DE29709025U1

DE29709025U1 - Mineralfaserzusammensetzung

Info

Publication number: DE29709025U1
Application number: DE29709025U
Authority: DE
Original assignee: Gruenzweig und Hartmann AG
Current assignee: Saint Gobain Isover G+H AG
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1997-05-22
Publication date: 1997-08-28
Anticipated expiration: 2007-05-23

Description

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Mineralfaserzusammensetzung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mineralfaserzusairunensetzung, die in hohem Maße biologisch abbaubar ist.
10

Es sind im Stande der Technik einige Mineralfaserzusammensetzungen beschrieben, von denen angegeben wird, daß sie biologisch abbaubar seien.

Die biologische Abbaubarkeit von Mineralfaserzusammensetzungen ist insofern von großer Bedeutung, weil verschiedene Untersuchungen darauf hinweisen, daß bestimmte Mineralfasern mit sehr kleinen Durchmessern im Bereich von kleiner 3 um im Verdacht stehen, kanzerogen zu sein, biologisch gut abbaubare Mineralfasern solcher Dimensionen aber keine Kanzerogenität zeigen.

Die Mineralfaserzusammensetzungen müssen jedoch auch eine gute Verarbeitbarkeit nach bekannten Verfahren zu Herstellungen von Mineralwolle mit kleinem Durchmesser, insbesondere nach dem Düsenblasverfahren, aufweisen. Dies bedeutet insbesondere einen ausreichenden Verarbeitungsbereich von beispielsweise 8O⁰C und geeignete Viskosität der Glasschmelze.

Ferner sind auch die mechanischen und thermischen Eigenschaften der Mineralfasern bzw. der daraus hergestellten Produkte von ausschlaggebender Bedeutung. Mineralfasern werden beispielsweise in großem Umfang zu Dämmzwecken eingesetzt. Insbesondere für die Verwendung

im Industriesektor und für Brandschutzelemente ist eine ausreichende Temperaturbeständigkeit der Mineralfasern notwendig.

Ferner stellt die große Menge an Abfall von gebrauchten Glasprodukten, wie beispielsweise Fernsehröhren, ein beträchtliches Problem dar, so daß ein sinnvolles Recycling dieser Materialien für die Herstellung von Mineralfasern sehr wünschenswert ist. 10

Schließlich besteht ein Bedarf an biologisch abbaubaren aber mit verbessertem Alterungsverhalten ausgestatteten Mineralfasern.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer neuen Mineralfaserzusammensetzung, die sich durch hohe biologische Abbaubarkeit auszeichnet, die gute Temperaturbeständigkeit aufweist, sich gut verarbeiten läßt und wirtschaftlich herstellbar ist, sowie ein verbessertes Alterungsverhalten zeigt.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß diese Aufgabe durch bestimmte Mineralfaserzusammensetzungen gelöst werden kann, die -aus Siliciumdioxid und Erdalkalioxiden bestehen, und ferner einen relativ hohen Anteil an Natrium- und/oder Kaliumoxid und einen wesentlichen Anteil an Aluminiumoxid, aber auch Titanoxid bzw. Eisenoxid und als wesentlichen Bestandteil wenigstens eine geringe Menge an Bariumoxid enthalten.

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Es hat sich gezeigt, daß solche Zusammensetzungen als Mineralfasern die Kombination der notwendigen Eigenschaften, nämlich hohe biologische Abbaubarkeit, ausreichende Temperaturbeständigkeit für Dämmobjekte in

der Industrie sowie gute Verarbeitbarkeit bei der Herstellung der Mineralwolle als solche und der Produkte und ein verbessertes Alterungsverhalten erfüllen. Dies beinhaltet gleichzeitig, daß die obere Entglasungstemperatur der Schmelze bei vorzugsweise unter 1300⁰C liegt. Der mittlere Faserdurchmesser beträgt vorzugsweise 4 bis 5 um oder weniger.

Gegenstand der Erfindung ist eine Mineralfaserzusammensetzung, die in hohem Maße biologisch abbaubar ist und gekennzeichnet ist durch folgende Bestandteile in Gewichtsprozent:

SiO₂	3	+ K₂O	30 bis weniger als 51	t	0 bis	11,5 insbesondere
Al₂O			über	I	6 bis	13, bis 25
		B2O3, ZnO	über		0 bis	weniger als 23
CaO		SrO, LX2O	2 bis	15
MgO	' ^Cr2°3	0 bis	10 bis 19
Na₂O	MnO	über
BaO	+ Fe₂O₃	bis 8
PbO,	diverse
ZrO,
P2O5	8
und	18
TiO₂	3

Unter Fe₂O₃ ist hier und im Folgenden der Gehalt an Fe₂O₃ sowie von FeO (berechnet als Fe₂O₃), zu verstehen.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Al₂O₃ bei 14,2 Gew.%, 14,5 Gevr.%

bzw. 17,1 Gew.% als Konzentrationswerte oder als Mindestwerte des Konzentrationsbereichs bis 25 Gew.%.

