ES2954062T3 - Materiales de aislamiento de lana mineral recubiertos de silicona y métodos para fabricarlos y usarlos - Google Patents

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Abstract

La presente divulgación se refiere a materiales aislantes de lana mineral recubiertos de silicona, métodos para fabricarlos usando métodos de recubrimiento específicos y métodos para usarlos. Un aspecto de la divulgación es un método para fabricar una lana mineral recubierta de silicona, comprendiendo el método: proporcionar una lana mineral que comprende una colección de fibras de lana mineral; aplicar a la lana mineral una composición de revestimiento a base de disolvente que comprende una silicona, teniendo la silicona de la composición de revestimiento un peso molecular medio numérico de al menos 25 kDa; y dejar que el disolvente se evapore para proporcionar lana mineral recubierta de silicona. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Materiales de aislamiento de lana mineral recubiertos de silicona y métodos para fabricarlos y usarlos
Antecedentes de la invención
Campo de la descripción
La presente divulgación se refiere generalmente a los materiales de aislamiento y los métodos para fabricarlos y usarlos. La presente divulgación se refiere más particularmente a los materiales de aislamiento de lana mineral recubiertos de silicona, los métodos para fabricarlos utilizando métodos de recubrimiento específicos y los métodos para usarlos.
Antecedentes de la invención
Los materiales de aislamiento, como las mantas, los rollos y las frazadas de lana mineral, se utilizan normalmente para reducir la tasa de transferencia de calor entre dos áreas separadas por un límite. Por ejemplo, en un ático, se puede aplicar material aislante a la superficie interior de la cubierta del techo para ralentizar la transferencia de calor a través de la cubierta del techo, es decir, desde el exterior de la casa al ático o viceversa. En otra aplicación, el material de aislamiento se aplica a las paredes exteriores (por ejemplo, entre los pernos de madera) y se cubre con tablaroca para reducir la velocidad de transferencia de calor a través de la pared exterior y la tablaroca. El material aislante también puede evitar el movimiento indeseable del aire (por ejemplo, corrientes de aire por convección) y el movimiento resultante de la humedad de un espacio a otro.
Los materiales de aislamiento de lana mineral a menudo se forman en estructuras similares a esteras, con fibras individuales que se unen en una estructura no tejida por un aglutinante. Tales materiales pueden ser proporcionados en forma de, por ejemplo, mantas, frazadas o rollos, que pueden ser colocados contra las superficies de construcción para aislarlos. Tales materiales se colocan típicamente en áticos (por ejemplo, contra un techo o un piso) o dentro de las paredes para proporcionar aislamiento.
Más recientemente, el uso de lana soplada o aislamiento de relleno suelto ha aumentado en popularidad. El aislamiento de relleno suelto se compone principalmente de fibras de lana mineral cortas no adheridas, tratadas típicamente con aditivos tales como aceites de desempolvado y compuestos antiestáticos. El aislamiento de relleno suelto normalmente se comprime y se envasa en bolsas. La instalación se realiza (por ejemplo, en áticos y paredes laterales) utilizando una máquina de soplado neumática; el proceso de soplado descomprime de forma deseable el aislamiento de relleno suelto para proporcionarle una densidad baja deseada.
El aislamiento de relleno suelto es popular entre los contratistas de aislamiento porque se puede aplicar fácil y rápidamente tanto en nuevas construcciones como en estructuras existentes. Además, el aislamiento de relleno suelto es un material relativamente de bajo costo, y tiene costos de mano de obra más bajos en instalación en comparación con los materiales en forma de mantas, frazadas y rollos. Sin embargo, el aislamiento de relleno suelto es típicamente aplicado por contratistas en lugar de propietarios debido al equipo de soplado especial necesario. Dicho aislamiento se suele empaquetar en bolsas grandes que pesan, por ejemplo, 9.07-18,14 kg (20-40 lb).
Cuando los aislamientos de relleno suelto se aplican neumáticamente, pueden ser la fuente de polvo e irritación para el instalador. Mientras que los aceites de eliminación de polvo se aplican típicamente en el momento de la fabricación para controlar este polvo, y se recomienda a los instaladores que usen una máscara antipolvo y equipo de protección para reducir su exposición al polvo, la efectividad de estos aceites podría mejorarse, especialmente cuando los aceites se aplican a bajas velocidades de aplicación (por ejemplo, menos de aproximadamente 2 % en peso).
Las siliconas se aplican a menudo a las fibras de los materiales de aislamiento de lana mineral. Una razón para hacerlo es mejorar la lubricidad de fibra a fibra. En el aislamiento de relleno suelto, esto ayuda a los materiales a descomprimirse durante el soplado para proporcionar un material que tiene una densidad relativamente baja, y por lo tanto un área relativamente alta de cobertura por peso unitario. Los recubrimientos de silicona también hacen que las superficies de fibra sean hidrófobas, para ayudar a prevenir la absorción de agua y para proteger el material mineral contra el ataque hidrolítico.
Pero todavía se necesitan mejoras en los materiales de aislamiento de lana mineral.
WO01/83394 A1 divulga fibras de vidrio cuyos grupos hidroxilo superficiales reaccionan con agentes bloqueantes o lubricantes, incluidas las siliconas en forma de emulsión, para crear un producto final con mejor recuperabilidad a su volumen original después de la compactación. Breve descripción de la invención
Un aspecto de la divulgación es un método para hacer una lana mineral recubierta de silicona, el método comprende:
proporcionar una lana mineral que comprende un conjunto de fibras minerales;
aplicar a la lana mineral una composición de recubrimiento a base de disolvente que comprende una silicona, la silicona de la composición de recubrimiento tiene un peso molecular de número promedio de al menos 20 kDa (por ejemplo, al menos 25 kDa); y
permitir que el disolvente se evapore para proporcionar lana mineral recubierta de silicona.
