KR101286665B1 - 광물면, 차단 제품 및 생산 방법 - Google Patents

광물면, 차단 제품 및 생산 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생리학적 매질에 용해시킬 수 있는 열적으로-안정한 광물면에 관한 것으로, 상기 광물면은 중량%로 나타낸 다음의 성분, 즉 30-60% SiO2, 바람직하게는 39-55%; 12-27% Al2O3, 바람직하게는 16-25%; 0.35% CaO, 바람직하게는 3-25%; 0-30% MgO, 바람직하게는 0-15%; 0-17% Na2O, 바람직하게는 6-12%; 0-17% K2O, 바람직하게는 3-12%; 10-17% R20(Na2O + K2O), 바람직하게는 12-17%; 0-5% P2O5, 바람직하게는 0-2%; 0-20% Fe2O3; 0-8% B2O3, 바람직하게는 0-4%; 및 0-3% TiO2를 포함하는 섬유, 및 적어도 하나의 인 화합물로서, 섬유의 표면 상에 코팅을 형성하기 위해 적어도 1000℃ 미만의 온도에서 상기 섬유와 반응할 수 있는 인 화합물을 포함한다. 본 발명은 상기 화합물의 인 함량(인 원자량으로 나타냄)은 섬유의 총 질량에 대해 0.0005%, 특히 0.01% 이상과 1%, 특히 0.5% 미만 사이에서 변하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 또한 인 화합물이, 인 원자(들)가 산소 원자에 의해 또는 직접 적어도 하나의 탄소 원자에 결합되는 것을 특징으로 한다.

Description

광물면, 차단 제품 및 생산 방법{MINERAL WOOL, INSULATING PRODUCT AND PRODUCTION METHOD}
본 발명은 인공 광물면(mineral wool) 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로 단열 및/또는 방음 재료 또는 무토양 재배 기재를 제조하도록 의도된 광물면, 및 특히 내열성이 중요한 용도로 사용되는 열적으로 안정한 광물면에 관한 것이다.
이러한 광물면은 내화성 구조 시스템과 결합하여 중요한 역할을 할 수 있다.
본 발명은 보다 특히 암면 타입의 광물면, 즉 화학 조성물이 높은 액화 온도 및 이들의 섬유화 온도에서 큰 유동성을 갖고, 높은 유리 전이 온도와 결합되는, 광물면에 관한 것이다.
종래적으로 이러한 타입의 광물면은, 예를 들어 유럽특허출원 제0 465 310호 또는 제0 439 385호에 기재되어 있는 바와 같이, 고정된 전달 디바이스에 의해 용융 재료가 공급되는 스피닝 휠의 직렬(cascade)을 사용하는 타입의 예로서, 소위 "외부" 원심분리 공정에 의해 섬유화되었다.
고속으로 회전하는 스피너를 사용하고 오리피스 구멍이 뚫린, "내부" 원심분리 공정이라 불리는 섬유화 공정은, 대조적으로, 비교적 알루미나 함량이 낮고 알칼리 금속 산화물이 비교적 풍부한 조성물을 갖고, 더 낮은 액화 온도와, 암면 또 는 현무암(basalt)면 보다 액화 온도에서의 면에서 더 높은 점도를 갖는, 유리면 타입의 광물면을 섬유화하기 위해 관습적으로 마련된다. 이러한 공정은 예를 들어 유럽특허출원 제0 189 354호 또는 제0 519 797호에 기재된다.
그러나 내부 원심분리 공정이 암면의 섬유화에 적합하게 해주는 기술적 해결 방법이, 특히 스피너 및 이들의 작동 파라미터의 성분 재료의 조성물을 변형시킴으로서 최근에 개발되어 왔다. 이 문제에 관해 보다 구체적으로는, 독자는 국제특허출원 제93/02977호를 참조할 수 있다. 그러한 적용은 결과적으로 두 개의 타입의 면, 즉 암면 또는 유리면 중 어느 것에 지금까지 고유하게 간직하고 있는 특성을 결합하는 것을 가능하게 해준다. 따라서 내부 원심분리 공정에 의해 얻은 암면은, 종래 방식으로 획득된 암면에서 보다 낮은 함량의 섬유화되지 않은 입자를 갖고, 유리면의 품질과 비슷하다. 그러나 이는 화학적 특성, 즉 화학 물질의 저비용 및 고온-내성에 관해 중요한 두 가지 이점을 갖는다.
따라서 두 개의 접근 방법은 현재 암면을 섬유화하는 것이 가능하고, 산업 및 경제 실현성, 및 사용된 용도를 위해 필요한 품질의 레벨을 포함하는 많은 기준에 따라 선택된다.
수십년 동안, 흡입에 의해 기관에 미세 섬유의 축적 가능성과 관련하여 가능한 병원성 위험을 예방하는 관점에서, 이러한 기준에 광물면의 생체분해성, 즉 생리학적 매질에서의 빠른 용해 능력이 첨가되었다.
게다가 많은 광물면의 용도로서, 특정한 광물면 조성물이 갖는 열적으로 현저하게 안정한 특성을 사용한다. 특히 철이 풍부한 슬래그 또는 현무암으로부터 얻 어진 광물면의 열적 안정성이 알려져 있다.
광물면의 열적 안정성은 특히 내화성 구조 시스템에 사용하는 것을 허용하는데 중요하다. 내화성의 중요한 포인트 중 하나는 섬유 블랭킷의 붕괴되지 않는 능력에 있으며(따라서 단열 특성을 유지함), 이러한 특성은 섬유가 크리프(creep) 또는 소결을 거치지 않는다는 사실로부터 나온다.
국제특허출원 제01/68546호는, 섬유의 소결 및 크리프를 제한하는 내화성 코팅을 형성하기 위한 섬유로 100℃ 가 넘는 온도에서 반응할 수 있는 인 화합물과 특정 유리 조성물을 동시에 사용함으로써, 열적으로 안정하게 만들어진 광물면을 기재하고 있다.
상기 명세서에 기재되어 있는 인 화합물은 인산염 또는 폴리인산염, 주로 암모늄 또는 나트륨 인산염 또는 폴리인산염이다. 이러한 화합물은 섬유의 표면 상에 결합제와 함께 증착되며, 100℃가 넘는 섬유의 표면에서 반응하고, 인산 및/또는 인 무수물과 같은 산 화합물을 방출하며, 특히 섬유의 화학적 조성물에 따라, 표면 상에 상기 언급된 내화성 코팅을 형성하기 위해 상기 섬유의 알칼리-토금속 이온과 반응한다.
본 발명의 수행은 사용에 있어 단점이 없는 것은 아니다. 국제특허출원 제01/68546호에 기재된 인산염은 다소 감응성인데, 한편으로 습도 감응성이고(폴리인산염 상태인 경우), 다른 한편으로는 온도 감응성이다. 비교적 낮은 온도에서 산 화합물의 방출은 섬유와 수지(약 200℃의 온도의 오븐에서 중합된 수지)를 기본으로 하는 결합제 사이의 접착에 불리한 것처럼 보이며, 상기 기계적 특성의 장기간 안정성에서 최종 제품 및 상기 모든 것의 기계적 특성에 있어 감소의 시초로 보인다.
따라서 본 발명의 목적은 암면 타입의 광물면이 포함하는 섬유의 화학적 조성물을 개선시켜 전술한 단점을 해결하여, 광물면이 내부 원심분리 공정에 의한 섬유화 능력, 향상된 기계적 및 노화 특성, 생리학적 매질에 우수한 열적 안정성 및 우수한 용해성을 제공하는 것이다.
