DE69807278T2

DE69807278T2 - Nicht kristalline biologisch abbaubare hitzebeständige anorganische Si02,Ca0 und P205 enthaltende Faser

Info

Publication number: DE69807278T2
Application number: DE1998607278
Authority: DE
Inventors: Susumu Aoki; Kiyoshi Fukuoka; Shiro Kamiko; Noboru Kobayashi
Original assignee: Nichias Ceratech Corp; Nichias Corp
Current assignee: Nichias Ceratech Corp; Nichias Corp
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 2002-12-19
Anticipated expiration: 2018-03-26
Also published as: EP0867416A2; JPH10324542A; EP0867416B1; DE69807278D1; AU5951898A; EP0867416A3; JP3375529B2; AU732283B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft nicht kristalline anorganische Fasern, ausgezeichnet in ihrer Wärmewiderstandsfähigkeit und ihrer Körperflüssigkeitslöslichkeit.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Eine Steinwolle ist eine glasartige anorganische Faser, erhalten durch Zugabe von Silica. Dolomit usw., also eine Komponente zum Einstellen der Verhältnisse, zu einer Mischung aus Stahlschlacke und verschiedenen mineralischen Rohmaterialien, Erwärmen und Schmelzen der resultierenden Mischung in einem Kupolofen oder einem elektrischen Ofen und Formen von Fasern aus der Schmelze durch ein Verfahren des Blasens der Schmelze mit kommpressierter Luft (Blasverfahren), einem Verfahren der Herbeiführung einer Kollision der Schmelze mit einem Hochgeschwindigkeitsrotor (Rotorverfahren) usw.
Die Zusammensetzung umfasst im Allgemeinen von 35 bis 50 Gew.-% SiO&sub2;, von 10 bis 20% Al&sub2;O&sub3;, von 30 bis 40 Gew.-% CaO, von 3 bis 6 Gew.-% MgO und von 0,1 bis 3 Gew.-% FeO + Fe&sub2;O&sub3;, und, in vielen Fällen, weitere Verunreinigungen, herstammend aus den Rohmaterialien, wie TiO&sub2;, MnO, Cr&sub2;O&sub3;, BaO, Na&sub2;O, K&sub2;O, S usw., in einer Gesamtmenge von etwa 5 Gew.-%.
Steinwollen, die relativ billige nicht brennbare Fasern sind, werden weit verbreitet verwendet als feuerfeste Abdeckmaterialien und Hochtemperaturwärmeisolationsmaterialien, im Zustand der Fasern als solche und ebenso als Isolationsmaterial in der Form von Tüchern, Matten, Filzstoffen, Tafeln usw. Wie dem auch sei, in konventionellen allgemeinen Steinwolleprodukten ist das obere Limit der Verwendungstemperatur allerhöchstens 750ºC, und Steinwolleprodukte werden häufig aufgeweicht oder schmelzen bei höheren Temperaturen als die obengenannte Temperatur, um so starkes Schrumpfen und Deformation hervorzurufen.
Derzeit müssen keramische Fasern, wie Fasern der Serie Silica-Alumina, für Anwendungen verwendet werden, die Widerstandsfähigkeit gegenüber einer hohen Temperatur von etwa 800ºC oder mehr benötigen. Keramische Fasern sind allerdings sehr viel teurer, verglichen mit Steinwollen.
Es wurde auch bestätigt, dass, wenn Stäube von keramischen Fasern von Menschen eingeatmet und in der Lunge akkumuliert werden, es eine Möglichkeit der Hervorrufung verschiedener Krankheiten der Atmungsorgane gibt, so dass eine bestimmte Regulierung im Hinblick auf die Verwendung von keramischen Fasern für feuerfeste Abdeckmaterialien usw. entwickelt wurde.
Solch eine Regulierung wurde auch kürzlich für Steinwolle eingeführt.
Der Grund der Krankheiten von Atmungsorganen, zuschreibbar den anorganischen Fasern, ist kompliziert und viele Fragen sind in diesem Zusammenhang noch unbeantwortet, es wird jedoch angenommen, dass die meisten der Probleme entfernt werden können, wenn die in die Lunge eingeatmeten anorganischen Fasern in der Körperflüssigkeit aufgelöst werden und diese dort also absorbiert werden.