Otro aspecto de la divulgación es una lana mineral recubierta de silicona hecha por un método como se describe aquí.
Otro aspecto de la divulgación es una lana mineral recubierta de silicona que comprende un conjunto de fibras de lana mineral que tiene un recubrimiento de silicona que comprende una silicona con un peso molecular promedio de al menos 20 kDa (por ejemplo, al menos 25 kDa).
Otro aspecto de la divulgación es una estructura aislada que tiene una superficie interior (por ejemplo, una superficie de una pared, un techo, piso, un ático, un sótano, u otra superficie de construcción), y una lana mineral recubierta de silicona como se describe en este documento dispuesta contra la superficie interior.
Otro aspecto de la divulgación es una estructura aislada que tiene una superficie interior y una superficie exterior, y una lana mineral recubierta de silicona como se describe aquí dispuesta en un espacio (por ejemplo, llenando parcial o sustancialmente el espacio) entre la superficie interior y la superficie exterior.
Otro aspecto de la divulgación es una cavidad aislada que tiene una primera superficie y una segunda superficie, y una lana mineral recubierta de silicona, como se describe aquí, dispuesta entre la primera superficie y la segunda superficie.
Aspectos adicionales de la divulgación serán evidentes a partir de la divulgación en este documento.
Breve descripción de los dibujos
Los dibujos adjuntos se incluyen para proporcionar una mayor comprensión de los métodos y dispositivos de la divulgación, y se incorporan y constituyen una parte de esta especificación. Los dibujos no son necesariamente a escala, y los tamaños de varios elementos pueden distorsionarse para mayor claridad. Los dibujos ilustran una o más representaciones de la divulgación, y junto con la descripción sirven para explicar los principios y el funcionamiento de la divulgación.
La FIGURA 1 es un gráfico de barras que muestra los pesos moleculares máximos medidos para varios materiales de silicona.
La FIGURA 2 es una vista esquemática de una estructura aislada de acuerdo con una realización de la revelación.
La FIGURA 3 es una vista esquemática de una estructura aislada de acuerdo con otra realización de la divulgación.
Descripción detallada de la invención
Como se señaló anteriormente, los materiales de lana mineral están recubiertos convencionalmente con una silicona para mejorar la lubricidad entre fibras y proporcionar a las fibras superficies hidrófobas para ayudar a evitar la absorción de humedad por el material y para proteger las fibras del ataque hidrolítico. Convencionalmente, este recubrimiento se realiza utilizando una emulsión acuosa de una silicona de peso molecular relativamente bajo, aplicada mientras el material fibroso todavía está caliente por ser hilado o extraído de material a granel. Las siliconas convencionales utilizadas para tales fines incluyen, por ejemplo, las siliconas que tienen un peso molecular de número-promedio en el rango de 10-15 kDa, por ejemplo, Dow Corning DC 346 y Wacker Chemie BS1052.
Los inventores actuales han determinado inesperadamente que los procesos convencionales de recubrimiento de silicona proporcionan materiales recubiertos que sufren una reducción de las propiedades beneficiosas, especialmente durante la primera hora después del recubrimiento. Los inventores actuales han determinado que el uso de una silicona de alto peso molecular puede abordar el problema de la descomposición de la silicona. Una vez más, sin la intención de estar limitados por la teoría, los inventores suponen que tales siliconas de alto peso molecular pueden sufrir descomposición con aproximadamente la misma cinética que las siliconas de bajo peso molecular. Pero, críticamente, los productos de descomposición resultantes serían de un peso molecular mucho más alto que los del caso de silicona de bajo peso molecular, y por lo tanto se pueden retener como un recubrimiento de mayor calidad en las fibras.
En consecuencia, un aspecto de la divulgación es un método para hacer un material de lana mineral recubierto de silicona. El método incluye proporcionar una lana mineral que comprende un conjunto de fibras; aplicar a la lana mineral una composición de recubrimiento a base de disolvente que comprende una silicona; y permitir que el disolvente se evapore para proporcionar lana mineral recubierta de silicona. En particular, la silicona de la composición del recubrimiento a base de disolventes tiene un peso molecular de número-promedio de al menos 20 kDa. Los materiales de lana mineral fabricados por tales procesos pueden ser especialmente útiles como materiales aislantes, por ejemplo, como materiales aislantes de relleno suelto.
Como lo apreciará un experto en la técnica, la lana mineral se puede hacer de una variedad de materiales. Por ejemplo, en ciertas realizaciones como se describe de otra manera aquí, la lana mineral es una lana de vidrio. Las lanas de vidrio se pueden hacer de una amplia variedad de vidrios, por ejemplo, vidrios de silicato tales como vidrios de borosilicato, vidrios de aluminosilicato y vidrios de aluminoborosilicato. Las lanas de vidrio se refieren con frecuencia como “fibra de vidrio” en el arte. En otras realizaciones, la lana mineral es una lana de piedra (también conocida como lana de roca), o una lana de escoria.
