ES2710804T3 - Lana mineral - Google Patents
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Abstract
Lana mineral que comprende fibras de vidrio cuya composición química comprende los siguientes constituyentes con un contenido ponderal que varía en los límites definidos a continuación: SiO2 35-55% Al2O3 14-27% CaO 3-35% MgO 0-15% Na2O + K2O 1-17% Fe2O3 2-15% B2O3 0-8% SnO2 0,01-3%
Description
DESCRIPCION
Lana mineral
La invencion se refiere al campo de las lanas minerales. Se refiere, mas precisamente, a las lanas minerales que presentan una composicion qmmica que les confiere una buena resistencia al fuego y a las temperatures elevadas. Lanas minerales cuya composicion qmmica presenta contenidos elevados de alumina (tfpicamente 14 a 27%) han demostrado presentar dichas propiedades. Dichas composiciones son aptas para ser transformadas en fibras por centrifugacion externa, es decir por medio de rotores sobre cuya superficie se forman las fibras y luego se estiran. Algunas entre ellas se prestan a una formacion de fibras por centrifugacion interna, es decir recurriendo a centrifugadores que giran a gran velocidad y estan atravesados por orificios.
Se conocen, en particular por las solicitudes WO 00/17117 y WO2005/033032, composiciones de vidrio aptas para ser transformadas en fibras por un procedimiento de centrifugacion interna. Estas composiciones se caracterizan en particular por un contenido elevado en alumina (de 16 a 27%) y un contenido elevado en oxidos alcalinos (de 10 a 17%), variando el contenido de sflice de 39 a 55%. Las lanas minerales producidas de este modo presentan propiedades termicas (principalmente resistencia al fuego y a las temperaturas elevadas) claramente mejoradas con respecto a la lana de vidrio de composicion estandar. Estas lanas son ademas biosolubles en el sentido en el que se pueden disolver rapidamente en los fluidos fisiologicos del medio pulmonar.
La invencion tiene como objetivo mejorar aun la resistencia al fuego y a las temperaturas elevadas de estas lanas minerales.
A este respecto, la invencion tiene como objetivo una lana mineral que comprende fibras de vidrio cuya composicion qmmica comprende los siguientes constituyentes, con un contenido ponderal que vana en los lfmites definidos a continuacion:
SiO2 35-55%
Al2Oa 14-27%
CaO 3-35%
MgO 0-15%
Na2O K2O 1-17%
Fe2O3 2-15%
B2O3 0-8%
SnO2 0,01-3%
Esta composicion se presta principalmente a la formacion de fibras por centrifugacion externa.
Preferentemente, la composicion qmmica de la lana mineral comprende los siguientes constituyentes, con un contenido ponderal que vana en los lfmites definidos a continuacion:
SiO2 39-55%
Al2O3 16-27%
CaO 3-35%
MgO 0-5%
Na2O K2O 9-17%
Fe2O3 2-15%
B2O3 0-8%
SnO2 0,01-3%
Estas composiciones estan adaptadas particularmente a la formacion de fibras por centrifugacion interna.
En la totalidad del presente texto, los contenidos se expresan en porcentajes ponderales.
La suma de los contenidos de sflice y de alumina (SiO2 + A^Oa) esta comprendida preferentemente entre 57 y 70%, principalmente entre 62 y 68%. El contenido de alumina esta comprendido preferentemente en un intervalo que va de
20 a 25%, principalmente de 21 a 24%.
El contenido de sflice (SO 2) esta comprendido ventajosamente en un intervalo que va de 40 a 44%.
El contenido de magnesia (MgO) es ventajosamente como maximo de 3%, incluso 2,5%, con el fin de minimizar la temperatura en el liquidus, y por lo tanto la temperatura de formacion de fibras, de forma que se optimice el tiempo de vida de los centrifugadores cuando la lana mineral se obtiene por centrifugacion interna, tecnica descrita en la parte siguiente del texto.
El contenido de cal (CaO) esta comprendido preferentemente en un intervalo que va de 10 a 17%, principalmente de 12 a 16%. En cuanto a la suma de los contenidos de cal y de magnesia, esta comprendida preferentemente en un intervalo que va de 14 a 20%, principalmente de 15 a 18%. Preferentemente, el contenido de oxido de bario (BaO) es como maximo de 1%, principalmente 0,5%. En cuanto al contenido de oxido de estroncio (SrO), es preferentemente como maximo de 1%, incluso 0,5%, y hasta 0,1% o incluso nulo.
