HU223309B1

HU223309B1 - Mesterséges üveges szálak

Info

Publication number: HU223309B1
Application number: HU9902430A
Authority: HU
Inventors: Vermund Rust Christensen; Marianne Guldberg; Soren Lund Jensen; Svend Grove Rasmussen
Original assignee: Rockwool International A/S
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 2004-05-28
Also published as: ATE200774T1; EP0883581A1; EP0883581B1; HUP9902430A3; PL186135B1; SK118998A3; DE69704659T2; HUP9902430A2; US6156683A; AU1879897A; ES2157554T3; GB9604264D0; WO1997031870A1; PL328711A1; CZ288389B6; SK282859B6; RU2178776C2; DE69704659D1; CZ264598A3

Abstract

A találmány tárgya mesterséges üveges szálakból álló termék, mely azoxidok tömegére számított, alábbi összetételű készítményből vankialakítva, SiO2 36–55% Al2O3 15–30% CaO 3–30%MgO 5–20% FeO 4–15% Na2O+K2O 1–15% TiO20–6% egyéb elemek 0–15% melyben a Si4+:Si4++Al3+ arány 0,67-nál kisebb, melynek viszkozitása az 1300 °C-nál alacsonyabbcseppfolyósodási hőmérsékletén nagyobb, mint 30 Pa·s, és a szálakpH=4,5-nél mért feloldódási sebessége legalább 20 nm/nap. A találmánytárgya továbbá eljárás a nevezett készítmény előállítására. Akészítményt biológiailag elfogadható mesterséges üveges szálakkéntalkalmazzák. ŕ

Description

A jelen találmány tárgyát mesterséges üveges szálak (MMVF) képezik, amelyek használat során tartósak, de amelyekről kimutatható, hogy biológiailag előnyösek.

A mesterséges üveges szálakat üveges olvadékból készítik, mint kőzet, salak, üveg vagy egyéb ásványi anyag olvadékából. Az olvadékot úgy készítjük el, hogy a kívánt anyag-összetételű (analízisű) ásványkészítményt egy kemencében megolvasztjuk. Ezt a készítményt általában olyan kőzetek vagy ásványi anyagok összekeverésével készítjük el, amelyek a kívánt anyagösszetételt szolgáltatják. Az ásványkészítmény gyakran fém-oxidokból áll, és legalább 32% SiO₂-ot, 30-nál kevesebb Al₂O₃-ot és legalább 10% CaO-ot tartalmaz. Leírásunkban az elemanalízis-eredményeket tömegben adjuk meg, és oxidokban számítjuk. A vas-oxid FeO és Fe₂O₃ keveréke lehet, de itt FeO-ként szerepeltetjük.

Az olvadék képzése a kemencében és a szálaknak az olvadékból történő kialakítása hatékony és gazdaságos módon azt igényli, hogy a készítménynek megfelelő legyen az olvadási hőmérséklete, és a szálképzési művelet alatt megfelelő legyen a viszkozitása. Ezek a követelmények megszorításokat jelentenek a megolvasztandó ásványkészítmény megválasztása tekintetében.

Bár arra nincs tudományos bizonyíték, hogy a mesterséges üveges szálak gyártása és felhasználása az egészség kockáztatásával jár, az ipar érdekei arra késztették a gyártókat, hogy olyan szálakat szolgáltassanak, amelyek az MMVF szálak megkívánt fizikai tulajdonságaival rendelkeznek (például megfelelően tartósak magasabb hőmérsékleten és nedves körülmények között), de úgy választhatók meg, hogy jobb legyen a biológiai biztonságosságuk.

Ezt a nagyobb biológiai biztonságot általában in vivő vizsgálatok alapján választják ki. A mesterséges üveges szálak bioperzisztenciáját vagy tartósságát a tüdőben úgy tekintik, hogy az fontos tényező a lehetséges egészségügyi hatások tekintetében. A szálak bioperzisztenciájának meghatározására gyakran használt módszer az, hogy megfigyelik, milyen ezeknek a szálaknak (amelyek mindenféle szálak, így WHO-szálak, 20 μ-nál hosszabb szálak lehetnek) a kitisztulása patkányokba történő betáplálás vagy belélegeztetés után. Az ilyen vizsgálatok tipikus eredménye a kitisztulás félidejének a meghatározása.

