DE60007477T2 - Biolösliche Glasfaser-Zusammensetzung für die Herstellung von Glaswollen und dergleichen - Google Patents

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Description

  • Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft biolösliche (oder biologisch abbaubaure) Glasfaser-Zusammensetzungen nach Anspruch 1 für die Herstellung von Glaswolle und dergleichen.
  • Stand der Technik
  • In den letzten Jahren wurde darüber diskutiert, dass die Teilchen, die während der Herstellung, Lagerung und Verwendung von Glaswolleprodukten freigesetzt und von Personen in deren Umgebung eingeatmet werden, mögli cherweise krebserregend sind, wenn sie sich in der Lunge ansammeln. Aus diesem Grund wurden verschiedene Richtlinien und Empfehlungen verabschiedet, um sicherzustellen, dass die Fasern, aus denen Glaswolle hergestellt wird, entweder durch Makrophagenverdau und mukolytische Ausscheidung oder durch Auflösung in der Lungenflüssigkeit biologisch entfernt werden können.
  • Um die Biolöslichkeit der Teilchen zu messen, die eingeatmet werden können, werden In-vivo- und In-vitro-Tests durchgeführt.
  • In-vivo-Biolöslichkeitstests versuchen mithilfe verschiedener Arbeitsvorschriften die mittlere Verweilzeit von Teilchen in der Lunge zu bestimmen, wozu beispielsweise "Biopersistence of fibres. Short-term exposure by inhalation" der Europäischen Gemeinschaft (EC/TM/26 rev. 7, (1998)) gehört. Ihr Ziel besteht in der Berechnung der Halbwertszeit der Teilchen in der Lunge, wobei ein Zahlenwert erhalten wird, der die obige Halbwertszeit (T1/2) in Tagen angibt.
  • In-vitro-Tests werden durch Simulierung der Wirkung von Lungenflüssigkeit auf Faserteilchen durchgeführt, um wiederum einen Zahlenwert zu erhalten, der mit ihrer angenommenen Halbwertszeit (T1/2) in der Lunge korreliert.
  • Es wird angenommen, dass eine Faser annehmbar biolöslich ist, wenn ihre Halbwertszeit in einem In-vivo-Inhalationstest ≤ 10 Tage beträgt.
  • Aufgrund der In-vivo- und In-vitro-Faserbiolöslichkeitstests und vermutlich in Anbetracht der Tatsache, dass keine offensichtliche und unwiderlegbare Verbindung zwischen Krebs und der Ansammlung dieser Teilchen in der Lunge besteht, haben die deutschen Behörden (am 12. Juni 1998) eine Verordnung ("Dritte Verordnung zur Änderung der Gefahrstoffverordnung") verabschiedet, in welcher der so genannte "Kanzerogenitätsindex" (KI) eingeführt wurde. Dieser Index ist durch die folgende Formel definiert: KI = %Na2O + %K2O + %CaO + %MgO + %B2O3 + %BaO – 2×%Al2O3.
  • Ist der KI ≥ 40, wird eine Faser als harmlos betrachtet, ohne dass Bestätigungstests durchgeführt werden müssen. Bei einem KI < 40, muss eventuell die Harmlosigkeit der Faser durch Biolöslichkeitstest bestätigt werden.
  • Dokumente des Standes der Technik, welche die vorliegende Erfindung wahrscheinlich am besten darlegen, sind folgende: die EP-A-0.412.878 , die vorschlägt, dass die Fasern mehr als 0,1 Gew.-% Phosphorpentoxid (P2O5) enthalten, wenn der gewichtsprozentuelle Anteil von Aluminiumoxid (Al2O3) ≥ 1% ist, die EP-A-0.738.692 und die EP 0.738.693 , die hohe Gehalte an Boroxid (B2O3), gegebenenfalls unter Verwendung von P2O5, vorschlagen, die WO 96/34836, die Fasern mit einem KI ≥ 40 vorschlägt, die FR-A-2.758.322 , die Fasern mit einem KI > 30, vorzugsweise einem KI > 35, und niedrigen R2O/RO-Verhältnissen (Verhältnis zwischen Alkalimetalloxiden und Erdalkalimetalloxiden) vorschlägt, die EP-A-0.872.458 und die WO 99/06332, die relativ niedrige Siliciumdioxid-(SiO2-)Gehalte und hohen KI vorschlagen.