Also ist es im Hinblick auf die Einflüsse auf die menschliche Gesundheit erwünscht, die Löslichkeit von anorganischen Fasern in Körperflüssigkeit zu erhöhen, so dass selbst wenn Stäube von anorganischen Fasern in die Lungen eingeatmet werden, diese dort nicht akkumulieren und krankheitserregende Aktionen hervorrufen. Hinsichtlich des Obengesagten wird die Löslichkeit von anorganischen Fasern in Körperflüssigkeit wichtig und anorganische Fasern mit einer guten Löslichkeit, in einem Löslichkeitstest, durchgeführt unter Verwendung einer physiologischen Kochsalzlösung (d. h. einer physiologischen Natriumchloridlösung) anstelle der Körperflüssigkeit, werden benötigt.
In der Deutschen Gefahrstoffverordnung (TRGS 905, offiziell bekannt gegeben durch das BMA) wird ein Indikatorwert, genannt der KI-Wert, der kalkuliert wird auf einer chemischen Zusammensetzung, als Bestimmungsstandard für die Körperflüssigkeitslöslichkeit verwendet, d. h. die Sicherheit, anstelle des oben beschriebenen Löslichkeitstests. Das heißt, im Hinblick auf anorganische Fasern, der Wert, erhalten durch Abziehen der zweifachen Menge (Gewichtsprozent) an Aluminiumoxid aus der Summe des Gesamtinhalts (Gewichtsprozent) an Oxiden des Natriums, des Kaliums, des Calciums, des Magnesiums, des Bariums und des Bors, in der Zusammensetzung, wird als karzinogener Index definiert, d. h. als KI-Wert. Je geringer der Wert, desto höher ist die gefährliche Eigenschaft und anorganische Fasern mit einem Wert von 40 oder höher werden so behandelt, als würden sie keine karzinogene Möglichkeit umfassen.
Die keramischen Fasern der Serie Alumina-Silicat z. B. können hohe Temperaturen von 1000 bis 1300ºC aushalten. Wie dem auch sein, da die konstituierenden Komponenten etwa 50 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; und etwa 50 Gew.-% SiO&sub2; aufweisen, erreicht der KI-Wert -100 und die keramischen Fasern sind chemisch stabil und haben eine sehr große Widerstandsfähigkeit gegenüber einer physiologischen Kochsalzlösung. Werden die keramischen Fasern darüber hinaus einer hohen Temperatur von 1000ºC oder höher ausgesetzt, so wird Cristobalit geformt, was eine Art an freier Kieselsäure ist. Die keramischen Fasern, mit geformter freier Kieselsäure, sind ein Grund von Krankheiten der Atmungsorgane, wie der Silicose. In Übereinstimmung damit wurde die Erkenntnis verstärkt, dass keramische Fasern schädliche Fasern für den menschlichen Körper sind. Die IARC (International Agency for Research on Cancer) hat keramische Fasern als Stoff eingeordnet, der möglicherweise karzinogene Eigenschaften für Menschen aufweist.
Der KI-Wert von üblicher Steinwolle mit der oben beschriebenen Zusammensetzung ist sehr viel größer, verglichen mit dem der keramischen Fasern, aber dieser Wert erreicht nicht 40 und ist ungefähr von 5 bis 18. Die Löslichkeit in physiologischer Kochsalzlösung ist nicht so sehr verschieden von der der keramischen Fasern. In Übereinstimmung damit hat die IARC befunden, im Hinblick auf die Schädlichkeit im Falle der Akkumulierung von Steinwolle im menschlichen Körper, dass Steinwolle möglicherweise eine Substanz ist, mit einer karzinogenen Eigenschaft für einen Menschen, wie im Fall der keramischen Fasern.
Im Hinblick auf die Steinwolleserie an nicht kristallinen anorganischen Fasern wurde der Versuch der Verbesserung der Körperflüssigkeitslöslichkeit unternommen. Zum Beispiel werden in der Erfindung der JP-B-7-42139 (der Ausdruck "JP-B", so wie er hier verwendet wird, bedeutet eine geprüfte publizierte japanische Patentanmeldung) Erdalkalimetallsilicatfasern mit einer guten Löslichkeit in einer physiologischen Kochsalzlösung erhalten, durch Formen einer Zusammensetzung, umfassend von 0,1 bis 30 Gew.-% MgO und von 0 bis 10 Gew.