DE69830849T2

DE69830849T2 - Mineralfaser

Info

Publication number: DE69830849T2
Application number: DE69830849T
Authority: DE
Inventors: Michael Perander; Jan Hakala
Original assignee: Paroc Group Oy AB
Current assignee: Paroc Group Oy AB
Priority date: 1997-08-15
Filing date: 1998-08-17
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2018-08-18
Also published as: HRP20000073A2; NO20000701L; AU8809398A; SK1912000A3; ATE299479T1; EA200000219A1; FI973355A0; DE69830849D1; NO20000701D0; FI109293B; FI973355A; CZ2000507A3; EP1019332B1; ES2244077T3; DE29810756U1; DK1019332T3; EA002551B1; WO1999008970A1; PL191123B1; EP1019332A1

Description

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine zu Fasern verarbeitbare Mineralzusammensetzung, sowie daraus hergestellte Mineralfasern, die eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen.
Mineralfasern, die durch Schmelzen und Zentrifugieren von Mineralrohmaterialien, wie Stein, Schlacke oder dergleichen hergestellt werden, werden für die Herstellung von Mineralfasermatten und Mineralfaserdecken umfassend verwendet, hauptsächlich in der Bauindustrie für Wärme- und Schallisolierungszwecke. Zusätzlich zu der Tatsache, dass die hergestellte Matte gute Isoliereigenschaften gegenüber Wärme und Schall zeigt, hat man vor kurzem begonnen, zunehmend mehr Aufmerksamkeit auf die Eigenschaften der Matte vom Standpunkt der Arbeitsplatzhygiene zu richten.
Ein großes Sortiment an Dämmstoffprodukten ist auf dem Markt erhältlich, wobei die Produkte nicht nur verschiedene Wärmeisoliereigenschaften sondern auch einen variierenden Grad an Temperaturbeständigkeit zeigen. Temperaturbeständige Mineralfaserprodukte sind Produkte, die erhöhten Temperaturen über längere Zeiträume widerstehen, ohne Veränderung der Form oder der Abmessungen in einem größeren Ausmaß. Derartige Produkte sind infolgedessen vom Standpunkt des Feuerschutzes attraktiv.
Eine herkömmliche Glasfaser weist eine Temperaturbeständigkeit bis zu Temperaturen von etwa 550°C auf, wohingegen die Temperaturbeständigkeit von herkömmlicher Steinwolle mit bis zu etwa 700°C besser ist. Jedoch besteht Interesse an Produkten, die eine noch höhere Temperaturbeständigkeit von bis zu 1100–1200°C aufweisen, und derartige Produkte sind auf dem Markt auch erhältlich.
Derartige temperaturbeständige Faserprodukte enthalten als Hauptoxide Siliciumoxid SiO₂ und Aluminiumoxid Al₂O₃ und zusätzlich oft auch Erdalkalimetalloxide, wie Calciumoxid, CaO, oder Magnesiumoxid, MgO. Zusätzlich können derartige Produkte variierende Grade an anderen Oxiden, wie Titanoxid, TiO₂, Manganoxid, MnO, Boroxid, B₂O₃, Zirconiumoxid, ZrO₂, Chromoxid, Cr₂O₃, den Alkalioxiden Natrium- und Kaliumoxid, Na₂O, K₂O, sowie Verunreinigungen enthalten. Als Beispiele für den in dieser Hinsicht relevanten Stand der Technik wird zum Beispiel Bezug genommen auf US 4,461,840 und DE-OS 1 496 662.
Derartige temperaturbeständige Faserprodukte enthalten im Allgemeinen eine erhöhte Menge an Al₂O₃ und oft relativ hohe Mengen an Eisenoxid, FeO und Fe₂O₃. Das Vorkommen von Eisen ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass viele wirtschaftlich attraktive Rohmaterialien Eisen zu einem mehr oder weniger hohen Grad enthalten. Jedoch macht das Vorkommen von Aluminium und Eisen in höheren Mengen die Faser spröde und unelastisch, was es schwierig macht, die Faser zu handhaben.
Erfindungsgemäß wurde nun gezeigt, dass dieser Nachteil durch das Einschließen von Phosphor in die Faser beseitigt werden kann. Die Zugabe von Phosphor erhöht die Elastizität und Festigkeit der Aluminium und Eisen enthaltenen Faser. Dies wiederum führt zu verbesserten Handhabungseigenschaften der Faserprodukte. Weil die Faserprodukte elastisch komprimiert werden können, nimmt zum Beispiel der Raumbedarf während der Lagerung und des Transports ab. Als Konsequenz der Elastizität erlangt das Produkt nach dem Nachlassen der Kompression seine ursprüngliche Form wieder und füllt bei der Verwendung alle Räume der Baukonstruktion gründlich aus. Zusätzlich nimmt die Tendenz der Staubbildung aufgrund der verminderten Fasersprödigkeit ab. Es wurde auch offensichtlich, dass es möglich ist, einen erhöhten Gehalt an Alkalimetallen in derartigen Fasern zu verwenden, was in bestimmten Anwendungen von Vorteil sein kann.
Genauer zielt die Erfindung auf eine Mineralfaser ab, die die folgenden Komponenten in Gew.-% enthält, wobei die Komponenten zusammen genommen 100 Gew.-% ergeben:

