JP4890673B2 - 人工ミネラルウール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工ミネラルウールに関する。さらに、特に防熱及び／または防音材あるいは非土質培養基材（ｓｏｉｌｌｅｓｓ−ｃｕｌｔｕｒｅ）のためのミネラルウールを目的とする。
【０００２】
さらに、特に、ロックウールまたはバソルトウール（ｂａｓａｌｔ−ｗｏｏｌ）タイプのミネラルウールすなわちその化学的組成がその繊維化温度において高液化温度及び高粘性を有するミネラルウールに関する。
【０００３】
【従来の技術】
一般に、この種のミネラルウールは、いわゆる「外部的」遠心処理プロセスによって繊維化され、例えばＥＰ ０，４６５，３１０号、またはＥＰ ０，４３９，３８５号に特に述べられているように、固定の供給システムによって、溶融された材料を供給される遠心処理する回転板のカスケードを用いるようなタイプのものである。
【０００４】
一方、いわゆる「内部的」遠心処理プロセスすなわち遠心処理器を用い、高速で回転して孔を開けることによって繊維化するプロセスは、一般に、グラスウールタイプの、広範には、アルカリ金属酸化物を多く含む組成物を有し、及び繊維化温度でロックウール及びバソルトウールよりも低液化温度及び高粘度を有するミネラルウールの繊維化に好適である。このプロセスは、特に、欧州特許０ １８９ ３５４あるいは欧州特許 ０ ５１９ ７９７に述べられている。
【０００５】
近年、特に遠心処理器を構成する材料の組成及びその操作パラメータを変化することによって内部的遠心処理プロセスをロックウールまたはバソルトウールを繊維化するために適合させる工業的解決が発展してきた。さらに詳細には、この課題に関しては、特許ＷＯ９３／０２９７７を参照し得る。この適用は顕著に有用であり、ロックウールあるいはグラスウールの２つのタイプのいずれかに固有ではない特性と組合せることを可能にさせることが明らかとなった。このように、
内部的遠心処理で得られるロックウールの品質は、グラスウールの品質と匹敵し、一般に得られるロックウールの非繊維化分量（ｕｎｆｉｂｅｒｉｚｅｄ ｃｏｎｔｅｎｔ）よりも低い非繊維化分量を有する。しかしながら、その化学的性質すなわち低ケミカルコスト及び非常に高い耐熱性と結び付けられる２つの主な観点が残る。
【０００６】
このため、ロックまたはバソルトウールの２つの可能な繊維化方法があり、一方または他方の選択は、多数の基準に依存し、意図する適用及び工業的及び経済的可能性に関して要求されるレベルの品質を含む。
【０００７】
近年、吸入することにより、細い繊維の可能な蓄積と結び付けられた可能性のある病原体の恐れのいずれも防止し得るように、ミネラルウールの生分解性すなわち生理学的媒体中で迅速に分解されるべきその可能性の基準が加えられてきた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このため、本発明の目的は、特にロックまたはバソルトタイプのミネラルウールの化学的組成を改善することにある。その改善は、特に生分解性増加すること及び／または生分解性を内部的遠心処理（しかしながら、他の繊維化方法を除外することはない）により繊維化させるべき可能性と一致させることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、以下の重量％で表される成分を含む生理的媒体中で分解し得るミネラルウールにある。
【００１０】
ＳｉＯ₂ ３８−５２％、好ましくは４０−４８％
Ａｌ₂Ｏ₃ １７−２３％
ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃ ５６−７５％好ましくは６２−７２％
ＲＯ
（ＣａＯ及び／またはＭｇＯ） ９−２６％、好ましくは１２−２５％
ＭｇＯ ４−２０％、特に７−１６％
ＭｇＯ／ＣａＯ ≧０．８、好ましくは≧１．０
または≧１．１５
Ｒ₂Ｏ
（Ｎａ₂Ｏ及び／またはＫ₂Ｏ） ≧２％
Ｐ₂Ｏ₅ ０−５％、
Ｆｅ₂Ｏ₃（全鉄量） ≧１．７％、好ましくは≧２％
ＭｎＯ ０−４％