Las fibras de la lana mineral son en forma deseable relativamente finas, a fin de proporcionar materiales que se pueden instalar mediante soplado para proporcionar una densidad relativamente baja y, por lo tanto, un grado relativamente alto de aislamiento. Por lo tanto, en ciertas realizaciones, como se describe aquí, el diámetro medio de las fibras de la lana mineral (es decir, tomado para cada fibra como la distancia máxima a través de la fibra en una dirección perpendicular a la longitud de la fibra) no es más de aproximadamente 100 micras, por ejemplo, no más de 50 micras o incluso no más de 20 micras. Si bien se desean fibras relativamente finas, en ciertas realizaciones es deseable que las fibras no sean demasiado delgadas, para no crear un peligro de inhalación. En consecuencia, en ciertas realizaciones como se describe en el presente documento, el diámetro medio de las fibras de la lana mineral es de al menos 500 nm, por ejemplo, al menos 1 micra o al menos dos micras. Las longitudes de las fibras variarán, por ejemplo, dependiendo del uso final deseado del material. En ciertas realizaciones, como se describe en el presente documento, la longitud media del conjunto de fibras no es superior a 500 mm, por ejemplo, no superior a 250 mm o no superior a 100 mm. Por ejemplo, las fibras hechas para su uso como aislamiento de relleno suelto por lo general serán relativamente cortas. En ciertas realizaciones, la longitud media del conjunto de fibras no es más de 50 mm, por ejemplo, no más de 25 mm, o incluso no más de 10 mm.
La lana mineral en sí se puede hacer utilizando métodos convencionales, a partir de una serie de materiales diferentes, por ejemplo, vidrio, roca o piedra (por ejemplo, basalto o diabase, u otra roca volcánica o subvolcánica), un mineral, escoria o una mezcla de los mismos al menos parcialmente purificados. Típicamente, la fuente mineral se funde y se forma en fibras, utilizando cualquiera de una serie de procesos de hilado, centrifugación, estirado u otros procesos de obtención de fibras. El proceso de obtención de fibras en sí puede proporcionar fibras de una longitud deseada, o las fibras se pueden cortar a un tamaño deseado. Las fibras minerales calientes resultantes se pueden descargar del aparato de obtención de fibras y dejar que se enfríen a medida que se aplican uno o más recubrimientos u otros tratamientos (incluidas las siliconas descritas aquí); la aplicación de dichos recubrimientos/tratamientos puede ayudar a enfriar las fibras minerales calientes. Las fibras enfriadas se pueden recoger, tratar más si se desea y luego empaquetar.
Las siliconas se pueden añadir mientras las fibras todavía están relativamente calientes, de modo que el disolvente de la silicona a base de disolvente se puede evaporar para ayudar a enfriar las fibras y formar el recubrimiento de silicona como una capa de silicona en las superficies de las fibras. La persona experta en la técnica apreciará que la capa de silicona, especialmente cuando se forma a partir de gotitas en un aerosol, puede no ser de un solo espesor uniforme, sino más bien puede tener variaciones significativas en el espesor y la cobertura en fibras individuales e incluso en diferentes áreas de limadores individuales. Sin embargo, la cantidad de silicona en un conjunto de fibras se puede diferenciar por una cantidad total de silicona como un % en peso de la masa total de la fibra. En determinadas realizaciones, como se describe en el presente documento, la lana mineral se encuentra a una temperatura de 200-500 °C cuando está recubierta con la composición de recubrimiento a base de disolventes. En ciertas realizaciones de este tipo, la lana mineral se encuentra a una temperatura en el rango de 200-465 °C, o 200-430 °C, o 240-500 °C, o 240-465 °C, o 240-430 °C, o 285-500 °C, o 285-465 °C, o 285-430 °C cuando está recubierto con la composición de recubrimiento a base de disolvente. Al recubrir, el disolvente de la composición del recubrimiento puede comenzar a evaporarse; esto, junto con la temperatura generalmente más fría de la composición del recubrimiento, puede servir para enfriar la lana mineral y secar el recubrimiento de silicona en las fibras de la lana mineral. Opcionalmente, la lana mineral se puede enfriar de cierta forma (por ejemplo, rociando una niebla de agua) antes de la aplicación de la composición del recubrimiento, con el fin de llevar la lana mineral a una temperatura deseada para la aplicación de silicona. Tras la aplicación de la composición del recubrimiento, la evaporación de gran parte del disolvente y la temperatura generalmente más baja de la composición del recubrimiento pueden reducir la temperatura de las fibras, por ejemplo, a una temperatura en el rango de 50 °C a 250 °C. Por lo tanto, mientras que las fibras no están tan calientes como antes del recubrimiento, todavía pueden estar relativamente calientes.
Sin pretender estar limitados por la teoría, los inventores suponen que la acidez/basicidad de la superficie de las fibras de lana mineral es un factor importante en la determinación de las propiedades materiales últimas, especialmente debido al hecho de que las fibras suelen permanecer relativamente calientes durante algún tiempo después de la aplicación de la silicona. En consecuencia, en ciertas realizaciones como se describe de otra manera aquí, la lana mineral (es decir, antes de ser recubierta por la silicona) tiene una alta basicidad superficial. La basicidad superficial se puede determinar recogiendo la lana mineral (es decir, en el punto del proceso en el que se va a recubrir con la silicona), permitiendo que se enfríe y realizando la siguiente prueba de remojo de pH: La lana mineral (50 g) se combina con 1000 g de agua desionizada en una jarra de plástico. La jarra se tapa y agita vigorosamente durante 30 segundos. La muestra de lana de vidrio se exprime para drenar cualquier líquido en la jarra, luego el líquido de la jarra se filtra en un vaso de precipitados de 250 ml y el pH del filtrado se mide con un medidor de pH para proporcionar un pH de prueba de remojo. En ciertas realizaciones como se describe en el presente documento, la lana mineral tiene un pH de prueba de remojo en el rango de 8 a 11 justo antes de ser recubierta. En ciertas realizaciones, la lana mineral tiene un pH de prueba de remojo en el rango de 8.5-11, u 8.5-10,5, u 8.5-10, o 9-11, o 9-10,5, o 9-10.
