DE60203856T2

DE60203856T2 - Anorganische Faser und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE60203856T2
Application number: DE60203856T
Authority: DE
Inventors: Katsuya Hamamatsu-shi Kusuno; Satoshi Hamamatsu-shi Dohi; Hideki Hamamatsu-shi Kitahara
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 2001-08-30
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP4472218B2; JP2003073926A; EP1288172A1; US20030130104A1; DE60203856D1; EP1288172B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf eine anorganische Faser und auf ein Verfahren zum Herstellen derselben. Sie bezieht sich insbesondere auf eine anorganische Faser, die hoch wärmebeständig und im Körper biolöslich und aus dem Körper ausscheidbar ist. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen der anorganischen Faser.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Anorganische Fasern, wie wärmebeständige Glasfasern und keramische Fasern, werden in weitem Umfang in Wärmeisolierungsteilen von verschiedenen Strukturen, wie Gebäude, aufgrund ihrer ausgezeichneten Wärmebeständigkeit verwendet.
Andererseits neigen anorganische Fasern dazu, in der Luft während der Herstellung, der Lagerung, des Transport oder der Bearbeitung schwebend gehalten zu werden, und sie können in menschliche Körper durch Inhalation eindringen. Von den anorganischen Fasern, welche in den Körper eindringen, werden solche von relativ großer Größe in der Nasenhöhle oder der Mundhöhle gefangen und aus dem Körper zusammen mit Nasenschleim oder Speichel ausgeschieden oder in Verdauungsorgane, wie den Magen, geschluckt. Feine Fasern können jedoch durch die Nase oder den Mund hindurchgehen und die Lunge erreichen und an den Alveolen (ballonartige Gasaustauschstrukturen) haften.
Wenn Fremdmaterial in eine Alveole der Lunge eindringt, umgeben im Allgemeinen alveoläre Makrophagen das Fremdmaterial und transportieren es zu den Stellen mit Zilien, d. h. die Trachea und die Bronchien, so dass es mit Schleim ausgeschieden werden kann, oder verursachen, dass das Fremdmaterial durch Lymphe oder lymphatische Gefäße ausgeschieden wird. Die Makrophagen können jedoch gereizt oder geschädigt werden, während sie das Fremdmaterial umgeben, was zur Freisetzung von proteolyti schen oder kollagenolytischen Enzymen daraus führt. In Gegenwart von überschüssigen proteolytischen oder kollagenolytischen Enzymen können die alveolären Zellen entzündet oder kollageniert werden. Entzündete Zellen haben einen verringerten Widerstand, und die DNA im Zellkern wird für Schädigungen anfällig. Daneben wechseln sich Zellabbau und Zellaufbau häufig ab, was erhöhte Möglichkeiten zur Entstehung abnormaler Zellen ergibt, die eine Denaturierung von DNA-Zellen oder eine Krebsentwicklung induzieren können.
Daher ist es in letzter Zeit für anorganische Fasern für die vorstehend beschriebenen Anwendungen erforderlich geworden, dass sie sowohl eine Löslichkeit in physiologischen Flüssigkeiten, wie Lungenflüssigkeit, d. h. Bioabbaubarkeit, als auch Wärmebeständigkeit haben. Verschiedene anorganische Fasern sind zur Erfüllung dieses Erfordernisses vorgeschlagen worden.
So beschreibt z. B. JP-W-10-512232 (WO97/16386) eine Glasfaser, die Siliciumdioxid (SiO₂) und Magnesiumoxid (MgO) als wesentliche Bestandteile und Zirconiumdioxid (ZrO₂) als optionale Komponente umfasst und Wärmebeständigkeit bei 1260°C oder höher und keinen Widerstand gegen physiologische Flüssigkeiten aufweist. Unter diesen Komponenten löst sich Magnesium am leichtesten in einem lebenden Körper auf, und Silicium und Zirconium folgen in dieser Reihenfolge. Zirconium löst sich nur wenig.