본 발명의 문제는 생리학적 매질에서 용해시킬 수 있는 열적으로 안정한 광물면으로서, 상기 광물면은 성분이 중량%로 다음과 같이 언급되어 있는 섬유, 및
SiO2 35-60% 바람직하게는 39-55%
Al2O3 12-27% ...... 16-25%
CaO 0-35% ...... 3-25%
MgO 0-30% ...... 0-15%
Na2O 0-17% ...... 6-12%
K2O 0-17% ...... 3-12%
R2O(Na2O+K2O) 10-17% ...... 12-17%
P2O5 0-5% ...... 0-2%
Fe2O3 0-20%
B2O3 0-8% ...... 0-4%
TiO2 0-3%
또한 상기 섬유의 표면에 코팅을 형성하기 위해, 1000℃ 미만의 온도에서 상기 섬유와 반응할 수 있는 적어도 하나의 인 화합물을 포함하고, 상기 인 화합물은 섬유의 총 질량에 대한 0.0005중량%, 특히 0.01중량% 이상 1중량% 이하, 그러나 특히 0.5% 미만의 인 원자로 나타내며, 인 화합물은 인 원자(들)가 산소 원자를 통해 또는 직접 적어도 하나의 탄소 원자에 연결된 분자이다.
바람직하게는, 각각의 인 화합물은 인 원자(들)가 산소 원자를 통해 또는 직접 적어도 하나의 탄소 원자에 연결된 분자이다.
본 발명의 문맥 내에서, "열적으로 안정한 광물면" 또는 "열적 안정성을 갖는 광물면"은 내열성을 나타낼 수 있는 것, 즉 가열될 때, 특히 적어도 1000℃의 온도까지 가열되는 경우 실질적으로 슬럼핑되지 않을 수 있는 것으로 정의된다.
특히, 광물면이, NORDTEST(NT FIRE XX-NORDTEST REMISS No. 1114-93)에 의해 제안된 드래프트 표준 "단열 재료: 열적 안정성"에 의해 정의된 기준을 만족시키는 경우, 열적으로 안정한 것으로 고려된다.
이러한 테스트는 1000℃의 온도에서 단열 재료의 견본의 열적 안정성을 결정하는 절차를 정의한다. 단열 재료의 견본(특히 높이가 25㎜ 직경 25㎜으로 측정)은 노에 주입되지만 견본의 슬럼프가 견본이 노출되는 온도의 함수로서 관측되게 한다.
노의 온도는 실온에서부터 적어도 1000℃의 온도까지 분당 5℃로 증가된다.
이러한 드래프트 표준은, 이러한 재료의 견본이 온도가 1000℃에 도달하기 이전에 초기 두께의 50% 이하로 슬럼프되는 경우, 열적으로 안정한 단열 재료로 정의한다.
고온 섬유의 표면상에 형성된 코팅은 현저한 내화성 특성을 가지며, 따라서 온도가 1000℃가 될 때까지 가열된, 선택된 조성물의 섬유 견본의 슬럼프를 지연시킨다.
인 화합물 또는 각각의 인 화합물은 단일 분자일 수 있는데, 즉 인 원자 하나만을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 인 화합물은, 하나의 인 원자가 산소 또는 수소 원자에 단지 직접 연결되는데, 이는 다시 말해 단지 산소 원자에 의해 적어도 하나의 탄소 원자에 연결되는 것을 특징으로 한다. 예를 들어 모노-, 디- 또는 트리- 인산 에스테르, 또는 치환되지 않은 포스폰산 또는 포스핀산 에스테르, 이러한 에스테르 중 탄소-주성분으로 하는 기는 알킬, 아릴, 알케닐, 알키닐, 아실 또는 히드록시알킬 화합물이며, 가능한 올리고머의 또는 중합체 특성일 수 있으며/있거나 N, O 또는 S로부터 선택된 하나 이상의 헤테로 원자를 포함한다.
대안적으로 하나의 인 원자는 적어도 하나의 탄소 원자에 직접 연결될 수 있는 것을 특징으로 한다. 적어도 부분적으로 치환된 포스폰산 또는 포스핀산의 에스테르 또는 산일 수 있다(즉 인 원자에 연결된 수소 원자 중 적어도 하나가 탄소-주성분 치환기로 치환됨). 이러한 경우 인 화합물은 마찬가지로 모노-, 디- 또는 트리- 인산 산화물일 수 있다. 이러한 화합물의 다양한 탄소-주성분으로 하는 기는 알킬, 아릴, 아실 또는 히드록시알킬 화합물이며, 이는 가능한 올리고머의 또는 중합체 특성일 수 있으며/있거나 N, O 또는 S로부터 선택된 하나 이상의 헤테로 원자를 포함한다.
그러나, 본 발명에 따른 인 화합물 또는 각각의 인 화합물은, 바람직하게는 공유 결합에 의해 서로 연결된, 앞서 기재된 바와 같이 수 개의 동일하거나 상이한 단위의 화합물로 구성된 분자이다. 인 화합물은 바람직하게 올리고머 또는 중합체 분자인데, 즉 이들의 구조는 반복 성분 유닛으로 나타낼 수 있다. 이러한 성분 유닛의 수는 유리하게는 2와 100 사이, 특히 2와 50 사이, 또는 심지어 2와 10 사이이다. 여러 개의 인 원자를 포함하는 분자의 경우, 인 원자가 탄소 원자에 연결됨에 따른 중요한 조건은, 대부분의 인 원자가 이러한 조건에 관계됨을 의미함으로써 보여짐에 틀림없고, 큰 분자에서 인 원자의 작은 부분이 이러한 조건을 충족시키지 않는다는 사실은 기술적 문제가 해결되지 않는 방식을 실질적으로 변화시킬 수 없는 것으로 주지된다.
따라서 대부분의(또는 심지어 모든) 인 원자가 산소 원자에 의해 서로 연결되는 화합물은, 예를 들어 인산 또는 포스폰산 폴리에스테르-타입 화합물일 수 있다.
그러나 보다 유리한 것은, 대부분의(또는 심지어 모든) 인 화합물이 탄소를 주성분으로 하는 물질을 통해 서로 연결되는 것이다. 그때 인 화합물은 적어도 하나의 탄소 원자를 포함하는 기에 의해 서로 연결된 대부분의 인 원자를 포함하며, 탄소 원자는 적어도 하나의 인 원자에, 산소 원자에 의해 또는 직접 연결될 수 있다. 그러한 바람직한 화합물은 아래의 화학식(1)과 같이 나타내며,
Figure 112007068831030-pct00001
- n은 1과 100 사이, 바람직하게는 1과 50 사이, 특히 2와 10 사이이고,
- 치환기 R1 내지 R4는 동일하거나 상이한, 우선적으로 탄소를 주성분으로 하는 물질로서, 바람직하게는 가능한 가지 달린 알킬, 아릴, 아실 또는 히드록시알킬 타입이며, 가능한 올리고머 또는 중합체 특성일 수 있으며/있거나 N, O, S 또는 P로부터 선택된 하나 이상의 헤테로 원자를 포함한다. 바람직하게는 이러한 치환기 중 적어도 하나, 특히 치환기 R1은 주 사슬에 있는 인 원자에 연결된 산소 원자를 포함한다.
만일 치환기 중 두 개가 주 사슬의 인 원자에 연결된 산소 원자를 포함하는 경우, 인 화합물은 유리하게도 다음의 화학식(2)을 갖는 포스폰산 폴리에스테르-타입 올리고머 또는 중합체이다.
Figure 112007068831030-pct00002
모든 치환기가 주 사슬의 인 원자에 연결된 산소 원자를 포함하는 경우, 바람직한 인 화합물 중 또 다른 물질은 다음의 화학식(3)을 갖는 인산 폴리산- 또는 폴리에스테르-타입의 올리고머 또는 중합체이다.
Figure 112007068831030-pct00003
화합물 중 이러한 두 개의 타입에 있어서,
- 사슬 길이(n)는 1과 100 사이, 바람직하게는 1과 50 사이, 특히 2와 10 사이이며,
- 치환기 R2 및 R5 내지 R8은 동일하거나 다른, 주로 탄소를 주성분으로 하는 물질로서, 바람직하게는 가능한 가지형의 알킬, 아릴, 아실 또는 히드록시알킬 타입이며, 이는 올리고머 또는 중합체 특성일 수 있으며/있거나 N, O, S 또는 P로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로 원자를 포함한다. 각각의 치환기에 있는 탄소 원자의 수는 유리하게는 1 내지 15, 특히 2 내지 10이다. 탄소 원자의 수는 실제로 온도가 증가하는 시간에 탄소를 주성분으로 하는 잔여물의 대부분의 양을 생성하는 단점을 갖는 반면에, 탄소 원자의 수가 너무 적으면 가수분해가 너무 쉽게 일어날 수 있다. 치환기 R6 내지 R8은 또한 인산을 위한 중성 염기 또는 수소 원자일 수 있다.