Como se ha descrito anteriormente, los inventores actuales han determinado que puede ser ventajoso utilizar una silicona de alto peso molecular en el recubrimiento de fibras de lana mineral, especialmente a las temperaturas y/o basicidades superficiales descritas aquí. En consecuencia, en ciertos aspectos de la divulgación, la silicona de la composición del recubrimiento tiene un peso molecular de número-promedio de al menos 20 kDa. En ciertas realizaciones, como se describe en el presente documento, la silicona de la composición del recubrimiento tiene un peso molecular de númeropromedio de al menos 25 kDa, o al menos 30 kDa, o al menos 40 kDa, o al menos 50 kDa, o al menos 60 kDa. La persona experta en la técnica entenderá que se puede utilizar una variedad de materiales de alto peso molecular, siempre y cuando puedan ser efectivamente recubiertos de una composición de recubrimiento a base de disolventes.
Se puede utilizar una variedad de siliconas en los métodos y materiales descritos aquí. Por ejemplo, en ciertas realizaciones, la silicona es un polisiloxano, por ejemplo, un polímero o copolímero de uno o más de un alquilsiloxano como dimetilsiloxano y metilsiloxano; y arilsiloxano como fenilmetilsiloxano, 2-fenilpropilmetilsiloxano y fenilsiloxano y un siloxano funcionalizado tal como 3-aminopropolmetilsiloxano, y aminoetilaminopropilmetoxisiloxano. En ciertas realizaciones, la silicona es un poli(dimetilsiloxano). La silicona se puede terminar de cualquier manera conveniente, por ejemplo, trimetilsililo, hidroxi o hidruro.
La composición del recubrimiento a base de disolvente se puede proporcionar en una variedad de formas, por ejemplo, como una emulsión de la silicona en el disolvente, o como una solución de la silicona en el disolvente. (Es decir, el solvente no necesita disolver realmente la silicona; más bien, simplemente necesita proporcionar un portador líquido evaporable para la silicona). En ciertas realizaciones deseables, el disolvente de la composición del recubrimiento a base de disolventes es un fluido acuoso, por ejemplo, agua. El agua es benigna para el medio ambiente, tiene una alta capacidad térmica y calor de vaporización (y por lo tanto proporciona un enfriamiento eficiente de las fibras minerales calientes), no es inflamable y es la base para muchas dispersiones comerciales de silicona. Pero en algunos casos se pueden utilizar otros disolventes. La concentración de la silicona en la composición del recubrimiento puede ser, por ejemplo, en el rango de 0,01-5 % en peso. En ciertas realizaciones, la concentración de la silicona en la composición del recubrimiento está en el rango de 0,01-5 %, o 0,01-3 %, o 0,01-2 %, o 0,01-1 %, o 0,01-0,5 %, o 0,05-5 %, o 0,05-3 %, o 0,05-2 %, o 0,05-1 %, o 0,05-0,5 %, o 0,1-5 %, o 0,1-3 %, o 0,1-2 %, o 0,1-1 %, o 0,1-0,5 %.
Los métodos de recubrimiento convencionales se pueden utilizar para aplicar la composición del recubrimiento a la lana mineral. Por ejemplo, en muchos métodos de fabricación convencionales, las fibras se forman y luego caen verticalmente a través de una zona de enfriamiento para recolectarse; la composición del recubrimiento se puede rociar sobre las fibras de la lana mineral a medida que caen. La tasa de pulverización se puede ajustar con respecto a la tasa de formación de las fibras para proporcionar una cantidad deseada de recubrimiento en las fibras. Por supuesto, se pueden utilizar otros métodos de aplicación. La tasa de aplicación (por ejemplo, a través de pulverización) de la composición del recubrimiento a la lana mineral (es decir, la cantidad que se conduce a la lana mineral, incluidas las pérdidas del sistema) puede ser, por ejemplo, en el rango de 0,1-10 mg de silicona por gramo de lana mineral, por ejemplo, en el rango de 0,1-5, o 0,1-3, o 0,1-2, o 0,1-1, o 0,2-10, o 0,2-5, o 0,2-3, o 0,2-2, o 0,2-1, o 0,5-10, o 0,5-5, o 0,5-3, o 0,5-2 mg de silicona por gramo de lana mineral.
La persona experta en la técnica apreciará que no toda la silicona en la composición de recubrimiento aplicada se retendrá inicialmente en las fibras; normalmente hay pérdidas del sistema que hacen que alguna fracción de la composición de recubrimiento no sea recogida por las fibras. La cantidad de silicona en las fibras después de la pulverización puede ser, por ejemplo, en el rango de 0,1-10 mg de silicona por gramo de lana mineral, por ejemplo, en el rango de 0,1-5, o 0,1-3, o 0,1-2, o 0,1-1, o 0,2-10, o 0,2-5, o 0,2-3, o 0,2-2, o 0,2-1, o 0,5-10, o 0,5-5, o 0,5-3, o 0,5-2 mg de silicona por gramo de lana mineral.