Um Sicherheit von anorganischen Fasern im Falle der Inhalation zu gewährleisten, sind natürlich Fasern mit hoher Löslichkeit im Körper erwünschter. Obwohl die Zugabe eines Alkalimetalloxids, z. B. Na₂O oder K₂O, oder eines Erdalkalimetalloxids, z. B. CaO, eine erhöhte Löslichkeit der Fasern ergibt, verringert ein Alkaligehalt die Wärmebeständigkeit der Faser beträchtlich aufgrund der Bildung von niedrig schmelzenden Verbindungen durch das Alkali.
WO-A-95/32925 beschreibt eine biologisch abbaubare Mineralfaser, die 50 bis 60 Gew.-% Siliciumoxid, 10 bis 16 Gew.-% Calciumoxid und Magnesiumoxid und bis zu 4 Gew.-% Manganoxid enthält. Die in der Tabelle I beschriebenen Fasern enthalten bis zu 55,5 Gew.-% Siliciumoxid, bis zu 3,6 Gew.-% Magnesiumoxid und 2 Gew.-% Manganoxid.
DE-U-297 09 025 beschreibt eine biologisch abbaubare Faser, die 30 bis weniger als 51 Gew.-% Siliciumoxid, bis zu 15 Gew.-% Magnesiumoxid und bis zu 8 Gew.-% Manganoxid umfasst. Die Faser des Beispiels 2 enthält 38,3 Gew.-% Siliciumoxid, 9,8 Gew.-% Magnesiumoxid und 1,0 Gew.-% Manganoxid.
US-A-5968648 beschreibt eine Mineralfaser mit Biolöslichkeit, wobei diese Faser Siliciumoxid, Calciumoxid und Magnesiumoxid als Hauptkomponenten enthält. Einige in dieser Veröffentlichung beschriebene Fasern enthalten Manganoxid.
EP-A-1184348 (relevant hinsichtlich Artikel 54(3) EPÜ) beschreibt eine Mineralfaser, die 60 bis 80 Gew.-% Siliciumoxid, 15 bis 30 Gew.-% Magnesiumoxid und 0,5 bis 20 Gew.-% Titanoxid umfasst. Die Faser kann bis zu 10 Gew.-% Manganoxid enthalten. Die Fasern der Beispiele 13 und 14 und die Faser des Vergleichsbeispiels 9 enthalten Siliciumoxid und Magnesiumoxid als Hauptkomponenten und weiter eine wesentliche Menge Manganoxid. Diese Veröffentlichung beschreibt ferner ein Verfahren zum Herstellen einer anorganischen Faser, umfassend das Erwärmen der Rohmaterialmischung auf 1700 bis 2000°C zum Erhalt einer Schmelze und das Bilden von Fasern aus der Schmelze durch Abschrecken.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine anorganische Faser mit hoher Wärmebeständigkeit, so dass sie sogar bei 1400°C nicht schmilzt, und ausgezeichneter Biolöslichkeit im Vergleich zu herkömmlichen Fasern bereitzustellen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen anorganischen Faser bereitzustellen.
Andere Aufgaben und Wirkungen der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.