In vivő kutatások alapján felismertek néhány mechanizmust. Például Oberdörster kimutatta, VDI Berichte 853 számú, 1991,17-37. oldal, hogy a mechanikai kitisztuláson túlmenően, ez a mechanizmus állhat a csaknem semleges (pH=7,5 körüli) tüdőfolyadékban történő feloldódásból és a savas (pH=4,5 és 5 között tartott) környezetben történő feloldódásból is, ami a makrofágok által körülvett szálakon következik be. Úgy véljük, hogy a makrofágok úgy segítik elő a szálak tüdőből történő eltávolítását, hogy elősegítik a körülvett szálfelület lokális feloldódását, ami a szálak elgyengüléséhez és töredezéséhez vezet, ez csökkenti az átlag szálhosszúságot, ezáltal lehetővé teszi, hogy a makrofágok elnyeljék és eltávolítsák a rövidebb szálakat a tüdőből. Ezt a mechanizmust Morimoto és mások közleménye, Occup. Environ. Med. 51. számú, 62-67. oldal (1994) szemlélteti, különösen annak 3. és 7. ábrája, valamint Luoto és mások cikkei az Environmental Research című folyóiratban, 66. számú, 198-207. oldal (1994) és a Staubreinhaltung dér Luft című folyóiratban, 52. számú, 419-423. oldal (1992). Egyéb, a tárgyhoz tartozó közlemények a következők: Bellmann és mások: „Investigation on the durability of man-made vitreous fibers in rat lungs”, Environ Health Perspect., 185-189. oldal, 1994; Bemstein D. és Mások: „Evaluation of soluble fibers using the inhalation biopersistence model, a nin-fiber comparison”, Inhalation Toxicology, 8. számú, 345-385. oldal, 1996; és Carr I.: „The macrophage - A review of ultrastructure and fimction”, Academic Press, New York, 1973.

A hagyományos üvegszálaknak és sok olyan MMVF szálnak, amelyeket tüdőfolyadékban megnövelt oldékonyságú szálaknak tartanak (pH=7,5-nél), rosszabb az oldékonysága pH=4,5-nél, mint pH=7,5-nél, ezért ezeknek a makrofágok által történő megtámadása nem járul hozzá jelentősen azoknak megrövidítéséhez és tüdőből történő végső eltávolításához.

A fentiekben leírt két oldódási folyamatot in vitro mérésekkel szimuláljuk. Az in vitro vizsgálatok a szálak feloldódási sebességét vagy degradabilitását vizsgálják egy olyan folyadékban, ami a tüdőfolyadékot szimulálja, mint a Gamble-féle oldat pH=7,4-7,8-nél vagy a makrofágokban lévő közeget szimulálja, ahol egy pH=4,5-5re beállított, módosított Gamble-féle oldatot használunk, ami a makrofágok belsejében található.

A fokozott oldhatósági sebességnek pH=7,5-nél az a következménye, hogy a szálaknak normális körülmények között csökkentett lesz a nedvességgel szembeni ellenállása.

Számos szabadalmi bejelentést tettek közzé, amelyek olyan szálakat írnak le, melyeknek fokozott az oldhatósági sebessége semleges Gamble-féle oldattal végzett in vitro vizsgálatoknál. Ilyenek például a WO 87/05007, WO 89/12032, WO 92/09536, WO 93/22251, WO 94/14717 számú nemzetközi, az EP 412 878, EP 459 897 számú szabadalmi iratok.

E szabadalmi bejelentéseknek az a jellemzője és azoknak a szálaknak is, amelyeket az ilyen in vitro vizsgálatok során úgy választanak ki, hogy fokozott feloldódási sebességük legyen, hogy a szálnak csökkentett kell legyen az alumíniumtartalma. A WO 87/05007 számú nemzetközi szabadalmi leírásban az állítják, hogy az A1₂O₃mennyiségének 10%-nál kisebbnek kell lennie. A kőzetgyapot és a salakgyapot alumíniumtartalma általában 5-15% (A1₂O₃ formában tömegben számítva), és ezek közül sok biológiailag alkalmasnak kiválasztott szálnak 4% alatt, gyakran 2% alatti. Ismeretes, hogy ezekbe az alacsony Al₂O₃-tartalmú készítményekbe foszfort tesznek, hogy növeljék a feloldódási sebességet ezen a 7,5-es pH-η végzett oldódásisebesség-vizsgálatnál.

Ezek közül a kis Al₂O₃-tartalmú szálak közül soknál az a probléma, hogy olvadási tulajdonságaik nem teljesen megfelelőek a szokásos vagy könnyen adaptálható olvasztó- és szálképző berendezésekben történő gyártásra. így például meglehetősen alacsony lehet az olvadékviszkozitás a megfelelő szálképzési hőmérsékleteken. Egy másik probléma az, hogy a pH=7,5 melletti

HU 223 309 Bl nagy feloldódási sebesség arra vezethet, hogy csökken a tartósság nedves körülmények között, amit esetleg csak a beszerelés után lehet tapasztalni.