사슬 길이(n)가 1인 경우, R5 및 R6기는 서로 공유 결합되어서, 환형 분자를 형성한다. n이 1보다 큰 경우에는, 일부 R5, R6 또는 R7기가 서로 공유 결합된다. 따라서 바람직한 인 화합물은 Rhodia에 의해 등록 상표 AMGARD®CT 또는 CU로 판매되는 제품이다. 그것은 각각 CAS 번호 41203-81-0 및 42595-45-9인 두 개의 환형 포스폰산 에스테르의 혼합물이다. 첫 번째 것은 n=1, 모든 R2 및 R7기는 메틸기, R5 및 R6기는 탄소 원자가 6개인 단일 알킬기를 형성하기 위해 서로 연결되는 화학 식(2)에 따른 포스폰산 에스테르이다. 두 번째 것은 동일한 타입의 에스테르이지만, n=2, 모든 R2기는 메틸기, 두 개의 R5기는 두 개의 C6 알킬기를 형성하기 위해 각각 R6 및 R7에 연결된다.
선형 또는 환형 사슬로 존재하는, 올리고머 또는 중합체 인 화합물은 또한 가교된 네트워크일 수 있으며, 주로 탄소를 주성분으로 하는 여러 개의 치환기는 예를 들어 이러한 치환기가 폴리올 또는 폴리산인 경우, 적어도 하나의 다른 인 원자에 연결될 수 있다.
인 화합물은 특히 산 또는 에스테르 사이의 에스테르화 또는 트랜스에스테르화 반응에 의해 얻을 수 있는데, 이들은 포스폰산 및 인산 각각, 및 폴리올(특히 디올), 폴리산(특히 이산) 또는 그 밖의 에폭시 화합물이다. 이러한 범위 내에서, 당밀(molasses)(설탕 정제의 부-생산물)은 특히 이들의 저렴한 비용으로 인해 폴리올 또는 디올의 인기 있는 소스이다. 본 발명에 따른 인 화합물은 당밀과 인산 또는 포스폰산 또는 이들의 에스테르 사이의 반응에 의해 얻을 수 있으며, 이러한 반응은 심지어 섬유 상에 두 개의 제품을 동시에 분사함으로써 수행될 수 있다. 인을 주성분으로 하는 녹말이 또한 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 광물면은 유리하게는 앞서 기재된 바와 같이 수 개의 인 화합물의 혼합물을 포함한다.
이러한 화합물에서 공통으로 "유기인 화합물"이라고 부를 수 있으며, 이는 인 사슬 그 자체 내에 탄소를 주성분으로 하는 화합물이 존재하고, 200℃ 미만의 온도에서 인산과 같은 산 화합물의 "차단" 및 따라서 온도 및 습도의 영향에 대해 이러한 화합물의 안정도 원인일 수 있다.
본 발명에 따른 인 화합물은 바람직하게는 0.05%, 특히 0.1% 이상, 및 2%, 특히 1% 이하의 양으로 존재한다. 인 화합물의 질량에 따른 이러한 양은 섬유의 총 질량에 비례한다.
이러한 타입의 화합물에서 인의 질량을 고려해보면, 섬유의 질량에 대한 인 원자의 질량 함량은 유리하게는 0.0005% 내지 1%, 특히 0.01% 이상, 및 심지어 0.1% 이상 및 0.05% 이하이다.
관측된 코팅은 섬유의 표면상에서 연속적일 수 있으며, 이들의 두께는 특히 0.01 내지 0.05㎛이다. 코팅의 조성물과 비슷한 조성물의 결정은 또한 섬유의 표면상에서 국부적으로 관측될 수 있고 약 0.1 내지 0.5㎛의 두께에 도달할 수 있다.
본 발명의 유리한 일실시예에 따르면, 광물면 섬유의 표면상에 형성할 수 있는 코팅은 알칼리-토금속 인산염으로 이루어진다.
따라서 코팅의 조성물은 알칼리-토금속 오르토인산염 또는 피라인산염 타입의 결정의 조성물과 비슷하고, 용융점은 1000℃가 넘는 것으로 알려진다.
유리하게는, 광물면 섬유의 표면상에 형성할 수 있는 알칼리-토 금속 인산염은 석회 인산염이다.
석회 인산염, 특히 오르토인산염(Ca3(PO4)2, 또는 피라인산염(Ca2P2O7)은 내화성이 있는 것으로 알려지고, 이러한 화합물의 용융점은 각각 1670℃ 및 1230℃이 다.
국제특허출원 제01/68546호에 기재된 바와 같이, 상기 성분의 선택 물질을 형성하는 섬유와 인 화합물 사이에 협력 효과가 관측된다. 인 화합물은 고온(1000℃ 미만)에서 인산 및/또는 인산 무수물을 방출하고, 본 발명에 따른 조성물의 섬유와 반응을 시작하게 해주는 것으로 고려될 수 있다. 이러한 조성물의 경우, 조성물이 갖는 높은 함량의 알칼리 금속은, 또한 높은 함량으로 존재하는 알루미늄의 전하에 상보적인 역할을 할 수 있다. 따라서 이것은, 알칼리-토금속의 원자 이동성은 다른 유리 조성물에서 이러한 요소의 원자 이동성보다 더 큰 조성물이다. 이러한 상대적인 이동성 알칼리-토금속은 내화성 화합물, 특히, 알칼리-토금속 인산염을 형성하기 위해 인산 또는 인산 무수물과 반응할 수 있으며, 따라서 본 발명에 따른 광물면이 우수한 열적 안정성을 나타내는 것을 보장하는 것을 가능하게 해준다.
따라서 생리학적 매질에서 용해될 수 있는 열적으로 안정한 광물면이 얻어진다.
본문 중에서, "조성물"이라는 용어는 광물면의 섬유, 또는 상기 섬유를 생산하기 위해 섬유화되도록 의도된 유리의 성분의 범위를 나타낼 것이다. 조성물의 성분의 임의의 백분율은 중량%로 이해되어야만 하고, 이러한 종류의 조성물에서 알려진 바와 같이, 본 발명에 따른 조성물은 최대 5%, 특히 3%의 분석되지 않은 불순물로 고려된 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 변형예에 따르면, 광물면의 조성물은 다음과 같으며,
SiO2 39-55% 바람직하게는 40-52%
Al2O3 16-27% ...... 16-25%
CaO 3-35% ...... 10-25%
MgO 0-15% ...... 0-10%
Na2O 0-15% ...... 6-12%
K2O 0-15% ...... 3-12%
R2O(Na2O+K2O) 10-17% ...... 12-17%
P2O5 0-5% ...... 0-2%
Fe2O3 0-15%
B2O3 0-8% ...... 0-4%
TiO2 0-3%
MgO는 0 내지 5%, R2O ≤13.0%인 경우 특히 0 내지 2%이다.
그러한 조성물을 선택함으로써, 특히 많은 구체적인 성분들이 하는 여러 가지 복잡한 역할을 다향하게 함으로써 전체적인 이점을 결합하는 것이 가능해진다.
구체적으로, 57 내지 75%, 바람직하게는 60% 초과 및/또는 바람직하게는 72% 미만, 특히 70% 미만인 네트워크-형성 요소, 즉 규소 및 알루미나의 합에 대해, 16 내지 27%, 바람직하게는 17% 초과 및/또는 바람직하게 25% 미만, 특히 22% 미만인 높은 함량의 알루미나와, 10 내지 17%인 높은 함량의 알칼리 금속(R2O : 나트륨 및 칼륨)과, 0 내지 5%, 특히 R2O ≤13.0%인 경우 0 내지 2%인 MgO과의 결합물은, 얻어진 섬유 상에서, 매우 넓은 범위의 온도 내에서 섬유화할 수 있는 특성 및 산성 pH에서의 생체용해성을 주는 현저한 특성을 갖는 유리 조성물을 얻는 것을 가능하게 해준다. 본 발명의 실시예에 따르면, 알칼리 금속의 함량은 바람직하게 12%, 특히 13.0% 및 13.3% 초과, 및/또는 바람직하게는 15% 미만, 특히 14.5% 미만이다.