-% Al&sub2;O&sub3;, wobei der Rest SiO&sub2; und CaO ist. Die Berechnung der KI-Werte der Fasern, offenbart in den Beispielen, ergibt KI-Werte im Bereich von ungefähr 20 bis 50. Im Hinblick auf die Löslichkeit sind die Fasern verbessert, verglichen mit allgemeiner Steinwolle, aber viele Fasern sind immer noch nicht ausreichend. Im Hinblick auf die Wärmewiderstandsfähigkeit stellt JP-B-7-42139 klar, dass die Fasern kontinuierlich in einem Temperaturbereich von etwa 743ºC bis 815ºC verwendet werden können. Wie dem auch sei, einige der Fasern in den Beispielen haben keine hohe Wärmewiderstandsfähigkeit und es erscheint, dass die Wärmewiderstandsfähigkeit dieser Fasern gleich ist oder nur leicht verbessert im Hinblick auf konventionelle Steinwolle.
Die nicht geprüfte publizierte PCT-Patentanmeldung JP-W-8-511760 offenbart anorganische Fasern, mit einer Biozersetzungseigenschaft, hergestellt aus von 40 bis 67 Gew.-% SiO&sub2; und von 20 bis 45 Gew.-% CaO als nicht ersetzbare Komponenten. Die KI-Werte sind nicht beschrieben, aber die Berechnung von KI-Werten der anorganischen Fasern, gezeigt in den Beispielen ergibt KI-Werte von 40 oder höher. Wie dem auch sei, die Grenze der Wärmewiderstandsfähigkeit, so wird angenommen, ist etwa 700ºC und übersteigt also nicht die von konventioneller Steinwolle.
Weiter offenbart die JP-A-4-228455 (der Ausdruck "JP-A", so wie er hier verwendet wird, bedeutet eine nicht geprüfte publizierte japanische Patentanmeldung) anorganische Fasern, zusammengesetzt aus von 37 bis 58 Gew.-% SiO&sub2;, von 7 bis 40 Gew.-% CaO, von 4 bis 16 Gew.-% MgO, von 1 bis 10 Gew.-% P&sub2;O&sub5;, von 4 bis 14 Gew.-% Al&sub2;O&sub2; und von 4 bis 14 Gew.-% Fe&sub2;O&sub3;, als nicht ersetzbare Komponenten, und erklärt, dass, wenn diese anorganischen Fasern in Kontakt gebracht werden mit einem physiologischen Medium, die Fasern zersetzt werden. Wie dem auch sei, die KI-Werte in allen Beispielen erreichen nicht 40 und die Wärmewiderstandsfähigkeit dieser anorganischen Fasern ist fast gleich der von konventioneller Steinwolle.
Der KI-Wert wird nicht nur als nützlicher Sicherheitsbestimmungsstandard in Deutschland angesehen sondern auch in der Welt. In Übereinstimmung damit kann die Verbesserung der Wärmewiderstandsfähigkeit von Steinwolle nicht in Betracht gezogen werden ohne auch den KI-Wert zu betrachten. Unter Berücksichtigung nicht nur der Steinwollen sondern auch der keramischen Fasern kann allerdings bislang kein Material erhalten werden, das eine hohe Wärmewiderstandsfähigkeit aufweist, fähig zum Widerstehen einer hohen Temperatur von mehr als 1000ºC, mit einem KI-Wert von 40 oder höher.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung anorganische Fasern zur Verfügung zu stellen, die nicht kristalline anorganische Fasern sind, fähig zum einfachen Herstellen bei geringen Kosten, ähnlich wie Steinwolle, und die eine hohe Wärmewiderstandsfähigkeit aufweisen, fast gleich den keramischen Fasern, mit einem KI-Wert von 40 oder höher und einer geringen Akkumulierungsneigung im menschlichen Körper.
Das heißt, die neuen anorganischen Fasern der vorliegenden Erfindung sind nicht kristalline anorganische Fasern, zusammengesetzt aus SiO&sub2; und CaO als Hauptkomponenten, mit einem KI-Wert von 40 oder höher, wobei die nicht kristallinen anorganischen Fasern P&sub2;O&sub5; enthalten, als nicht vermeidbare kleine Komponente, zur Verbesserung der Wärmewiderstandsfähigkeit, in einer notwendigen Menge zum Erreichen einer Wärmewiderstandsfähigkeit, fähig zum Widerstehen einer Erwärmung auf 1000ºC für 3 Stunden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Figur ist ein Graph, der den Einfluss des Gehalts an CaO und der Zugabe an P&sub2;O&sub5; auf die Wärmewiderstandsfähigkeit einer Serie an nicht kristallinen anorganischen SiO&sub2;- CaO-Fasern zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