Una vez que se aplica la composición del recubrimiento, se deja que el disolvente se evapore para proporcionar una lana mineral recubierta de silicona. La persona experta en la técnica apreciará que en muchos sistemas, no se necesitan arreglos especiales para evaporar el disolvente; la temperatura de la lana mineral en el momento del recubrimiento, la temperatura de otra manera en el sistema y el flujo de aire u otro gas de proceso a través del dispositivo es suficiente para evaporar el solvente. Por supuesto, en otras realizaciones, la lana mineral recubierta de silicona se puede calentar o someter a un flujo de aire u otro gas de proceso para evaporar el solvente. La lana mineral recubierta de silicona se puede recoger por ejemplo, en un transportador como es convencional en la técnica.
La persona experta en la técnica apreciará que se puede aplicar una variedad de otros materiales a la lana mineral. Por ejemplo, un aditivo antiestático, como una sal de amonio cuaternario, se puede aplicar a la lana mineral (por ejemplo, mediante aplicación de pulverización de solución acuosa), en una cantidad efectiva para evitar la acumulación de estática en el producto final.
Del mismo modo, en muchas realizaciones, se puede aplicar un aceite de eliminación de polvo (por ejemplo, un aceite de base lubricante pesada) para suprimir el polvo en el producto final. El aceite puede suministrarse, por ejemplo, en una cantidad dentro del rango de 0,5-4 % en peso de la lana mineral, por ejemplo, alrededor del 2 %. Se pueden utilizar aceites convencionales, por ejemplo, Telura™ 720E o Prorex 100 de Exxon-Mobil. Una pequeña cantidad (por ejemplo, alrededor del 2 % en peso) de tensioactivo (por ejemplo, no iónico o catiónico, como un éster de ácidos mono, di o tri grasos) se puede incluir en el aceite.
La persona experta en la técnica apreciará que estos y otros materiales adicionales se pueden aplicar a la lana mineral en cualquier orden deseable. Por ejemplo, en una realización, se aplica un aditivo antiestático a la lana mineral después de aplicar la composición que contiene silicona, y mientras la lana mineral todavía está caliente, con el aceite que se aplica después de que la lana mineral se haya enfriado. Pero otras realizaciones son posibles. En ciertas realizaciones, uno o más de estos y otros materiales adicionales se aplican al mismo tiempo que la composición del recubrimiento que contiene silicona (por ejemplo, mezclándose con la composición del recubrimiento que contiene silicona o aplicándose al mismo tiempo que la composición del recubrimiento que contiene silicona). Sin embargo, en otras realizaciones, sustancialmente no se aplica ningún otro material junto con la silicona (es decir, la composición del recubrimiento que contiene silicona consiste esencialmente en la silicona y el disolvente).
En ciertas realizaciones, la lana mineral recubierta de silicona se forma como un material de relleno suelto sin consolidar, es decir, sustancialmente no se aplica aglutinante a la lana mineral recubierta de silicona. Dicho material puede proporcionarse como fibras relativamente cortas, adecuadas para la instalación utilizando métodos de instalación de relleno suelto convencionales, por ejemplo, soplando a través de una manguera para su disposición contra una superficie interior de un edificio.
Los materiales de lana mineral recubiertos de silicona descritos en este documento se pueden empaquetar, por ejemplo, comprimiéndose y empaquetando, por ejemplo, en bolsas u otros recipientes sellados.
Otro aspecto de la divulgación es una lana mineral recubierta de silicona hecha por un proceso como se describe aquí.
Otro aspecto de la divulgación es una lana mineral recubierta de silicona que comprende un conjunto de fibras de lana mineral que tiene un recubrimiento de silicona que comprende una silicona que tiene un peso molecular de número promedio de al menos 20 kDa. El peso molecular de la silicona se puede determinar a través de un tiempo de ionización por desorción láser asistida por matriz de espectrometría de masas de iones secundarios de vuelo (MALDI-TOF SIMS). En ciertas realizaciones de este tipo, la silicona tiene un peso molecular de número promedio de al menos 25 kDa, por ejemplo, al menos 30 kDa, o al menos 40 kDa, o al menos 50 kDa, o al menos 60 kDa, o al menos 70 kDa. El peso molecular de la silicona utilizada en la fabricación de una lana mineral de este tipo se puede seleccionar para proporcionar al producto final una silicona de recubrimiento que tenga dichos pesos moleculares, teniendo en cuenta un material mineral particular y el proceso de fabricación. El uso de una silicona de alto peso molecular en la composición del recubrimiento puede proporcionar recubrimientos de silicona de un peso molecular sustancialmente mayor y, por lo tanto, una calidad sustancialmente mayor que el uso convencional de siliconas de peso molecular inferior.
La lana mineral recubierta de silicona de acuerdo con este aspecto de la divulgación puede ser sustancialmente como se describió anteriormente con respecto a los métodos descritos anteriormente. Y, en ciertas realizaciones, la lana mineral recubierta de silicona de acuerdo con este aspecto de la divulgación se puede hacer por un método como se describe aquí. Se puede utilizar la siguiente conversión a unidades SI: 1 lb/pie3 = 16,02 kg/m3.
