MX2012006063A

MX2012006063A - Composicion de fibra de ceramica que es soluble en sal.

Info

Publication number: MX2012006063A
Application number: MX2012006063A
Authority: MX
Inventors: Jin Heuk Lee; Si Moo Lee; Hong Kyeom Kim; Won Sik Jung
Original assignee: Kcc Corp
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2012-06-19
Also published as: HK1174324A1; WO2011065698A2; JP6109802B2; US8932968B2; RU2012125634A; AU2010325427A1; BR112012012651A2; EP2327667B1; JP2013512169A; CN102666436B; JP2015027948A; US20120231274A1; ES2628209T3; CN102666436A; CA2780837C; NZ599947A; ZA201204292B; EP2327667A1; RU2521205C2; WO2011065698A3

Abstract

La presente invención se refiere a una composición de fibra de cerámica biodegradable para un aislante térmico de alta temperatura, la composición comprende: 58 a 67% en peso de SiO2, 26 a 34% en peso de CaO, 2 a 8% en peso de MgO, 0 a 1% en peso de A12O3, 0 a 5% en peso de B2O3, 0 a 3% en peso de Na2O + K2O, y 1% en peso o menos de una impureza seleccionada de TiO2 y Fe2O3, en donde la composición tiene un coeficiente de contracción térmico lineal de 3% o menos (cuando se mantiene a 1100°C durante 24 horas) y una constante de índice de disolución de 700 ng/cm2hr o más en el fluido corporal sintético. También, la composición de fibra de cerámica de la presente invención, cuando se compara con las fibras de cerámica biodegradables públicamente conocidas, tiene una solubilidad significativamente mejorada en el fluido corporal sintético de tal manera que puede disolverse y removerse fácilmente incluso cuando se respire en pulmones humanos, y es por consiguiente menos nociva para el cuerpo humano. [Palabras clavel SiO2, CaO, MgO, Al2O3, B2O3, Na2O, K2O, TiO2, Fe2O3, aislante térmico de alta temperatura, biodegradable, composición de fibra de cerámica, coeficiente de contracción térmica lineal, constante de índice de disolución.

Description

COMPOSICIÓN DE FIBRA DE CERÁMICA QÜE ES SOLUBLE EN SAL Campo Técnico Esta solicitud reclama la prioridad en y el beneficio de la Solicitud de Patente Coreana No. 2009-0115682, presentada el 27 de noviembre de 2009, la descripción de la cual se incorpora en la presente para referencia en su totalidad.

La presente invención se refiere a una composición de fibra de cerámica soluble en sal para un aislador térmico de alta temperatura, y, más particularmente, a una composición de fibra de cerámica para un aislador térmico de alta temperatura que tiene una excelente solubilidad en sal, en donde la composición de fibra incluye Si0 como un óxido que forma redes, CaO como un óxido que modifica redes, MgO, Al203 como un óxido intermediario, B2O3 que sirve como un flujo y un óxido de red en la composición, Na20 que sirve como un flujo, y K20 en una proporción adecuada para preparar una composición que tenga solubilidad mejorada de una composición de fibra en un fluido corporal salino artificial. También, la presente invención se refiere a una composición en la cual un contenido de la suma de B203 y Na2O+K20 presente como el flujo se controle para mostrar una resistencia al calor a alta temperatura constante, y que tiene una solubilidad mejorada (biodegradabilidad) en un fluido corporal salino comparado con la composición de fibra de cerámica soluble en sal convencional y un rendimiento de producción incrementado en un proceso de producción de alta temperatura .

Técnica Antecedente Se han utilizado fibras de cerámica como materiales tales como materiales de aislamiento térmico, materiales de aislamiento en frío, aisladores térmicos, materiales a prueba de sonido, materiales que absorben el sonido y materiales de filtración debido a su baja conductividad térmica y su forma larga y delgada.