  • Die allgemeine Tendenz, die sich in den meisten neueren Dokumenten zum Stand der Technik widerspiegelt, geht dahin, dass Hersteller versuchen, das Auflösungsvermögen der Fasern zu erhöhen, indem sie die übliche Menge an SiO2 und Al2O3 verringern und neue Oxide, insbesondere P2O5 und Schwefeltrioxid (SO3), zusetzen, um KI-Werte ≥ 40 zu erreichen.
  • Dieser Ansatz bringt jedoch offensichtliche Nachteile mit sich:
    • – die Verringerung des SiO2-Gehalts bewirkt einen Rückgang der Schmelzviskosität;
    • – die Verringerung des Al2O3-Gehalts führt zu einem entsprechenden Rückgang der mechanischen Festigkeit der Fasern;
    • – die Gegenwart von P2O5 wirkt sich nachteilig auf die Faserfestigkeit gegenüber mechanischer Beanspruchung aus, erhöht die Staubbildung und führt dazu, dass die Öfen (insbesondere Gasöfen) für die Herstellung der Fasern aggressivem P2O5-Angriff ausgesetzt werden;
    • – die Gegenwart von SO3 bringt eine stärkere Korrosion der Platten für die Faserherstellung mit sich.
  • In Bezug auf die nachteiligen Auswirkungen von P2O5 auf die mechanische Festigkeit der Fasern haben die Erfinder durch Tests herausgefunden, dass eine Erhöhung des P2O5-Gehalts von 0 auf 0,8% als Austausch für beispielsweise die gleiche Menge Al2O3 zu einem fast linearen Rückgang der mechanischen Festigkeit auf 60% des ursprünglichen Wertes führt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung der vorliegenden Erfindung haben sich das Ziel gesetzt, neue biolösliche Wollfasern herzustellen. Anders als bei der oben genannten derzeitigen Tendenz der Hersteller wurden die Versuche der Erfinder der vorliegenden Erfindung nach den folgenden allgemeinen Richtlinien durchgeführt:
    • – erstens wurde kein P2O5 und SO3 verwendet;
    • – zweitens wurde der Gehalt an SiO2 und Al2O3 relativ hoch gehalten, um die Viskosität der Schmelze und die mechanische Festigkeit der Fasern zu erhöhen;
    • – drittens wurde die Menge an RO (Summe der Oxide von Elementen aus Spalte 2A des Periodensystems, in der Praxis die Summe %CaO + %MgO) verringert, um die Verarbeitbarkeit der Schmelze zu verbessern und um ihre Entglasung während der Faserbildung zu verhindern;
    • – viertens wurde die Menge an R2O (Summe der Oxide von Elementen der Spalte 1A des Periodensystems, in der Praxis die Summe %Na2O + %K2O) erhöht, um den relativ hohen Gehalt an Al2O3 vom Standpunkt der Biolöslichkeit zu kompensieren.
  • Überraschenderweise und unerwarteterweise konnten die Erfinder durch einschlägige Tests die Biolöslichkeit der Fasern gemäß vorliegender Erfindung bestätigen, obwohl diese Fasern einen KI-Wert weit unter 40 und sogar unter 30 aufweisen. Sie konnten auch bestätigen, dass die Fasern gemäß vor liegender Erfindung einen guten Kompromiss zwischen ihrer Biolöslichkeit auf der einen Seite und ihren mechanischen Eigenschaften und ihrer Verarbeitbarkeit auf der anderen Seite bereitstellen.
  • Somit betrifft die Erfindung eine biolösliche Glasfaser-Zusammensetzung zur Herstellung von Glaswolle und dergleichen gemäß Anspruch 1.
  • Gemäß einem optionalen Merkmal der Erfindung gilt für die Zusammensetzung:
    Figure 00050001
  • Gemäß einem weiteren optionalen Merkmal der Erfindung entspricht die Zusammensetzung der folgenden Gleichung: %Na2O + %K2O + %CaO + %MgO + %B2O3 + %BaO – 2×%Al2O3 ≤ 33.