Die vorstehend beschriebenen Aufgaben sind gelöst worden durch Bereitstellen:
einer anorganischen Faser, umfassend als wesentliche Komponenten SiO₂ in einer Menge von 60 bis 80 Gew.-%, MgO in einer Menge von 15 bis 30 Gew.-% und ein Manganoxid in einer Menge von 0,5 bis 20 Gew.-%, wobei die anorganische Faser einen amorphen Teil hat, welcher diese wesentlichen Komponenten in seiner Struktur umfasst, wobei die anorganische Faser weiter Al₂O₃ in einer Menge von 2 Gew.-% oder weniger, CaO in einer Menge von 3 Gew.-% oder weniger und jedes von Na₂O, K₂O und BaO in einer Menge von 0,5 Gew.-% oder weniger umfasst, wobei die Faser frei ist von Titandioxid und Zirconiumoxid, und
eines Verfahrens zum Herstellen einer organischen Faser, umfassend: das Erwärmen einer Rohmaterialmischung auf 1700 bis 2000°C zum Erhalt einer Schmelze, wobei die Rohmaterialmischung SiO₂ in einer Menge von 60 bis 80 Gew.-%, MgO in einer Menge von 15 bis 30 Gew.-%, ein Manganoxid in einer Menge von 0,5 bis 20 Gew.-%, Al₂O₃ in einer Menge von 2 Gew.-% oder weniger, CaO in einer Menge von 3 Gew.-% oder weniger und jedes von Na₂O, K₂O und BaO in einer Menge von 0,5 Gew.-% oder weniger umfasst, wobei die Rohmaterialmischung frei ist von Titandioxid und Zirconiumoxid, und Bilden von Fasern aus der Schmelze durch Abschrecken.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die anorganische Faser SiO₂ in einer Menge von 65 bis 80 Gew.-%, MgO in einer Menge von 15 bis 28 Gew.-% und das Manganoxid in einer Menge von 4 bis 20 Gew.-%.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt graphisch die Beziehung zwischen der Trennung der Fasernetzwerkstruktur und der Auflösungsratekonstante der in den Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellten anorganischen Fasern.
2 zeigt graphisch den Einfluss des MnO-Gehalts auf die Auflösungsratekonstante, ausgenommen den Einfluss der Fasernetzwerktrennung, wie in den Beispielen und Vergleichsbeispielen beobachtet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die Grundzusammensetzung der anorganischen Faser gemäß der Erfindung umfasst im Wesentlichen SiO₂, MgO und ein Manganoxid. Der Ausdruck "Manganoxid", wie hierin verwendet, bezeichnet MnO, MnO₂ oder beide.
Es ist berichtet worden, dass die Löslichkeit einer anorganischen Faser auf dem Gehalt des Alkalimetalloxids oder Erdalkalimetalloxids in der Faser beruht. Dies ist mit dem Verfahren des Herstellens der anorganischen Faser verbunden. Das heißt, eine anorganische Faser wird hergestellt durch Schmelzen von Rohmaterialien und Abkühlen der Schmelze durch eine geeignete Vorrichtung zu einer faserförmigen amorphen Struktur. In der Schmelze bildet ein Aggregat von Komponenten, welche Kerne von Fasern bilden, wie SiO₂ und Al₂O₃, eine feste Netzwerkstruktur, die in den durch Abkühlen der Schmelze erhaltenen Fasern aufrechterhalten wird. Wo ein Alkalimetalloxid, z. B. Na₂O oder K₂O, oder ein Erdalkalimetalloxid, z. B. CaO, in der Schmelze vorhanden ist, ist die Netzwerkstruktur in kleine Aggregate aufzutrennen. Falls eine solche anorganische Faser in den Körper eindringt und einem Angriff von H⁺ oder OH^– in einer biologischen Flüssigkeit ausgesetzt ist, wird die Netzwerkstruktur unterbrochen, und die Kraft zum Zurückhalten faserbildender Komponenten in der Faserstruktur wird dadurch geschwächt, was den Komponenten erlaubt, sich herauszulösen.
Indem Vorteil aus dem vorstehend genannten Mechanismus gezogen wird, ist es eine hauptsächlich durchgeführte Praxis gewesen, ein Alkalimetalloxid oder ein Erdalkalimetalloxid als Komponente zum Erhöhen der Biolöslichkeit zuzusetzen. In manchen Fällen ist P₂O₅ oder Fe₂O₃ für den gleichen Zweck zugesetzt worden. Ein Manganoxid, eine wesentliche Komponente in der vorliegenden Erfindung, ist bisher als eine unvermeidbare Verunreinigung angesehen worden. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass der Einbau einer vorgeschriebenen Menge eines Manganoxids eine große Verbesserung der Biolöslichkeit einer anorganischen Faser mit sich bringt.