SiO₂ 38–47

Al₂O₃ 16–20

TiO₂ 0–4

MgO 5–15

CaO 14–22

Na₂O + K₂O 0–6

Eisen (FeO + Fe₂O₃) 3–10

P₂O₅ 0,5–4

andere 0–4
Mit dem Begriff „andere" Komponenten sind derartige mögliche Verunreinigungen gemeint, die für die Eigenschaften der hergestellten Faser nicht von wesentlicher Bedeutung sind.
Es ist bekannt, dass der Aluminiumoxidgehalt innerhalb des Bereichs von 0 bis etwa 15% zu der Stabilität der Faser in biologischen Lösungen direkt proportional ist, das heißt, je mehr Aluminiumoxid die Zusammensetzung enthält, desto stabiler oder schlechter löslich ist das Produkt. Jedoch dreht sich diese Tendenz bei einer höheren Konzentration um, sodass die Löslichkeit der Faser mit dem Aluminiumoxidgehalt zunimmt. Infolgedessen wurde erfindungsgemäß eine Faser erhalten, die gute Wärmebeständigkeit, gute Elastizität und hohe Löslichkeit in biologischen Lösungen aufweist.
In der vorstehend erwähnten Zusammensetzung beträgt der MgO-Gehalt bevorzugt 5–12 Gew.-%.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Erfindung auf eine Mineralfaser mit der folgenden Zusammensetzung in Gew.-% gerichtet, wobei die Komponenten zusammen genommen 100 Gew.-% ergeben:

SiO₂ 40–44

Al₂O₃ 16–20

TiO₂ 0–4

MgO 8–12

CaO 16–22

Na₂O + K₂O 2–5

Eisen (FeO + Fe₂O₃) 3–8

P₂O₅ 0,5–2

andere 0–4
Die erfindungsgemäße Faser wird in einer herkömmlichen Weise durch Mischen geeigneter Rohmaterialien, wie Stein, Schlacke, Bauxit, Dolomit, Apatit, Anorthosit, Glas oder verschiedener Schlacken und anderer Abfallmaterialien in geeigneten Anteilen, entweder als solche oder als Briketts hergestellt. Die Rohmaterialien werden dann zum Beispiel in einem Elektro- oder Kupolofen geschmolzen und dann auf herkömmliche Weise, zum Beispiel durch Kaskadenzentrifugation der Schmelze und Sammeln der Faser auf einem Förderband zu Fasern geformt.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung ohne diese einzuschränken.
Beispiel 1
Die folgenden Komponenten mit den in der folgenden Tabelle angegebenen Zusammensetzungen wurden in den in Gew.-% angegebenen Mengen in einen Kupolofen eingebracht.
Auf herkömmliche Weise wurden aus der vorstehenden Schmelze durch Kaskadenzentrifugation Fasern hergestellt, wobei die Fasern auf einem Förderband gesammelt wurden, um eine Mineralfasermatte zu bilden. Die Mineralfasern wiesen die folgende Zusammensetzung in Gew.-% auf