  • Gemäß einem weiteren optionalen Merkmal der Erfindung entspricht die Zusammensetzung der folgenden Gleichung: %Na2O + %K2O + %CaO + %MgO + %B2O3 + %BaO – 2×%Al2O3 ≤ 32.
  • Gemäß einem weiteren optionalen Merkmal der Erfindung weist die Zusammensetzung einen maximalen Verflüssigungspunkt (Viskosität = 102,5 Poise) zwischen 1.050 und 1.170°C, eine Tropftemperatur (Viskosität = 103 Poise) zwischen 950 und 1.070°C und eine Entglasungstemperatur zwischen 650 und 850°C auf.
  • Gemäß einem weiteren optionalen Merkmal der Erfindung weist die Zusammensetzung einen maximalen Verflüssigungspunkt (Viskosität = 102,5 Poise) zwischen 1.050 und 1.150°C, eine Tropftemperatur (Viskosität = 103 Poise) zwischen 950 und 1.050°C und eine Entglasungstemperatur zwischen 700 und 780°C auf.
  • Gemäß einem weiteren optionalen Merkmal der Erfindung ist die Zusammensetzung eine der folgenden:
    • – SiO2 64,29%; Na2O 18,12%; K2O 0,47%; CaO 6,07%; MgO 2,97%; B2O3 5,95%; und Al2O3 1,85% (C6);
    • – SiO2 64,37%; Na2O 18,46%; K2O 0,34%; CaO 5,68%; MgO 2,95%; B2O3 6,01%; und Al2O3 1,95% (C7);
    • – SiO2 64,28%; Na2O 19,02%; K2O 0,41%; CaO 5,34%; MgO 2,72%; B2O3 5,91%; und Al2O3 2,11% (C8);
    • – SiO2 66,3%; Na2O 17,6%; K2O 0,52%; CaO 5,95%; MgO 2,82%; B2O3 4,8%; und Al2O3 1,75% (C9);
    • – SiO2 64,86%; Na2O 18,06%; K2O 0,51%; CaO 5,94%; MgO 2,94%; B2O3 5,52%; und Al2O3 2,02% (C10);
    • – SiO2 63,24%; Na2O 17,94%; K2O 0,38%; CaO 6,01%; MgO 3,02%; B2O3 6,74%; und Al2O3 2,48% (C11);
    • – SiO2 63,05%; Na2O 19,41%; K2O 0,44%; CaO 6%; MgO 2,96%; B2O3 5,49%; und Al2O3 2,51% (C12);
    • – SiO2 62,28%; Na2O 20,11%; K2O 0,41%; CaO 5,97%; MgO 2,76%; B2O3 5,41%; und Al2O3 2,8% (C13);
    die ferner bis zu etwa 2 Gew.-% Verunreinigungen und andere herkömmliche Verbindungen, wie beispielsweise Fe2O3 umfasst, P2O5 und SO3 jedoch aus allen diesen Zusammensetzungen ausgeschlossen sind.
  • Der Schutzumfang der Erfindung umfasst auch Glaswolleprodukte, die Fasern mit den oben genannten Zusammensetzungen umfassen.
  • Kurzbeschreibung der Abbildungen
  • In den beiliegenden Abbildungen ist:
  • 1 eine äußerst schematische Darstellung eines Testapparats zur Berechnung der Auflösungsgeschwindigkeitskonstante KSiO2 der Zusammensetzungen C6 bis C13 gemäß vorliegender Erfindung;
  • 2 ein Diagramm, in dem die Auflösungsgeschwindigkeitskonstante KSiO2 (in ng SiO2×cm–2×h–1) der einzelnen Zusammensetzungen C6 bis C13 gemäß vorliegender Erfindung als Funktion der Analysedauer in Stunden dargestellt ist; und
  • 3 ein Diagramm, in dem das Verhalten der Auflösungsgeschwindigkeitskonstante KSiO2 der einzelnen Zusammensetzungen C7 bis C13 gemäß vorliegender Erfindung bezogen auf die Auflösungsgeschwindigkeitskonstante der Zusammensetzung C6 als Funktion der Analysedauer in Stunden dargestellt ist.