Unter Alkalimetalloxiden und Erdalkalimetalloxiden, die zum Erhöhen der Biolöslichkeit von anorganischen Fasern wirksam sind, ist Berylliumoxid (BeO) das wirksamste bezüglich der Wärmebeständigkeit, bewertet durch Ausdrücken der eutektischen Temperatur eines mit SiO₂ kombinierten Systems. Trotzdem ist eine Berylliumverbindung ungeeignet als Material von biolöslichen Fasern wegen ihrer hohen Toxizität. Das zweitbeste Oxid (mit der zweithöchsten eutektischen Temperatur) ist MgO, dessen eutektische Temperatur mit SiO₂ 1543°C beträgt, was um 100°C oder mehr höher ist als diejenige eines SiO₂-CaO-Systems.
Demgemäß ist es wesentlich, SiO₂ und MgO zu kombinieren, um sowohl die Wärmebeständigkeit einer anorganischen Faser als auch die biologische Abbaubarkeit zu erhöhen. Falls das SiO₂-MgO-System Na₂O, K₂O, CaO, SrO, P₂O₅ und/oder Fe₂O₃ enthält, ist jedoch die Wärmebeständigkeit verschlechtert, und das erhaltene System schmilzt unter 1400°C. Der Grund hierfür ist, dass diese Komponenten niedrig schmelzende Verbindungen mit SiO₂, MgO oder beiden bilden, deren Schmelzpunkt unter 1400°C liegt.
Im Gegensatz dazu verbessert der Einbau eines Manganoxids die Biolöslichkeit, ohne die hohe Wärmebeständigkeit des SiO₂-MgO-Systems zu verschlechtern. Der Grund hierfür ist, dass ein Manganoxid ungleich zu Na₂O, K₂O, CaO, SrO, P₂O₅ oder Fe₂O₃ mit SiO₂ und/oder MgO keine niedrig schmelzenden Verbindungen bildet.
Um eine anorganische Faser zu erhalten, die hauptsächlich SiO₂ und MgO umfasst, und nicht nur eine solche Wärmebeständigkeit, dass sie bei 1400°C nicht schmilzt, sondern eine höhere Biolöslichkeit als andere anorganische Fasern aufweist, die hauptsächlich SiO₂ und MgO umfassen, umfasst die anorganische Faser 60 bis 80 Gew.-% SiO₂ und 15 bis 30 Gew.-% MgO. Die anorganische Faser umfasst weiter 0,5 bis 20 Gew.-%, ausgedrückt als MnO, eines Manganoxids. Eine bevorzugte Zusammensetzung umfasst 65 bis 80 Gew.-% SiO₂, 15 bis 28 Gew.-% MgO und 2 bis 20 Gew.-%, ausgedrückt als MnO, eines Manganoxids. Eine besonders bevorzugte Zusammensetzung umfasst 65 bis 80 Gew.-% SiO₂, 15 bis 28 Gew.-% MgO und 4 bis 20 Gew.-%, ausgedrückt als MnO, eines Manganoxids. Eine speziell bevorzugte Zusammensetzung umfasst 70 bis 80 Gew.-% SiO₂, 15 bis 28 Gew.-% MgO und 4 bis 20 Gew.-%, ausgedrückt als MnO, eines Manganoxids.
SiO₂ ist eine Komponente, welche die Grundnetzstruktur der anorganischen Faser bildet und einen großen Beitrag zu der Wärmebeständigkeit leistet. Ein SiO₂-Gehalt von weniger als 60 Gew.-% führt zu einer geringen Wärmebeständigkeit. Ein SiO₂-Gehalt von mehr als 80 Gew.-% kann zu einer zu hohen Schmelzviskosität führen, welche die Faserbildung stören kann.
MgO ist nicht nur wesentlich bei der Durchführung des Abschreckens der Schmelze zu amorphen Fasern ähnlich zu SiO₂, sondern trägt zu der Biolöslichkeit der anorganischen Faser bei, da es eine höhere Biolöslichkeit als SiO₂ hat. Ein MgO-Gehalt von weniger als 15 Gew.-% macht die Faserbildung schwierig. Wenn der MgO-Gehalt 30 Gew.-% übersteigt, neigen die Mengen der anderen Komponenten dazu, unzureichend zur Ausbildung ihrer vollen Wirkungen zu sein.