이러한 조성물의 범위는, 수신된 의견과는 달리 관측된 바와 같이 특히 이롭다고 증명되며, 용융 유리의 점도는 알칼리 금속의 함량이 증가함에 따라 크게 감 소하지 않는다. 이러한 뚜렷한 효과는 섬유화를 위한 점도에 해당하는 온도와 결정화되는 상태의 액화 온도 사이의 차이를 증가시키는 것을 가능하게 해줘서, 섬유화 조건을 상당히 개선시키고, 특히 내부 원심분리에 의해 생체용해 가능한 유리의 새로운 족을 섬유화하는 것을 가능하게 해준다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 조성물은 함량이 0 내지 5%, 특히 0.5% 초과, 및/또는 3% 미만, 특히 2.5% 미만인 산화철을 갖는다. 또 다른 실시예에서는 함량이 5 내지 12%, 특히 5 내지 8%인 산화철을 갖고, 이에 의해 내화성 광물면 블랭킷을 얻는 것을 가능하게 해주는 조성물이 획득된다.
유리하게는, 본 발명에 따른 조성물은 다음의 관계식 : (Na2O + K2O)/Al2O3) ≥0.5, 바람직하게는 (Na2O + K2O)/Al2O3) ≥0.6, 특히 (Na2O + K2O)/Al2O3) ≥0.7 을 만족시키고, 액화 온도보다 높은 섬유화하는 점도에 해당하는 온도가 얻어지는 것이 선호되는 것으로 나타난다.
본 발명의 변형예에 따르면, 본 발명의 조성물은, 함량이 0 내지 5%, 바람직하게는 2% 미만, 특히 1% 미만의, 및/또는 0.3% 초과, 특히 0.5% 초과인 마그네시아와 결합된, 함량이 바람직하게는 10 내지 25%, 특히 12% 초과, 바람직하게는 15% 초과, 및/또는 바람직하게는 23% 미만, 특히 20% 미만 및 심지어 17% 미만인 석회를 갖는다.
또 다른 변형예에 따르면, 함량이 5 내지 15%, 및 바람직하게는 5 내지 10%인 석회에 대하여 마그네시아 함량은 5 내지 10%이다.
함량이 0 내지 3%, 특히 0.5% 초과 및/또는 2% 미만인 P2O5의 선택적인 첨가에 의해, 중성 pH에서의 생체용해성을 증가시키는 것이 가능하다. 선택적으로, 조성물은 또한 붕소 산화물을 포함할 수 있는데, 이는 광물면의 열적인 특성을 개선시키는데 도움을 줄 수 있으며, 특히 방사성 조성물에서 열 전도성 계수를 낮추고 또한 중성 pH에서 생체용해성을 증가시키는 경향이 있다. 또한 선택적으로 조성물에 예를 들어 3%의 TiO2를 포함할 수 있다. BaO, SrO, MnO, Cr2O3, ZrO2 및 SO3과 같은 다른 산화물은 5%를 초과하지 않는, 바람직하게는 약 3 또는 2%, 및 심지어 1%의 총 함량을 갖는 조성물에 존재할 수 있다. 이러한 다양한 산화물은 본 발명에 따른 조성물에 의도적으로 첨가될 수 있지만, 일반적으로 이들은 배치 재료로부터, 유리와 접촉한 내화성 재료로부터, 또는 용융 유리의 질량에서 포함된 기체의 양을 줄이기 위해 사용되는 정제 작용제로부터 생기는 부득이한 불순물로서 존재한다.
본 발명의 특히 바람직한 일실시예에 따르면, 광물면은 아래에 언급된 성분(중량%)을 갖는 섬유를 포함하며:
SiO2 39-55% 바람직하게는 40-52%
Al2O3 16-27% ...... 16-26%
CaO 6-20% ...... 8-18%
MgO 0-5% ...... 1-4.9%
Na2O 0-15% ...... 2-12%
K2O 0-15% ...... 2-12%
R2O(Na2O+K2O) 10-14.7% ...... 10-13.5%
P2O5 0-3% 특히 0-2%
Fe2O3(총철) 1.5-15% ...... 3.2-8%
B2O3 0-2% 바람직하게는 0-1%
TiO2 0-2% ...... 0.4-1%
이러한 조성물 그 자체는 현저히 향상된 고온 성질을 갖는다.
이러한 조성물 범위는 결정 종자가 저온에서 핵을 형성하는 것을 가능하게 하는 것으로 보이며, 이러한 종자는 재료의 연화 또는 소결(sintering)이 아직 영향을 주지 않는 충분히 낮은 온도에서 결정의 출연 또는 성장을 초래한다. 전체적인 유리 조성물 보다 더 용융 가능한 성분을 결정화시킴으로써, 잔여 유리의 점도는 증가하고 소결을 위해 수반된 표면력은 더 이상 점성 있는 접착력에 걸쳐 숨겨지기에는 충분히 높지 않다고 간주될 수 있다.
바람직하게는, 알루미나의 양은 17 내지 25.5중량%, 특히 20 내지 25중량%, 특히 21 내지 24.5중량% 및 특히 약 22 내지 23 또는 24중량%이다.
유리하게는, 마그네시아 함량을, 특히 적어도 1.5%, 특히 2%, 특히 2.5% 또는 3% 이상으로 조절함으로써 우수한 내화성이 얻어질 수 있다. 마그네시아의 높은 함량은 일반적으로 고온에서 관측되는 점도의 저하와는 반대인 저온 결정화 효과를 도와 재료의 소결을 예방한다.
한 이로운 조성물 선택은 필요한 최소량의 마그네시아의 공급에 있는데, 마그네시아의 양이 증가할수록 알루미나의 양은 감소한다.
따라서, 알루미나가 적어도 22중량%의 양으로 존재하는 경우, 마그네시아의 양은 바람직하게 적어도 1%, 유리하게는 약 1 내지 4%, 바람직하게는 1 내지 2% 및 특히 1.2 내지 1.6%이다. 알루미나 함량은 바람직하게는, 충분히 낮은 액화 온도를 유지하기 위해 25%로 제한된다. 알루미나의 함량이 적은 경우, 예를 들어 약 17 내지 22%인 경우, 마그네시아의 양은 바람직하게 적어도 2%, 특히 약 2 내지 5%이다.
유리하게는, 석회의 함량이 9.5 내지 20%, 바람직하게는 10 내지 18% 및 심 지어 보다 바람직하게는 11 내지 16%이다.
석회 및 마그네시아의 총량은 유리하게 약 14 내지 20%, 특히 15 내지 19%일 수 있다.
알칼리-토금속 산화물(석회, 마그네시아, 바륨 산화물 및 스트론튬 산화물)의 총량은 바람직하게 10 내지 20%, 특히 12 내지 18%이다.
실리카의 양은 유리하게 약 35 내지 50중량%, 특히 37 내지 48중량% 및 보다 특히 39 내지 44중량%이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 알칼리 금속 산화물 함량은 바람직하게 13.2중량%, 또는 심지어 13.0중량% 이하, 특히 약 10 내지 12.5중량% 및 특히 10.2 내지 12중량% 또는 미만이다. 나트륨 산화물 및 칼륨 산화물은 각각 3 내지 9중량%의 양으로 존재한다.
알칼리 금속 산화물 함량의 이러한 범위 내에서, 알루미나 함량에 대한 알칼리 금속 산화물 함량의 비를 R2O/Al2O3 몰비가 1 미만, 특히 0.9 미만, 특히 최대 0.8 및 특히 최대 0.75가 되도록 선택하는 것이 유리하다.