El término "fibra para un aislador térmico resistente al fuego" utilizado como un aislador térmico generalmente se refiere a una fibra resistente al fuego que puede utilizarse a una temperatura de 600°C o mayor en el cual se utiliza lana mineral convencional. Aisladores térmicos de capa fibroso utilizados a una alta temperatura se clasifican en 5 tipos: el tipo 1 (732°C) al tipo 5 (1,649°C) de acuerdo con el ASTM C982, basado en los coeficientes de contracción térmica medidos a alta temperatura. La "temperatura de uso seguro" de una fibra convencional se define como una temperatura en la cual una fibra tiene un coeficiente de contracción térmica lineal de 5% o menos cuando se mantiene a una temperatura correspondiente durante 24 horas .

En años recientes, la fibra utilizada más ampliamente para un aislador térmico resistente al fuego es una fibra a base de AI2O3-SÍO2 (RCF-AS) , la temperatura de uso seguro de la cual se encuentra en el margen de 1100 a 1260°C. Las técnicas conocidas convencionales asociadas con las fibras basadas en AI2O3-SÍO2 son como sigue. Las Patentes Norteamericanas Nos. 2,873,197 y 4,555,492 describe una fibra basada en Al2C>3-SiC>2-Zr02 (RCF-ASZ) preparada al agregar una cierta cantidad de ingredientes Zr02 a una composición basada en AI2O3-SÍO2, en donde una temperatura de uso seguro de la fibra incrementa a 1430°C.

La Patente Estadounidense No. 4,055,434 describe una composición de fibra preparada al agregar hasta 16% de dolomita quemada a una composición basada en AI2O3-SÍO2 como fuentes de CaO y MgO, en donde la fibra tiene una temperatura de resistencia térmica de 760 a 1100°C. La Patente Estadounidense No. 3,687,850 describe que una fibra de sílice incluye 76 a 90% de Si02 y 4 a 8% de A1203 tiene una resistencia térmica de 1093 °C sin precipitaciones distales, en donde la fibra de sílice se prepara al agregar un ácido a una composición de fibra compuesta de Si02, ?1203, R20, RO y B203 y disolviendo los ingredientes de RO, R20 y B203. Sin embargo, aunque la resistencia térmica y características de disolución en ácido se consideran para preparar la fibra convencional para un aislador térmico resistente al fuego, no existe consideración de característica de disolución en una solución salida tal como un fluido corporal sintético. También, la baja solubilidad en un medio fisiológico puede causarse debido al alto contenido de AI2O3 (es decir 4% o más) .

Los datos reportados recientemente muestran que una fibra que tiene baja solubilidad en un medio fisiológico se inhala en una forma de fibra finamente molida y se acumula en los pulmones, esto conduce a un daño al cuerpo humano. Por lo tanto, ha habido una intensa investigación para desarrollar una composición de fibra inorgánica para incrementar la solubilidad en un medio fisiológico para minimizar la posibilidad de ser dañina para el cuerpo humano y para satisfacer las propiedades físicas de alta temperatura también .

Una composición de fibra de vidrio fácilmente disuelta en el medio fisiológico se conoce como sigue. Por ejemplo, existe una composición de fibra de vidrio bioabsorbible que incluye CaF2, ZnO, SrO, Na20, K20 y Li20 además de CaO y P2O5 (Patente Estadounidense No. 4,604,097), una composición de fibra obtenida al agregar P2C>5 a una composición de fibra de vidrio borosilicato de cal sódica convencional (Patente Internacional WO92/0781), una composición de fibra obtenida al agregar una cantidad incrementada de B203 y otra de Na20 con una composición de borosilicato de cal sódica (Patente Estadounidense No. 5,055,428), etc. Sin embargo, estas composiciones tienen una desventaja de que su resistencia a calor que es baja debido a que se encuentran compuestas de regiones de composición, cada una de las cuales incluye un contenido relativamente alto de un ingrediente de R20, no existe mención de la temperatura de uso seguro o se encuentran sólo actualmente utilizados como un aislador térmico a 350°C o inferior en edificios, y existe una limitación de uso como material biodegradable que puede utilizarse a una alta temperatura.