Ｂ₂Ｏ₃ ０−５％
ＴｉＯ₂ ０−３％
また、さらに、好ましくはＦｅ₂Ｏ₃（全鉄量）及びＰ₂Ｏ₅含有量は、
Ｐ₂Ｏ₅≧０．５％のとき、１≦Ｆｅ₂Ｏ₃（全鉄量）／Ｐ₂Ｏ₅≦２０
（以下、組成の成分のどのような％も、重量％を意味するものとし、本発明に係る組成物は、このタイプ組成物の族に知られるように、分析されない不純物に関連付けられるべき化合物を２ないし３％まで含み得る。）
このような組成物の選択は、特に、多数のその特定の成分が表す多くの複合的役割を変化させることによって、利点の全体の量を確立させる。
【００１１】
このように、含まれているものは、ロックウールタイプのミネラルウール組成物であって、アルカリ金属酸化物（Ｒ₂Ｏ）は実質的にＮａ₂Ｏ及び／またはＫ₂Ｏの形であり、その含有量はあまり多くなく、１２未満、または１０未満、または８％と等しい。同時に、実質的にＣａＯ及び／またはＭｇＯであるアルカリ土類金属酸化物（ＲＯ）は比較的高く少なくとも９％、及び少なくとも１２％より多く、または１６％と等しい。鉄酸化物の含有量（ＦｅＯの形で計測されるが、しかし、慣習により全鉄含有量に相当する）は、比較的重要なレベルであり、少なくとも１．７％、少なくとも５％以上である。遠心処理器を構成する材料の腐蝕速度を低下可能にさせることが確認されたとき、その組成物が内部的遠心処理によって繊維化されなければならない場合に、その組成物中に存在する含有量が最も顕著に正当化される。
【００１２】
マンガン酸化物ＭｎＯは、特に同様の役割を果たし、これは、その組成物は任意にわずかなパーセントのＭｎＯを含むからである。
【００１３】
さらに、このような組成物の繊維化における粘度は、内部的遠心処理に十分であり得、その組成物の繊維化における粘度は、内部的遠心処理に非常に十分であり得、及び「ハードロック」組成物と呼ばれ得、特に好適なシリカ及びアルミナ含有量に依存する。
【００１４】
その生分解性に関しては、Ｐ₂Ｏ₅のようなある種の化合物が特にロックウールタイプの組成物の生分解性をかなり改善しうることはすでに知られているが、反対に、同時に他の酸化物例えばアルミナは、非常に少なくとも中性のｐＨにおいて、それを低減する傾向を有する。例えばＥＰ ０，４５９，８９７及びＷＯ９３／２２２５１が参照される。しかしながら、Ｐ₂Ｏ₅の大量の添加は、本発明の状況において、最も賢明な取り組み方であることが証明されていなかった。このことは、例えば経済的なもの（高価な原材料から得られるＰ₂Ｏ₅）及び技術的なもの−組成物中のＰ₂Ｏ₅の比率の変化、及び特にアルミナの比率の変化は、その特性のその他のものを生じ得、不所望なまたは既知の方法を変えるという他の考えが上がるからである。このように、Ｐ₂Ｏ₅は、アルミナのように、組成物の粘度に影響を与える。しかしながら、さらに特に、内部的遠心処理によって繊維化されるべきロックウールタイプの組成物の場合、これに対し本発明は最も有利に適用し、その組成物の粘度的挙動は好適に制御されるべき重要な標準である。
【００１５】
さらに、ある化合物は、ある特性に有利であり得るが、高度の生分解性を得るには不都合であり、遠心処理器のライフを延長するのに有利であるけれどもロックウールの生分解性を低減する傾向があり得るような、上述のように、鉄を使用する何かの場合、あるいは特に中性ｐＨにおける体外テストによって計測されるとき、組成物の粘性を調整するためには賢明であるが、生分解性に関して非常に不都合であり得るアルミナを用いる何かの場合のように思われる。
【００１６】
このため、本発明は、実質的に、全てのこのデータ間の賢明な折衷を下記のようにして確立した。組成物は、Ｐ₂Ｏ₅を含み得るが、あまり多くない量であり、多くても５％、またはむしろ多くても４％である。また、しかし、それは、生分解性とは他の理由で、有利な鉄酸化物を含み得る。しかしながら、他の方法特にＣａＯに対するＭｇＯの相対的比率を変化させることにより、組成物は、過剰量のＰ₂Ｏ₅（または生分解性に好適であるような何か他の非常に特別な化合物）を添加することなく高度の生分解性を達成する。この比を逆にすることにより、重要なアルミナ及び鉄含有量を「補う」ために、従来、高いＰ₂Ｏ₅だけで得られ得る高度の生分解性が達成され得ることが知られている。副成分は、無意味ではなく、低Ｐ₂Ｏ₅含有量と結び付けられて有利であることを認識すべきであり、すなわち多すぎるＰ₂Ｏ₅含有量は、事実、組成物の液化温度を増加し、内部的遠心処理により繊維化するためには不都合である。