A meglévő, kőzetből, salakból vagy más, viszonylag nagy alkálifoldkeverékekből készített szálaknak pH=4,5-nél nagyobb lehet a feloldódási sebessége, mint pH=7,5-nél, de hajlamosak arra, hogy alacsony legyen a viszkozitásuk. E meglévő szálak pH=7,5-nél mért oldódási sebességének és olvadéktulajdonságainak kombinációja nem megfelelő. Az in vitro vizsgálatok alapján jelenleg előnyösnek kiválasztott szálak hajlamosak arra, hogy túl alacsony legyen az olvadékviszkozitásuk, ha kicsi az alumíniumtartalmuk. Az alacsony olvadékviszkozitás elkerülhetetlenül arra vezet, hogy a normáltermeléshez képest csökken a termelés hatásfoka.

Kívánatos lenne olyan MWF szálak szolgáltatása, amelyek a pH=4,5-nél kimutatott nagy oldódási sebességük következtében biodegradábilisek lehetnek, és amelyek normális vagy megnövelt termelési hatásfokot tesznek lehetővé, és ugyanakkor olcsó nyersanyagokból gyárthatók. Előnyös módon jó az időjárás-állóságuk is, ha használat során nedves környezeti körülményeknek tesszük ki őket.

A WO 96/14247 és WO 96/14454 számú nemzetközi szabadalmi leírásokban (amelyeket e bejelentésünk elsőbbségi időpontjáig nem tettek közzé) bizonyos olyan mesterséges üveges szálakat írtunk le, amelyeket olyan készítményből állítottunk elő, melynek viszkozitása 1400 °C-on 10-70 poise volt, és összetétele az oxidok tömegére számítva:

SiO₂ 32-48%

A1₂O₃ 18-30%

CaO 10-30%

MgO 2-20%

FeO 2-15%

Na₂O+K₂O 0-10%

TiO₂ 0-6% egyéb elemek 0-15% és a szálak feloldódási sebessége pH=4,5-nél legalább 20 nm/nap. Olyan fent említett szálakat is leírtunk, amelyekben az A1₂O₃ mennyisége 10-18% és a Na₂O+K₂O mennyisége 6-12%.

Meglepő módon ezeknek a szabadalmi bejelentéseknek megfelelően olyan szálak szolgáltathatók, amelyeknek kicsi vagy mérsékelt a bioperzisztenciája annak következtében, hogy jó a feloldódási sebességük pH=4,5nél annak ellenére, hogy a szálak feloldódási sebessége pH=7,5-nél kicsi vagy mérsékelt. Ez lehetővé teszi a jó stabilitás fenntartását nedves körülmények között (a biodegradabilitás csökkenése nélkül). A szálaknak szokásos olvadási jellemzőik, mint olvadási hőmérsékletük, kristályosodási sebességük és olvadékviszkozitásuk lehet. A szálak olcsó nyersanyagok felhasználásával állíthatók elő.

A szálak másik előnye, hogy ha nedvesség és kondenzált víz hatásának vannak kitéve, akkor a létrejött, feloldódási termékeket tartalmazó oldatnak magasabb a pH-ja, de a szálaknak magasabb pH-η csökkentett lehet az oldhatósága, és így kevésbé oldódhatnak és nagyobb lehet a tartósságuk.

Az ezekben a nemzetközi szabadalmi iratokban ismertetett szálak egyikének sincs olyan olvadási hőmérséklet - A₂O₃-mennyiség - Si⁴⁺ :Si⁴⁺+Al³⁺ arány kombinációja, amit most kívánatosnak találnánk. Ennek megfelelően a jelen találmány további, olyan szálakat szolgáltat, amelyeknek egyedülálló oldhatósági tulajdonságaik vannak, mint az előző szabadalmi bejelentésekben definiált szálaknak, és ezenkívül további tulajdonságokkal rendelkeznek.