  • Nachstehend wird die Erfindung anhand der Referenzzusammensetzungen C1 bis C5 und der Zusammensetzungen C6 bis C13, welche Beispiele der Erfindung darstellen und deren Formulierungen und Testergebnisse in Tabelle I zusammengefasst sind, genauer erläutert.
  • Vorversuche
  • Mit und ohne Verwendung von P2O5 und SO3 wurden Vorversuche durchgeführt. Die folgenden Referenzzusammensetzungen C1 bis C5 wurden aufgrund ihrer Bedeutung gewählt.
  • Referenzzusammensetzungen C1 bis C3
  • In einer ersten Testreihe werden die Referenzzusammensetzungen C1, C2 und C3 (siehe Tabelle I) hergestellt. In allen ist P2O5 enthalten, und ein relativ hoher Gehalt an R2O (≥ 17,65%) und ein relativ geringer Gehalt an RO (≤ 10.45%) werden beibehalten, während variable und herkömmliche Mengen an B2O3, SO3 und Eisen(III)-oxid (Fe2O3) verwendet werden. In der Referenzzusammensetzung C1 ist der Al2O3-Gehalt etwa zwei Mal so hoch als in den Referenzzusammensetzungen C2 und C3.
  • Aus Tabelle I (Zeile T1/2) ist ersichtlich, dass durch Beibehalten eines relativ hohen SiO2-Gehalts in den oben genannten Referenzzusammensetzungen C1, C2 und C3:
    • 1. eine Verringerung des Al2O3-Prozentgehalts die Biolöslichkeit erhöht;
    • 2. eine Erhöhung des P2O5- und SO3-Gehalts die Biolöslichkeit erhöht;
    • 3. die Beibehaltung eines hohen R2O-Gehalts die Biolöslichkeit erhöht.
  • Die mechanische Festigkeit der Fasern (insbesondere in den Referenzzusammensetzungen C2 und C3) war bedeutend geringer als die Festigkeit der Fasern, die mit herkömmlichen nicht-biolöslichen Zusammensetzungen erhalten wurden.
  • Referenzzusammensetzungen C4 und C5
  • Zwei weitere biolösliche Referenzzusammensetzungen C4 und C5 werden hergestellt. In der Referenzzusammensetzung C4 wird ein relativ hoher Gehalt an Al2O3 (2,32%), ein relativ geringer Gehalt an R2O (15,69%) und ein relativ hoher Gehalt an RO (10,8%) verwendet, und in beiden sind herkömmliche Mengen Fe2O3 enthalten. Angesichts des relativ hohen Al2O3-Gehalts wird der B2O3-Gehalt proportional erhöht, um die Biolöslichkeit zu verbessern, ohne die Verarbeitbarkeit zu beeinträchtigen. In der Referenzzusammensetzung C5 wird ein relativ geringer Gehalt an Al2O3 (1,72%), ein relativ hoher Gehalt an R2O (17,53%) und ein relativ geringer Gehalt an RO (10,12%) verwendet. In keiner dieser Referenzzusammensetzungen ist P2O5 oder SO3 enthalten. In Tabelle I sind die Testergebnisse zusammengefasst, die folgende Schlussfolgerungen zulassen:
    • 4. Biolösliches Glas kann ohne P2O5 oder SO3 erhalten werden.
    • 5. Es wird bestätigt, dass die Beibehaltung einer hohen Summe von Alkalioxiden bei einem entsprechenden Rückgang an Erdalkalioxiden geeignet ist.
  • Die mechanische Festigkeit der Fasern der Referenzzusammensetzungen C4 und C5 war viel größer als die Festigkeit von Fasern, die mit den Referenzzusammensetzungen C1 bis C3 erhalten wurden.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
  • Aufgrund der obigen Schlussfolgerungen werden in einer neuen Testreihe Zusammensetzungen C6 bis C13 gemäß vorliegender Erfindung hergestellt. In allen wurden der R2O-Gehalt (im Austausch für RO) und der Al2O3-Gehalt erhöht. Natürlich sind P2O5 und SO3 aufgrund der oben angeführten Richtlinien ausgeschlossen.