【００１７】
本発明にかかる他の特徴的見地は、この特定のＭｇＯ／ＣａＯ比と、すくなくとも１７％のかなり高いアルミナ含有量との組合せに関する。この組合せは、いずれも中性ｐＨにおける体外テスト、及び酸性ｐＨにおける体内テストにおいて測定され、生分解性基準を満足に満たさせる。実際に、ｐＨが、特に肺を冒す領域の最も代表的な体内の生理学的媒体であることを知ることが全く確実な解決ではなかった。高アルミナ含有量は、酸性ｐＨにおける迅速な分解にちょうど好適であるが、中性ｐＨでは弱く／遅い。
【００１８】
本発明は、どのようなｐＨでも、高アルミナ含有量を選択することによって、しかし、アルカリ土類金属酸化物の含有量を適合させることによって、少なくとも体外で計測される高レベルの生分解性を得ることを可能にさせ、中性ｐＨにおいて被らされることなくその酸性ｐＨにおける有益な効果を維持する。
【００１９】
ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃合計は、その組成物の粘性的ふるまいを大いに制御させる。
【００２０】
本発明の一態様によれば、その組成物は、Ｒ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃が０．２ないし０．８という関係を満足する。
【００２１】
アルカリ金属酸化物Ｒ₂Ｏすなわち実質的にＮａ_２Ｏ及び／またはＫ_２Ｏの含有量は、好ましくは少なくとも５％、及び特に約１２％（またはことによると１３％）の範囲内に維持される。
【００２２】
鉄酸化物（全鉄量）の含有量に関して、上述のように、遠心処理器を保護するためには、少なくとも４％、少なくとも５％、特に５ないし９％の鉄酸化物を提供することが有利である。さらに、鉄酸化物は、得られるミネラルウールの耐熱性に好都合な影響を及ぼし得る。
【００２３】
有利には、本発明に係る組成物は、また、重量％で表される次の関係
ＭｇＯ／ＣａＯは１ないし３
を満足する。このように、上述の有利な効果は、過剰に複雑にさせ、原料としてそれらの酸化物を入手することを高価にするＣａＯに対してＭｇＯを過剰に大きくすることなく得られる。
【００２４】
本発明に係る組成物は、好ましくは、少なくとも０．５％または少なくとも１％及び特に約１．５ないし４％のＰ₂Ｏ₅を有する。この典型的な含有量は、その組成物を経済的に大いに不利にしたり、液化温度に大きすぎる影響を及ぼすことなく、生分解性に高い有利な影響を有する。
【００２５】
他の態様によれば、Ｐ₂Ｏ₅含有量は低く、特に０％または例えば０．１ないし０．５％または０．１ないし１％であり得る。
【００２６】
本発明の組成物の好ましいＣａＯ含有量は、１５％よりも低いかあるいは同等であり、特に少なくとも２％及び有利には５ないし１４％である。
【００２７】
同時に、本発明の組成物の好ましいＭｇＯ含有量は、２０％より低いか、あるいは同等、及び好ましくは少なくとも７％、好ましい範囲は５ないし１４％である。
【００２８】
任意のＰ₂Ｏ₅から離れて、組成物の繊維化において、粘度に大きな影響を与える２つの化合物は、シリカとアルミナである。このように、内部的遠心処理により繊維化されるために非常に十分な粘度を保証するために、少なくとも６０％、特に６０ないし７０％の範囲の値、及び特に６１または６２％の（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｐ₂Ｏ₅）選択することが可能となる。
【００２９】
組成物の酸化は、例えば、マンガン酸化物ＭｎＯの添加によって制御され得る。
【００３０】
硼素酸化物の添加は任意のままであり、特に、その放射性成分中の熱伝導係数の低減に役立つことにより、ミネラルウールの断熱特性を改善させる。任意に、また、組成物は不純物として、あるいは例えば約２％までの量で故意に添加されたＴｉＯ₂を含む。