Los materiales de lana mineral recubiertos de silicona descritos aquí pueden proporcionarse con una variedad de densidades, dependiendo del uso final deseado. Por ejemplo, para su uso como materiales de aislamiento, los materiales de lana mineral recubiertos de silicona pueden en algunas realizaciones proporcionarse con densidades en el rango de 1,60-320,36 kg/m3 (0,1-20 lb/pie3). En varias realizaciones, el material de lana mineral recubierto de silicona tiene una densidad en el rango de 4,00-128,14 kg/m3 (0,25-8 lb/pie3) (por ejemplo, con la lana mineral siendo una lana de vidrio); o 4,00-32,03 kg/m3 (0,25-2 lb/pie3) (por ejemplo, con la lana mineral en forma de un material aislante de construcción flexible); o 4,00-12,01 kg/m3 (0,25-0,75 lb/pie3) (por ejemplo, con la lana mineral en forma de aislamientos de construcción flexibles y altamente compresibles); o 4,00-8,16 kg/m3 (0,25-0,510 lb/pie3) (por ejemplo, con la lana mineral en forma de un aislamiento de relleno suelto).
Los materiales de lana mineral descritos aquí pueden ser utilizados ventajosamente como materiales de aislamiento en una variedad de contextos, incluyendo el aislamiento de estructuras de construcción. En consecuencia, otro aspecto de la divulgación es una estructura aislada, la estructura aislada tiene una superficie interior (por ejemplo, una superficie de una pared, un techo, un piso, un ático, un sótano, u otra superficie de construcción), y una lana mineral recubierta de silicona como se describe en este documento dispuesta contra la superficie interior. Una de estas realizaciones se muestra en la FIGURA 2.
Aquí, la estructura aislada es la casa 200, de la cual se muestra en detalle una sección del ático. La superficie interior es una superficie de techo 210 frente a un ático 220, con una lana mineral recubierta de silicona 230 como se describe aquí dispuesta contra la superficie interior. Puede haber una o más capas de recubrimiento entre la lana mineral recubierta de silicona y la superficie interior. Por ejemplo, en esta realización, la lana mineral recubierta de silicona está en forma de manta de aislamiento, con recubrimientos 232 (por ejemplo, formados de papel) que encierran la lana mineral.
Por ejemplo, los materiales de relleno suelto, tal como se describe en este documento, se pueden utilizar en las llamadas aplicaciones de “soplado en manta”, en las que una malla u otro tejido encierra una cavidad (por ejemplo, entre los pernos de pared) y un material aislante de relleno suelto se dispone en la cavidad cerrada. Tal realización se muestra en la FIGURA 3, en el que se muestra en detalle una estructura de pared exterior de la casa 300. Aquí, la tela 370 encierra una cavidad 340 parcialmente definida por la superficie exterior 365 (aquí, una superficie de revestimiento). Lana mineral recubierta de silicona de relleno suelto 330 como se describe aquí se dispone en la cavidad definida por el tejido. Los materiales de relleno suelto también se pueden utilizar ventajosamente en las llamadas aplicaciones de “soplado abierto”, por ejemplo, en las que un material de relleno suelto se dispone libremente sobre un piso del ático o sobre un techo de una estructura (por ejemplo, a lo largo de una superficie orientada hacia arriba, como la descrita anteriormente con respecto a la FIGURA 2).
Otro aspecto de la divulgación es una estructura aislada (por ejemplo, un edificio) que tiene una superficie interior y una superficie exterior, y una lana mineral recubierta de silicona, como se describe aquí, dispuesta y al menos parcialmente llenando una cavidad entre la superficie interior y la superficie exterior. La cavidad puede estar, por ejemplo, en una pared de la estructura, un techo de la estructura o un piso de la estructura. Tal estructura se muestra en la FIGURA 3, con la cavidad definida por la superficie interior 360 (aquí, la superficie de una tablaroca) y la superficie exterior 365. En ciertas realizaciones de este tipo, la cavidad se llena sustancialmente (por ejemplo, al menos 90 % en volumen) con el material aislante de relleno suelto descrito aquí. Y otro aspecto de la divulgación es una cavidad aislada que tiene una primera superficie y una segunda superficie, y una lana mineral recubierta de silicona, como se describe aquí, dispuesta entre la primera superficie y la segunda superficie.
Por lo tanto, los materiales descritos en este documento pueden utilizarse para aislar una variedad de estructuras al ser colocados en una cavidad de las mismas.
Los materiales aislantes de relleno suelto descritos aquí se pueden instalar con densidades relativamente bajas, por ejemplo, 4,0-8,16 kg/m3 (0,25-0,510 lb/pie3). Los materiales aislantes de relleno suelto descritos aquí se pueden instalar utilizando métodos convencionales, por ejemplo, soplando. Se pueden utilizar métodos de soplado convencionales. Por ejemplo, en ciertas realizaciones, el aislamiento de relleno suelto se puede proporcionar con un aditivo para ayudar a promover la adhesión y/o evitar el desprendimiento del sitio en el que se va a instalar. Por ejemplo, el aislamiento de relleno suelto se puede soplar con agua (o algún otro líquido evaporable) para mantener el material en su lugar durante la operación de soplado; el líquido puede evaporarse después de la instalación. En otras realizaciones, el aditivo puede ser un adhesivo o un aglutinante, por ejemplo, para proporcionar una adhesión más permanente. La persona experta en la técnica puede utilizar materiales convencionales en la realización de tales métodos.