A találmány tárgya mesterséges üveges szálakat tartalmazó tennék, mely - az oxidok tömegére számítva az alábbi összetételű készítményből van kialakítva :

SiO₂ 36-55%, előnyösen 38-55%

A1₂O₃ 15-30%, előnyösen 17,27%

CaO 3-30%, előnyösen 5-20%

MgO 5-20%, előnyösen 5-10%

FeO 4-15%, előnyösen 4-10%

Na₂O+K₂O 1-15%, előnyösen 5-12%

TiO₂ 0-6%, előnyösen 0-4% egyéb elemek 0-15%, előnyösen 0-5% amelyben a Si⁴⁺: Si⁴⁺+Al³⁺ arány 0,67 vagy ennél kisebb, a készítmény viszkozitása a cseppfolyósodási hőmérsékletén nagyobb, mint 30 Pá s és előnyösen 300 Pá s (előnyösebben 250 Pá s) alatti, cseppfolyósodási hőmérséklete alacsonyabb, mint 1300 °C, előnyösen 1280 °C alatt, legelőnyösebben 1250 °C alatt, különösen előnyösen 1230 °C alatt van, és a szálak feloldódási sebessége pH=4,5-nél mérve legalább 20 nm/nap.

A legjobb eredményeket 1000 °C feletti, általában 1100 °C feletti és előnyösen 1150 °C feletti olvadási hőmérsékletekkel érjük el.

A találmány tárgyát képező mesterséges üveges szálak alkalmazását nagymértékben megkönnyíti egy olyan csomagolás, ami a fentebb meghatározott szálakból álló MMVF-terméket tartalmazza, és magában foglal még egy címkét vagy gyártmányismertetőt, vagy reklámanyagot, a pH=4-5 közötti oldhatósága és/vagy a makrofág által a tüdőben létrehozott közegre vonatkozóan is. Az ismertető anyag ily módon vonatkozhat az in vivő vizsgálatra, és kitérhet az alacsony bioperzisztenciára, biológiai befogadásra és a jó (igen alacsony) kacinogenitási besorolásra is.

A találmány tárgyát képezi továbbá a mesterséges üveges száltermékek előállítási eljárása is. Az eljárás abban áll, hogy egy vagy több ásványi olvadékot készítünk, meghatározzuk a készítmény vagy az azt képező mindegyik olvadék olvadékviszkozitását, olvadási hőmérsékletét és pH=4-5 tartományban mért feloldódási sebességét, kiválasztunk egy, a fentiekben meghatározott olvadási hőmérsékletű, ezen a hőmérsékleten megfelelő viszkozitású és összetételű készítményt, melynek feloldódási sebessége a fentiekben megadott, majd a kiválasztott készítményt mesterséges üveges szálak készítésére használjuk fel.

A SiO₂ mennyisége normális körülmények között legalább 40%, gyakran legalább 42% és előnyösen legalább 45%. Általában 50% alatt van.

HU 223 309 Bl

Az A1₂O₃ mennyisége normális körülmények között legalább 17%, gyakran legalább 18%, de előnyösen legalább 19% vagy 20%. Általában 28% alatt, előnyösen 26% alatt van, különösen nem több, mint 24%. Gyakran a 20-26% mennyiség az előnyös.

A CaO mennyisége normális körülmények között 3-20%. A mennyiség szokásos módon legalább 5%. Ha az A1₂O₃ mennyisége 20% alatt van, akkor előnyös, ha a CaO-mennyiség 17-25% körüli.

A Si⁴⁺: Si⁴⁺+Al³⁺ (mól) arány előnyösen 0,55-0,67 közötti érték, legelőnyösebben körülbelül 0,6 felett van annak érdekében, hogy elérjük a kívánt oldhatósági tulajdonságokat.

A MgO mennyisége normális körülmények között kisebb, mint 15%, előnyösen kisebb, mint 11%. Az 5- 10%-os mennyiségek gyakran előnyösek.

A FeO-mennyiség normális körülmények között legalább 5%. Általában 12%, előnyösen 10% és legelőnyösebben 8% vagy 9% alatt van. Gyakran előnyös az 5-7%.

A jelen találmány szerinti szálaknak általában jó a hőstabilitása, és abban az esetben, ha javított égésgátlású szálakat kívánunk biztosítani, akkor általában célszerű a FeO mennyiségének a növelése, ami ilyenkor előnyösen legalább 6%, például 8%-ig terjedő vagy még nagyobb, például 10%.

A CaO+MgO+FeO mennyiség előnyösen 15-30%, gyakran 17-25%.

A kombinált alkálifém- (Na₂O+K₂O) tartalom általában legalább 3% és előnyös módon legalább 5%. Szokásos módon 12% és előnyösen 10% alatt van.

A készítmény gyakran 3 vagy 4%-ig terjedő, általában 2%-ig terjedő mennyiségű TiO₂-ot tartalmaz. A TiO₂-mennyiség szokásos módon legalább 0,2%, gyakran legalább 0,5 vagy 1%.