También, ejemplos de la composición de fibra que tiene solubilidad excelente en un fluido corporal sintético, que puede utilizarse como una fibra resistente al fuego a una alta temperatura, se listan como sigue. Por ejemplo, existe una composición de fibra modificada que tiene solubilidad mejorada en un fluido corporal sintético y la resistencia al fuego mejorada al reducir un contenido de A1203 e incrementar un contenido de MgO en una lana mineral convencional que incluye componentes tales como CaO, MgO, Si02, y Al203 (Patente Internacional WO87/05007), una composición de fibra obtenida al agregar selectivamente componentes tales como MgO, óxido de álcali, Al203, Zr02, B203 y Fe203 a Si02 y CaO (Patente Internacional WO89/12032), una composición de fibra que tiene una temperatura de uso de 800°C a 1000 °C al reducir un contenido de A1203 mientras que mantiene los contenidos de Si02, CaO y MgO (Patente Internacional WO93/15028) , etc. Sin embargo, estas composiciones pueden utilizarse solamente en campos de limitados en los cuales su temperatura de uso de seguro máximo se define como 815°C a 1000°C (un coeficiente de contracción térmico lineal de 5% o menos cuando se mantiene durante 24 horas) . También, puesto que las composiciones de fibra antes descritas no incluyen un ingrediente de flujo, es difícil evitar el deterioro de desempeño tales como rendimiento de producción y biodegradabilidad .

También, ejemplos de la composición de fibra que tienen una temperatura de uso de seguridad máxima de 1260°C y que muestran excelente solubilidad en un fluido corporal sintético son como sigue. La Patente Internacional W094/15883 describe una región de composición de fibra en la cual el contenido de Si02 restante representa 21.8% en moles o más al agregar A1203 y Zr02 a Si02, CaO y MgO, pero es difícil o imposible formar una fibra en las regiones de composición que tienen contenidos de Si02 alto de 70.04 % en moles, 73.09 % en moles y 78.07 % en moles (altos contenidos de materiales no fibrosos) . La Patente Internacional W097/16386 describe una composición de fibra biodegradable que tiene un coeficiente de contracción térmica lineal a 1,260°C de 4.5% que se forma fácilmente en la fibra, en donde una región de composición que tiene un alto contenido de Si0 , incluye MgO y Si02 como ingredientes principales, tiene un contenido de CaO de 1% o menos e incluye 0 a 2% de Al203, Zr02 y B203, que se agregan como otros modificadores de viscosidad. Sin embargo, el producto de fibra que tiene tal región de composición tiene alta conductividad térmica debido al tamaño de fibra por medio de espesor y una contracción térmica altamente lineal relativamente alta en una temperatura de uso seguro (3% o más) . Debido a que se utiliza un contenido excesivo de Si02 al incrementar la temperatura de uso seguro, las composiciones de fibra tienen una biodegradabilidad mucho menor que la composición de fibra separada de acuerdo con la presente invención, y su rendimiento de producción se disminuye, una gran cantidad de polvo se genera con la producción de fibra y las cantidades de producto tales como resistencia a la tensión pueden degradarse.

Ejemplos representativos de composiciones de fibra de cerámica desarrolladas actualmente se han descrito en lo anterior. Las propiedades físicas deseadas de la composición de fibra de cerámica se listan basadas en las técnicas antes mencionadas conocidas en el arte, como sigue.

Un método para formar una composición de fibra cerámica en una fibra incluye un proceso de soplado para formar una fibra utilizando aire comprimido o un vapor comprimido y un proceso de hilado para formar una fibra al dejar caer un material moldeado en un cilindro que se hace girar a alta velocidad. Una viscosidad ideal de la composición de fibra que es adecuada para formar una fibra utilizando el proceso de hilado o soplado debe ser baja, por ejemplo, en un margen 20 a 100 poises, o ser similar a o no altamente diferente de aquella de una composición basada en SÍO2-AI2O3 convencional. Cuando la viscosidad tiene una temperatura que forma fibra es demasiado alta, un diámetro de fibra se incrementa, el cual conduce a la generación de una gran cantidad de material no fibroso grueso (tirada) . Por otro lado, cuando la viscosidad es excesivamente baja, una fibra se vuelve corta y delgada lo que conduce a una generación de una gran cantidad de material no fibroso fino (tirada) . En general, puesto que la viscosidad de la solución de fusión de vidrio depende de las composiciones y temperaturas de vidrio, las composiciones deben diseñarse apropiadamente para mantener la viscosidad que forma la fibra adecuada. También, puesto que las composiciones de alta viscosidad necesitan formarse en fibra a una temperatura más alta, su viscosidad debe controlarse alrededor de una temperatura que forma fibra.

