DE69909404T2

DE69909404T2 - Glaswollezusammensetzung

Info

Publication number: DE69909404T2
Application number: DE69909404T
Authority: DE
Inventors: Alain De Meringo; Jean-Luc Bernard; Fabrice Laffon
Original assignee: Saint Gobain Isover SA France
Current assignee: Saint Gobain Isover SA France
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1999-05-04
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2019-05-05
Also published as: HU229235B1; ZA200000070B; NO20000028D0; TR200000010T1; DK0998432T3; SK189099A3; FR2778401A1; ATE244689T1; AU761462B2; KR100582534B1; RU2222506C2; JP2002513730A; CN1273571A; NO329513B1; NO20000028L; WO1999057073A1; EP0998432B1; HUP0003288A3; AU3527499A; CA2295871A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der künstlichen Mineralwollen. Sie betrifft insbesondere Mineralwollen für die Herstellung von wärme- und/oder schalldämmenden Materialien oder Substraten für die erdelose Kultur.
Sie befaßt sich im besonderen mit Mineralwollen vom Glaswolletyp.
Üblicherweise wird dieser Mineralwolletyp durch sogenannte "innere" Zentrifugierungsverfahren zerfasert, d. h. solche unter Verwendung von Schleuderorganen, die mit hoher Geschwindigkeit drehen und von Öffnungen durchsetzt sind. Diese sind nämlich gut für das Zerfasern von Mineralwolle vom Typ der Glaswolle geeignet, die grob ausgedrückt eine an Alkalioxiden vergleichsweise reichhaltige Zusammensetzung aufweist und eine weniger hohe Liquidustemperatur sowie bei der Zerfaserungstemperatur eine höhere Viskosität als Stein- oder Basaltwolle besitzt. Dieser Verfahrenstyp ist insbesondere in den Patenten EP-0 189 354 oder EP-0 519 797 beschrieben.
Zu den Kriterien der Qualität und der industriellen sowie wirtschaftlichen Durchführbarkeit ist seit einigen Jahren noch ein weiteres einer biologischen Abbaubarkeit der Mineralwolle hinzugekommen, d. h. ihrer Fähigkeit, sich im physiologischen Milieu schnell aufzulösen, um jegliches mit einer gegebenenfalls vorhandenen Ansammlung der feinsten Fasern im Organismus aufgrund von Einatmen in Beziehung stehende pathogene Potential zu vermeiden.
Die Erfindung hat daher die Aufgabe, die chemische Zusammensetzung von Mineralwollen zu verbessern, insbe sondere derjenigen vom Glastyp, und zwar vor allem, um ihre biologische Abbaubarkeit zu verbessern und/oder ihr eine biologische Abbaubarkeit mit einer Eignung zur Zerfaserung durch interne Zentrifugierung zu verleihen (ohne hierbei jedoch weitere Zerfaserungsweisen auszuschließen).

Die Erfindung hat eine Mineralwolle zum Gegenstand, die in der Lage ist, sich in einem physiologischen Milieu aufzulösen, und die nachstehend aufgeführten Inhaltsstoffe in den folgenden Gewichtsanteilen aufweist:

SiO₂	38–52%, bevorzugt mindestens 40%, insbesondere 41–48% oder 45–50%
Al₂O₃	16–23%, bevorzugt 17–21% oder 17–20%
RO (CaO und/oder MgO)	4–15%, bevorzugt 5-12% oder 5–11%
R₂O (Na₂O und/oder K₂O)	16–25%, bevorzugt 17–22% oder 17–20%
B₂O₃	0–10%, insbesondere mindestens 1%, bevorzugt 3–9% oder 4–10%
P₂O₅	0–3%; bevorzugt 0–1,5%, insbesondere 0 oder mehr als 0 und höchstens 0,5%
Fe₂O₃ (Gesamteisen)	0–3%, bevorzugt 0–1,5%, insbesondere in der Größenordnung von 0,01 bis 1%
TiO₂	0–2%

(Im gesamten nachfolgenden Text ist jegliche Prozentangabe für einen Inhaltsstoff der Zusammensetzung als Gewichtsanteil zu verstehen).
Die Auswahl einer solchen Zusammensetzung gestattete es, eine ganze Reihe von Vorteilen anzuhäufen, insbesondere unter Nutzung der mehrfachen komplexen Rollen, die eine Anzahl ihrer spezifischen Bestandteile spielen.