In der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck "fähig zum Widerstehen einer Erwärmung auf 1000ºC für 3 Stunden", dass die Schrumpfrate geringer als 5% nach dem Erwärmungstest bei 1000ºC für 3 Stunden im Wärmewiderstandsfähigkeitstestverfahren ist, das in den unten gezeigten Beispielen beschrieben wird.
In der typischen chemischen Zusammensetzung von anorganischen Fasern der vorliegenden Erfindung macht CaO ungefähr von 40 bis 43 Gew.-% aus, die Menge der Gesamtsumme von CaO und SiO&sub2; ist mindestens 85 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 90 Gew.-%, und P&sub2;O&sub5;, was eine nicht vermeidbare dritte Komponente ist, macht etwa von 0,5 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise ungefähr von 1 bis 7 Gew.-% aus.
Selbst im Hinblick auf die Komponenten, üblicherweise enthalten in vielen Steinwollen ist es bevorzugt, dass die Gehalte an Komponenten, verschieden von den oben beschriebenen drei Komponenten, so gering wie möglich sind, in der vorliegenden Erfindung. Solange Mineralien als Rohmaterialien verwendet werden, ist die Einführung von nicht notwendigen Komponenten als Verunreinigung nicht vermeidbar. Wie dem auch sei, es ist bevorzugt, dass der Gehalt an Al&sub2;O&sub3; nicht mehr als 0,3 Gew.-%, der Gehalt an MgO nicht mehr als etwa 3 Gew.-% und der Gesamtgehalt an anderen Metalloxiden nicht mehr als etwa 2 Gew.-% ausmacht.
Wie oben beschrieben wird in den anorganischen Fasern der vorliegenden Erfindung die fundamentale Zusammensetzung aus SiO&sub2; und CaO als Hauptkomponenten verwendet und eine geringe Menge an P&sub2;O&sub5; wird eingeführt als wärmewiderstandsfähigkeitsverbessernde Komponente. Dies basiert auf dem folgenden Wissen, erhalten im Prozess der Untersuchung von Zusammensetzungen, fähig zum Erreichen des Ziels der vorliegenden Erfindung.
Zuerst, als Resultat der erneuten Untersuchung der Hauptkomponenten, die übliche Steinwolle konstituieren, wurden die folgenden Befunde bestätigt:
(1) Al&sub2;O&sub3; ist nicht nur die Komponente, die den KI-Wert reduziert, sondern auch eine Komponente, die merklich die tatsächliche Löslichkeit in einer physiologischen Kochsalzlösung herabsetzt. In Übereinstimmung damit ist es notwendig, den Gehalt an Al&sub2;O&sub3; so gering wie möglich zu machen, idealerweise ist der Gehalt davon Null.
(2) MgO ist eine profitable Komponente, im Hinblick auf die Erhöhung des KI-Wertes, aber es besteht eine Tendenz der Reduzierung der tatsächlichen Löslichkeit in einer physiologischen Kochsalzlösung (siehe Tabelle 4 unten). In Übereinstimmung damit ist es erwünscht, den Gehalt der Komponente so gering wie möglich zu machen.
(3) CaO ist eine der Hauptkomponenten in konventionellen Steinwollen und erhöht sowohl den KI-Wert als auch die Löslichkeit in der physiologischen Kochsalzlösung.
Basierend auf diesen Resultaten werden als bevorzugte Zusammensetzung an Fasern, im Hinblick auf den KI-Wert und die Löslichkeit in einer physiologischen Kochsalzlösung, Calciumsilicatfasern, umfassend SiO&sub2; und CaO als Hauptkomponenten in Betracht gezogen. Um den KI-Wert in der Zusammensetzung auf 40 oder höher zu bringen ist es notwendig, dass der Gehalt an CaO etwa 40 Gew.-% oder mehr beträgt, während Fasern der SiO&sub2;-CaO-Serie mit einer Menge an CaO von 40 Gew.-% oder mehr schlecht in der Wärmewiderstandsfähigkeit sind, wobei die Temperatur, die die Fasern aushalten können allerhöchstens 750ºC beträgt.
Wie dem auch sei, die Wärmewiderstandsfähigkeit kann sehr stark verbessert werden durch die Einführung einer geringen Menge an P&sub2;O&sub5;, so dass die Fasern Erwärmung auf 1000ºC für 3 Stunden aushalten können. Weiter wurde bestätigt, dass diese Fasern auch im Hinblick auf ihre Zusammensetzung stabil werden. Dies wird wie folgt erklärt. Stabiles Wollastonit kann sehr schnell geformt werden unter Verwendung von P&sub2;O&sub5; als Kern bei der Formung von Wollastonit aus SiO&sub2; und CaO in den Fasern, erwärmt auf eine hohe Temperatur, wodurch die Freisetzung von Silica verhindert wird und zur gleichen Zeit das Auftreten von Schrumpfung und der Kollaps der Fasern verhindert wird.
Wie dem auch sei, übersteigt der Gehalt an CaO etwa 43 Gew.-%, so wird eine merkliche Reduktion der Wärmewiderstandsfähigkeit hervorgerufen, und selbst wenn P&sub2;O&sub5; eingeführt wird ist es schwierig eine ausreichende Wärmewiderstandsfähigkeit zu erreichen.
Weiter kann ausgeführt werden, dass P&sub2;O&sub5; eine Komponente ist, die keinen Einfluss auf den KI-Wert hat und leicht die tatsächliche Löslichkeit in einer physiologischen Kochsalzlösung herabsetzt. Da der Einfluss dieser Komponente gering ist (wie in Tabelle 3 unten gezeigt), kann die Komponente als wärmewiderstandsfähigkeitsverbessernde Komponente verwendet werden, um anorganische Fasern zu erhalten, mit einer geringeren Akkumulationsneigung im menschlichen Körper.