몰비가 0.9보다 큰 경우, 마그네시아의 함량은 저온 결정화 효과를 생성하기에 충분히 높은 것이 바람직하며, 예를 들어 적어도 2%, 또는 적어도 2.5%이며, 한편으로는 매우 높은 온도에서 작용에 대해 유독한 효과를 갖는 지나치게 낮은 유리 전이 온도가 얻어질 것이다.
0.9보다 작은 R2O/Al2O3 몰비는 특히 저온에서 내화성, 및 이에 따라 연화점 및 소결 온도에 대해 바람직한 효과를 생성한다.
그러나 이러한 조성물 범위 내에서 충분히 큰 차이가 섬유화하는 점도에 해당하는 온도와 결정화되는 상태의 액화 온도 사이에서 유지되므로, 우수한 섬유화 조건을 제공한다.
조성물에 존재하는 산화철은 저온에서 종자의 성장의 핵 형성에 긍정적인 영향을 갖는 반면에, 여전히 액화를 제한한다. 그러나 그것의 양은 바람직하게 제한되어 산성 매질에서 생체용해성이 악영향을 끼치지 않게 해준다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 조성물은 2 내지 6%, 바람직하게는 약 3 내지 6%의 산화철을 갖는다.
산화 티타늄은 유리 매트릭스 내에서 첨정석(spinels)의 고온 및 저온에서 핵 형성에 매우 주목할만한 효과를 제공해준다. 약 1% 이하의 양이 제공되는 것이 유리할 수 있다.
P2O5의 함량은 0 내지 3%, 특히 0.1 내지 1.2%이며, 중성 pH에서 생체용해성을 증가시킨다.
BaO, SrO, MnO, Cr2O3 및 ZrO2와 같은 다른 산화물은 최대 총량이 5%, 또는 심지어 2%, 및 심지어 1%로 조성물에 존재할 수 있다.
102.5 푸아즈의 점도에 해당하는 온도(Tlog2.5)와 결정 상태의 액화 온도(Tlig) 사이의 차이는 바람직하게 적어도 10℃이다. 이러한 차이(Tlog2.5 - Tlig)는 본 발명의 조성물에 대한 "작용 범위", 즉 보다 특히 내부 원심분리 공정에 의해 섬유화가 가능한 온도 범위로 정의된다. 이러한 차이는 바람직하게 적어도 20 또는 30℃, 심지어 50℃ 초과, 특히 100℃ 초과이다.
본 발명에 따른 조성물은 높은 유리 전이 온도, 특히 600℃가 넘는 유리 전이 온도를 갖는다. 이들의 어닐링 온도(Tannealing)는 특히 600℃가 넘는다.
앞서 언급된 바와 같이, 광물면은 특히 산성 pH에서 만족스런 정도의 생체용해성을 나타낸다. 따라서 광물면의 일반적인 용해 속도, 특히 규소에서 측정된 용해 속도는, NF T 03-410 표준에 기재된 것과 유사한 방법을 사용하여, pH 4.5에서 시간 당 적어도 30 및 바람직하게는 적어도 40 또는 50 ng/㎠이다.
본 발명의 또 다른 매우 중요한 이점은 이러한 유리의 조성물을 얻기 위해 저렴한 배치 재료를 사용하는 가능성에 관한 것이다. 이러한 조성물은, 만일 철을 구비할 필요가 있는 경우, 특히 암석, 예를 들어 알칼리-토 금속 캐리어를 가진 향석(phonolite) 타입, 예를 들어 석회석 또는 돌로마이트의 용융물로부터 얻을 수 있다. 이 방법에 의해, 적당한 비용의 알루미나 캐리어가 얻어진다.
알루미나 및 알칼리 금속 산화물의 함량이 높은 이러한 타입의 조성물은 유리하게도 소성 유리 노 또는 전기 유리 노에서 용융될 수 있다.
본 발명의 주제는 또한 본 발명에 따른 광물면을 얻기 위한 공정으로서, 섬유-형성 단계에 이어 특히 용액의 분사 또는 주입에 의해 적어도 하나의 인 화합물을 상기 섬유의 표면상에 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 주제는 또한 본 발명에 따른 적어도 하나의 광물면을 포함하는 단열 및/또는 방음 제품이다.
본 발명은 또한 앞서 기재된 광물면을 내화성 구조 시스템에 사용하는 방법에 관한 것이다.
"내화성 구조 시스템"이라는 용어는 일반적으로 재료의 조립품, 특히 광물면 및 금속판에 기초한 조립품을 포함하는 시스템을 의미하는 것으로 주지되는데, 이는 열의 전달을 효과적으로 지연시키고, 또한 불꽃과 뜨거운 기체로부터 보호해주고, 소성 동안에 기계적 강도를 유지시킬 수 있다.
표준화된 테스트는 내화성의 정도를 정의하는데, 예를 들어 버너의 불꽃에 의해 또는 전기적 노에 의해 생성된 열 플럭스(flux)에 노출된 구조 시스템의 반대 측면에 주어진 온도가 도달되는데 필요한 시간으로 나타낸다.
구조 시스템은, 만일 이들이 특히 다음의 테스트 중 하나의 요구 조건을 만족시키는 경우 만족스러운 내화성을 나타내는 것으로 고려된다 :
- 소성 도어 테스트 : 독일 표준 DIN 18 089 - Part 1(또는 동등물)에 정의된 바에 따라, 광물 섬유 보드에서 테스트;
- 독일 표준 DIN 4102(또는 동등물)로 정의된 바에 따라, 건축 재료 및 요소의 소성 작용. 특히 내화 등급을 결정하기 위한 표준 DIN 4102 - Part 5는 전체-규모 테스트를 하고, DIN 4102 - Part 8은 소형 테스트 침대를 갖는 견본에서 테스트되는 것이 고려되며;
- 표준화 테스트 OMI A 754(18)(또는 동등물)로서, "마린"-타입 용도, 특히 선박 격벽을 위한 일반적인 내화성 테스트 요구 조건을 기재하고 있다. 이러한 테스트는 3m ×3m인 노를 갖는 커다란 견본에서 수행된다. 예를 들어 절연 측면상에 소성의 경우 필요한 성능은 적어도 60분 동안 단열 표준을 충족시키는 강철 갑판의 경우가 언급될 수 있다.
다른 상세한 설명 및 유리한 특성은 다음에 기재되는 비제한적인 바람직한 실시예로부터 명확해질 것이다.
아래의 표 1은 섬유의 조성을, 특히 중량%로 60개의 실예를 제공한다.
"불순물" 라인은 배치 재료로부터, 정제 작용제로부터, 또는 용융 유리와 접촉한 내화성 재료로부터 생기는, 전체적으로 처리된 부득이한 불순물에 해당된다. 단지 이들의 총량은, 일반적으로 2% 미만, 또는 심지어 1% 미만인 이들의 함량과 이들의 특성도 진술된 문제를 해결하는 본 발명에 따른 실시예의 방법에 영향을 주지 않으므로, 순수하게 예시적인 방식으로 나타난다.
이러한 실시예에 따른 조성물은 내부 원심분리 공정에 의해, 특히 전술된 국제특허출원 제93/02977호의 기술에 따라 섬유화될 수 있다.
차이(Tlog2.5 - Tlig)에 의해 정의되는, 이들의 작용 범위는 대부분 양의 수이며, 특히 50℃ 초과, 또는 심지어 100℃ 및 심지어 150℃ 초과이다.
액화 온도는 비교적 낮으며, 특히 1200℃ 및 심지어 1150℃를 초과하지 않는다.
102.5 푸아즈의 점도에 해당하는 온도(Tlog2.5)는, 특히 국제특허출원 제93/02977호에 기재된 작용 범위 하에서, 고온 섬유화를 위한 원심분리 스피너의 사용에 적합하다.
바람직한 조성물은, Tlog2.5가 1350℃ 미만, 바람직하게는 1300℃ 미만인 조성물이다.
표 1은 또한 어닐링 온도(℃로 표시) 및 pH 4.5에서의 섬유 용해 속도(ng/㎠·h로 표시)를 나타낸다. 섬유 용해 속도는, 표준 NF T 03-410에 나타나 있는 프로토콜에 따라 측정되며, 30 ng/㎠·h보다 크다.