Vorzugsweise beträgt die Konzentration an Na₂O + K₂O 10,4 Gew.% bzw. 12 Gew.% als Konzentra'tionswerte oder als Mindestwerte des Konzentrationsbereichs bis 19 Gew.%.

Die erfindungsgemäßen Mineralfaserzusammensetzungen sind insbesondere nach dem Düsenblasverfahren gut verziehbar, das heißt man erhält eine feine, perlenarme Mineralwolle.

Derartige Mineralfasern erreichen eine hohe Temperaturbeständigkeit und sind für Brandschutzkonstruktionen von mindestens 90 Minuten Widerstandsdauer einsetzbar, was im sogenannten Kleinbrandofen nach DIN 4102, Teil 17, ermittelt wurde. Ferner liegen die Anwendungsgrenztemperaturen gemäß Bestimmung nach AGQ 132 für den Industriesektor über 600⁰C.

Der relativ hohe Zusatz von Natrium- und/oder Kaliumoxid bewirkt zwar eine Schmelzpunkterniedrigung und dadurch eine bessere Verarbeitbarkeit im Schmelz- und Zerfaserungsprozeß, aber dennoch besitzt die Wolle überraschenderweise eine hohe Temperaturbeständigkeit.

Zur Erzielung der vorgenannten Eigenschaft ist es

vorteilhaft, daß der Gehalt an ALkalioxiden zu Aluminiumoxid als Gewichtsverhältnis (Na₂O + K₂O) : Al₂O₃ zwischen etwa 0,6 und etwa 0,7 liegt, wenn etwa äquimolare Mengen an Natriumoxid und Kaliumoxid vorliegen.

Dieses entspricht einem Molverhältnis von Alkalioxiden zu Aluminiumoxid von etwa 0,84 bis etwa 1.

Die erfindungsgemäßen Mineralfaserzusammensetzungen können vorzugsweise in mit fossilen Brennstoffen, insbesondere Erdgas, befeuerten Schmelzwannen bei Schmelztemperaturen von 1350 bis 145O⁰C geschmolzen werden. Mit derartigen Schmelzwannen kann eine homogene Schmelze erzeugt werden, was Voraussetzung für gleichbleibende Produktqualität ist. Die Homogenität der Glasschmelze erleichtert auch die Reproduzierbarkeit des Zerfaserungsprozesses und damit der thermischen und mechanischen Produkteigenschaften. Ferner führt die chemische Zusammensetzung der so erzeugten Mineralwolle zu einer gleichbleibend hohen biologischen Abbaubarkeit.

Insbesondere der Zusatz von Aluminiumoxid, Titanoxid und Eisenoxid erhöht die Temperaturbeständigkeit der Zusammensetzungen.
20

Vorzugsweise weisen die erfindungsgemäßen Mineralfaserzusammensetzungen folgende Bestandteile in Gewichtsprozent auf:

SiO₂	30 bis weniger als 47
Al₂O₃	über 11,5 insbesondere
	über 13, bis 24
CaO	4 bis 20
MgO	0 bis 15
Na₂O + K₂O	über 10 bis 18
BaO	bis 8

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PbO, B₂O₃, ZnO,
ZrO, SrO, Li₂O,
P₂O₅, Cr₂O₃
und MnO 0 bis 8
TiO₂ + Fe₂O₃ 7 bis 16

diverse 0 bis 2

Insbesondere weisen die erfindungsgemäßen Mineralfaserzusammensetzungen folgende Bestandteile in Gewichtsprozent auf:

SiO₂ 35 bis 45

Al₂O₃ über 12 bis 20

CaO 8 bis 17,5

MgO 2 bis 10

Na₂O + K₂O über 10 bis 16

BaO bis 8

PbO, B2O3, ZnO,

ZrO, SrO, Li₂O,
P₂O₅, Cr₂O₃

und MnO 0 bis 8

TiO₂ + Fe₂O₃ 7 bis 15

diverse 0 bis 2

Der Aluminiumgehalt der Zusammensetzung liegt vorzugsweise zwischen 13 und 20 Gewichtsprozent.

Die biologische Abbaubarkeit von Mineralfasern wurde im Tierversuch, d.h. in vivo, bestimmt, nämlich mit dem sogenannten Intratrachealtest. Hierbei wurde den Versuchstieren (Ratten) in einer oder mehreren Injektionen die zu untersuchenden Fasern durch die Luftröhre (Trachea) in den Bronchialbereich der Lunge gespritzt. In die Lunge eingedrungene Partikel werden bei

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der Ratte wie beim Menschen durch verschiedene Abwehrmechanismen, z.B. Freßzellen (Makrophagen) oder den chemischen Angriff durch die Lungenflüssigkeit biologisch abgebaut. Zu gegebenen Zeitpunkten werden in der Regel 35 Tiere getötet und die Faserzahl in der Lunge bestimmt, d.h. die Zahl der noch nicht abgebauten Fasern.