Somit handelt es sich hierbei um eine Zusammensetzung einer Mineralwolle vom Glastyp: ihr Gehalt an Alkalioxiden (R₂O), der im wesentlichen in Form von Na₂O und/oder K₂O vorliegt, überwiegt ihren Gehalt an Erdalkalioxiden (RO), der im wesentlichen in Form von CaO und/oder MgO vorliegt. Der Gehalt an Eisenoxid (der in Form von Fe₂O₃ quantifiziert ist, aber hierbei dem Gesamteisengehalt entspricht) ist sehr mäßig oder sogar Null, wohingegen der Boroxidanteil beträchtlich ist.
Die Viskosität bei der Zerfaserung einer solchen Zusammensetzung ist für internes Zentrifugieren geeignet.
Was die biologische Abbaubarkeit betrifft, so war bereits bekannt, daß bestimmte Verbindungen wie P₂O₅ es ermöglichten, sie in mineralischen Zusammensetzungen insbesondere vom Glastyp beträchtlich zu verbessern, während andere Oxide wie Aluminiumoxid sie wiederum, zumindest bei neutralem pH-Wert, herabzusetzen scheinen. Hierzu wird beispielsweise auf die Patentschrift EP-412 878 verwiesen. Dennoch hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung herausgestellt, daß eine massive Zugabe von P₂O₅ (bzw. ein Weglassen beispielsweise von Aluminiumoxid) nicht der ratsamste Weg ist. Es können nämlich weitere Überlegungen ins Spiel kommen, z. B. wirtschaftliche (P₂O₅ leitet sich von kostspieligen Ausugangsmaterialien her) wie auch technischen: Änderungen des P₂O₅-Anteils, und insbesondere des Anteils an Aluminiumoxid in der Zusammensetzung können ihre weiteren Eigenschaften auf unerwünschte oder unbekannte Weise verändern. So ist etwa P₂O₅ nicht ohne Einfluß auf die Viskosität der Zusammensetzung, genau wie Aluminiumoxid. Ganz besonders bei Zusammensetzungen vom Glastyp für das Zerfasern mit interner Zentrifugierung, auf die sich die vorliegende Erfindung insbesondere bezieht, ist das viskosimetrische Verhalten der Zusammensetzung ein wichtiges Kriterium, das auf angemessene Weise in den Griff gebracht werden sollte.
Die Erfindung hat daher einen zweckmäßigen Kompromiß folgendermaßen erstellt: die Zusammensetzung kann P₂O₅ enthalten, jedoch in einem gemäßigten Anteil von höchstens 3 oder 1,5%. Hierdurch wird seine vorteilhafte Auswirkung auf die biologische Abbaubarkeit ohne einen übermäßig kostspieligen Zusatz bewahrt, der überdies dazu tendieren würde, die Liquidustemperatur der Zusammensetzung heraufzusetzen.
Durch geeignetes Einstellen des Gehaltes an den hauptsächlichen weiteren Inhaltsstoffen der Zusammensetzung, nämlich RO, R₂O, B₂O₃ und SiO₂, wurde hinwiederum der Gehalt an Al₂O₃ beträchtlich erhöht, der mindestens 16 bis 17% beträgt. Der Gehalt an Aluminiumoxid kann somit vorteilhaft mindestens 18%, insbesondere mindestens 19 oder mindestens 20% betragen.
Es stellte sich heraus, daß diese Kombination es ermöglichte, auf zufriedenstellende Weise die Kriterien der biologischen Löslichkeit zu erfüllen, die sowohl in Tests in vitro bei neutralem pH-Wert als auch gemäß Tests in vitro bei saurem pH-Wert gemessen wurden. Es besteht nämlich keine eindeutige Klarheit darüber, welcher pH-Wert am repräsentativsten für das physiologische Milieu in vivo, insbesondere dasjenige der Lungenregionen ist. Ein sehr hoher Anteil an Aluminiumoxid schien bislang für eine schnelle Auflösung bei saurem pH-Wert, aber eine schwache/langsame bei neutralem pH-Wert günstig zu sein.
