující složky, jejichž obsah je uveden v procentech hmotnostních :

(CaO+MgO+BaO+Na₂O+K₂O+B₂O₃) - 2 x A1₂O₃ > 30 % RO 13,5 až 19,5 % r₂o 14,2 až 23 % ro/r₂o 0,7 až 0,95 CaO/MgO > 1,5 sío₂ 47 až 58,5 % ^A12°3 0 až 3,5 % ^B2°3 5 až 10 % ^Βε2θ3 (železo celkem) 0 až 3 %

kde :

RO jsou oxidy prvků ze sloupce 2a periodické tabulky, zahrnující CaO, MgO, BaO a SrO,

R2O jsou oxidy prvků ze sloupce la periodické tabulky, zahrnující Na20, K2O a LÍ2O.

2. Minerální vlna podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje níže uvedené složky, které v hmotnostních procentech odpovídaj i vztahu (CaO + MgO + BaO + Na₂O + K₂0 + B₂0₃) - 2 x A1₂O₃ > 30 % a < 40 %, výhodně 2: 35 % a < 40 %.
3. Minerální vlna podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje níže uvedené složky, které v hmotnostních procentech odpovídaj i vztahu • · • ·

0 0 0 0 0 0 00

0 0 0 0 · (CaO + MgO + BaO + Na2O + K^O ⁺ ®2θ3^ - 2 χ AI2O3 ž 40 %.
4. Minerální vlna podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje níže uvedené složky, které v hmotnostních procentech odpovídaj í vztahu (CaO + MgO + BaO + Na20 + K^O + B2O3) - 2 χ AI2O3 v rozmezí od 40 až 42 %, výhodně 40,2 až 41 %.
5. Minerální vlna podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že v hmotnostních procentech obsahuje následující složky:

RO : 14 až 17 %, výhodně mezi 15 až 16 %.
6. Minerální vlna podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že v hmotnostních procentech obsahuje následující složky

RO : 13,5 až 14,5 %.
7. Minerální vlna podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že v hmotnostních procentech obsahuje následující složky:

R₂0 : 15 až 22 %, výhodně mezi 17 a 21 %, nebo mezi 18 a 20,7 %.
8. Minerální vlna podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že obsahuje složky RO a R2O v takovém množství, aby poměr jejich hmotnostních procent činil:

• · · ·

A · A · • · ···

A A · • ·

AAAA ·

A A A A

A A A ·

A · ··

A AA·A ·

A · A se tím, ze obsahuje složky CaO a MgO aby poměr j ej ich hmotnostních procent výhodně od 2,2 do 14.

vlna podle některého z předchozích se tím, že v hmotnostních procentech í složku:

RO/R2O = 0,70 až 0,94, výhodně mezi 0,75 a 0,85.
9. Minerální vlna podle některého z předchozích nároků, vyznačující v takovém množství, činil:

CaO/MgO a 1,9,
10. Minerální nár oků, vyznačuj ící obsahuj e následuj íc

Si0₂ v množství 48 až 58,5 %, výhodně 55 až 58,5 %
11. Minerální vlna podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že v hmotnostních procentech obsahuje následující složku:

Al₂°3 v množství 0,3 až 2,5 %, výhodně 0,5 až 2 %.
12. Minerální vlna podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že v hmotnostních procentech obsahuje následující složku:

®2θ3 ^{v mn}ožství 5 až 9 %, výhodně 5,2 až 8 %, nebo 5 až

7 %.
13. Minerální vlna podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že v hmotnostních procentech obsahuje železo, vyjádřené jako železo celkem ve formě Fe₂°₃:

Fe₂03 v množství 0,1 až 2 %.
14. Minerální vlna podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že v hmotnostních procentech obsahuje následující složku:

• ·· • · · · • · · · · ······ · • · · • · ·· ·· ·· • · · · • · ·· • · · · · · • · · ·· ··

BaO v množství 0 až 3 %, výhodně 0,01 až 2 %.
15. Minerální vlna podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že v hmotnostních procentech obsahuje nejvýše 3 % každé z následujících složek: ZnO, TÍO2, SrO, Lí₂0, F MnO, ZrO₂, SO3 a P2O5.
16. Minerální vlna podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že v hmotnostních procentech obsahuje méně než 5 % následujících složek celkem: ZnO, TiO₂, SrO, Li₂0, F MnO, ZrO₂, SO3 a P2O5.
17. Minerální vlna podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že v hmotnostních procentech obsahuje následující složky:

SiO₂ 55,2 - 58,3 ¹ ^A12°3 0 - 2 % CaO 10,4 - 14 % MgO 1 - 5,5 % Na₂0 17 - 20, % k₂o 0 - 1,5 % ^B2°3 5 - 8 % ^Fe2°3 0 - 2 %
18. Minerální vlna podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že má střední průměr mezi 1 a 10 μιη.
19. Minerální vlna podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vykazuje teplotu likvidu Tgiq nižší než 1150 °C, výhodně nižší než 1100 °C a výhodněji mezi 910 a 950 °C.

• ♦ • · • · ···· ·· ♦ · ·* • · · ’ • · ·· • · · · 4 • · 4 ·· ··
20. Minerální vlna podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vykazuje pracovní rozsah alespoň 30 °C, výhodně alespoň 50 °C a výhodněji mezi 50 a 100 °C.
21. Minerální vlna podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vykazuje teplotu minimální viskozity pro zvlákňování Tj 2 5 ^mezi 990 °C a 1010 °C.
22. Minerální vlna podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že se získává vnitřním odstřeďováním.
23. Minerální vlna podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vykazuje odolnost vůči hydrolýze, vyjádřenou výsledky testu DGG nejvýše 50 mg/g, výhodně nejvýše 40 mg/g, ještě výhodněji přibližně 20 až 35 mg/g.
24. Minerální vlna podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že se získává ze zeskelnitelných materiálů, obsahujících až 80 % hmotnostních střepů.
25. Produkt pro tepelnou a/nebo akustickou izolaci, nebo substrát pro kultivaci bez použití půdy, obsahující alespoň z části minerální vlnu podle některého z předchozích nároků.