【００３１】
限定されない好ましい態様によれば、本発明に係る組成物のアルミナ含有量は、少なくとも１８％、特に少なくとも１９または少なくとも２０％である。
【００３２】
差Ｔ_{ｌｏｇ 2.5 −}Ｔ_{ｌｉｑは、好ましくは少なくとも}１０℃、好ましくは少なくとも２０または３０℃である：この差は、本発明の組成物の「作用領域」すなわち特に内部的遠心処理により繊維化され得る温度範囲を定義する。
【００３３】
その温度では、その組成物は、ｌｏｇ_η＝２．５をＴ_{ｌｏｇ 2.5}と表記されるのような粘度η（ポイズ）を有し、Ｔ_ｌｉｑと表記されるような液化温度を有する。
【００３４】
測定方法は、中性、あるいはわずかな酸性ｐＨまたは酸性ｐＨを含むであっても、このようなミネラルウールは、上述のように、満足なレベルの生分解性を有する。
【００３５】
このように本発明に係るミネラルウールは、一般的に、ｐＨ４．５で、一時間当たり少なくとも３０、及び好ましくは少なくとも４０または５０ｎｇ／ｃｍ²、ｐＨ７．５で、一時間あたり少なくとも３０及び好ましくは少なくとも４０または５０ｎｇ／ｃｍ²の分解速度が計測される。
【００３６】
一般的に、ｐＨ４．５で一時間あたり少なくとも６０及び特に少なくとも８０ｎｇ／ｃｍ²が計測され、及び／またはｐＨ６．９で一時間あたり少なくとも４０及び特に少なくとも６０ｎｇ／ｃｍ²が計測され、及び／またはｐＨ７．５では一時間あたり少なくとも４０及び特に少なくとも６０ｎｇ／ｃｍ²の分解速度が計測される。
【００３７】
ミネラルウールは、主に、断熱及び／または防音製品または非土質培養基材を製造するために使用される。また、本発明の課題は、少なくとも一部に、上記に定義されたようなミネラルウールを含むどのような製品でもある。
【００３８】
さらに、詳細及び有利な特性は、好ましい限定されない態様に下記説明から明らかになる。
【００３９】
下記表１は、重量％で７つのサンプルの化学的組成を与える。
【００４０】
全ての化合物の全ての含有量が１００％よりわずかに少ないか、わずかに多いとき、１００％との差は、少ない方の不純物／化合物（分析されない）に相応するか、あるいは単に、この分野の分析方法における許容される近似値に依存することが分かる。
【００４１】
【表１】

【００４２】
これらのサンプルに係る組成物は、特に、上述の特許 ＷＯ ９３／０２９７７の教示によれば、内部的遠心処理により繊維化される。
【００４３】
その作用範囲は、Ｔ_liq2.5−Ｔ_liqの差によって定義され、十分に明確である。
【００４４】
全ての組成物は、１より大きいＭｇＯ／ＣａＯ比を有し、全く多くない（１％未満）Ｐ₂Ｏ₅含有量及び約７％の酸化鉄含有量は、遠心処理の皿の腐蝕の限定に有利であることが分かった。また、それらは、約１８ないし２０％の高アルミナ含有量を有し、かなり高い合計（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃）及び少なくとも５％のアルカリ金属酸化物含有量を有する。
【００４５】
それらの生分解性は、特に、中性あるいはわずかに酸性のｐＨ（ｐＨ４．９または７．５）、または高い酸性ｐＨ（４．５）で測定された。
【００４６】
本発明の好ましい態様によれば、実施例７に係る組成物は、０．５％以上のＰ₂Ｏ₅を含有し、１ないし２０のＦｅ₂Ｏ₃／Ｐ₂Ｏ₅比を満足し、ここでは１２．５である。

Claims (17)

1. 以下の重量パーセントの成分を含むことを特徴とする生理的媒体中で分解し得るミネラルウール。
   ＳｉＯ_２ ３８−５２％
   Ａｌ_２Ｏ_３ １７−２３％
   ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３ ５６−７５％
   ＲＯ
   （ＣａＯ及び／またはＭｇＯ） ９−２６％
   ＭｇＯ ４−２０％
   ＭｇＯ／ＣａＯ ≧０．８
   Ｒ_２Ｏ
   （Ｎａ_２Ｏ及び／またはＫ_２Ｏ） ≧２％
   Ｒ_２Ｏ／Ａｌ_２Ｏ_３ ０．２−０．８