Die Figur ist ein Graph, der die Einflüsse der Menge an CaO und der Zugabe an P&sub2;O&sub5; auf die Wärmewiderstandsfähigkeit der oben beschriebenen anorganischen Fasern der SiO&sub2;-CaO-Serie zeigt. Es kann aus der Figur geschlossen werden, dass die große Wärmewiderstandsfähigkeit der anorganischen Fasern (Evaluierungen: O und ), d. h. 5% oder geringere Schrumpfung durch Erwärmung auf 1000ºC für 3 Stunden, erhalten wird durch die Einführung von P&sub2;O&sub5; in anorganische Fasern mit einem Gehalt an CaO von 40 bis 43 Gew.-%. Das Wärmewiderstandsfähigkeitstestverfahren ist das gleiche, das in den unten beschriebenen Beispielen verwendet wird und die Daten sind aus den Testresultaten der Proben der Beispiele extrahiert, sowie der Vergleichsbeispiele, unten beschrieben, und anderer Proben, einschließlich kommerziell erhältlicher Proben.
Wie oben beschrieben weisen die nicht kristallinen anorganischen Fasern einen KI-Wert von 40 oder höher (üblicherweise von 40 bis etwa 42) auf, zusammen mit einer ausgezeichneten Löslichkeit in physiologischer Kochsalzlösung, und die hohe Wärmewiderstandsfähigkeit kann in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erhalten werden.
Bei der Herstellung der anorganischen Fasern der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass P&sub2;O&sub5;, was die Komponente ist zur Verbesserung der Wärmewiderstandsfähigkeit, in einer Menge von ungefähr von 0,5 bis 7 Gew.-% eingeführt wird, bezogen auf das Gewicht der anorganischen Fasern. Der besonders bevorzugte Gehalt an P&sub2;O&sub5; ist ungefähr von 1 bis 6 Gew.-%. Ist der Gehalt an P&sub2;O&sub5; größer als der oben beschriebene Bereich (insbesondere 10 Gew.-% oder mehr), so ist es schwierig, die Wärmewiderstandsfähigkeit zu verbessern und den erwünschten KI-Wert beizubehalten. Im Hinblick auf das Produktionsverfahren ist es darüber hinaus dann schwierig, die Rohmaterialmischung zu schmelzen und Fasern daraus zu formen.
Unter Berücksichtigung des Gehalts an P&sub2;O&sub5; kann der Gehalt an CaO berechnet werden als die Menge, notwendig zum Erreichen eines KI-Werts von 40 oder höher. Der Gehalt an SiO&sub2;, der den Hauptteil der Restkomponenten ausmacht, ist ungefähr von 51 bis 58 Gew.-%. Beträgt der Gehalt an SiO&sub2; mehr als 58 Gew.-%, so kann es schwierig sein anorganische Fasern zu erhalten, mit einem KI-Wert von 40 oder höher, und liegt der Gehalt an SiO&sub2; unter 51 Gew.-%, so kann es schwierig sein anorganische Fasern mit einer Wärmewiderstandsfähigkeit zu erhalten.
Werden mineralische Rohmaterialien verwendet, so ist es nicht vermeidbar, dass viele andere Metalloxide, verschieden von den oben beschriebenen nicht ersetzbaren Komponenten, eingemischt werden aber es ist bevorzugt, dass deren Gehalt so gering wie möglich ist. Insbesondere der Gehalt an Al&sub2;O&sub3; ist höchstens 0,5 Gew.-%, vorzugsweise 0,3 Gew.-% oder weniger. Beträgt der Gehalt an Al&sub2;O&sub3; mehr als 0,5 Gew.-%, so wird es schwierig die erwünschten Werte im Hinblick auf den KI-Wert und die Löslichkeit in einer physiologischen Kochsalzlösung zu erhalten. MgO reduziert auch die Löslichkeit in einer physiologischen Kochsalzlösung, wie oben beschrieben, und also ist es bevorzugt, dass der Gehalt an MgO 3 Gew.-% oder weniger beträgt. Werden die andere Metalloxide als Verunreinigungen, wie Na&sub2;O, K&sub2;O, BaO und B&sub2;O&sub3;, in einer großen Menge eingeführt, so wird auch hier die Wärmewiderstandsfähigkeit reduziert. Daher ist es erwünscht, dass diese anderen Metalloxide jeweils in einer Menge von nicht mehr als 0,5 Gew.-% eingeführt werden, wobei die Gesamtmenge davon nicht mehr als 2 Gew.-% ausmacht.
Die anorganischen Fasern der vorliegenden Erfindung können hergestellt werden in der gleichen Art und Weise, wie beschrieben für die Herstellung von konventioneller Steinwolle, mit der Ausnahme, dass die Rohmaterialien und das Compoundierungsverhältnis so ausgewählt werden, dass die chemische Zusammensetzung die oben beschriebenen Bereiche erfüllt.
Geeignete Beispiele an Rohmaterialien, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen Silica (Quarz), Wollastonit, Schnellkalk (quick lime), Kalk (slaked lime), Calciumcarbonat, Dolomit, Magnesiumoxid, Magnesiumcarbonat, Phosphate an Alkalimetallen oder Erdalkalimetallen und Calciumpyrophosphat. Diese Rohmaterialien werden willkürlich compoundiert, die compoundierte Mischung wird erwärmt und geschmolzen, in einem elektrischen Ofen oder einem Kupolofen, und dann können Fasern geformt werden, durch ein gut bekanntes System, verwendet für die Herstellung von konventionellen Steinwollen, wie ein Blassystem und ein Rotorsystem.
Die anorganischen Fasern können durch ein übliches Verfahren aufgesammelt werden und dann zu einer Tafel oder zu anderen Formen geformt werden, durch Laminierung, Zugabe eines Bindemittels und Härtungsbehandlung usw., und sie können als wärmeisolierende Materialien und Ähnliches verwendet werden.