Das Manganoxid ist wirksamer beim Verbessern der Biolöslichkeit als MgO und wird wirksamer im Verhältnis zu seinem Gehalt, wie in den später beschriebenen Beispielen gezeigt werden wird. Das Manganoxid ist ebenfalls wirksam, um die Viskosität der Schmelze zu erniedrigen und ist bevorzugt für die glatte Durchführung der Faserbildung. Um diese Wirkungen zu zeigen, wird das Manganoxid in einer Menge von wenigstens 0,5 Gew.-%, ausgedrückt als MnO, verwendet. Ein MnO-Gehalt von mehr als 20 Gew.-% führt zu einer unvorteilhaften Viskosität der Schmelze für die Faserbildung.
Neben ihrer Eigenschaft, biolöslich zu sein, wie vorstehend beschrieben, ist die anorganische Faser der vorliegenden Erfindung bezüglich der Wärmebeständigkeit anorganischen Fasern des Standes der Technik gleich oder überlegen. Die anorganische Faser in dem vorstehend beschriebenen Zusammensetzungsbereich hat eine niedrige prozentuale Schrumpfung von 5% oder weniger, wenn sie 8 Stunden auf 1200°C erwärmt wird, was für die praktische Verwendung ausreichend ist. Die anorganische Faser in dem vorstehend beschriebenen Zusammensetzungsbereich hält ihre fasrige Form aufrecht, selbst wenn sie 8 Stunden auf 1400°C erhitzt wird, wie in den nachstehend angegebenen Beispielen gezeigt. Im Hinblick darauf, dass die Wärmebeständigkeit hauptsächlich auf SiO₂ beruht, kann der SiO₂-Gehalt innerhalb des vorstehend genannten Bereichs erhöht werden, wenn die Wärmebeständigkeit von besonderem Interesse ist.
Falls erwünscht, kann die anorganische Faser der Erfindung andere Komponenten zusätzlich zu SiO₂, MgO und dem Manganoxid enthalten.
Rohmaterialien, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, haben einen Al₂O₃-Gehalt von 2 Gew.-% oder weniger und einen CaO-Gehalt von 3 Gew.-% oder weniger. Al₂O₃ reagiert mit SiO₂ unter Bildung von Alumosilicaten, welche eine verringerte Biolöslichkeit der resultierenden anorganischen Faser hervorrufen. CaO reagiert mit SiO₂ unter Bildung niedrig schmelzender Verbindungen, welche eine verringerte Wärmebeständigkeit der resultierenden Faser hervorrufen. Ferner verringert die Anwesenheit von zu viel Alkalimetall- oder Erdalkalimetalloxiden, wie Na₂O, K₂O und BaO, die Wärmebeständigkeit der Faser. Demgemäß sind diese Oxide in einer Menge von jeweils nicht mehr als 0,5 Gew.-% vorhanden.
Die anorganische Faser der vorliegenden Erfindung wird erhalten durch Erwärmen einer Rohmaterialmischung auf eine hohe Temperatur zwischen 1700°C und 2000°C und Bilden von Fasern aus der Schmelze durch Abschrecken. Die Faserbildung durch Abschrecken wird z. B. durch Blasen oder Spinnen bewirkt. Die Rohmaterialien, die in der Erfindung verwendet werden können, umfassen nicht nur reine Materialien, sondern Quarzsand als SiO₂-Quelle, Magnesit, Magnesiaklinker, Olivin und Olivinsand als MgO-Quelle und Mangandioxid, Bodenmangan, Manganerz, Rhodonit und Tephroit als MnO-Quelle.
Die vorliegende Erfindung wird nun im Einzelnen mit Bezug auf die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele erläutert.