   Ｐ_２Ｏ_５ ０−５％
   Ｆｅ_２Ｏ_３（全鉄量） ≧１．７％
   ＭｎＯ ０−４％
   Ｂ_２Ｏ_３ ０−５％
   ＴｉＯ_２ ０−３％
2. Ｆｅ_２Ｏ_３及びＰ_２Ｏ_５含有量は、
   Ｐ_２Ｏ_５≧０．５％のとき、１≦Ｆｅ_２Ｏ_３（全鉄量）／Ｐ_２Ｏ_５≦２０で表されることを含むことを特徴とする請求項１に記載のミネラルウール。
3. 下記関係５≦Ｒ_２Ｏ≦１２％を満足することを特徴とする請求項１または２に記載のミネラルウール。
4. 下記関係ＭｇＯ／ＣａＯ １−３を満足することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のミネラルウール。
5. 少なくとも０．５重量％のＰ_２Ｏ_５を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のミネラルウール。
6. 下記重量％のＭｇＯを含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のミネラルウール。
   ７≦ＭｇＯ≦１３％
7. 下記重量％のＣａＯを含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のミネラルウール。
   ５≦ＣａＯ≦１４％
8. 少なくとも５％のＦｅ_２Ｏ_３（全鉄量）を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のミネラルウール。
9. ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、及びＰ_２Ｏ_５の化合物の比は、
   ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｐ_２Ｏ_５：少なくとも６０％であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のミネラルウール。
10. 下記重量％のＡｌ_２Ｏ_３を含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載のミネラルウール。
    Ａｌ_２Ｏ_３≧１８％
11. ｐＨ４．５で計測される、一時間当たり少なくとも３０ｎｇ／ｃｍ^２の分解速度、及びｐＨ７．５で計測される、一時間あたり少なくとも３０ｎｇ／ｃｍ^２の分解速度を有することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のミネラルウール。
12. ｐＨ４．５で計測される、一時間当たり少なくとも３０ｎｇ／ｃｍ^２の分解速度、及びｐＨ６．９で計測される、一時間あたり少なくとも３０ｎｇ／ｃｍ^２の分解速度を有することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のミネラルウール。
13. ｐＨ４．５で計測される、一時間当たり少なくとも６０ｎｇ／ｃｍ^２の分解速度、ｐＨ６．９で計測される、一時間あたり少なくとも４０ｎｇ／ｃｍ^２の分解速度、及びｐＨ７．５で計測される、一時間あたり少なくとも４０ｎｇ／ｃｍ^２の分解速度を有することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のミネラルウール。
14. 内部的遠心処理により得られることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載のミネラルウール。
15. 請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のミネラルウールを少なくとも一部含有する防熱材。
16. 請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のミネラルウールを少なくとも一部含有する防音材。
17. 請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のミネラルウールを少なくとも一部含有する非土質培養基材。