También, una fibra de cerámica utilizada para el aislamiento de alta temperatura debe tener una resistencia térmica alta y también mostrar una durabilidad excelente incluso cuando la tensión térmica se aplica repetidamente a un material de horno. Por lo tanto, incluso cuando la fibra de cerámica se expone al calor que corresponde a la temperatura de uso, sus propiedades físicas deben cambiar muy poco. El uso de temperatura de la fibra cerámica se asocia con la contracción en el uso de temperatura.

La contracción del producto de fibra se ha afectado por la viscosidad de la composición de fibra de vidrio a alta temperatura, el tipo y cantidad de cristales generados y el crecimiento cuando se expone al calor con el uso de un producto, la temperatura de precipitación de cristal y la viscosidad a alta temperatura de la fase de vidrio restante después de la precipitación de cristal. Puesto que los cristales precipitados a una alta temperatura tienen una gravedad específica mayor que una fibra de vidrio convencional, la tensión se provoca en una interconexión de cristal debido a la precipitación de cristal y crecimiento, y de este modo las fibras se cortan o deforman debido a la tensión, lo cual conduce a la contracción de la fibra. Cuando la fibra se encuentra presente como una fase de vidrio sin precipitación de cristales a una alta temperatura, la viscosidad de la fibra similar a vidrio también se disminuye gradualmente a una temperatura relativamente baja, lo cual resulta en un incremento en la contracción de la fibra. También, incluso cuando la fase de vidrio restante después de la precipitación de cristal tiene una baja viscosidad de alta temperatura, la contracción de la fibra se incrementa debido a la sinterización de fase líquida y la deformación causada por el flujo viscoso. Una fibra preparada a partir de una composición que tiene un índice de contracción bajo a una alta temperatura debe tener una cantidad e índice de precipitación de cristal adecuado y una temperatura de precipitación apropiada. También, la solubilidad de la fibra cerámica en un fluido corporal sintético debe cambiar muy poco incluso cuando la fibra de cerámica se expone a una alta temperatura. Por lo tanto es muy importante seleccionar una composición que tenga alta solubilidad en un fluido corporal sintético, sea fácil de fundir y formar en fibra, y tener un coeficiente de contracción térmico lineal bajo a una alta temperatura .

Además, la lana de vidrio, una lana mineral y una fibra cerámica tiene excelente solubilidad en un fluido corporal sintético comparado con una fibra de asbesto que se ha conocido como una sustancia carcinogénica, pero que no se ha probado que sea dañina a los seres humanos . Los resultados de prueba toxicológicos utilizando pruebas de animales indican que la solubilidad de la fibra en un fluido corporal sintético se encuentra particularmente correlacionada con la nocividad en las pruebas de animales. Sin embargo, se ha reportado que una fibra que tiene un índice de disolución constante (Kdis) de 100 ng/cm2-hr o más no desarrolla fibrosis o tumor en una prueba de inhalación de animal (Toxicología de Inhalación, 12:26 a 280, 2000, Estimación en índice de disolución de fibra de vidrio in vitro de la composición, Walter Eastes) . El índice de disolución constantes (KdiS) de las fibras biodegradables actualmente desarrolladas se encuentran en un margen entre 300 a 600 ng/cm2-hr. Sin embargo, la presente invención cumple para proporcionar una composición de fibra capaz de minimizar la nocividad al cuerpo humano comparada con las fibras de cerámica biodegradables convencionales al establecer un valor de referencia de la solubilidad de una composición de fibra de cerámica en un fluido corporal sintético a 700 ng/cm2-hr o más .