El contenido total de oxidos alcalinos (sosa y potasa - Na2O K2O) es preferentemente como maximo de 13%, incluso 12%- El contenido de Na2O esta comprendido ventajosamente en un intervalo que va de 4 a 9%, principalmente de 5 a 8%. En cuanto al contenido de K2O, esta comprendido ventajosamente en un intervalo que va de 3 a 6%. La lana mineral no comprende preferentemente ningun otro oxido alcalino mas que Na2O y K2O. Sin embargo, puede contener pequenas cantidades de Li2O, a veces presente como impureza en algunos feldespatos.
El oxido de hierro (Fe2O3) tiene un impacto positivo en la nucleacion y el crecimiento de los nucleos a baja temperatura y, por lo tanto, en la resistencia a la temperatura de la lana mineral, sin afectar negativamente a la temperatura del liquidus. Su contenido total (expresado en forma de Fe2O3 , tanto si el hierro esta en forma ferrica como ferrosa) es preferentemente de al menos 4%, incluso 5% y/o como maximo 7% o 6%. El mdice redox, que corresponde a la relacion entre el contenido de oxido de hierro ferroso y el contenido total de oxido de hierro, esta comprendido generalmente en un intervalo que va de 0,1 a 1, principalmente de 0,1 a 0,7.
La composicion de la lana mineral segun la invencion puede contener igualmente P2O5 , principalmente en contenidos comprendidos entre 0 y 3%, incluso entre 0 y 1,2%, para aumentar la biosolubilidad a pH neutro.
El oxido de titanio (TO 2) proporciona un efecto muy sensible sobre la nucleacion a alta y a baja temperatura de las espinelas en la matriz vttrea. Un contenido del orden de 1% o menos puede resultar ventajoso.
El contenido ponderal de oxido de estano (expresado en forma de SnO2, tanto si el estano esta en la fibra en forma estannosa como estannica) esta comprendido preferentemente en un intervalo que va de 0,02 a 2,5%, principalmente de 0,03 a 2%, incluso de 0,05 a 1% o de 0,1 a 0,8%, o de 0,1 a 0,5%. Los inventores han podido evidenciar que el oxido de estano tema, incluso en contenidos pequenos, un efecto beneficioso particularmente importante sobre la resistencia termica de la lana mineral.
La composicion qmmica de las fibras de vidrio de la lana mineral segun la invencion comprende ventajosamente oxido de zirconio (ZrO2) en un contenido como maximo de 3%, principalmente comprendido en un intervalo que va de 0,05 a 3%, incluso de 0,1 a 2% y hasta de 0,1 a 1% o de 0,2 a 0,5%. Se ha encontrado que este oxido tiene un efecto beneficioso sobre la resistencia termica de la lana mineral. Este efecto es especialmente importante cuando el ZrO2 se utiliza en combinacion con el SnO2. Sin que se conozca la causa cientffica, parece que existe un efecto sinergico entre estos dos oxidos. La suma de los contenidos ponderales de ZrO2 y SnO2 (ZrO2 + SnO2) esta comprendida preferentemente en un intervalo que va de 0,1 a 3%, principalmente de 0,2 a 2% y hasta de 0,3 a 1%.
El contenido ponderal de oxido de cromo (Cr2O3) en el vidrio fundido (antes de la etapa de formacion de fibras) es preferentemente de como maximo 0,03%, principalmente 0,02%, incluso 0,01% y hasta 0,005% (50 ppm). En efecto se ha demostrado que por encima de estos contenidos, la temperatura del liquidus del vidrio aumentaba mucho, generando la obturacion de los orificios mencionados anteriormente. Para hacer esto, la mezcla vitrificable empleada no contendra generalmente oxido de cromo mas que en forma de trazas (varias decenas de ppm).
Es evidente que los diferentes intervalos preferidos descritos anteriormente pueden ser combinados libremente unos con otros, no pudiendo mencionarse todas las combinaciones diferentes por razones de concision.
Algunas combinaciones preferidas se describen a continuacion.