본 발명을 설명하기 위해, 다양한 인 화합물은 섬유화 공정 동안에, 섬유가 용융 유리로부터 가늘어진 영역의 뒤에 그리고 광물면이 모이는 영역 앞에 위치된 영역에서 분사에 의해 첨가되었다. "보조제"라는 용어는 이러한 분사 영역에 첨가된 화합물을 일컬으며, 이러한 보조제는 동시에 또는 개별적으로 공급될 수 있다.
표 1의 실시예 45의 조성물은, 광물면 블랭킷을 얻기 위해 인을 주성분으로 하는 다양한 화합물의 유무에 따른 내부 원심분리 공정에 의해 섬유화되었고, 기계적 열 안정성 테스트의 결과가 표 2에 주어졌다.
이러한 테스트에서, 보조제는 수지를 주성분으로 하는 결합제 및, 특정한 예에서는 이러한 결합제에 첨가되고 결합제와 동시에 분사된 인 화합물을 포함한다.
광물면 분야에서 잘 알려진, 수지를 주성분으로 하는 결합제는 섬유 블랭킷에 바람직한 기계적 강도를 제공하는 기능을 갖는다. 본 테스트의 문맥 내에서, 페 놀포름알데히드 수지 및 요소(urea)에 기초한 표준 결합제가 사용되었다. 특히 포름알데히드가 없는, 사이징(sizing) 조성물의 다른 타입이 단독으로 또는 혼합물로 또한 사용될 수 있다. 이들은 예를 들어 :
- 글리시딜 에테르 타입의 에폭시 수지 및 비-휘발성 아민 경화제에 기초한 조성물(EP-A-0 369 848에 기재됨)로서, 또한 이미다졸, 이미다졸린 및 이들의 혼합물로부터 선택한 촉진제를 포함할 수 있는 조성물;
- 카르복실릭 폴리산 및 폴리올을 포함하는 조성물로서, 바람직하게는 인-함유 유기산 타입의 알칼리 금속염의 촉매와 결합된 조성물(EP-A-0 990 727에 기재됨);
- 카르복실 작용기 및/또는 β-히드록시알킬아미드 작용기와 결합하는 하나 이상의 화합물을 포함하는 조성물(WO-A-93/36368에 기재됨);
- 카르복시산 및 알칸올아민, 또는 카르복시산 및 알칸올아민으로부터 합성된 수지와 결합하는 조성물(EP-A-1 164 163에 기재됨);
- 무수물이 실질적으로 아민에 용해되고/되거나 무수물과 반응할 때까지 반응 조건 하에서 무수물 및 아민을 혼합하는 단계, 그런 다음 물을 첨가하여 반응을 종결시키는 단계의 두 단계에 의해 제조된 사이징 조성물(EP-A-1 170 265에 기재됨);
- 제 1 무수물 및 제 2 무수물을 갖는 아민의 중합체 없는 반응 생성물을 포함하는 수지를 포함하는 조성물(EP-A-1 086 932에 기재됨);
- 적어도 하나의 폴리카르복시산 및 적어도 하나의 폴리아민을 포함하는 조 성물;
- 카르복시산, 및 US 2005/038193에 기재된 알코올 작용기를 포함하는 단량체의 공중합체를 포함하는 조성물; 및
- 폴리올 및 폴리산 또는 말레인산과 같은 폴리무수물을 포함하는 조성물로서, 예를 들어 WO 2005/87837 또는 US 6 706 808에 기재되어 있는 조성물.
이러한 출원 명세서 또는 특허 EP-A-0 369 848, EP-A-0 990 727, WO-A-93/36368, EP-A-1 164 163, EP-A-1 170 265, EP-A-1 086 932, US 2005/038193, WO 2005/87837, US 6 706 808은 출원 명세서 WO 04/007395, WO 2005/044750, WO 2005/121191, WO 04/094714, WO 04/011519, US 2003/224119, US 2003/224120과 함께 본 출원 명세서에 참고문헌으로 병합되어 있다.
아미노플라스트 타입의 수지(멜라민-포름알데히드 또는 요소-포름알데히드)가 또한 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있다.
비교예 A는 인 화합물을 포함하지 않았으며, 보조제로서 단지 수지를 주성분으로 하는 결합제를 형성했다.
다른 실시예의 경우, 6개의 다른 인 화합물이 사용되었다. 앞에 3개는 WO 01/68546에 기재된 것과 매우 유사한 광물 인산염 또는 폴리인산염이고, 비교예 B, C 및 D에서 사용되었다. 이러한 인 화합물은 다음과 같다.
- 메타인산 나트륨. 비교예 B는 이들을 0.2% 포함하고 있으며;
- Clariant GmbH에 의해 제조된 등록 상표 "EXOLIT AP 462"인 불꽃 지연제. 폴리인산 암모늄 및 멜라민에 기초하여, 중합체(폴리우레탄, 에폭시 수지)의 내화 성을 개선시키기 위해 사용되고, 매우 낮은 수용성을 갖는다. 비교예 C는 이들을 0.2% 포함하고 있으며;
- Buddenheim에 의해 제조된 등록 상표 "FR CROS 489"인 불꽃 지연제. 이러한 제품은 P2O5 형태로 나타내는 인을 64% 포함하는 폴리인산 암모늄이다. 비교예 D는 이들을 0.2% 포함한다.
다른 세 개의 인 화합물은 본 발명의 문맥 내에서 사용되는 "유기인" 화합물이다. 이러한 인 화합물은 다음과 같다.
- Clariant GmbH에 의해 제조된 등록 상표 "EXOLIT OP 550"인 불꽃 지연제. 인산 폴리에스테르 타입의 올리고머에 기초하고, 폴리우레탄을 불로부터 보호하는 작용제로 사용된다. 본 발명에 따른 실시예 E, F 및 G는 이들을 각각 섬유의 총질량에 대하여 0.3%, 0.5% 및 0.7% 포함하고 있으며;
- Clariant GmbH에 의해 제조된 등록 상표 "EXOLIT OP 560"인 불꽃 지연제. 포스폰산 폴리에스테르 타입의 올리고머에 기초하고, 특히 폴리우레탄을 불로부터 보호하는 작용제로서 사용된다. 본 발명에 따른 실시예 H는 이들을 0.5% 포함하고 있으며;
- Akzo Nobel에 의해 판매되는 등록 상표 "FYROL PNX"인 19%의 P2O5를 함유하는 불꽃 지연제. n은 2 내지 20, R6, R7 및 R8은 에틸기, R5는 에틸렌기인 화학식(3)의 인산 폴리에스테르 타입의 올리고머이다(CAS 번호 184538-58-7). 본 발명에 따른 실시예 I는 이들을 0.8% 포함하고 있다.
이러한 세 개의 화합물은 이들의 주 사슬에 인 원자, 및 특히 알킬 타입의 탄소-함유 물질을 포함한다.
본 발명에 따른 인 화합물의 또 다른 예는 Buddenheim에 의해 판매되는 BUDIT 341 또는 3118F 제품이다. Rhodia에 의해 제조된 등록 상표 AMGARD® CT 또는 CU인 환형 포스폰산 에스테르의 혼합물 또한 특히 흥미롭다. 이러한 제품은, 폴리에스테르를 주성분으로 하는 직물에 대해 불꽃 지연제로서 사용되며, 실제로 오븐의 온도에서의 안정도가 EXOLIT OP 550 제품보다 더 높으며, 따라서 노화 이전에 더 나은 기계적 특성을 얻는 것을 가능하게 해준다. P2O5 함량은 약 20%이다.
표 2는 획득된 광물면 제품의 초기 기계적 강도, 및 1.5 bar의 압력 하에 105℃에서 15분간 압력솥에서 노화 이후에 이들의 기계적 강도의 손실(상대 백분율)을 제공하고, 이러한 테스트 중 일부에서 앞서 언급된 드래프트 표준 "단열 재료 : 열적 안정성"에 따른, 1000℃에서의 슬럼프를 제공한다.