Die Erfindung gestattet die Herstellung eines hohen Niveaus an biologischer Löslichkeit, zumindest bei Messung in vitro, unabhängig vom pH-Wert, durch Wählen eines hohen Anteils an Aluminiumoxid, jedoch unter Anpassung des Gehaltes insbesondere an RO, R₂O und B₂O₃, so daß seine vorteilhafte Auswirkung bei einem sauren pH-Wert bewahrt bleibt, ohne bei einem neutralen pH-Wert stark von Nachteil zu sein.
Der bevorzugte Anteil von CaO an der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist vorteilhaft zwischen 4 und 11% gewählt.
Parallel hierzu ist der bevorzugte Anteil an MgO zwischen 0,1 und 7%, insbesondere 0,3 und 6,5% gewählt.
In der Tat ist es üblich, einen CaO-Gehalt zu wählen, der bei einem gegebenen Gesamtgehalt an Erdalkalioxiden höher als derjenige von MgO ist, insbesondere aus Gründen der Kosten der Ausgangsmaterialien. Der Gehalt an MgO kann somit als sehr gering, sogar Null gewählt werden (z. B. zwischen 0 und 1% oder mehr, beispielsweise zwischen 2 und 6%).
Gemäß einer ersten Variante kann daher ein Verhältnis CaO/MgO ≥ 1,25 insbesondere ≥ 5 und sogar ≥ 10 vorliegen.
Hingegen hat es sich im Rahmen der Erfindung als von Interesse herausgestellt, eine zweite Variante vorzuschlagen, die darin besteht, Werte für den Gehalt an MgO vorzusehen, die denjenigen für CaO vergleichbar oder sogar höher als diese sind. Es können daher Verhältnisse MgO/CaO ≥ 0,8 und noch mehr oder gleich 1 oder 1,05 vorliegen: dieses in den jeweiligen Anteilen von CaO und MgO verschiedene Verhältnis könnte sich günstig auf die biologische Abbaubarkeit der Zusammensetzung auswirken.
Der bevorzugte Na₂O-Anteil der Zusammensetzung beträgt mindestens 12%, insbesondere zwischen 13 und 19,5%, während der von K₂O mindestens 0,5%, insbesondere zwischen 0,5 und 8% beträgt.
Wie im Fall des Gehalts an CaO und MgO bei den Erdalkalioxiden liegt im Fall der Alkalioxide üblicherweise ein deutlich höherer Gehalt an Na₂O als an K₂O vor. K₂O kann somit bei einem gegebenen Gesamtgehalt an Alkalioxiden in einem sehr geringen und sogar Null betragenden Gehalt (z. B. weniger als 3%, insbesondere zwischen 0,5 und 2,5%) vorliegen. Dennoch ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, auch einen bedeutend höheren K₂O-Anteil z. B. in der Größenordnung von 5 bis 7% vorzusehen, was beispielsweise bis zu mehr als ein Viertel oder sogar ein Drittel des Gewichts der Gesamtsumme der Alkalioxide in der Zusammensetzung darstellen kann.
Vorteilhaft enthält die Zusammensetzung Erdalkali- und Alkalioxide in dem folgenden Verhältnis: R₂O/RO > 1,8, insbesondere zwischen 2 und 4.
Es wird angemerkt, daß die Summe SiO₂ + Al₂O₃ in hohem Maße eine Regulierung des viskosimetrischen Verhaltens der Zusammensetzungen ermöglicht: diese Summe beträgt bevorzugt mindestens 60%, insbesondere in der Größenordnung von 61 bis 67%.
Was den Gehalt an Eisenoxid(en) (Gesamteisen) betrifft, so ist dieser wie oben erwähnt optional. Es kann davon in der Zusammensetzung ein geringer Gehalt vorliegen, der entweder absichtlich zugegeben wird oder als Verunreinigung vorliegt. Sein Vorliegen in der Zusammensetzung kann sich günstig auf das Brandverhalten der hergestellten Mineralwolle auswirken.
Wie bei Eisen ist auch das Vorliegen von P₂O₅ in der Zusammensetzung optional; sein Gehalt kann daher entweder Null oder bis zu 0,1% bzw. mindestens 0,1 bis 1,5 oder 2% betragen.
Boroxid ist eine vorteilhafte optionale Verbindung, die insbesondere eine Funktion als Flußmittel ähnlich derjenigen der Alkalioxide erfüllt und für die biologische Abbaubarkeit von Mineralwolle günstig zu sein scheint. Sein Vorliegen hat darüber hinaus eine Tendenz, die Wärmedämmeigenschaften der Mineralwolle zu verbessern, insbesondere da es dazu tendiert, seinen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten bezüglich der Abstrahlungskomponente zu senken.