  • Zusammensetzungen C6 bis C8 gemäß vorliegender Erfindung
  • Die Änderung der chemischen Zusammensetzung geht auf eine progressive Zunahme von Al2O3 (1,85%, 1,95% und 2,11%) zurück. Auf der anderen Seite wird versucht, die Zunahme durch eine entsprechende Erhöhung des Na2O-Gehalts (18,12%, 18,46% und 19,02%), die zu einer progressiven Abnahme des RO-Gehalts führt, auszugleichen. Die Auflösungsgeschwindigkeitskonstante KSiO2 nimmt von C6 bis C8 offensichtlich ab. Die zugesetzte Menge an Na2O reicht nicht aus, um der Wirkung von Al2O3 bei der Stabilisierung des Kristallnetzwerks entgegenzuwirken. Der RO-Rückgang wirkt diesem Effekt der Al2O3-Zunahme nicht entgegen.
  • Zusammensetzungen C9 bis C11 gemäß vorliegender Erfindung
  • Die hierin verfolgte Strategie basierte auf einer allmählichen Erhöhung des Al2O3-Gehalts (1,75%, 2,02% und 2,48%), wobei gleichzeitig die Menge an B2O3 erhöht wurde (4,80%, 5,52% und 6,74%). Die Analyse der Auflösungsgeschwindigkeitskonstante KSiO2 zeigt einen verringerten Wert aufgrund des Al2O3-Zunahme. Das zugesetzte B2O3 ist nicht fähig, die in C9 bis C11 stattfindende Al2O3-Zunahme vollkommen auszugleichen.
  • Die Werte der Auflösungsgeschwindigkeitskonstante KSiO2 für C10 und C11 sind jedoch höher als für C8, was darauf hinweist, dass ein In-vivo-Biolöslichkeitstest positiv ausfallen würde.
  • Die für C9 erhaltene Konstante KSiO2 stimmt mit jener für C6 überein. Die Konstante von C6 ist etwas besser, weil C6 etwas mehr B2O3 enthält.
  • Zusammensetzungen C12 und C13 gemäß vorliegender Erfindung
  • In diesen letzteren Zusammensetzungen gemäß vorliegender Erfindung ist der Gehalt an Al2O3 und Na2O extrem hoch, während der B2O3-Gehalt relativ gering ist. Die Auflösungsgeschwindigkeitskonstanten KSio2 stimmen miteinander überein und werden durch das Al2O3/Na2O-Verhältnis bestimmt. Die Zusammensetzung C12 würde in einem In-vivo-Test biolöslich sein, weil der Wert ihrer Auflösungsgeschwindigkeitskonstante höher ist als jener, der für Zusammensetzung C8 erhalten wurde.
  • Diskussion der Ergebnisse in Tabelle I
  • In Tabelle I sind die Formulierungen und Testergebnisse der Referenzzusammensetzungen C1 bis C5 und der Zusammensetzungen C6 bis C13 gemäß vorliegender Erfindung zusammengefasst. Die Ergebnisse lassen die folgenden Schlussfolgerungen zu:
    • 1. Die Wirkung von Al2O3 verschlechtert offensichtlich die Biolöslichkeit;
    • 2. Elemente, welche die Biolöslichkeit am stärksten fördern, sind Na2O, welches die Auflösung des Glasnetzwerks erhöht, und B2O3, welches dasselbe in geringerem Ausmaß bewirkt;
    • 3. Obwohl die Gläser der Zusammensetzungen C6 bis C13 gemäß vorliegender Erfindung einen KI-Wert nahe und sogar unter 30 aufweist, ist ihr geschätzter T1/2-Wert und/oder ihre Biolöslichkeit sehr vorteilhaft;
    • 4. Die Zusammensetzungen C6 bis C13 gemäß vorliegender Erfindung stellen Temperaturbereiche für die Faserherstellung (F.Fas) bereit, welche gut an die derzeitigen Herstellungsverfahren und -geräte angepasst sind;
    • 5. Die Zusammensetzungen C6 bis C13 gemäß vorliegender Erfindung stellen vorteilhaftere Entglasungstemperaturen (Temp.Entglas) bereit als die Referenzzusammensetzungen.