Los inventores actuales han observado una serie de ventajas del uso de una silicona de mayor peso molecular como se describe aquí. Por ejemplo, las fibras de lana mineral pueden tener alta hidrofobicidad. Además, los materiales pueden tener una densidad más baja cuando la silicona utilizada para recubrir las fibras es de un peso molecular más alto, como se describe aquí. Esto es especialmente importante en el contexto del aislamiento de relleno suelto; dicho aislamiento se comprime para el embalaje, y el proceso de soplado se utiliza para descomprimir el material a una baja densidad deseada. Como se describe a continuación, los inventores actuales han determinado que el uso de una silicona de mayor peso molecular conduce a un material que puede ser soplado a una densidad menor que un material comparativo hecho con una silicona de menor peso molecular. Sin la intención de estar limitados por la teoría, los inventores postulan que esto se debe a una mayor cobertura de silicona que conduce a una mayor lubricidad de las fibras, de modo que las fibras pueden deslizarse más fácilmente entre sí, lo que conduce a una mayor expansión del material durante el soplado, y por lo tanto una densidad más baja en la medida en que se instala.
Y, sorprendentemente, estos beneficios se pueden observar incluso cuando se utiliza mucha menos silicona en la operación de recubrimiento. Los actuales inventores, como se describe a continuación, determinaron que el rendimiento de un material recubierto con silicona de alto peso molecular puede ser mejor que un material recubierto con el doble de la cantidad de una silicona de menor peso molecular.
En un conjunto de experimentos, las fibras de vidrio fueron recubiertas mientras aún estaban calientes (es decir, mientras caían de las cabezas giratorias, temperatura en el rango de 285-430 °C) con una emulsión acuosa de silicona, luego fueron tratadas convencionalmente con una sal de amonio cuaternaria y un aceite, luego se comprime y se envasa a aproximadamente 128,14 kg/m3 (8 lb/pie3) en bolsas convencionales de 14,06 kg (31 lb). El material de control fue recubierto con un poli(dimetilsiloxano) que tenía un peso molecular de número promedio de aproximadamente 13,7 kDa (“Silicona de Bajo PM”), a partir de una emulsión de 0,7 % en peso de agua, para rociar una cantidad total de 0,14 % en peso de silicona a las fibras. Se realizaron tres recubrimientos experimentales utilizando un poli(dimetilsiloxano) con un peso molecular de número promedio nominal de 62.7 kDa (“Silicona de Alto PM 1”). Los recubrimientos se realizaron utilizando la misma concentración de silicona que en el control (para aplicar la misma cantidad de silicona), así como utilizando la mitad de la concentración (para aplicar la mitad de la cantidad) y una y media veces la concentración (para aplicar una vez y media la cantidad). Después de diferentes tiempos de almacenamiento, los materiales se soplaron a una profundidad de un pie y se midió la cobertura a una profundidad de 0,30 m (1 pie) por dos bolsas de 14,06 kg (31 lb); este valor se muestra como la cobertura en pies cuadrados y como se convierte en una densidad (es decir, mediante la , , 2 x 31
aensity = l b .
— -----------------------------------------fórmula l Jt xcovera$earea). |_a siguiente tabla proporciona datos de densidad para el material recubierto de bajo peso molecular de control y los tres materiales recubiertos de alto peso molecular (es decir, a 0,5, 1,0 y 1,5 veces la cantidad de recubrimiento en comparación con el control), como se sopla el día de fabricación (0) y 14, 36, 62 y 90 días después de la fabricación. Los datos demuestran que el recubrimiento con el material de alto peso molecular conduce a densidades más bajas, incluso cuando se utiliza la mitad de la cantidad de silicona.
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Otro conjunto de experimentos fue realizado para medir el peso molecular de un recubrimiento de silicona en varias lanas minerales recubiertas de silicona. Los recubrimientos fueron extraídos usando tolueno (aproximadamente 450 mL de disolvente por aproximadamente 60 g de lana mineral) durante la noche; después de la filtración y secado del filtrado mediante evaporación rotatoria, el residuo fue absorbido en 10 mL de tetrahidrofurano para cromatografía de permeación. El instrumento fue calibrado usando estándares de poliestireno; las barras de error mostradas son la desviación estándar de dos inyecciones del mismo material en el sistema de cromatografía. En todos los casos, el análisis termogravimétrico y la espectroscopia infrarroja de resolución temporal confirmaron que el material extraído era silicona. Para muestras experimentales, la emulsión de silicona utilizada para recubrir las fibras también se midió por evaporación del solvente de emulsión y absorción de tetrahidrofurano.
La FIGURA 1 es un gráfico de barras que muestra el peso molecular (Mp, masa de pico, Da) de los recubrimientos medido por cromatografía de permeación en gel (promedio de dos ciclos, calibración con estándares de poliestireno). Los datos para el primer ciclo de cada muestra también se proporcionan en la tabla siguiente:
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En la FIGURA 1, se proporcionan datos para tres materiales comerciales, así como cinco muestras experimentales recubiertas como se describe en el primer conjunto de experimentos descritos anteriormente. Se midió la Silicona 1 de alto PM para tener un peso molecular pico (Mp) de aproximadamente 67 kDa; el material de fibra recubierto con el mismo desde el primer sitio y un segundo sitio (sitios A y B) tenía extractos con valores de Mp de aproximadamente 58 kDa. Se midió una silicona 2 de alto PM, una silicona de poli(dimetilsiloxano) con un valor Mp de aproximadamente 62 kDa; el material de fibra recubierto con el mismo de un tercer sitio (sitio C) tenía un extracto con un valor Mp de aproximadamente 50 kDa. En el sitio B, sin embargo, el extracto era solo de unos 18 kDa. La silicona de bajo PM se midió para proporcionar un peso molecular máximo de aproximadamente 14 kDa; el material de fibra correspondiente, hecho en el sitio C, tenía un extracto con un peso molecular máximo de aproximadamente 10 kDa.