Beispiele und Vergleichsbeispiele

Wollastonit, Silica und Calciumpyrophosphat als Rohmaterialien wurden so gemischt, dass die in Tabelle 1 unten gezeigten Zusammensetzungen erhalten wurden. Die resultierenden Mischungen wurden erwärmt und geschmolzen, in einem elektrischen Ofen, und anorganische Fasern wurden durch ein Blasverfahren geformt und dann aufgesammelt.
Die so erhaltenen anorganischen Fasern wurden im Hinblick auf ihre Löslichkeit in einer physiologischen Kochsalzlösung und im Hinblick auf ihre Wärmewiderstandsfähigkeit in Übereinstimmung mit den folgenden Verfahren evaluiert.

Löslichkeit in physiologischer Kochsalzlösung

Die oben erhaltenen anorganischen Fasern wurden gemahlen, so dass sie durch ein Sieb von 200 mesh passten und 1 g jeder gemahlenen Probe wurde akkurat ausgewogen und in einen 300 ml Erlenmeyer-Kolben gegeben, ausgerüstet mit einem Stopfen. Dazu wurden 150 ml einer physiologischen Kochsalzlösung gegeben, der Kolben wurde in einen Inkubator mit einer Temperatur von 40ºC gegeben und der Kolben wurde horizontal für 50 Stunden bewegt, bei einer Rate von 120 mal pro Minute. Anschließend wurde die Probe filtriert und getrocknet und die nicht gelösten Komponenten wurden akkurat ausgewogen, wodurch der Verlust durch Auflösung erhalten werden konnte. Die Gewichtsreduktionsrate (%) [(Gewicht der eingeführten Probe - Gewicht der nicht gelösten Komponenten) 1 Gewicht der eingeführten Probe] · 100, ist definiert als Auflösungsrate in physiologischer Kochsalzlösung.