  • Die Werte für die mechanische Festigkeit der Zusammensetzungen C6 bis C13 gemäß vorliegender Erfindung waren viel höher als die entsprechenden Werte für die Referenzzusammensetzungen C1 bis C5.
  • Figure 00120001
  • In Tabelle I ist
    RO = Summe der Oxide von Elementen der Spalte 2A des Periodensystems
    R2O = Summe der Oxide der Elemente der Spalte 1A des Periodensystems
    Temp.Verfl = maximale Verflüssigungstemperatur (Viskosität = 102,5 Poise)
    Temp.Tropf = Referenztemperatur für die Glas-Faserbildung oder -verarbeitbarkeit (Viskosität = 103 Poise)
    F.Fas = Differenz zwischen Temp.Tropf und Temp.Entgl. Sie ist ein Anzeichen für Temperaturbereiche, wo die Faserbildung mit herkömmlichen Verfahren und Geräten möglich ist.
    T1/2 = Halbwertszeit oder Zeit für die Entfernung von 50% der Teilchen mit einer Länge größer 20 μm aus der Lunge in Tagen
    KSiO2 = SiO2-Auflösungsgeschwindigkeitskonstante, die im Folgenden detailliert erörtert wird; t = Testtage.
  • Berechnung der Glasauflösungsgeschwindigkeitskonstante KGlas
  • Herkömmliches Verfahren:
  • Die Berechnung der Glasauflösungsgeschwindigkeitskonstante KGlas in verschiedenen Flüssigkeiten ist bekannt; einer der interessantesten Tests im Bereich der Mineralwolle ist jener, bei dem eine Glaszusammensetzung von einer Flüssigkeit angegriffen wird, die in Bezug auf Verbindungen und Konzentrationen Lungenflüssigkeit simuliert. Diese simulierte biologische Flüssigkeit ist auch als "Gamble-Lösung" bekannt, und ihre Zusammensetzung lautet wie folgt:
    Figure 00130001
    Figure 00140001
  • Beim herkömmlichen Verfahren werden auch einige Variationen dieser Flüssigkeit verwendet.
  • Nach dem Stand der Technik wurde dieser Test auf Glasfasern mit einer gut kontrollierten Verteilung des Durchmessers und der Länge durchgeführt, um die spezifische Oberfläche so genau wie möglich zu berechnen. Dieser Test umfasst einen Trennungs- und Charakterisierungsschritt der Fasern. Dies ist ein langwieriges, mühsames und teures Verfahren und erfordert komplizierte Gerätschaften.
  • Bei der Durchführung des Tests werden drei instrumentelle Parameter kontrolliert: pH, Temperatur und Fließgeschwindigkeit.
  • Die Gleichgewichte der Auflösungsreaktionen beim Test lauten wie folgt: (Si-O-X)Glas + H2O ↔ (Si-OH)Glas + X+ + OH (Si-O-X)Glas + H+ ↔ (Si-OH)Glas + X+ (Si-O-X)Glas + OH– ↔ (Si-OH)Glas + (Si-O-)Glas (Si-O-X)Glas + OH– ↔ (Si-OH)Auflösung + (Si-O-)Glas (Glasnetzwerkauflösung)
  • Diese Reaktionen finden auf Oberflächenebene statt, und üblicherweise wird die Auflösungskonstante KGlas in Nanogramm Glas, das pro Quadratzentimeter und Stunde aufgelöst wird, ausgedrückt (ng Glas×cm–2×h–1).
  • Verfahren zur Berechnung der Auflösungsgeschwindigkeitskonstante KSiO2 in den Zusammensetzungen C6 bis C13 gemäß vorliegender Erfindung:
  • Unter Verwendung des oben genannten Verfahrens, das jedoch wie folgt modifiziert war, wurden Test durchgeführt, um die SiO2-Auflösungsgeschwindigkeitskonstante KSiO2 abzuschätzen und um ihre Entwicklung bei einer Änderung der Glaszusammensetzungen zu beobachten.