Segun un modo de realizacion preferido, las fibras de vidrio presentan una composicion qmmica que comprende los siguientes constituyentes con un contenido ponderal que vana en los lfmites definidos a continuacion:
SiO2 39-46%
Al2O3 16-27%
CaO 6-20%
MgO 0,5-5%
Na2O K2O 9-15%
Fe2O3 2-15%
B2O3 0-2%
P2O5 0-3%
TiO2 0-2%
SnO2 0,02-2%
Segun un modo de realizacion particularmente preferido, las fibras de vidrio presentan una composicion qmmica que comprende los siguientes constituyentes con un contenido ponderal que vana en los Kmites definidos a continuacion:
SiO2 40-45%
Al2O3 18-26%
CaO 8-18%
MgO 0,5-3%
Na2O K2O 10-13%
Fe2O3 3-8%
B2O3 0%
P2O5 0-1%
TiO2 0,1-1%
SnO2 0,03-1%
Preferentemente, el contenido total de SiO2, Al2O3 , CaO, MgO, Na2O, K2O, Fe2O3 (hierro total) y SnO2 es de al menos 90%, principalmente 95% y hasta 97 o 98%.
Estas composiciones estan bien adaptadas al procedimiento de formacion de fibras por centrifugacion interna, con una viscosidad a la temperatura de 1.400°C generalmente de mas de 40 poises, principalmente del orden de 50 a 100 poises (1 poise = 0,1 Pas).
Estas composiciones presentan temperaturas de transicion vftrea elevadas, principalmente superiores a 600°C, en particular superiores o iguales a 650°C. Su temperatura superior de recocido (annealing point) es generalmente muy superior a 600°C, principalmente del orden de 670°C o mas, a menudo de 700°C o mas.
La invencion tiene igualmente como objetivo un producto de aislamiento termico que comprende la lana mineral segun la invencion. Dicho producto se presenta principalmente en forma de rodillos o de paneles. Se puede emplear, por ejemplo, en edificios, en la industria o en medios de transporte, principalmente ferroviario o mantimo. Esta adaptado particularmente a aplicaciones en las que puede ser llevado a experimentar temperaturas elevadas, bien en continuo (aislamiento de hornos o estufas domesticos o industriales, conductos de transporte de fluidos,) o bien de forma accidental, en un papel de proteccion contra el fuego (puertas antiincendios, aislamiento de navfos,...). Mas generalmente, el producto segun la invencion se puede emplear para aislar termicamente cualquier tipo de edificio, de servicios o habitable (colectivo o individual). Por ejemplo, se puede utilizar en sistemas de aislamiento exterior, para el aislamiento de casas con estructura de madera, en paneles sandwich, en conductos de ventilacion, etc.
La invencion tiene igualmente como objetivo un procedimiento de obtencion de una lana mineral segun la invencion que comprende una etapa de fusion de un vidrio que tiene esencialmente la misma composicion qmmica que la de dicha lana mineral despues de la etapa de formacion de fibras, principalmente mediante un procedimiento de centrifugacion interna.
La etapa de fusion permite obtener un bano de vidrio fundido a partir de una mezcla vitrificable.
La mezcla vitrificable comprende varias materias primas naturales y/o artificiales, por ejemplo arena de sflice, fonolita, feldespatos, carbonato de sodio, etc.
La mezcla vitrificable comprende preferentemente al menos un portador de estano, preferentemente oxido de estano en forma de oxido estannico (SnO2). Alternativamente, la mezcla vitrificable puede no contener portador de estano,
aportandose el oxido de estano, por ejemplo, mediante el desgaste de los materiales refractarios del horno.
La etapa de fusion se puede realizar por diferentes formas conocidas, principalmente por fusion en un horno de llama o por fusion electrica.
El horno de llama comprende al menos un quemador aereo (las llamas estan dispuestas por encima del bano de vidrio y le calientan por radiacion) o sumergido (las llamas se crean directamente en el seno del bano de vidrio). El o cada uno de los quemadores puede estar alimentado por varios combustibles, tales como el gas natural o el fueloil.