Testverfahren für die Wärmewiderstandsfähigkeit

In einen Schmelztiegel aus Porzellan (B-1 Produkt von Nikkato Corp., was ein Schmelztiegel ist, korrespondierend dem Typ B in Übereinstimmung mit JIS K 1301, mit einem Volumen von 30 ml) wurden 1,5 g einer Probe gegeben, die gut geschüttelt wurde, um Shots zu entfernen (partikelförmige Materialien), ohne Pressen, wonach die Oberfläche abgeflacht wurde. Nach dem Trocknen der Probe bei 110ºC wurde der Schmelztiegel, enthaltend die Probe, von der Oberseite fotografiert, um zu bestätigen, dass der Innendurchmesser des Schmelztiegels gleich dem Durchmesser der Fasermasse war Der Schmelztiegel wurde auf einen elektrischen Ofen gegeben, zuvor erwähnt auf eine Temperatur von 700ºC, und der Schmelztiegel wurde für 3 Stunden auf 700ºC erwärmt. Anschließend wurde der Schmelztiegel aus dem elektrischen Ofen genommen und nach Abkühlung auf Raumtemperatur wurde der Schmelztiegel von der Oberseite fotografiert, obwohl keine Veränderung beobachtet wurde. Anschließend wurde der Schmelztiegel in einen elektrischen Ofen, zuvor erwärmt auf 800ºC, gegeben, und für 3 Stunden erwärmt. Der Schmelztiegel wurde aus dem elektrischen Ofen genommen und wurde fotografiert. Anschließend wurde der Schmelztiegel auf 900ºC, 1000ºC und dann 1100ºC erwärmt, in Übereinstimmung mit den oben beschriebenen Prozeduren.
Nach Beendigung des Erwärmungstests wurde, unter Verwendung der in jeder Stufe aufgenommenen Fotografien, der Innendurchmesser des Schmelztiegels und der Durchmesser der Fasermasse im Schmelztiegel gemessen, durch Gleitpinzetten, um das Schrumpfverhältnis wie folgt zu berechnen.
Schrumpfverhältnis (%) = [(Innendurchmesser des Schmelztiegels - Durchmesser der Fasermasse)/Innendurchmesser des Schmelztiegels] · 100
Die Wärmewiderstandsfähigkeit der anorganischen Fasern wurde in Übereinstimmung mit den folgenden Kriterien evaluiert.
: 1% oder geringer
O: mehr als 1% bis 5%
Δ: mehr als 5% bis 10%
x: Schrumpfverhältnis ist mehr als 10% und die äußere Erscheinung zeigt klar an, dass die Probe sehr stark geschrumpft ist oder verändert wurde, durch Sinterung.
Zum Vergleich wurden Proben der folgenden Vergleichsbeispiele demselben Test unterworfen.
Vergleichsbeispiel 1: Zusammensetzung wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass kein P&sub2;O&sub5; enthalten war.
Vergleichsbeispiel 2: Zusammensetzung wie in Beispiel 4, mit der Ausnahme, dass kein P&sub2;O&sub5; enthalten war.
Vergleichsbeispiel 3: Zusammensetzung wie in Beispiel 6, mit der Ausnahme, dass kein P&sub2;O&sub5; enthalten war.
Vergleichsbeispiel 4: Konventionelle Standardsteinwolle.
Vergleichsbeispiel 5: Alumina-Silicat-Keramikfasern.
Vergleichsbeispiel 6: Kommerziell erhältliche anorganische Fasern als Fasern mit einer guten Löslichkeit in physiologischer Kochsalzlösung.
Die Resultate sind in Tabellen 1 und 2 unten gezeigt. Tabelle 1 Tabelle 2

Referenzbeispiel 1

Die Veränderung der Löslichkeit in physiologischer Kochsalzlösung, einer Steinwolle mit einer prinzipiellen Zusammensetzung aus SiO&sub2; und CaO mit einem KI-Wert (äquivalent dem Wert von CaO in Gewichtsprozent) von etwa 42 durch die Einführung von P&sub2;O&sub5; in die Steinwolle wurde untersucht. Die Resultate sind in Tabelle 3 unten angegeben.
Es kann von diesen Resultaten geschlossen werden, dass die Stabilität der Steinwolle in einer physiologischen Kochsalzlösung etwas verringert wurde, durch die Einführung von P&sub2;O&sub5;. Allerdings war dessen Einfluss nur gering. Tabelle 3 Einfluss des P&sub2;O&sub5;-Gehalts auf die Löslichkeit in physiologischer Kochsalzlösung (Einheit: Gew.-%)

