ES2224883A1 - Composicion de lana mineral. - Google Patents
Composicion de lana mineral.Info
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Abstract
Lana mineral susceptible de ser disuelta en un medio fisiológico, y que comprende los constituyentes de la presente memoria descriptiva según los porcentajes en peso (l), y que respetan el criterio basado en la relación R1, de forma que R1 = Mg0/CaO en donde R1 es mayor que 0,8, preferentemente mayor que 1.
Description
Composición de lana mineral.
La presente invención se refiere al campo de las
lanas minerales artificiales. Trata más particularmente de lanas
minerales destinadas a fabricar materiales de aislamiento térmico
y/o acústico o sustratos de cultivo sin tierra.
Se dirige más particularmente a lanas minerales
del tipo lana de roca, es decir, cuyas composiciones químicas
suponen una temperatura de vitrificación elevada y una gran fluidez
a su temperatura de formación de fibras, asociadas a una
temperatura de transición vítrea elevada.
Este tipo de lana es fibrosada habitualmente por
procedimientos de centrifugación denominados "externos", por
ejemplo, del tipo que utiliza una cascada de vías de centrifugación
alimentadas de materia fundida por medio de un dispositivo de
distribución estática, como se describe particularmente en las
patentes EP-A-0.465.310 o
EP-0.439.385.
A los criterios conocidos de viabilidad
industrial y económica y el nivel de calidad, se añade desde hace
algunos años el de un carácter biodegradable de la lana mineral, es
decir, la capacidad de esta de disolverse rápidamente en el medio
fisiológico, con el fin de prevenir cualquier riesgo patógeno
potencial asociado a la acumulación eventual de las fibras más
finas en el organismo por inhalación.
Una primera solución al problema de la elección
de la composición de la lana mineral de tipo roca y un carácter
biosoluble consiste en el empleo de una proporción muy elevada de
alúmina.
La presente invención tiene como objetivo mejorar
la composición química de las lanas minerales de tipo roca, mejora
que se dirige particularmente a aumentar su carácter biodegradable
y/o hacer compatible un carácter biodegradable con una capacidad
para ser fibrosada, de forma particular y ventajosa mediante
centrifugación externa, sin excluir no obstante otros modos de
formación de fibras de vidrio.
La invención tiene como objeto una lana mineral
susceptible de ser disuelta en un medio fisiológico, que comprende
los constituyentes siguientes según los porcentajes en peso que
siguen:
| SiO_{2} | 35-45%, | preferentemente | 40-45% |
| Al_{2}O_{3} | 6-16%, | - - | 10-15% |
| CaO | >16-25%, | - - | 16,5-20% |
| MgO | 13-30%, | - - | 14-20% |
| R_{2}O (Na_{2}O + K_{2}O) | 0,1-8%, | - - | 2-5% |
| P_{2}O_{5} | \leq 1%, | ||
| Fe_{2}O_{3} | 0,1-15%, | - - | 3-10% |
| B_{2}O_{3} | <5%, | - - | \leq 4% |
| TiO_{2} | 0-3%, | - - | 0,005-3% |
y que cumplen el criterio basado en la relación
R1, de forma que R1 = MgO/CaO de forma R1 es mayor que 0,8 y,
preferentemente, mayor que 1.
La proporción de hierro Fe_{2}O_{3} se
entiende como la suma de los diferentes óxidos (ferrosos, férricos,
etc.) de hierro de la composición, expresados en la forma
Fe_{2}O_{3}.
La proporción de sílice, SiO_{2}, de las
composiciones seleccionadas, está comprendida entre 35 y 45%,
preferentemente mayor que 38%, particularmente mayor que 40% y/o
preferentemente menor que 44%, es preferentemente mayor que 43%
para las composiciones seleccionadas que comprenden entre 6 y 12%
de Al_{2}O_{3} y preferentemente menor que 45%, particularmente
menor que 44% para las composiciones seleccionadas que comprenden
entre 12 y 16% de Al_{2}O_{3}.