Por “fusion electrica” se entiende que el vidrio se funde por efecto Joule, por medio de electrodos sumergidos en el bano de vidrio, excluyendose la utilizacion de cualquier otro medio de calentamiento, tales como las llamas. La mezcla vitrificable se reparte normalmente de forma homogenea sobre la superficie del bano de vidrio por medio de un dispositivo mecanico, y constituye asf una pantalla termica que limita la temperatura por encima del bano de vidrio, aunque la presencia de una superestructura no siempre es necesaria. Los electrodos estan sumergidos en el vidrio fundido. Pueden estar suspendidos de forma que se sumerjan en el bano de vidrio por la parte superior, estar instalados en la solera o tambien estar instalados en las paredes laterales de la cuba. Generalmente se prefieren las dos primeras opciones para las cubas de grandes dimensiones con el fin de repartir mejor el calentamiento del bano de vidrio. Los electrodos son preferentemente de molibdeno, incluso eventualmente de oxido de estano. El paso del electrodo de molibdeno a traves de la solera se hace preferentemente por medio de un portaelectrodo de acero refrigerado por agua.
La etapa de fusion puede igualmente utilizar a la vez una fusion por llama y una fusion electrica, por ejemplo empleando un horno de llama provisto igualmente de electrodos en la solera que sirven para acelerar la fusion de la mezcla vitrificable.
La etapa de formacion de fibras se realiza preferentemente por centrifugacion interna, por ejemplo segun las ensenanzas de la solicitud WO 93/02977. Las composiciones estan en efecto bien adaptadas a este modo de formacion de fibras, siendo sus intervalos de trabajo (correspondientes a la diferencia entre la temperatura a la que el logaritmo decimal de la viscosidad vale 2,5 y la temperatura en el liquido) de al menos 50°C, incluso 100°C y hasta 150°C. Las temperaturas en el liquidus son poco elevadas, generalmente de como maximo 1.200°C, incluso 1.150°C, y compatibles con la utilizacion de centrifugadores. El procedimiento de centrifugacion interna utiliza centrifugadores, tambien denominados platos de formacion de fibras, que giran a gran velocidad y estan atravesados por orificios en su periferia. El vidrio fundido se dirige al centro del centrifugador por gravedad y, por efecto de la fuerza centnfuga, es expelido a traves de los orificios para formar hilos de vidrio que se estiran hacia abajo por chorros de gas caliente emitidos por quemadores.
La composicion qmmica de la lana mineral segun la invencion la hace apta para ser obtenida por otros procedimientos de formacion de fibras, principalmente por centrifugacion externa, es decir vertiendo el vidrio fundido sobre la superficie externa de rodillos en rotacion para formar hilos de vidrio que son estirados por chorros de gas caliente. Sin embargo, este procedimiento es menos preferido ya que genera granos o infibrados.
Las fibras obtenidas se lfan entre ellas por medio de una composicion de encolado pulverizada en su superficie, antes de ser recibidas y conformadas para obtener diversos productos de lana mineral, como rodillos o paneles.
Con el fin de obtener una resistencia termica aun mejor, la lana mineral comprende ventajosamente un compuesto de fosforo, preferentemente pulverizado al mismo tiempo que la composicion de encolado. El compuesto de fosforo puede ser mineral, tal como se describe en la solicitud Wo 01/68546, o en parte organico, por ejemplo un oligomero o un polfmero de tipo poliacido o poliester fosfonico o fosforico, como muestra la solicitud W o 2006/103375.
Los siguientes ejemplos ilustran la invencion de forma no limitante.
Se han obtenido productos de lana mineral A (comparativo) transformando en fibras por centrifugacion interna un vidrio cuya composicion se reproduce a continuacion:
SiO2 42,7%
Al2O3 23,5%
CaO 14,9%
MgO 1,4%
Na2O 6,6%
K2O 4,1%
Fe2O3 5,5%
P2O5 0,7%
TiO2 0,6%
ZrO2 0,1%
Se han obtenido productos de lana mineral B (segun la invencion) transformando en fibras de la misma forma la misma composicion a la que se han anadido 0,05% de SnO2. Los productos conteman 2% en peso de aglomerante (composicion de encolado).
Estos productos se han sometido a un ensayo de resistencia al fuego segun el Codigo FTP (Fire Test Procedures) 2010 publicado por la OMI (Organizacion Mantima Internacional).