Referenzbeispiel 2

Der Einfluss, auf die Löslichkeit in einer physiologischen Kochsalzlösung, der Veränderung des Gehalts an MgO, bei einer Steinwolle mit einer prinzipiellen Zusammensetzung aus SiO&sub2;, CaO und MgO mit einem KI-Wert (äquivalent der Gesamtsumme der Mengen an CaO und MgO) von ungefähr 42 bis 48, wurde untersucht. Die Resultate sind wie in Tabelle 4 unten gezeigt. Das heißt, mit dem Anstieg des Gehalts an MgO wird die Stabilität in der physiologischen Kochsalzlösung verringert. Tabelle 4 Einfluss des CaO-Gehalts auf die Löslichkeit in physiologischer Kochsalzlösung (Einheit: Gew.-%)
Wie oben beschrieben weisen die anorganischen Fasern der vorliegenden Erfindung eine Zusammensetzung auf, mit einem Karzinogenindex, KI-Wert von 40 oder höher, was als erwünscht angesehen wird in der Deutschen Gefahrstoffverordnung. Sie sind ausgezeichnet im Hinblick auf ihre Löslichkeit in einer physiologischen Kochsalzlösung und haben weiter eine gegenüber konventioneller Steinwolle verbesserte Wärmewiderstandsfähigkeit, wobei diese anorganischen Fasern mit geringen Kosten produziert werden können, wie die konventionellen Steinwollen.
Während die Erfindung detailliert und unter Verweis auf spezifische Ausführungsformen davon beschrieben wurde wird es dem Fachmann klar sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen hier durchgeführt werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Nicht kristalline anorganische Fasern, umfassend

SiO&sub2;, CaO und P&sub2;O&sub5;,

nicht mehr als 0,5 Gew.-% Al&sub2;O&sub3;,

nicht mehr als 3 Gew.-% MgO und

nicht mehr als 2 Gew.-%, basierend auf der Gesamtmenge, an anderen Metalloxiden,

wobei SiO&sub2; und CaO die Hauptkomponenten der anorganischen Fasern sind, und wobei besagtes P&sub2;O&sub5; in einer Menge vorliegt, notwendig so dass die anorganischen Fasern eine Schrumpfrate von weniger als 5% aufweisen, wenn sie auf 1000ºC für 3 Stunden erwärmt werden, und wobei besagte anorganischen Fasern einen KI-Wert von 40 oder mehr aufweisen.

2. Nicht kristalline anorganische Fasern nach Anspruch 1, wobei die Menge an P&sub2;O&sub5; von 0,5 bis 7 Gew.-% beträgt.

3. Nicht kristalline anorganische Fasern, umfassend mindestens 90 Gew.-% SiO&sub2; und CaO,

0,5 bis 7 Gew.-% P&sub2;O&sub5;,

nicht mehr als 0,5 Gew.-% Al&sub2;O&sub3;,

nicht mehr als 3 Gew.-% MgO und

wobei besagtes P&sub2;O&sub5; in einer Menge vorliegt, notwendig so dass die anorganischen Fasern eine Schrumpfrate von weniger als 5% aufweisen, wenn sie auf 1000ºC für 3 Stunden erwärmt werden, und wobei besagte anorganische Fasern einen KI-Wert von 40 oder mehr aufweisen.

4. Nicht kristalline anorganische Calciumsilicatfasern, umfassend CaO,

0,5 bis 7 Gew.-% P&sub2;O&sub5;,

nicht mehr als 0,5 Gew.-% Al&sub2;O&sub3;,

nicht mehr als 3 Gew.-% MgO und

wobei besagtes CaO in einer Menge vorliegt, ausreichend, so dass besagte nicht kristallinen Calciumsilicatfasern einen KI-Wert von mindestens 40 aufweisen, und wobei besagte anorganische Fasern eine Schrumpfrate von weniger als 5% aufweisen, wenn sie auf 1000ºC für 3 Stunden erwärmt werden.

5. Nicht kristalline anorganische Fasern mit einem KI-Wert von 40 oder mehr und mit einer Schrumpfrate von weniger als 5%, wenn sie auf 1000ºC für 3 Stunden erwärmt werden,

wobei besagte anorganische Fasern

51 bis 58 Gew.-% SiO&sub2;,

40 bis 43 Gew.-% CaO,

0,5 bis 7 Gew.-% P&sub2;O&sub5;,

nicht mehr als 0,5 Gew.-% Al&sub2;O&sub3;,

nicht mehr als 3 Gew.-% MgO und

nicht mehr als 2 Gew.-%, basierend auf der Gesamtmenge, an anderen Metalloxiden umfassen.

6. Nicht kristalline anorganische Fasern nach Anspruch 5, umfassend nicht mehr als 0,3 Gew.-% Al&sub2;O&sub3;.