La proporción de alúmina, Al_{2}O_{3}, de las
composiciones seleccionadas está comprendida entre 6 y 16%,
preferentemente mayor que 8%, particularmente mayor que 10% y/o
preferentemente menor que 15%, particularmente menor que 14%.
Ventajosamente, la suma SiO_{2} +
Al_{2}O_{3} está comprendida entre 45 y 60%, particularmente es
mayor que 50%.
La proporción de
alcalino-térreos, RO, corresponde a la suma de la
proporción de cal CaO y la proporción de magnesia MgO. Las
composiciones seleccionadas tienen un valor de RO comprendido entre
29 y 45%, particularmente mayor que 32% y/o preferentemente menor
que 40%.
La proporción de cal, CaO, de las composiciones
seleccionadas está comprendida entre al menos 16 y 25%. La
proporción de cal CaO es preferentemente mayor que 16,5%,
particularmente mayor que 17% y/o preferentemente menor que 23%,
particularmente menor que 20%.
La proporción de magnesia, MgO, de las
composiciones: seleccionadas está comprendida entre 13 y 30%. La
proporción de magnesia, MgO, es particularmente mayor que 14%
preferentemente menor que 20%, particularmente menor que 19%.
La proporción de componentes alcalinos, R_{2}O
= Na_{2}O + K_{2}O de las composiciones seleccionadas están
comprendida entre 0,1 y 8%, preferentemente mayor que 1 e incluso
mayor que 2% y/o preferentemente menor que 4%, particularmente
menor que 3,5%.
R_{2}O puede estar constituido mayoritariamente
por Na_{2}O o K_{2}O.
Las composiciones escasas en Na_{2}O comprenden
particularmente de 0,05 a 1% de Na_{2}O.
Las composiciones escasas en K_{2}O comprenden
particularmente de 0,1 a 1% de K_{2}O.
La proporción de fósforo, P_{2}O_{5}, de las
composiciones seleccionadas es menor que 1%, particularmente menor
que 0,5%.
La proporción de hierro, Fe_{2}O_{3}, de las
composiciones seleccionadas está comprendida entre 0,1 y 15%. Según
un primer modo de realización, la proporción de hierro es moderada
o elevada, preferentemente mayor que 3%, particularmente mayor que
5% y/o preferentemente menor que 10%, particularmente menor que 8%.
Según otro modo de realización, la proporción de hierro es baja,
particularmente menor que 3%.
En lo que sigue del texto, cualquier porcentaje
de un constituyente de la composición se debe comprender como un
porcentaje en peso y las composiciones según la invención pueden
incluir hasta 2 ó 3% de los compuestos considerados como impurezas
no analizadas, como ya es conocido en esta clase de
composición.
La selección de esta composición permite acumular
una serie de ventajas, particularmente actuando sobre las
múltiples funciones, complejos que desempeñan un cierto número de
sus constituyentes específicos.
Así, se trata de una composición de lana mineral
de tipo roca: su proporción de óxidos alcalinos (R_{2}O)
esencialmente en forma de Na_{2} y/o K_{2}O es moderada,
generalmente menor que 8%, preferentemente menor que 5%. Y
paralelamente, su proporción de óxidos
alcalino-térreos (RO), esencialmente en forma de
CaO y/o MgO, es elevada, generalmente al menos 29% e incluso
principalmente al menos 32%.
La viscosidad en la formación de fibras de vidrio
de esta composición es apropiada para una centrifugación externa,
con temperaturas, correspondientes a una viscosidad de 10 poises,
comprendidas entre 1300°C y 1450°C.
En cuanto al carácter biosoluble, es conocido
aumentar el contenido de alúmina de las composiciones de lana
mineral con el fin de obtener una buena biosolubilidad cuando la
proporción de alúmina es de aproximadamente 20%.
De estas composiciones resultan costes
adicionales importantes, particularmente a causa de las materias
primas portadoras de alúmina cuyo coste es elevado, por ejemplo,
la bauxita.