Die Zusammensetzung kann darüber hinaus eine bestimmte Anzahl von weiteren minderheitlich vorliegenden Verbindungen aufweisen, im wesentlichen mit einem Gesamtgehalt von höchstens 2 bis 3% der Zusammensetzung. Es kann sich hierbei beispielsweise um Spuren von TiO₂, MnO, SO₃ usw. handeln.
Die Temperatur, bei der die Zusammensetzungen eine Viskosität gleich log2,5 (in Poise) T_log2,5 und/oder eine Viskosität gleich log3 (in Poise) T_log3 aufweisen, ist höher als die Liquidustemperatur: die Differenz T_log2,5 – T_liq und/oder T_log3 – T_liq ist bevorzugt mindestens 10°C, bevorzugt mindestens 20 oder 40°C. Diese Differenz begrenzt den "Arbeitsbereich" der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, d. h. den Temperaturbereich, in dem sie insbesondere durch innere Zentrifugierung zerfasert werden können.
Die Mineralwollen weisen, wie oben erwähnt wurde, ein zufriedenstellendes Niveau der biologischen Löslichkeit auf, unabhängig davon, ob das Meßverfahren einen neutralen, leicht basischen, oder sauren pH-Wert zugrundelegt.
Die erfindungsgemäßen Mineralwollen weisen somit im allgemeinen eine Lösungsgeschwindigkeit von mindestens 30 oder mindestens 40 oder 50 ng/cm² pro Stunde gemessen bei pH 4,5, und mindestens 30, insbesondere mindestens 40 oder 50 ng/cm² pro Stunde gemessen bei pH 7,5 auf.
Sie weisen auch im wesentlichen eine Lösungsgeschwindigkeit von mindestens 30, insbesondere mindestens 40 oder 50 ng/cm² pro Stunde gemessen bei pH 4,5 und eine Lösungsgeschwindigkeit von mindestens 30, insbesondere mindestens 40 oder 50 ng/cm² pro Stunde gemessen bei pH 6,9 auf.
Sie weisen auch im wesentlichen eine Lösungsgeschwindigkeit von mindestens 60, insbesondere mindestens 80 ng/cm² pro Stunde, gemessen bei pH 4,5 und/oder eine Lösungsgeschwindigkeit von mindestens 40, insbesondere mindestens 60 ng/cm² pro Stunde, gemessen bei pH 6,9 oder 7,5, auf.
Sie werden hauptsächlich für die Herstellung von wärme- und/oder schalldämmenden Produkten oder von Substraten für die erdelose Kultur eingesetzt. Die Erfindung hat auch alle Produkte zum Gegenstand, welche zumindest zum Teil die obenstehend definierten Mineralwollen aufweisen.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht einschränkender Ausführungsweisen.
Die nachfolgende Tabelle 1 führt die chemischen Zusammensetzungen in Gewichtsprozent von neun Beispielen auf.
Tabelle 2 führt drei weitere Beispiele auf, bei denen die Genauigkeit der chemischen Analyse etwas höher ist, und für die auch zwei physikalische Eigenschaften genannt sind, nämlich die Liquidustemperatur (T_liq) und die Temperatur, bei der die Viskosität gleich log3 ausgedrückt in Poise (T_log3) und gleich log2,5 ausgedrückt in Poise (T_log2,5) ist, wobei alle drei Temperaturen in °C ausgedrückt sind.
Wenn die Summe aller Gehalte aller Verbindungen leicht unter oder über 100% liegt, so ist hierbei zu verstehen, daß die Differenz zu 100% den Verunreinigungen/minderheitlichen Inhaltsstoffen entspricht, die nicht immer analysiert werden bzw. im Spurenzustand (TiO₂, SO₃) nicht analysierbar sind, und/oder nur auf die annähernde Schätzung zurückgeht, die auf diesem Fachgebiet bei den verwendeten Analyseverfahren akzeptiert ist.
TABELLE 2
Die Zusammensetzungen werden auf bekannte Weise durch innere Zentrifugierung, insbesondere gemäß der Lehre der oben genannten Patente, zerfasert.
Ihr Arbeitsbereich, der durch die Differenz T_log2,5 T_liq definiert ist, ist im großen und ganzen positiv.