Estos ensayos consisten en aplicar una curva de temperatura normalizada (norma ISO 834) que simula un incendio en un horno cuya pared horizontal superior esta formada por una placa de acero en el lado externo de la cual se fija el producto de lana mineral, en contacto con el aire. Los productos ensayados teman una densidad de 66 kg/m3 y un espesor de 70 mm. La temperatura media de la cara externa del producto (opuesta a la placa de acero) se mide por medio de termopares.
En el caso del producto A, el tiempo al cabo del cual la temperatura de la cara externa ha aumentado 140°C es de 85 minutos. Al cabo de 60 minutos, la temperatura de la cara externa era de 127°C.
En el caso del producto B, estos tiempos y temperatura eran respectivamente de 126 minutos y de 110°C.
Los productos se han sometido igualmente a un ensayo de hundimiento que consiste en llevar muestras cilmdricas cuyo altura y diametro son de aproximadamente 45 mm a una temperatura de 1.000°C durante un tiempo de 10 minutos.
Despues del ensayo, el producto A se ha hundido 63% frente a 52% para el producto B.
Por lo tanto, el producto que contiene el oxido de estano es claramente muy superior en cuanto a resistencia al fuego y a las temperaturas elevadas.
Claims (11)
1. Lana mineral que comprende fibras de vidrio cuya composicion qmmica comprende los siguientes constituyentes con un contenido ponderal que vana en los lfmites definidos a continuacion:
SiO2 35-55%
Al2O3 14-27%
CaO 3-35%
MgO 0-15%
Na2O K2O 1-17%
Fe2O3 2-15%
B2O3 0-8%
SnO2 0,01-3%
2. Lana mineral segun la reivindicacion 1, tal que las fibras de vidrio presentan una composicion qmmica que comprende los constituyentes siguientes, con un contenido ponderal que vana en los lfmites definidos a continuacion:
SiO2 39-55%
Al2O3 16-27%
CaO 3-35%
MgO 0-5%
Na2O K2O 9-17%
Fe2O3 2-15%
B2O3 0-8%
SnO2 0,01-3%
3. Lana mineral segun una de las reivindicaciones precedentes, tal que la suma de los contenidos de sflice y de alumina esta comprendida entre 57 y 70%, principalmente entre 62 y 68%.
4. Lana mineral segun una de las reivindicaciones precedentes, tal que el contenido de MgO es de como maximo 3%.
5. Lana mineral segun una de las reivindicaciones precedentes, tal que el contenido ponderal de SnO2 esta comprendido en un intervalo que va de 0,02 a 2,5%, principalmente de 0,03 a 2%.
6. Lana mineral segun una de las reivindicaciones precedentes, tal que la composicion qmmica de las fibras de vidrio comprende oxido de zirconio, en un contenido de como maximo 3%, principalmente comprendido en un intervalo que va de 0,05% a 3%.
7. Lana mineral segun una de las reivindicaciones precedentes, tal que las fibras de vidrio presentan una composicion qmmica que comprende los constituyentes siguientes, con un contenido ponderal que vana en los lfmites definidos a continuacion:
SiO2 39-46%
Al2O3 16-27%
CaO 6-20%
MgO 0,5-5%
Na2O K2O 9-15%
Fe2O3 2-15%
B2O3 0-2%
P2O5 0-3%
TiO2 0-2%
SnO2 0,02-2%
8. Lana mineral segun una de las reivindicaciones precedentes, tal que las fibras de vidrio presentan una composicion qmmica que comprende los constituyentes siguientes, con un contenido ponderal que vana en los lfmites definidos a continuacion:
SiO2 40-45%
Al2O3 18-26%
CaO 8-18%
MgO 0,5-3%
Na2O K2O 10-13%
Fe2O3 3-8%
B2O3 0%
P2O5 0-1%
TiO2 0,1-1%
SnO2 0,03-1%
9. Producto aislante que comprende la lana mineral segun una de las reivindicaciones precedentes.
10. Procedimiento de obtencion de una lana mineral segun una de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende una etapa de fusion de un vidrio que tiene sensiblemente la misma composicion qmmica que la de dicha lana mineral y despues una etapa de formacion de fibras.
11. Procedimiento segun la reivindicacion precedente, tal que la etapa de formacion de fibras se realiza por centrifugacion interna.
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