A készítményben számos egyéb elem lehet jelen olyan mennyiségben, ami nem rontja annak megkívánt tulajdonságait. Ilyen egyéb beépíthető elem például a P₂O₅, B₂O₃, BaO, ZrO₂, MnO, ZnO és a V₂O₅.

Ezeknek az egyéb elemeknek az összes mennyisége szokásos módon 15%, gyakran 10% vagy 8% alatt van. Az egyéb elemek mindegyike normális körülmények között 4%-nál kisebb mennyiségben van jelen, bár a P₂O₅és/vagy B₂O₃ nagyobb mennyiségben is jelen lehet.

Az olvadéknak megkívánt kristályosodási jellemzői lehetnek, de abban az esetben, ha a kristályosodást minimálisra kívánjuk csökkenteni, akkor ez úgy érhető el, hogy a készítménybe kis mennyiségű, például 5-10% MgO-ot építünk be.

A készítmény anyagösszetétele előnyös módon olyan, hogy a szálak feloldódási sebessége pH=4,5-nél legalább 25 nm/nap, legelőnyösebben legalább 40 nm/nap. Kívánatos, hogy a feloldódási sebesség a lehető legnagyobb legyen (a megfelelő nedvességi és hőállósági tulajdonságok mellett), de általában nem szükséges, hogy 150 nm/napnál vagy 100 nm/napnál nagyobb legyen, szokásos módon kisebb, mint 80 nm/nap.

Ha pH=4,5-nél túl kicsi a feloldódási sebesség, akkor azt növeli lehet úgy, hogy csökkentjük a SiO₂mennyiségét, de ilyenkor szükség lehet arra, hogy növeljük az Al₂O₃-mennyiséget annak érdekében, hogy megtartsuk az olvadéktulajdonságokat.

Az elemianalízis-összetételt a megadott határokon belül úgy lehet megválasztani, hogy megkapjuk a folyadék viszkozitás, olvadási hőmérséklet és pH=4,5-nél mért feloldódási sebesség definiált kombinációját. Ezenkívül könnyen lehet az összetételt úgy megválasztani, hogy az összetétel és a szálak megfeleljenek a többi megkívánt jellemzőnek, mint olvadási és zsugorodási hőmérsékletnek.

Bár a pH=7,5-nél történő nagy feloldódási sebességet kívánatos tulajdonságnak tartottuk (mint a biodegradibilitás említett jelét), valójában ez gyakran egy nemkívánatos tulajdonság, mert annak a jele, hogy nedvesség hatásának kitett állapotban rossz az időjárás-állóság. A tüdőben pH=7,5-nél történő feloldódás nem feltétlenül szükséges ahhoz, hogy a szálak biológiailag lebonthatók legyenek. A szálak feloldódási sebessége Gambleféle oldatban pH=7,5-nél előnyösen kisebb, mint 25 nm/nap, legelőnyösebben kisebb, mint 15 nm/nap.

Ha azt kívánjuk, hogy a szálaknak különösen jó égésgátlása legyen, akkor az anyagösszetételnek olyannak kell lennie, hogy a zsugorodási hőmérséklet legalább 800 °C és előnyösen legalább 900 °C vagy 1000 °C legyen.

A találmány szerinti célra felhasználandó mérsékelt alumíniumolvadékok alkalmazásának egyik előnye az, hogy lehetővé teszik olyan, könnyen beszerezhető anyagoknak, mint mérsékelt alumíniumtartalmú kőzet, homok és hulladék anyagoknak a beépítését. Ezért ez minimálisra csökkenti annak szükségét, hogy nagy alumíniumtartalmú anyagokat, mint bauxitot vagy kaolitot használjunk, és ugyanakkor minimálisra csökkenti annak szükségét, hogy drága, igen kis alumíniumtartalmú anyagokat, mint szilíciumhomokot vagy olivinhomokot, vasércet stb. használjuk fel. Kívánt esetben azonban ezek a drágább anyagok is használhatók. Tipikus, könnyen beszerezhető, közepes alumíniumanyagok, melyek a készítmény részeként vagy egészeként használhatók, többek között az anortozit, fonolit vagy a gabbros.