Ihre biologische Abbaubarkeit, insbesondere bei einem neutralen oder schwach sauren pH-Wert (pH 4,9 oder 7,5) oder bei einem sauren pH-Wert (4,5) gemessen, ist zufriedenstellend.
Beispiele 1 und 2 betreffen eine erste Variante der Erfindung, nach der das bei weitem überwiegende Oxid in der Familie der Erdalkalimetalle das CaO und in der Familie der Alkalimetalle das Na₂O ist.
Beispiele 3 bis 9 betreffen eine zweite Variante, bei der im Gegensatz der Gehalt an MgO in der Familie der Erdalkalimetalle und an K₂O in der Familie der Alkalimetalle jeweils nicht vernachlässigbar ist.
Beispiele 10 bis 12, die im Hinblick auf die Eigenschaften präziser sind, zeigen, daß die in Rede stehenden Zusammensetzungen gute Eigenschaften für ihr Erschmelzen (T_liq nicht zu hoch) und einen für die Verwendung ohne übermäßige Schwierigkeiten beim Zerfasern ausreichend großen Arbeitsbereich besitzen.

Claims

Mineralwolle, die mittels Zerfaserung durch innere Zentrifugierung hergestellt und in einem physiologischen Milieu löslich ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie die nachstehenden Inhaltsstoffe in den folgenden Prozentanteilen aufweist: SiO₂ 38–52%, bevorzugt mindestens 40%, insbesondere 41–48% Al₂O₃ 16–23%, bevorzugt 17–21% RO (im wesentlichen CaO + MgO) 4–15%, bevorzugt 5–12% R₂O (im wesentlichen Na₂O + K₂O) 16–25%, bevorzugt 17–22% B₂O₃ 0–10%, insbesondere mindestens 1%, bevorzugt 3– 9% Fe₂O₃ (Gesamteisen) 0–3%, bevorzugt 0–1,5% P₂O₅ 0–3%, bevorzugt 0–1,5% TiO₂ 0–2%
Mineralwolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen 4 und 11% CaO enthält.
Mineralwolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen 0,1 und 7% MgO, insbesondere zwischen 0,3 und 6,5% MgO enthält.
Mineralwolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie das Verhältnis MgO/CaO ≥ 0,8, insbesondere ≥ 1 oder 1,05 erfüllt.
Mineralwolle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie das Verhältnis CaO/MgO ≥ 1,25, insbesondere ≥ 5 oder ≥ 10 erfüllt.
Mineralwolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens 12% Na₂O, insbesondere zwischen 13 und 19,5% enthält.
Mineralwolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens 0,5% K₂O, insbesondere zwischen 0,5 und 8% enthält.
Mineralwolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie das Verhältnis R₂O/RO > 1,8, insbesondere zwischen 2 und 4 erfüllt.
Mineralwolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie SiO₂ + Al₂O₃: mindestens 60%, insbesondere 61–67% enthält.
Mineralwolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Temperatur T_log2,5 und/oder eine Temperatur Tlog3 und eine Liquidustemperatur Tli_q derart aufweist, daß die Differenz (T_log2,5 – T_liq) oder (T_log3 – T_liq) mindestens 10°C, insbesondere mindestens 20, bevorzugt mindestens 40°C beträgt.
Mineralwolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Lösungsgeschwindigkeit von mindestens 30 ng/cm² pro Stunde gemessen bei pH 4,5 und eine Lösungsgeschwindigkeit von mindestens 30 ng/cm² pro Stunde gemessen bei pH 7,5 aufweist.
Mineralwolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Lösungsgeschwindigkeit von mindestens 30 ng/cm² pro Stunde gemessen bei pH 4,5 und eine Lösungsgeschwindigkeit von mindestens 30 ng/cm2 pro Stunde gemessen bei pH 6,9 aufweist.
Mineralwolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Lösungsgeschwindigkeit von mindestens 60 ng/cm² pro Stunde gemessen bei pH 4,5 und/oder eine Lösungsgeschwindigkeit von mindestens 40 ng/cm² pro Stunde gemessen bei pH 7,5 und/oder eine Lösungsgeschwindigkeit von mindestens 40 ng/cm² pro Stunde gemessen bei pH 6,9 aufweist.
Wärme- und/oder schalldämmendes Produkt oder Substrat für die erdelose Kultur, welches mindestens zum Teil die Mineralwolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.