BEISPIELE 1 BIS 11 UND VERGLEICHSBEISPIELE 1 BIS 11
Quarzsand, Magnesiumoxid und Mangandioxid wurden in einem vorbestimmten Verhältnis vermischt, und die Mischung wurde in einem elektrischen Ofen bei 1700°C bis 2000°C geschmolzen. Die Schmelze wurde durch Blasen zu Fasern gebildet. Die Zusammensetzungen der anorganischen Fasern sind in den Tabellen 1 und 2 nachstehend gezeigt. In den Tabellen bedeutet "Andere" Verunreinigungen, die aus den Rohmaterialien stammen, einschließlich Alkalimetalle, Erdalkalimetalle mit Ausnahme von Ca und Mg, und Eisenoxide. Das Vergleichsbeispiel 10 ist eine hoch wärmebeständige keramische Faser, die gewöhnlich in der Technik verwendet wird. Das Vergleichsbeispiel 11 ist eine Faser, die als "Kategorie 0 (keine Karzinogenität)" gemäß der europäischen Klassifikation der Biolöslichkeit klassifiziert ist.
TABELLE 1 Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)
TABELLE 2 Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)
Löslichkeitsprüfung

Jede der in den Tabellen 1 und 2 gezeigten anorganischen Fasern wurde durch ein Sieb mit einer Maschenzahl von 325 filtriert, um teilchenförmiges Material (gewöhnlich als "Perlen" bezeichnet) zu entfernen. Ein genau 0,1 g wiegender aliquoter Teil wurde auf ein Filterpapier gegeben, das auf der Öffnung eines Behälters lag. Physiologische Kochsalzlösung mit der nachstehend gezeigten Formulierung wurde darauf unter Verwendung einer Mikropumpe mit einer Rate von 0,3 ml/min getropft. Während die physiologische Kochsalzlösung durch die Faser auf dem Filterpapier hindurchging, wurden die Faserkomponenten eluiert. Die physiologische Kochsalzlösung wurde bei 37°C (der Temperatur von biologischen Flüssigkeiten) gehalten. Das Eluat in dem Behälter wurde nach 96 Stunden entnommen und mit einer ICP-AES-Apparatur analysiert, um die Menge des Gelösten (Faserkomponenten) zu bestimmen, woraus die Löslichkeit der Faser berechnet wurde. Da ein Unterschied in der Faseroberfläche aufgrund eines Unterschieds im Faserdurchmesser sich in der so erhaltenen Löslichkeit widerspiegelt, wurde der Faserdurchmesser getrennt gemessen, um die Oberfläche zu erhalten, für welche die Löslichkeit korrigiert wurde, um eine Löslichkeit pro Zeiteinheit pro Oberflächeneinheit (ng/cm²·h, hierin nachstehend als Auflösungsratekonstante bezeichnet) zu erhalten. Formulierung von physiologischer Kochsalzlösung

Wasser	1 Liter
Natriumchlorid	6,780 g
Ammoniumchlorid	0,535 g
Natriumhydrogencarbonat	0,268 g
Natriumdihydrogencitrat	0,166 g
Natriumcitrat-Dihydrat	0,059 g
Glycin	0,450 g
Calciumchlorid	0,022 g
Schwefelsäure	0,049 g
pH = 7,4

Wärmebeständigkeitsprüfung
Jede der in den Tabellen 1 und 2 gezeigten anorganischen Fasern wurde gründlich entwirrt. Nachdem teilchenförmiges Material "Perlen" entfernt war, wurden etwa 10 g der Faser in einen Tiegel gegeben ohne zu pressen. Der Tiegel wurde in einen elektrischen Ofen verbracht. Die Ofentemperatur wurde mit einer Geschwindigkeit von 200°C/h auf 1400°C erhöht, bei welcher Temperatur der Tiegel 8 Stunden gehalten wurde. Nach dem Abkühlen wurde der Tiegel aus dem Ofen entnommen, und der Inhalt wurde mit dem bloßen Auge und durch Anfühlen bewertet. Die Wärmebeständigkeit wurde ausgedrückt als Beibehaltung der Form auf einer Skala von A bis D wie folgt:

A Die Faserform wird beibehalten. Die Faser zeigt Flexibilität.
B Die Faserform wird beibehalten. Die Faser zeigt geringe Flexibilität.
C Die Faserform wird beibehalten, aber die Faser fällt beim starken Pressen zusammen.
D Die Faser liegt in vollständig geschmolzenem Zustand vor.