Por tanto, es particularmente ventajoso limitar
la proporción de alúmina. No obstante, las composiciones conocidas
con una proporción moderada de alúmina son en general poco o nada
biosolubles.
Las composiciones según la invención son al mismo
tiempo compatibles con los procedimientos de formación de fibras
de vidrio y particularmente biosolubles con proporciones moderadas
de alúmina, que denominaremos en lo sucesivo "alúmina
intermedia".
La invención permite obtener un elevado nivel de
biosolubilidad, al menos medido in vitro, seleccionando una
proporción de alúmina intermedia y ajustando adecuadamente la
relación de alcalinotérreos, R1, definida como R1 = MgO/CaO.
Este criterio de selección conduce a
composiciones que presentan resultados de biosolubilidad
particularmente inesperados y destacables, a pH ácido, cuando R1 es
mayor que 0,8.
Ventajosamente, la composición de la lana mineral
según la invención respeta la relación R2 de forma que R2
SiO_{2}/MgO, y con R2 menor o igual a 3.
Según otro modo de realización, la composición de
lana mineral según la invención respeta la relación R3, de formar
que R3 = Al_{2}O_{3}/MgO y con R3 menor o igual a 1, 3, en
particular menor o igual a 1.
El óxido de boro, B_{2}O_{3}, puede estar
ausente de la composición o presente en estado de trazas,
particularmente de 0,05 a 1%.
La adición de óxido de boro, que es opcional y
particularmente de un contenido de 1 a 5%, preferentemente al
menos 2% y/o preferentemente como máximo 4%, puede permitir mejorar
las propiedades de aislamiento térmico de la lana mineral,
particularmente teniendo a disminuir su coeficiente de
conductividad térmica en su componente radioactivo.
Opcionalmente, la composición puede contener
también TiO_{2} como impureza o añadido voluntariamente, por
ejemplo, con un contenido hasta 1 a 3%.
Las lanas minerales, como se mencionó con
anterioridad, presentan un nivel de biosolubilidad satisfactorio,
medido mediante un método de medida que implica un pH ácido.
Las composiciones de lanas minerales según la
invención presentan por tanto de forma general una velocidad de
disolución de al menos 500 ng/cm^{2} por hora y, preferentemente,
al menos 1000 ng/cm^{2} por hora, medida en polvo a pH 4,5.
Como indicación, estos valores de la velocidad de
disolución medidos en polvo corresponden a velocidades de
disolución de lanas minerales (medidas sobre fibras)
respectivamente de al menos 30 ng/cm^{2} por hora y al menos 60
ng/cm^{2} por hora.
La preparación de los polvos para la medición de
las velocidades de disolución se efectúa siguiendo el método
propuesto por la entidad "Sociedad Alemana del Vidrio"
descrita en la publicación de Springer, "Laboratoriumbuch für die
Glassindustrie", 3ª edición, 1950, Halle/S: W. Knapp Verlag.
La velocidad de disolución está indicada como
KSiO_{2} y expresada en ng/cm^{2} por hora.
La medición de la disolución se efectúa de forma
análoga a la descrita en el método de ensayo sobre fibras indicado
en la norma NF T03-410, con un pH de la disolución
de ataque de 4,5 (medida in vitro en un fluido
tamponado).
Se considera habitualmente que los valores de
KSiO_{2} medidos sobre polvos son satisfactorios si no superan
500, preferentemente 1000 ng/cm^{2} por hora.
Las lanas minerales según la invención son
utilizadas principalmente para fabricar productos de aislamiento
térmico y/o acústico o sustratos de cultivo sin tierra. La
invención tiene igualmente por objeto todos los productos que
comprenden al menos una parte de las lanas minerales definidas con
anterioridad.
Otros detalles y características ventajosas
resultarán de la descripción siguiente de modos de realización
preferidos y no limitativos.