En otro conjunto de experimentos, las fibras recubiertas se recolectaron semanalmente (colecciones con siete días de diferencia) del sitio B y del sitio C, y de dos sitios adicionales, sitio D y sitio E. Durante el conjunto de recolecciones de varias semanas, la silicona utilizada se cambió de una silicona de bajo peso molecular a una de las siliconas de mayor peso molecular. Se recolectaron dos bolsas de producto de 14,06 kg (31 libras) en cada recolección; el material se sopló a una profundidad de 0,30 m (1 pie) y se midió la cobertura (en pies cuadrados) a un pie de profundidad por dos bolsas de 14,06 kg (31 libras). Los datos se proporcionan a continuación. Se pueden utilizar las siguientes conversiones de unidades: 1 pie cuadrado = 0,0929 m2; 1 lb = 0,454 kg.
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Estos puntos de datos semanales pueden ser confundidos por el hecho de que el control de procesos se instituye continuamente en un esfuerzo por proporcionar un producto que tenga una cobertura consistente. Para demostrar el efecto en el momento del cambio, se proporcionan diez días de datos para el Sitio C, Silicona 2 de Alto PM con los materiales que se muestrean y prueban varias veces al día. La silicona se cambió entre la silicona de bajo PM y la silicona 2 de alto PM entre los días 5 y 6. La cobertura promedio durante los días 1-5 fue de 14.64m2 (157.6 pies2), mientras que la cobertura promedio durante los días 6-10 fue de 15.21m2 (163,8 pies2).
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Por otra parte, se ha encontrado que los materiales hechos con la silicona de alto peso molecular exhiben mucha menos tendencia a aglomerarse cuando se manejan para la instalación que los materiales convencionales hechos con siliconas de bajo peso molecular. Esta reducción del agrupamiento da como resultado una serie de ventajas operativas, incluyendo una mejor uniformidad de cobertura, un mejor flujo durante la instalación y menos bloqueos de la maquinaria de entrega y, por lo tanto, menos paradas durante la instalación del material.
Será evidente para los expertos en el arte que se pueden hacer varias modificaciones y variaciones a los procesos y dispositivos descritos aquí sin apartarse del alcance de la divulgación. Por lo tanto, se pretende que la presente divulgación cubra tales modificaciones y variaciones de esta invención siempre que entren dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un método para hacer una lana mineral recubierta de silicona, el método comprende:
proporcionar una lana mineral que comprende un conjunto de fibras de lana mineral;
aplicar a la lana mineral una composición de recubrimiento a base de disolvente que comprende una silicona, la silicona de la composición del recubrimiento tiene un peso molecular de número-promedio determinado de acuerdo con el método descrito en la descripción de al menos 25 kDa; y
permitir que el disolvente se evapore para proporcionar lana mineral recubierta de silicona.
2. El método de conformidad con la reivindicación 1, donde la lana mineral es una lana de vidrio.
3. El método de conformidad con la reivindicación 1 o 2, donde la lana mineral está a una temperatura en el rango de 200­ 500 °C cuando está recubierta con la composición de recubrimiento a base de disolvente.
4. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la lana mineral tiene un pH de prueba de remojo determinado de acuerdo con el método descrito en la descripción en el rango de 8 a 11 justo antes de ser recubierta.
5. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde la silicona de la composición del recubrimiento tiene un peso molecular de número-promedio de al menos 40 kDa.
6. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde la silicona de la composición del recubrimiento tiene un peso molecular de número-promedio de al menos 60 kDa.
7. El método de conformidad con la reivindicación 6, donde la silicona es un poli(dimetilsiloxano).
8. El método de conformidad con la reivindicación 6, donde la silicona es un polímero o copolímero de uno o más de un alquilsiloxano tal como dimetilsiloxano y metilsiloxano; y arilsiloxano tal como fenilmetilsiloxano, 2-fenilpropilmetilsiloxano, y fenilsiloxano; y un siloxano funcionalizado como 3-aminopropilmetilsiloxano.
9. El método de conformidad con la reivindicación 8, donde el polímero o copolímero incluye un siloxano funcionalizado tal como 3-aminopropilmetilsiloxano.
10. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde la concentración de la silicona en la composición del recubrimiento está en el rango de 0,01-5 % en peso.
11. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde la tasa de aplicación de la composición del recubrimiento a la lana mineral está en el rango de 0,1-10 mg de silicona por gramo de lana mineral.
12. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, donde la aplicación de la composición de recubrimiento a base de disolvente a la lana mineral reduce la temperatura de la lana mineral en el rango de 50 °C a 250 °C.
13. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, donde la cantidad de silicona en las fibras después de la pulverización está en el rango de 0,1-10 mg de silicona por gramo de lana mineral.
14. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, que comprende además la aplicación de una cantidad efectiva de un aditivo antiestático (por ejemplo, una sal de amonio cuaternario) a la lana mineral, y/o un aceite de eliminación de polvo a la lana mineral en una cantidad en el rango de 0,4-4 % en peso de la lana mineral.
15. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, donde la lana mineral recubierta de silicona se forma como un material de relleno suelto sin consolidar.
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