A készítményt tipikusan úgy alakítjuk ki, hogy a természetben található kőzet- és homokanyagokat, mint anortozitot, gabbrost, mészkövet, dolomitot, diabázist, apatitot, bórtartalmú anyagokat vagy hulladék anyagokat, mint ásványgyapot hulladékot, alumínium-szilikátokat, salakot, különösen nagy (20-30%) alumíniumtartalmú salakot, mint kanalazott salakot, öntödei salakot, szűrőport, szálló hamut, fenékhamut és tűzálló anyagok gyártásából származó, nagy alumíniumtartalmú hulladékot használunk fel. Környezetvédelmi szempontból különösen a salak felhasználása kívánatos.

A készítmény szokásos módon, például gáz vagy elektromos fűtésű kemencében, vagy boltíves kemencében alakítható olvadékká, A találmánynak egyik előnye, hogy a készítmény könnyen lehet ésszerűen alacsony olvadáspontú (miközben megtartja megfelelő viszkozitását) és ez segít abban, hogy az olvadék-készítmények mindenfajta szálképzésre alkalmasak legyenek, így centrifugális eljárásokkal, mint Downey-féle

HU 223 309 Bl fonóeljárással, kaszkád-fonóeljárással, csészeeljárással vagy fúvásos eljárással (Dusen-fúvással) vagy folytonos szálak képzésére alkalmas eljárással végzett szálképzésre.

A centrifiigális eljárások közül a találmány magában foglalja a bármilyen, alkalmas fonócsészés eljárással készülő szálak gyártását (amelyeket például az US 3 928 009, US 5 314 520 számú; a GB 895 540 és a GB 2 220 654 számú; az EP 484 211, EP 525 816, EP 583 792, EP 583 791 számú szabadalmi bejelentések imák le).

A viszonylag alacsony olvadási hőmérséklet és az olvadási hőmérsékleten viszonylag nagy viszkozitás következtében a találmány szerinti olvadéknak kicsi a kristályosodási hajlama azokhoz az olvadékokhoz képest, amelyeknek ugyanilyen az oldhatósága pH=4,5-nél és jók a tűzálló tulajdonságaik (magas a zsugorodási hőmérsékletük). Az alacsony olvadási hőmérsékletnek és kis kristályosodási hajlamnak ez a kombinációja fontos a fent említett csészeeljárás során a fonócsészés és egyéb eljárási berendezés üzemelési költsége szempontjából. Ezeknél az eljárásoknál például közvetlen lesz az érintkezés a forró folyékony olvadék és a szálképző egység (a fonócsésze) között, és a speciális száltulajdonságok alacsonyabb hőmérsékleten elérhetők, mintha a korábban szokásos olvadékokat használnánk.

A találmány tárgyát képezi a szálak kaszkádfonóeljárással történő gyártása is, mint ezt például a WO 92/06047 számú nemzetközi, az US 4 238 213 vagy az US 2 520 168 számú, a GB 1 559 117 vagy az EP 320 005 számú szabadalmi bejelentések leírják.

Általánosan ismert, hogy kaszkád-fonóeljárás normális körülmények között magasabb hőmérsékleten működik, mint a fonócsészés eljárás. A kaszkádeljárásnál általában nincs közvetlen érintkezés a szálképzés folyamán a fémből vagy más anyagból készült fonókerekek és a folyékony olvadék között, amíg az olvadék olvadt vagy folyékony állapotban van. Ez azért van így, mert az olvadék, amelyet a fonókerekek kerületére öntünk vagy szórunk, eléggé le van hűlve ahhoz, hogy a kerekek mindegyikével érintkező olvadék egy szilárd, lehűlt réteget képez a keréken, és a fibrillálódó folyékony olvadékréteg a kerékhez ragad, majd leválik erről a szilárd rétegről.

A találmány szerint felhasznált olvadékkészítményeknek szokatlan folyadéktulajdonságaik következtében szokatlanul kicsi a kristályosodási hajlama. Ez azt jelenti, hogy egy nagyon vékony szilárdanyag-réteg képződik az olvadékon. Ez az igen vékony réteg stabilizálja a kaszkád fonási eljárást és a durva szemcsék („shot”) nennyiségének csökkenését, a fonás hatásfokának javulását, és az ezzel az eljárással készült szálak minőségénekjavulását eredményezheti.

A találmány szerinti fúvási eljárások olyanok lehetnek például, mint amilyeneket az EP 083 543 számú, a DE 3 509 426 szám szabadalmi bejelentés ír le. Ezek az eljárások hasonlítanak a fonócsészés eljáráshoz annyiban, hogy a folyékony olvadék közvetlenül érintkezik a fúvókával, amiből a szálat húzzuk, és a találmány szerinti készítmények lehetővé teszik, hogy alacsonyabb hőmérsékleten dolgozzunk.