Die erhaltenen Prüfergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt. Von den anorganischen Fasern waren diejenigen mit einem MnO-Gehalt über 10 Gew.-% (Beispiele 7 bis 9 und Vergleichsbeispiel 2) denen mit einem MnO-Gehalt von 10 Gew.-% oder weniger hinsichtlich der Leichtigkeit der Faserbildung geringfügig unterlegen, jedoch zur Bildung von Fasern befähigt, die bei der Regelung der Elektrizitätsmenge des elektrischen Ofens nicht unterlegen waren. Die Zusammensetzung des Vergleichsbeispiels 1, das einen MnO-Gehalt von über 20 Gew.-% hatte, hatte eine so niedrige Viskosität, dass die Faserbildung schwierig war. Wie in der Tabelle 3 gezeigt, haben Fasern, die ein Mangandioxid enthalten, eine höhere Auflösungsratekonstante in physiologischer Kochsalzlösung. Da die Biolöslichkeit stark von dem Grad der Trennung der Fasernetzwerkstruktur abhängt, wie früher erwähnt, wurde der Trennungsgrad der Netzwerkstruktur standardisiert. Das heißt, unter der Annahme, dass die das Netzwerk bildenden Komponenten Si (SiO₂) und Al (Al₂O₃) sind, und dass die das Netzwerk trennenden Komponenten Mg (MgO), Ca (CaO) und Mn (MnO) sind, wird das Verhältnis dieser Komponenten, definiert durch die folgende Gleichung, als Netzwerktrennungsindex, der Einfachheit halber "Trennungsindex", genommen. In dem Konzept der Netzwerktrennung sind Si, Al, Mg, Ca und Mn in molarer Menge wiedergegeben. Trennungsindex = (Mg + Ca + Mn (mol%))/(Si + Al (mol%))
Der Trennungsindex der anorganischen Fasern der Beispiele 1 bis 11 und der Vergleichsbeispiele 5 bis 9, die einfach hergestellt worden waren und bei 1400°C nicht schmolzen, wurde erhalten. Der Trennungsindex und die Auflösungsratekonstante dieser anorganischen Fasern sind in der Tabelle 4 gezeigt, und ihre Beziehung ist in 1 gezeigt. Wie in 1 gezeigt, werden – obwohl die Auflösungsratekonstante stark durch den Trennungsindex beeinflusst wird, ausreichend signifikante Unterschiede der Auflösungsratekonstante zwischen den anorganischen Fasern der Beispiele, die Manganoxid enthalten, und der Vergleichsbeispiele, die kein oder nur wenig Manganoxid enthalten, beobachtet. Daher wurde der Einfluss des Trennungsindex auf die Auflösungsratekonstante aus den Ergebnissen wie folgt ausgeschlossen. Die Neigung der in 1 gezeigten geraden Linie, 2575,4, wurde als Grad des Einflusses durch den Trennungsindex genommen. Dieser Wert wurde verwendet, um die Auflösungsratekonstante bei einem Trennungsindex von 0,8 (hierin nachstehend als Trennungsindex korrigierte Auflösungsratekonstante) gemäß der Gleichung zu berechnen: Trennungsindex korrigierte Auflösungsratekonstante = jede Auflösungsratekonstante – 2575,4 × (jeder Trennungsindex – 0,8)
Die Analyse der Beziehung zwischen der Trennungsindex korrigierten Auflösungsratekonstante und dem MnO-Gehalt zeigt die Wirkungen des Manganoxids auf die Auflösungsratekonstante. Die Tabelle 5 zeigt die MnO-Gehalte und die Trennungsindex korrigierten Auflösungsratekonstanten, und 2 gibt die Beziehung zwischen ihnen wieder. 2 zeigt den Einfluss von Manganoxid auf die Trennungsindex korrigierte Auflösungsratekonstante. Sogar ein MnO-Gehalt so niedrig wie 0,5% ist wirksam, und die Anwesenheit von 4% oder mehr MnO ergibt eine beträchtlich erhöhte Wirkung. Der Grund dafür scheint zu sein, dass Mn bei der Trennung der anorganischen Fasernetzwerkstruktur wirksamer ist als Mg, und dass die Anwesenheit von 4% oder mehr MnO die Trennwirkung sicherstellt. Die anorganischen Fasern der Beispiele sind in diesen Parametern der gewöhnlich verwendeten keramischen Faser des Vergleichsbeispiels 10 stark überlegen und sind sogar der anorganischen Faser des Vergleichsbeispiels 11 überlegen, die als "Kategorie 0 (keine Karzinogenität)" klassifiziert ist.