기계적 강도는 압력솥 노화 이전 및 이후에 밀도가 14 kg/㎥인 섬유 제품으로부터 절단된 고리 형태의 견본에서 수행된 장력 테스트에 의해 측정되었다. 이러한 테스트에 따르면, 두 개의 핀은 고리의 중앙에 주입되고 견본이 부서질 때까지 일정한 속도로 멀어지게 이동된다. N/g으로 나타내는 이러한 강도는 견본의 질량에 의해 나눠진 파괴력에 해당한다. 테스트는 20개의 견본에서 반복되었고, 그 결과의 평균은 표에 나타나 있다.
기계적 강도
(N/g)		 노화 촉진 후
기계적 강도의
손실(%)		 1000℃에서
슬럼프(%)

비교예

 A 2.7 28 89
B 2.6 44 40
C 2.3 36
D 2.8 39

본 발명에
따른
실시예
 E 3.1 22 40
F 3.2 29
G 3.3 17
H 3.1 28
I 3.0 27 30
이러한 결과는 종래 기술(비교예 B, C 및 D)에서 기재된 것과 같은 인 화합물의 첨가는 초기 기계적 강도 특성을 개선시키거나 감소시키지 않으며(오븐을 떠날 때), 또한 인 화합물이 첨가되지 않은 경우(실시예 A)와 비교하여 시간이 흐름에 따라 이러한 특성에 있어 변화를 크게 감소시킴을 분명하게 보여준다.
대조적으로, 본 발명의 문맥 내에서 인 화합물의 사용은, 한편으로 제품의 초기 기계 특성을 개선시키고, 다른 한편으로는 노화를 촉진한 이후에도 이러한 특성에 있어 변화를 감소시키지 않거나(실시예 F, H 및 I), 또는 심지어 이들을 향상시킨다(실시예 E 및 G).
임의의 과학적 이론에 의해 얽매이지 않고서, 본 발명에 따른 조성물의 첨가의 이로운 효과는, 결합제의 수지를 경화하기 위한 오븐 처리 동안, 그리고 최종 제품에 대해 촉진된 노화 처리 동안에, 인산 및/또는 인산 무수물과 같은 산 유리된 화합물의 부재 때문인 것으로 보인다. 이것은 산 화합물의 유리가 결합제와 유리 섬유 사이의 접착을 감소시키고/감소시키거나 섬유의 표면을 공격하기 때문인 것으로 보인다. 또한 첨가된 보조제로서 염기(MgO)의 첨가는 이러한 결합제 경화 단계 동안에 형성된 산을 중화하고 그렇게 형성된 제품이 시간이 지남에 따른 기계적 특성의 변화에 관한 이점을 제공하는 것을 가능하게 해준다.
이러한 타입의 모든 인산염(비교예 B 또는 본 발명에 따른 실시예 E 및 I)의 열 안정성에 대한 유리한 효과는 또한 확인되었으며, 1000℃에서의 슬럼프는 인산염 화합물 없이도 섬유의 요소와 비교하여 적어도 두 개의 요소에 의해 감소된다.
본 발명은 인공 광물면(mineral wool) 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로 단열 및/또는 방음 재료 또는 오염 방지 배양 기재, 및 특히 내열성이 중요한 용도에 사용되는 열적으로 안정한 광물면을 제조하도록 의도된 광물 면에 관한 것이다.
Figure 112007068831030-pct00004
Figure 112007068831030-pct00005
Figure 112007068831030-pct00006
Figure 112007068831030-pct00007
Figure 112007068831030-pct00008
Figure 112007068831030-pct00009

Claims (39)

  1. 생리학적 매질에 용해될 수 있는 열에 안정한 광물면(mineral wool)으로서,
    성분이 다음과 같이 중량%로 언급된 섬유, 및
    SiO2 35-60%
    Al2O3 12-27%
    CaO 0-35%
    MgO 0-30%
    Na2O 0-17%
    K2O 0-17%
    R2O (Na2O+K2O) 10-17%
    P2O5 0-5%
    Fe2O3 0-20%
    B2O3 0-8%
    TiO2 0-3%
    상기 섬유의 표면에 코팅을 형성하기 위해, 상기 섬유와 1000℃ 미만의 온도에서 반응할 수 있는 적어도 하나의 인 화합물을 포함하는, 열에 안정한 광물면에 있어서,
    중량%로 표시되는 인 원자의 함량은 0.0005%로부터 1%까지 변하고, 인 화합물은 인 원자(들)가 산소 원자를 통해 또는 직접 적어도 하나의 탄소 원자에 연결되는 분자인 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  2. 제 1항에 있어서,
    a) 산소 원자에 의해 적어도 하나의 탄소 원자에 연결된 하나의 인 원자를 포함하는 분자;
    b) 적어도 하나의 탄소 원자에 직접 연결된 하나의 인 원자를 포함하는 분자
    로부터 선택한 적어도 하나의 인 화합물을 포함하는, 열에 안정한 광물면.
  3. 제 2항에 있어서, 적어도 하나의 인 화합물(a)을 포함하며, 적어도 하나의 인 화합물(a)은 모노-, 디- 또는 트리- 인산 에스테르, 또는 치환되지 않은 포스폰산 에스테르(phosphinic ester) 또는 포스핀산 에스테르(phosphinic ester)로부터 선택되며, 상기 에스테르의 탄소를 기초로 하는 기는 알킬, 아릴, 아실 또는 히드록시알킬 화합물이고, 올리고머 또는 중합체 특성일 수 있고, N, O 또는 S로부터 선택한 하나 이상의 헤테로 원자를 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  4. 제 2항에 있어서, 적어도 하나의 인 화합물(b)을 포함하며, 적어도 하나의 인 화합물(b)은 부분적으로 치환된 포스폰산 또는 모노-, 디- 또는 트리- 포스핀산 에스테르 또는 포스핀산으로부터 선택되고, 상기 화합물 중 탄소를 기초로 하는 기는 알킬, 아릴, 아실 또는 히드록시알킬 화합물이며, 이들은 올리고머 또는 중합체 특성일 수 있고, N, O 또는 S로부터 선택한 하나 이상의 헤테로 원자를 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  5. 제 1항에 있어서, 공유 결합에 의해 서로 연결된, 동일하거나 상이한 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 타입(a) 또는 타입(b)의 여러 개의 화합물로 이루어진 분자인, 적어도 하나의 인 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  6. 제 5항에 있어서, 성분 유닛의 수가 2 내지 100이고, 올리고머 또는 중합체 분자인 적어도 하나의 인 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  7. 제 5항에 있어서, 탄소를 기초로 하는 물질을 통해 서로 연결된 인 원자를 포함하는, 적어도 하나의 인 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  8. 제 7항에 있어서, 다음의 화학식(1)으로 나타낼 수 있는, 적어도 하나의 인 화합물을 포함하고,
    Figure 112012101928378-pct00010
    여기서 n은 1 내지 100이고;
    치환기 R1 내지 R4는 동일하거나 상이한, 탄소를 기초로 하는 물질로서, 알킬, 아릴, 아실 또는 히드록시알킬 타입이며, 올리고머 또는 중합체 특성일 수 있고, N, O, S 또는 P로부터 선택한 하나 이상의 헤테로 원자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  9. 제 8항에 있어서, 다음의 화학식(2)으로 나타내는 포스폰산 폴리에스테르-타입의 올리고머 또는 중합체인, 적어도 하나의 인 화합물을 포함하고,
    Figure 112012101928378-pct00011
    여기서,
    - 사슬 길이(n)는 1 내지 100이고;
    - 치환기 R2 및 R5 내지 R7은 동일하거나 상이한, 탄소를 기초로 하는 물질이며, 알킬, 아릴, 아실 또는 히드록시알킬 타입이며, 올리고머 또는 중합체 특성일 수 있고, N, O, S 또는 P로부터 선택된 하나 이상의 헤테로 원자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  10. 제 8항에 있어서, 다음의 화학식(3)으로 나타내는 인산 폴리산 또는 폴리에스테르-타입의 올리고머 또는 중합체인, 적어도 하나의 인 화합물을 포함하고,
    Figure 112012101928378-pct00012
    여기서,
    - 사슬 길이(n)는 1 내지 100이고;
    - 치환기 R5 내지 R8은 동일하거나 상이한, 탄소를 기초로 하는 물질로서, 알킬, 아릴, 아실 또는 히드록시알킬 타입이며, 올리고머 또는 중합체 특성일 수 있고, N, O, S 또는 P로부터 선택한 하나 이상의 헤테로 원자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  11. 제 4항에 있어서, 적어도 하나의 인 화합물을 포함하고,
    상기 인 화합물은 각각 포스폰산 또는 인산의 산과, 폴리올, 폴리산 또는 에폭시 화합물 사이의 에스테르화 또는 트랜스에스테르화에 의해 획득되거나, 또는 각각 포스폰 에스테르 또는 인산 에스테르와, 폴리올, 폴리산 또는 에폭시 화합물 사이의 에스테르화 또는 트랜스에스테르화에 의해 획득되는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  12. 제 11항에 있어서, 당밀과, 인산 또는 포스폰산의 산 사이의 반응에 의해 획득되거나, 또는
    당밀과, 인산 에스테르 또는 포스폰산 에스테르 사이의 반응에 의해 얻어진 적어도 하나의 인 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  13. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 성분이 다음과 같이 중량%로 언급된 섬유를 포함하고,
    SiO2 39-55%
    Al2O3 16-27%
    CaO 3-35%
    MgO 0-15%
    Na2O 0-15%
    K2O 0-15%
    R2O (Na2O+K2O) 10-17%
    P2O5 0-5%
    Fe2O3 0-15%
    B2O3 0-8%
    TiO2 0-3% ,