A találmány szerinti termék és a találmány szerinti gyártási eljárás terméke egy ásványiszál-termék, ami előnyös módon nem tartalmaz több, mint 10 vagy 20 tömeg%, előnyösen 5 tömeg% durva szemcsét („shot”). Leírásunkban durva szemcse alatt a 63 pm-nél nagyobb átmérőjű komponenseket értjük. Különösen előnyös módon a termékek durva szemcsét lényegében nem tartalmaznak. A durva szemcsés anyag mennyiségének csökkenése csökkenti a nyersanyagveszteséget, maga a termék kevésbé durva és egyenletesebb. A durvaszemcse-tartalom mérése a DIN 4188 vizsgálati módszer szerint történhet.

A találmány szerinti szálaknak bármilyen, céljainknak megfelelő átmérője és hossza lehet.

A találmány szerint a feloldódási sebességet a következő vizsgálati módszer szerint határozzuk meg.

300 mg szálat 500 ml, pH=7,5-re, illetve pH=4,5re beállított Gamble-féle oldatba helyezünk polietilénedényekben. Naponta egyszer ellenőrizzük a pH-t, és azt szükség esetén HCl-dal beállítjuk.

A vizsgálatot egy hét időtartamon át végezzük. A flakonokat vízfürdőben tartjuk 37 °C-on és naponta kétszer alaposan felrázzuk. Az oldatból egy és négy nap elteltével aliquot mennyiségeket veszünk ki, és azok Sitartalmát Perkin-Elmer atomabszorpciós spektrofotométerrel megvizsgáljuk.

A módosított Gamble-féle oldat összetétele a követ-

kező:	g/liter
MgCl₂.6H₂O	0,212
NaCl	7,120
CaCl₂.2H₂O	0,029
Na₂SO₄	0,079
Na₂HPO₄	0,148
NaHCO₃	1,950
(Na₂-tartarát).2H₂O	0,180
(Na₃-citrát).2H₂O	0,152
90%-os tejsav	0,156
glicin	0,118
Na-piruvát	0,172
formaiin	Imi

A szálátmérő-eloszlást minden minta esetében úgy határozzuk meg, hogy megméijük legalább 200 egyedi szál átmérőjét scanning elektronmikroszkóppal vagy optikai mikroszkóppal (1000 χ -es nagyításban). Az értékekből a szálak sűrűségének figyelembevételével kiszámítjuk a szálminták fajlagos felületét.

A SiO₂-feloldódás (térhálószerkezet-feloldódás) alapján kiszámítjuk a feloldott fajlagos vastagságot, és megállapítjuk a feloldódási sebességet (nm/nap értékben). A számításokat a szálak SiO₂-tartalma, a fajlagos felület és a feloldódott Si-mennyiség alapján végezzük.

Leírásunk szerint a zsugorodási hőmérsékletet a következő vizsgálati módszer szerint határozzuk meg.

A megvizsgálandó fonócsészés eljárással készített ásványgyapot egy (5x5x7,5 cm méretű) mintáját egy 700 °C-ra előfutött kemencébe helyezzük. 1,5 órás benntartás után meghatározzuk a minta zsugorodását és szinterezettségét. A módszert minden alkalommal friss min5

HU 223 309 Bl tával ismételjük meg, és az előző kemence-hőmérsékletnél 50 °C-kal magasabb hőfokon, amíg meghatározható az a maximális kemence-hőmérséklet, ahol a minta nem szintereződik vagy nincs nagy zsugorodása.

Leírásunkban a cseppfolyósodási hőmérsékletű viszkozitást Bottinga és Weill szerint American Journal of Science, 272. köt., 455-475. oldal, 1972. május, határozzuk meg poise-ben.

Tömeg%	1.	2.	3.	4.	5.	6.	7.	8.	9.	10.
SiO₂ (t%)	45,5	46,2	45,8	45,4	42,4	42,7	43,4	43,2	44,8	43,3
A1₂O₃ (t%)	20,9	23,6	26,0	25,3	23,8	25,5	25,6	18,2	18,6	23,8
TiO₂ (t%)	1,8	1,9	2,1	0,9	0,9	1,2	1,4	0,5	1,9	1,3
FeO (t%)	7,3	7,5	6,3	1,9	8,7	9,6	7,2	7,1	7,2	13
CaO (t%)	10,9	7,5	8,3	13,7	12,9	9,6	9,9	13,3	12	7,6
MgO (t%)	5,5	5,7	6,3	4,2	4,0	3,4	4,9	5,6	6,6	3,7
Na₂O (t%)	7,3	6,6	4,2	8,0	6,8	7,3	6,8	11,5	7,2	5,4
K₂O(t%)	0,9	0,9	1,0	0,6	0,6	0,7	0,7	0,5	1,8	1,8
Cseppf. hőfok (°C)	1192	1208	1281	1235	1207	1238	1244	1167	1205	1196
Si⁴⁺/Si⁴⁺ + Al³⁺	0,648	0,624	0,599	0,6034	0,6016	0,5869	0,5899	0,67	0,67	0,61
Folyadék- viszkozitás (poise)	1429	1460	542	1324	1131	972	858	642	759	1,378