  • Ausgehend von der Tatsache, dass die Halbwertszeiten der Zusammensetzungen C6 bis C8 gemäß vorliegender Erfindung in der Lunge oder in vivo bekannt sind (siehe Werte in Zeile "T1/2" in Tabelle I):
    • – zeigte sich in einem In-vivo-Inhalationstest, dass die Zusammensetzung C6 biolöslich war (T1/2 = 6,4), da die Halbwertszeit deutlich kürzer war als 10 Tage (Richtlinie 97/69/EG). Bei t = 4 Tage betrug der Wert der Auflösungsgeschwindigkeitskonstante für diese Zusammensetzung 135,1 ng SiO2×cm–2×h–1. Dieser Wert wird als höchster Bezugswert verwendet.
    • – zeigte sich durch Inhalation, dass die Zusammensetzung C8 in Bezug auf die Halbwertszeit die unvorteilhafteste war (T1/2 = 8,5). Bei t = 4 Tage betrug der Wert der Auflösungsgeschwindigkeitskonstante für diese Zusammensetzung C8 81,4 ng SiO2×cm–2×h–1, und dieser Wert wird als niedrigster Bezugswert verwendet.
  • Obwohl keine gute Korrelation zwischen der In-vitro-Auflösungskonstante und der Halbwertszeit nachgewiesen werden konnte, kann diese Konstante als Indikator dienen, wenn das reale chemische Verhalten in der Lunge eines Lebewesens bewertet wird.
  • Das herkömmliche Verfahren zur Berechnung der Auflösungskonstante KGlas in einer Gamble-Lösung wurde von den Erfindern so modifiziert, dass ein rascheres und einfacheres Verfahren erhalten wurde, das einen Vergleich unterschiedlicher Zusammensetzungen ermöglicht, obwohl dieses nicht darauf abzielt, Werte für Auflösungskonstanten bereitzustellen, die direkt mit jenen vergleichbar sind, die durch das herkömmliche Verfahren für Fasern erhalten werden.
  • Der Hauptunterschied zwischen den beiden Verfahren besteht in der Art, wie die Probe in das Testgerät eingeführt wird, und in der Dauer des Tests.
  • Beim hierin verwendeten Verfahren wurde eine Glaspulverprobe mit einer bekannten, extrem großen (etwa 1 m2/g) spezifischen Oberfläche verwendet, um die Probleme zu vermeiden, die auftreten, wenn – wie es beim herkömmlichen Verfahren der Fall ist – zwei Zusammensetzungen von Fasern mit unterschiedlichem Durchmesser und unterschiedlicher Länge verglichen werden sollen. Mit dem Glaspulver ist es möglich, den teuren Schritt des herkömmlichen Verfahrens, bei dem die Fasern aufgetrennt und charakterisiert werden, zu umgehen.
  • Beim hierin verwendeten Verfahren wird nur die chemische Einwirkung von Flüssigkeit auf das Glaspulver bewertet.
  • Die Tests werden in einem relativ kurzen Zeitraum durchgeführt, der etwa 96 bis 120 Stunden beträgt.
  • Das Testverfahren (das nicht Teil der Erfindung ist) wird nachstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben:
  • Die Flüssigkeit (Gamble-Lösung) 1, die sich in einem Behälter 2 befindet, wird mittels Durchblasen von CO2 an 3 kontinuierlich korrigiert, um einen konstanten pH-Wert zu erhalten. Eine peristaltische Pumpe 4 pumpt Flüssigkeit in die Probenküvette 5, welche die Glaspulverprobe enthält und mithilfe eines Thermostatbades 6 auf einer konstanten Temperatur (Temp.) gehalten wird. Der Flüssigkeitsanteil mit gelöstem Glas wird am Auslass der Probenküvette in Flaschen abgefüllt und an 7 mittels Atomabsorption analysiert.
  • Die für die Tests mit den Glaszusammensetzungen gewählten pH-, Temperatur- und Fließgeschwindigkeitswerte lauten wie folgt:
    Figure 00170001
  • Die Testergebnisse sind teilweise in der obigen Tabelle I und teilweise in den oben beschriebenen 2 und 3 zusammengefasst.