    MgO는 R2O ≤13.0%일 때 0 내지 5%인 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  14. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 성분이 다음과 같이 중량%로 언급된 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
    SiO2 39-55%
    Al2O3 16-27%
    CaO 6-20%
    MgO 1-5%
    Na2O 0-15%
    K2O 0-15%
    R2O (Na2O+K2O) 10-14.7%
    P2O5 0-3%
    Fe2O3 (총철) 1.5-15%
    B2O3 0-2%
    TiO2 0-2%
  15. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, CaO의 함량은 9.5 내지 20%, 인 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  16. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 20 내지 25%의 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  17. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 알루미나가 22중량% 미만의 양으로 존재하는 경우, 적어도 2중량%의 MgO를 포함하고, 알루미나가 22중량% 이상의 양으로 존재하는 경우, 1 내지 4중량%의 MgO를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  18. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 알칼리 금속의 함량은 13.0% 이하인 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  19. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, R2O/Al2O3의 몰비는 0.9 미만인 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  20. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 2 내지 6%의 철 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  21. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 1% 이하의 티타늄 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  22. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유는 pH 4.5에서 측정된, 시간 당 적어도 30 ng/㎠의 용해 속도를 갖는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  23. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유에 해당하는 유리는 내부 원심분리 공정에 의해 섬유화될 수 있는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  24. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유의 표면상에 형성될 수 있는 코팅은 알칼리-토 금속 인산염으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 알칼리-토 금속 인산염은 석회 인산염인 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  26. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 광물면을 얻기 위한 공정으로서, 섬유-형성 단계, 및 그 후, 용액의 분무 또는 주입에 의해 상기 섬유의 표면상에 적어도 인 화합물을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  27. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 광물면을 포함하는 내화성 구조 시스템.
  28. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 광물면을 포함하는 단열 또는 방음 제품.
  29. 제 5항에 있어서, 성분 유닛의 수가 2 내지 50이고, 올리고머 또는 중합체 분자인 적어도 하나의 인 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  30. 제 5항에 있어서, 성분 유닛의 수가 2 내지 10이고, 올리고머 또는 중합체 분자인 적어도 하나의 인 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  31. 제 7항에 있어서, 다음의 화학식(1)으로 나타낼 수 있는, 적어도 하나의 인 화합물을 포함하고,
    Figure 112012101928378-pct00013
    여기서 n은 1 내지 50이고;
    치환기 R1 내지 R4는 동일하거나 상이한, 탄소를 기초로 하는 물질로서, 알킬, 아릴, 아실 또는 히드록시알킬 타입이며, 올리고머 또는 중합체 특성일 수 있고, N, O, S 또는 P로부터 선택한 하나 이상의 헤테로 원자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  32. 제 7항에 있어서, 다음의 화학식(1)으로 나타낼 수 있는, 적어도 하나의 인 화합물을 포함하고,
    Figure 112012101928378-pct00014
    여기서 n은 2 내지 10이고;
    치환기 R1 내지 R4는 동일하거나 상이한, 탄소를 기초로 하는 물질로서, 알킬, 아릴, 아실 또는 히드록시알킬 타입이며, 올리고머 또는 중합체 특성일 수 있고, N, O, S 또는 P로부터 선택한 하나 이상의 헤테로 원자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  33. 제 8항에 있어서, 다음의 화학식(2)으로 나타내는 포스폰산 폴리에스테르-타입의 올리고머 또는 중합체인, 적어도 하나의 인 화합물을 포함하고,
    Figure 112012101928378-pct00015
    여기서,
    - 사슬 길이(n)는 1 내지 50이고;
    - 치환기 R2 및 R5 내지 R7은 동일하거나 상이한, 탄소를 기초로 하는 물질이며, 알킬, 아릴, 아실 또는 히드록시알킬 타입이며, 올리고머 또는 중합체 특성일 수 있고, N, O, S 또는 P로부터 선택된 하나 이상의 헤테로 원자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  34. 제 8항에 있어서, 다음의 화학식(2)으로 나타내는 포스폰산 폴리에스테르-타입의 올리고머 또는 중합체인, 적어도 하나의 인 화합물을 포함하고,
    Figure 112012101928378-pct00016
    여기서,
    - 사슬 길이(n)는 2 내지 10이고;
    - 치환기 R2 및 R5 내지 R7은 동일하거나 상이한, 탄소를 기초로 하는 물질이며, 알킬, 아릴, 아실 또는 히드록시알킬 타입이며, 올리고머 또는 중합체 특성일 수 있고, N, O, S 또는 P로부터 선택된 하나 이상의 헤테로 원자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  35. 제 8항에 있어서, 다음의 화학식(3)으로 나타내는 인산 폴리산 또는 폴리에스테르-타입의 올리고머 또는 중합체인, 적어도 하나의 인 화합물을 포함하고,
    Figure 112012101928378-pct00017
    여기서,
    - 사슬 길이(n)는 1 내지 50이고;
    - 치환기 R5 내지 R8은 동일하거나 상이한, 탄소를 기초로 하는 물질로서, 알킬, 아릴, 아실 또는 히드록시알킬 타입이며, 올리고머 또는 중합체 특성일 수 있고, N, O, S 또는 P로부터 선택한 하나 이상의 헤테로 원자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  36. 제 8항에 있어서, 다음의 화학식(3)으로 나타내는 인산 폴리산 또는 폴리에스테르-타입의 올리고머 또는 중합체인, 적어도 하나의 인 화합물을 포함하고,
    Figure 112012101928378-pct00018
    여기서,
    - 사슬 길이(n)는 2 내지 10이고;
    - 치환기 R5 내지 R8은 동일하거나 상이한, 탄소를 기초로 하는 물질로서, 알킬, 아릴, 아실 또는 히드록시알킬 타입이며, 올리고머 또는 중합체 특성일 수 있고, N, O, S 또는 P로부터 선택한 하나 이상의 헤테로 원자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  37. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 성분이 다음과 같이 중량%로 언급된 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
    SiO2 40-52%
    Al2O3 16-26%
    CaO 8-18%
    MgO 1-4.9%
    Na2O 2-12%
    K2O 2-12%
    R2O (Na2O+K2O) 10-13.5%
    P2O5 0-2%
    Fe2O3 (총철) 3.2-8%
    B2O3 0-1%
    TiO2 0.4-1%
  38. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, R2O/Al2O3의 몰비는 최대 0.8 인 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
  39. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, R2O/Al2O3의 몰비는 최대 0.75 인 것을 특징으로 하는, 열에 안정한 광물면.
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