Az alábbiak a találmány szerinti példák

A 23,5%-nál kevesebb Al₂O₃-0t tartalmazó szálak az előnyösek.

Az olvadékot legalább 30 °C-kal, előnyösen legalább 50-100 °C-kal vagy még több °C-kal a cseppfolyósodási hőmérséklet feletti hőfokon képezzük; a fonókerékkaszkádnak (ami általában 3 vagy 4 kerékből áll) az első kerekére önthető, és azt a kerekek szálak alakj á- 35 bán szórják le.

A találmány szerinti új szálak bármilyen, az MMVF szálaknál szokásos formájúak lehetnek. így szolgáltathatók laza, egymáshoz nem kötött szálak formájában. Szokásosabb módon egy kötőanyaggal látjuk el és köt- 40 jük egymáshoz őket. A terméket általában egy lap, lemez vagy más formázott tárggyá alakítjuk.

A találmány szerinti terméket bármilyen, az MMVFszálaknál szokásos formára, például lap, lemez, cső vagy bármilyen más formázott termékké alakítjuk, ami hőszi- 45 getelésre, égés- vagy hangszigetelésre szolgál, vagy pedig kertészeti tápközegek céljára vagy töltőanyagként, cement, műanyagok vagy más termékek erősítésére.

Claims

1. Mesterséges üveges szálakból álló termék, azzal jellemezve, hogy olyan készítményből van kialakítva, amelynek összeté- 55 tele - az oxidok tömegére számítva - a következő:

SiO₂ 36-55% A1₂O₃ 15-30% CaO 3-30% MgO 5-20%

FeO 4-15%

30 Na₂O+K₂O 1-15%

TiO₂ 0-6% egyéb elemek 0-15% amelyben a Si⁴⁺:Si⁴⁺+Al³⁺ arány 0,67 vagy ennél kisebb, a készítmény viszkozitása a cseppfolyósodási hőmérsékletén nagyobb, mint 30 Pá s, és cseppfolyósodási hőmérséklete alacsonyabb, mint 1300 °C, és a szálak feloldódási sebessége pH=4,5-nél mérve legalább 20 nm/nap.

2. Az 1. igénypont szerinti termék, azzal jellemezve, hogy a készítmény összetétele a következő:

38-50%

17-27%

63-80%

5-20%

4- 10%

5- 10%

0-4%

0-10% cseppfolyósodási hőmérséklete

1150-1250 °C és cseppfolyós állapotban viszkozitása 50-250 Pás.

3. Az 1. igénypont szerinti termék, azzal jellemezve, hogy a Si⁴⁺: Si⁴⁺ + Al³⁺ aránya előnyösen 0,55-0,67 közötti érték.

U,!VZ₂

Al₂O₃

SiO₂+A1₂O₃CaO MgO FeO

Na₂O +K₂O TiO₂ egyéb elemek melynek

4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti termék, azzal jellemezve, hogy 63 pm-nál nagyobb szemcséket nem több mint 10 tömeg%, előnyösen nem több, mint

60 5 tömeg% mennyiségben tartalmaz.

HU 223 309 Bl

5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti termék, azzal jellemezve, hogy szinterezési hőfoka legalább 800 °C, előnyösen legalább 1000 °C.

6. Eljárás az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti termék előállítására, azzal jellemezve, hogy az 1-5. igény- 5 pontok bármelyike szerinti összetételű olvadékot az oldalfalain nyílásokkal ellátott fonócsészébe öntünk, a szálakat a nyílásokon keresztül kihúzzuk és összegyűjtjük.

7. Eljárás az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti termék kaszkád-fonóeljárással történő előállítására, azzal jellemezve, hogy az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti összetételű készítményt kaszkád-fonókerekek első kerekére öntjük, és a kerekekről a terméket szálak formájában kinyerjük.