Dadurch wird bestimmt, wie schnell die Fasern in der Lunge abgebaut werden. Aus dem zeitlichen Verlauf nach anerkannten mathematischen Methoden wird die Halbwertszeit der Faser bestimmt, d.h. der Zeitraum, nach dem 50 % der Fasern in der Lunge abgebaut werden. Je niedriger die Halbwertszeit, desto höher ist die biologische Abbaubarkeit der Faser. So weist die sogenannte Bayer-Faser B-Ol im Intratrachealtest eine mittlere Halbwertszeit von 32 Tagen auf.

In Analogie zu dieser Mineralfaser B-Ol sind auch andere Mineralfasern geprüft worden, die eine Halbwertszeit im Bereich von unter 50 Tagen aufwiesen und als nicht krebserzeugend eingestuft wurden.

Die biologische Abbaubarkeit der erfindungsgemäßen Mineralfasern erreichte sogar Werte deutlich unter 50 Tagen, insbesondere eine Halbwertszeit von unter 40 Tagen. Diese Werte schließen eine Kanzerogenität aus.

Das Temperaturverhalten der Mineralfasern wurde im Kleinbrandofen nach DIN 4102, Teil 17, Bestimmung der Anwendungsgrenztemperatur, ermittelt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher beschrieben.

Beispiel 1

Es wurde eine Mineralwolle mit folgender Zusammensetzung in Gewichtsprozent produziert.

SiO₂ 42,5

Al₂O₃ 15,0

CaO 9,8

MgO 3,4

Na₂O 5,4

K₂O 6,8

TiO₂ 6,4

Fe₂O₃ 5,8

BaO 4,0

0 Diese Zusammensetzung konnte nach dem Düsenblasverfahren bei einer Verziehtemperatur zwischen 1300 und 1400⁰C zu Mineralfasern gut zerfasert werden.

Die Wolle bestand den Schmelzpunkttest von 1000⁰C. 25

SV

Beispiel 2

Es wurde eine Mineralwolle mit folgender Zusammensetzung in Gewichtsprozent produziert:

SiO₂ 38,3

Al₂O₃ 13,8

CaO 15,8

MgO 9,8

Na₂O 5,1

K₂O 5,8

TiO₂ 5,0

Fe₂O₃ 5,1

MnO 1,0

Diese Zusammensetzung konnte nach dem Düsenblasverfahren bei einer Verziehtemperatur zwischen 1300 und 1400⁰C zu Mineralfasern gut verarbeitet werden. 20

Beispiel 3

Es wurde eine Mineralwolle mit folgender Zusammensetzung in Gewichtsprozent produziert: 25

SiO₂ 42,4

Al₂O₃ 14,2

CaO 12,3

MgO 6,5

- Na₂O 4,7

K₂O 5,7

TiO₂ 2,8

Fe₂O₃ 9,4

P₂O₅ 2,0

Diese Zusammensetzung konnte ebenfalls nach dem Düsenblasverfahren bei einer Verziehtemperatur zwischen 1300 und 1400⁰C zu Mineralfasern gut verarbeitet werden.

Claims

Ansprüche

1. Mineralfaserzusammensetzung, die biologisch abbaubar ist, gekennzeichnet durch folgende Bestandteile in Gewichtsprozent:

SiO₂ 30 bis weniger als 51

AI2O3 über 11,5 insbesondere über 13, bis 25

CaO 2 bis weniger als 2 3

MgO 0 bis 15

Na₂O + K₂O über 10 bis 19

BaO bis 8

PbO, B2O3, ZnO,

ZrO, SrO, Li₂O,
P₂O₅, Cr₂O₃

und MnO 0 bis 8

TiO₂ + Fe₂O₃ 6 bis 18

diverse 0 bis 3

2. Mineralfaserzusammensetzung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Bestandteile in Gewichtsprozent:

SiO₂ 30 bis weniger als 47 Al₂O₃ über 11,5 insbesondere über 13, bis 24 CaO 4 bis 20 MgO 0 bis 15

Na₂O + K₂O über 10 bis BaO bis

PbO, B₂O₃, ZnO, ZrO, SrO, Li₂O, P₂O₅, Cr₂O₃

und MnO 0 bis TiO₂ + Fe₂O₃ 7 bis diverse 0 bis

3. Mineralfaserzusammensetzung nach Anspruch oder 2, gekennzeichnet durch folgende Bestandteile in Gewichtsprozent:

SxO₂ 3 + K₂O 35 bis 45 I 0 bis 14 bis 20 Al₂O über I 7 bis 17,5 CaO B₂O₃, ZnO 8 bis 0 bis 10 MgO SrO, Li₂O 2 bis 10 bis 16 Na₂O ' ^Cr2°3 über BaO MnO bis 8 PbO, + Fe₂O₃ ZrO, diverse P2O5 8 und 15 TiO₂ 2