SiO₂ 42,0

Al₂O₃ 19,0

TiO₂ 1,0

MgO 10,0

CaO 19,0

Na₂O + K₂O 3,0

Eisen (FeO + Fe₂O₃) 4,0

P₂O₅ 1,0

andere 1,0
Beispiel 2
Durch Auswahl geeigneter Rohmaterialien wurden einerseits erfindungsgemäße Fasern (Faser A) und andererseits Vergleichsfasern (Faser B) auf die gleiche Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt. Die so erhaltenen Fasern wiesen die folgende Zusammensetzung in Gew.-% auf:
Die Fasern A und B enthalten annähernd die gleiche Menge an Aluminiumoxid plus Eisenoxid, jedoch enthält die Faser B nur eine unwesentliche Menge an Phosphor, wohingegen die von Faser A innerhalb der Grenzen der Erfindung liegt.
Die Kompressibilität der aus den Fasern A beziehungsweise B hergestellten Fasermatte mit einer Dichte von 27 kg/m³ wurde dann auf die folgende Weise gemessen. Ein Teststück (Größe 30 × 30 cm) der aus den Fasern A beziehungsweise B hergestellten Matte wurde in einer Komprimiervorrichtung zwischen zwei Platten auf eine Dicke, die 20% ihrer ursprünglichen Dicke entspricht, komprimiert. Das Teststück wurde in dem komprimierten Zustand 5 Minuten gehalten, wonach die komprimierende Kraft entspannt wurde und man das Probestück für etwa 1 min in seine ursprüngliche Form zurückkehren ließ. Die Testmatte aus der erfindungsgemäßen Faser A zeigte in diesem Test ein Rückstellvermögen von 93–94% (nach der Druckentspannung erlangte das Probestück 93–94% seiner ursprünglichen Dicke), was einem normalen Wert entspricht, wohingegen das Rückstellvermögen der Vergleichsfaser B 89–91% betrug, wobei der Wert nahe an der Grenze der Akzeptanz liegt. Infolgedessen zeigen die Testergebnisse, dass die aus der erfindungsgemäßen Faser A hergestellte Matte eine bessere Kompressibilität als die Referenzfaser B aufweist.

Claims

Mineralfaser, dadurch gekennzeichnet, dass sie die folgende Zusammensetzung in Gew.-% aufweist, wobei die Komponenten zusammen genommen 100 Gew.-% ergeben: SiO₂ 38–47 Al₂O₃ 16–20 TiO₂ 0–4 MgO 5–15 CaO 14–22 Na₂O + K₂O 0–6 Eisen (FeO + Fe₂O₃) 3–10 P₂O₅ 0,5–4 andere 0–4
Mineralfaser gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass MgO in der Zusammensetzung 5–12 Gew.-% beträgt.
Mineralfaser gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie die folgende Zusammensetzung in Gew.-% aufweist: SiO₂ 40–44 Al₂O₃ 16–20 TiO₂ 0–4 MgO 8–12 CaO 16–22 Na₂O + K₂O 2–5 Eisen (FeO + Fe₂O₃) 3–8 P₂O₅ 0,5–2 andere 0–4
Produkt, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Faser gemäß Anspruch 1, 2 oder 3 enthält.
Produkt gemäß Anspruch 4 in Form einer Matte oder einer Decke oder einer Rohrschale, insbesondere zur Wärme- und/oder Schallisolierung.