TABELLE 3
TABELLE 4
TABELLE 5
Mit Bezug auf die Wärmebeständigkeit schmolzen die anorganischen Fasern der Vergleichsbeispiele 1 und 2, die einen SiO₂-Gehalt von weniger als 60 Gew.-% hatten, beim Erwärmen auf 1400°C. Fasern mit einem SiO₂-Gehalt von 60 Gew.-% oder mehr wie in den Beispielen schmelzen bei 1400°C nicht. Es ist ersichtlich, dass SiO₂-Gehalte von 65 Gew.-% oder mehr wie in den Beispielen, ausgenommen Beispiele 9 und 11, eine ausreichende Wärmebeständigkeit sicherstellen, und dass SiO₂-Gehalte von 70 Gew.-% oder mehr wie in den Beispielen 1 bis 4, 6 und 10 eine weiter verbesserte Wärmebeständigkeit sicherstellen. Die Zusammensetzungen der Vergleichsbeispiele 1, 3 und 4 zeigen eine beträchtliche Schwierigkeit bei der Faserbildung und sind zur Herstellung mit der vorliegenden Vorrichtung ungeeignet.
Die anorganischen Fasern gemäß der vorliegenden Erfindung weisen gegenüber herkömmlichen anorganischen Fasern Gleichheit oder Überlegenheit in der Wärmebeständigkeit und wegen der beschleunigten Trennung der Fasernetzwerkstruktur eine Überle genheit in der Biolöslichkeit gegenüber herkömmlichen anorganischen Fasern auf und minimieren daher nachteilige Einflüsse auf einen lebenden Körper.

Claims

Anorganische Faser, umfassend als wesentliche Komponenten SiO₂ in einer Menge von 60 bis 80 Gew.-%, MgO in einer Menge von 15 bis 30 Gew.-% und ein Manganoxid in einer Menge von 0,5 bis 20 Gew.-%, wobei die anorganische Faser einen amorphen Teil hat, der diese wesentlichen Komponenten in seiner Struktur umfasst, wobei die anorganische Faser weiter Al₂O₃ in einer Menge von 2 Gew.-% oder weniger, CaO in einer Menge von 3 Gew.-% oder weniger und jedes von Na₂O, K₂O und BaO in einer Menge von 0,5 Gew.-% oder weniger umfasst, wobei die Faser frei ist von Titandioxid und Zirconiumoxid.
Anorganische Faser nach Anspruch 1, enthaltend SiO₂ in einer Menge von 65 bis 80 Gew.-%, MgO in einer Menge von 15 bis 28 Gew.-% und das Manganoxid in einer Menge von 4 bis 20 Gew.-%.
Verfahren zum Herstellen einer anorganischen Faser, umfassend: Erwärmen einer Rohmaterialmischung auf 1700 bis 2000°C zum Erhalt einer Schmelze, wobei das Rohmaterial SiO₂ in einer Menge von 60 bis 80 Gew.-%, MgO in einer Menge von 15 bis 30 Gew.-%, ein Manganoxid in einer Menge von 0,5 bis 20 Gew.-%, Al₂O₃ in einer Menge von 2 Gew.-% oder weniger, CaO in einer Menge von 3 Gew.-% oder weniger und jedes von Na₂O, K₂O und BaO in einer Menge von 0,5 Gew.-% oder weniger umfasst, wobei die Rohmaterialmischung frei ist von Titandioxid und Zirconiumoxid, und Bilden von Fasern aus der Schmelze durch Abschrecken.