La Tabla 1 siguiente reagrupa las composiciones
químicas, en porcentajes en peso, de cuatro ejemplos según la
invención (Ej. 1 a Ej. 4) y siete ejemplos comparativos (indicados
de A a G).
Cuando la suma de todos los contenidos de todos
los compuestos es ligeramente menor en general que 100%, debe
comprenderse que la proporción residual corresponde a
impurezas/componentes minoritarios no analizados, proporción de al
menos 0,5% a 1%, y/o es debida solo a la aproximación aceptada en
este campo dentro de los métodos de análisis utilizados.
Las composiciones según los ejemplos fueron
fibrosadas por centrifugación externa, particularmente según las
explicaciones de las patentes anteriormente citadas.
Los resultados de la medición de velocidad de
disolución de sílice KSiO_{2}, expresada en ng/cm^{2} por hora
y medida sobre polvo en las condiciones definidas con anterioridad
se recogen la Tabla 1.
El ejemplo Comparativo A corresponde a una
composición conocida que comprende una proporción elevada de alúmina
(22%) y permite obtener valores muy buenos de biosolubilidad.
Los otros Ejemplos Comparativos, B a G, son
composiciones poco alejadas del campo seleccionado por la invención
y que presentan velocidades de disolución muy bajas,
particularmente de aproximadamente 100 ng/cm^{2} por hora.
Estas composiciones confirman el carácter
sorprendente de los valores de disolución obtenidos con las
composiciones según la invención, ejemplos Ej. 1 a Ej. 4, en los
que las velocidades de disolución son al menos de aproximadamente
2000 ng/cm^{2} por hora o incluso mayores que 5000 ng/cm^{2}
por hora.
Los valores de disolución obtenidos con las
composiciones según la invención son aproximadamente tan grandes
como los obtenidos con proporciones elevadas de alúmina (Ejemplo
A), teniendo siempre una proporción de alúmina muy
significativamente inferior y, por tanto, permitiendo obtener
composiciones cuyo precio de las materias primas es ventajosamente
disminuido.
Las composiciones de los Ejemplos Comparativos B
a G tienen proporciones de alúmina comprendidas entre
aproximadamente 6 y 16%. No obstante, la relación R1 de las
composiciones B, C, D, F y G es menor que 0,8. El caso E
corresponde a un basalto, bien conocido por su baja biosolubilidad
y que comprende pocos componentes alcalino-térreos
(menos de 20%), a diferencia de las composiciones según la
invención que comprenden al menos 29% de componentes
alcalino-térreos.
Por tanto, de estos resultados se deduce que se
obtienen velocidades de disolución considerablemente elevadas para
composiciones que respetan los criterios de selección de la
invención.
Ventajosamente, estas composiciones permiten
obtener lanas minerales biodegradables y que presentan igualmente
una buena resistencia térmica.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Claims (7)
1. Lana mineral susceptible de ser disuelta en un
medio fisiológico, caracterizada porque comprende los
constituyentes siguientes según los porcentajes en peso que
siguen:
y caracterizada porque la relación R1, de
forma que:
R1 =
MgO/CaO
es mayor que
0,8.
2. Lana mineral según la reivindicación 1,
caracterizada porque la relación R1 es mayor que 1.
3. Lana mineral según la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, caracterizada porque la proporción de
componentes alcalino-térreos, RO, está comprendida
entre 29 y 45%, particularmente mayor que 32% y/o preferentemente
menor que 40%.
4. Lana mineral según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque la relación R2, de forma
que:
R2 =
SiO_{2}/MgO
es menor o igual a
3.
5. Lana mineral según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque la relación R3, de forma
que:
R3 =
Al_{2}O_{3}/MgO
es menor o igual a 1,3, particularmente menor o
igual a
1.
6. Lana mineral según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque es fibrosada por
centrifugación externa.
7. Producto destinado al aislamiento térmico y/o
acústico o a un sustrato de cultivo sin tierra y constituido al
menos en parte por lana mineral, caracterizado porque dicha
lana presenta una composición química como se define en una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
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