  • Es versteht sich, dass Hersteller auf diesem technischen Gebiet auf Probleme in Zusammenhang mit Zusammensetzungsunterschieden von einer Rohmaterial-Charge zur nächsten stoßen, weshalb in manchen Komponenten einer gegebenen Formulierung eine Abweichung von ± 2% vom Absolutwert zulässig ist. Aus diesem Grund müssen Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung trotz der scheinbaren Genauigkeit, mit der die Gewichtsprozente der Zusammensetzungen gemäß vorliegender Erfindung angegeben werden, verstehen, dass diese Werte nur nominell angeführt werden und die Ansprüche auch Zusammensetzungen einschließen, deren Nominalwerte den auf diesem technischen Gebiet üblichen Abweichungen unterliegen.

Claims (9)

  1. Biolösliche Glasfaser-Zusammensetzung für die Herstellung von Glaswolle und dergleichen, dadurch gekennzeichnet, dass sie die folgenden Verbindungen in den spezifizierten Gewichtsprozentsätzen der gesamten Zusammensetzung umfasst:
    Figure 00180001
    worin RO die Summe der enthaltenen Oxide der Elemente ist, welche zur Spalte 2A des Periodensystems gehören, und R2O die Summe der enthaltenen Oxide der Elemente ist, welche zur Spalte 1A des Periodensystems gehören, wobei die Zusammensetzung ferner bis zu etwa 2 Gew.-% an Verunreinigungen und anderen üblichen Verbindungen, wie z.B. Fe2O3, umfasst, P2O5 und SO3 jedoch aus der Zusammensetzung ausgeschlossen sind.
  2. Zusammensetzung nach Anspruch 1 mit
    Figure 00180002
  3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie der folgenden Gleichung entspricht: %Na2O + %K2O + %CaO + %MgO + %B2O3 + %BaO – 2×%Al2O3 ≤ 33.
  4. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie der folgenden Gleichung entspricht: %Na2O + %K2O + %CaO + %MgO + %B2O3 + %BaO – 2×%Al2O3 ≤ 32.
  5. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine maximale Verflüssigungstemperatur (Viskosität = 102,5 Poise) zwischen 1.050 und 1.170°C, eine Tropftemperatur (Viskosität = 103 Poise) zwischen 950 und 1.070°C und eine Entglasungstemperatur zwischen 650 und 850°C aufweist.
  6. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine maximale Verflüssigungstemperatur (Viskosität = 102,5 Poise) zwischen 1.050 und 1.150°C, eine Tropftemperatur (Viskosität = 103 Poise) zwischen 950 und 1.050°C und eine Entglasungstemperatur zwischen 700 und 780°C aufweist.
  7. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine der folgenden ist: – SiO2 64,29%; Na2O 18,12%; K2O 0,47%; CaO 6,07%; MgO 2,97 %; B2O3 5,95%; und Al2O3 1,85% (C6); – SiO2 64,37 %; Na2O 18,46%; K2O 0,34%; CaO 5,68%; MgO 2,95%; B2O3 6,01%; und Al2O3 1,95% (C7); – SiO2 64,28%; Na2O 19,02%; K2O 0,41%; CaO 5,34%; MgO 2,72%; B2O3 5,91%; und Al2O3 2,11% (Ca).
  8. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine der folgenden ist: – SiO2 66,3%; Na2O 17,6%; K2O 0,52%; CaO 5,95%; MgO 2,82%; B2O3 4,8%; und Al2O3 1,75% (C9); – SiO2 64,86%; Na2O 18,06%; K2O 0,51%; CaO 5,94%; MgO 2,94%; B2O3 5,52%; und Al2O3 2,02% (C10); – SiO2 63,24%; Na2O 17,94%; K2O 0,38%; CaO 6,01%; MgO 3,02%; B2O3 6,74%; und Al2O3 2,48% (C11); – SiO2 63,05%; Na2O 19,41%; K2O 0,44%; CaO 6%; MgO 2,96%; B2O3 5,49%; und Al2O3 2,51% (C12); – SiO2 62,28%; Na2O 20,11%; K2O 0,41%; CaO 5,97%; MgO 2,76 %; B2O3 5,41%; und Al2O3 2,8% (C13).
  9. Glaswolleprodukt, umfassend Fasern aus einer Zusammensetzung wie in einem der Ansprüche 1 bis 8 definiert.
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