Descripción Problema Técnico La presente invención se dirige a proporcionar una composición de fibra de cerámica biodegradable que sea capaz de minimizar la nocividad en el cuerpo humano incluso cuando una fibra de cerámica se inhala en el cuerpo humano, siendo utilizado a una alta temperatura puesto que tiene excelentes características térmicas tales como resistencia al calor y se ha utilizado para formar fácilmente una fibra utilizando un equipo de fabricación convencional, y es económicamente efectivo debido a su rendimiento mejorado.

Solución Técnica Un aspecto de la presente invención proporciona una fibra de cerámica que tiene excelentes propiedades físicas a alta temperatura y biodegradabilidad mejorada al ajustar un óxido que forma red (Si02) , que se utiliza como un ingrediente principal de una fibra inorgánica para un aislador térmico a alta temperatura, los óxidos que modifican redes (CaO y MgO) , un óxido intermediario (AI2O3) , B203 que sirve como un flujo y un óxido de red, y flujos (Na20 y K20) en una proporción apropiada para preparar una composición de fibra. Particularmente, un aspecto de la presente invención proporciona una fibra de cerámica que tiene un índice de disolución significativamente incrementado constante bajo el control de los contenidos de B203 y Na20 comparados con una fibra de cerámica biodegradable convencional, y es económicamente efectiva debido al rendimiento de producción mejorado .

[Efectos Ventajosos] La solubilidad de la fibra de cerámica biodegradable aislante de alta temperatura (producida de acuerdo con la composición de la presente invención) en un fluido corporal sintético excepcionalmente se mejora comparado con aquella de la fibra cerámica y la fibra cerámica biodegradable. Así, fácilmente se disuelve y remueve cuando se inhala en los pulmones y por lo tanto reduce la nocividad al cuerpo. También, puesto que tiene un coeficiente de conductividad térmica (se mantiene a 1100°C durante 24 horas) menos que 3% junto con su excelente biodegradabilidad, y tiene las características equivalentes del aislador a alta temperatura convencional con respecto a propiedades térmicas y mecánicas. Además, al incluir una cantidad adecuada de flujo, el contenido de material no fibroso que puede generarse cuando se produce la fibra de cerámica puede reducirse y el rendimiento de producción puede ser notablemente mejorado.

[Mejor Modo] A continuación, las modalidades ejemplares de la presente invención se describirán en detalle. Sin embargo, la presente invención no se limita a las modalidades descritas en lo siguiente, sino que pueden implementarse en varias formas. Las siguientes modalidades se describen para permitir a aquellos con experiencia ordinaria en la técnica representar y practicar la presente invención.

Aunque los términos primero, segundo, etc., puede utilizarse para describir diversos elementos, estos elementos no se limitan por estos términos. Estos términos solamente se utilizan para distinguir un elemento de otro. Por ejemplo, un primer elemento puede ser llamado un segundo elemento, y en forma similar, un segundo elemento puede ser llamado un primer elemento, sin apartarse del alcance de las modalidades ejemplares. El término "y/o" incluye cualquier y todas las combinaciones de uno o más de los artículos listados asociados .

Se entenderá que cuando un elemento se refiere como estando "conectado" o "acoplado" a otro elemento, puede estar conectado o acoplado directamente al otro elemento o pueden estar presentes elementos intermedios. En contraste, cuando un elemento se refiere como estando "conectado directamente" o "acoplado directamente" a otro elemento, no están presentes elementos intermedios.

La terminología utilizada en la presente es para propósito de describir modalidades particulares solamente y no se pretende para ser limitante de las modalidades ejemplares. Las formas singulares "un", "una" y "el" se pretenden para incluir las formas plurales también, a menos que el contexto claramente lo indique de otra forma. Se entenderá además que los términos "comprende", "que comprende", "incluye" y/o "que incluye", cuando se utilizan en la presente, especifica la presencia de características establecidas, números enteros, etapas, operaciones, elementos, componentes, y/o grupos del mismo, pero no incluyen la presencia o adición de una o más características, números enteros, etapas, operaciones, elementos, componentes y/o grupos del mismo.

Con referencia a los dibujos anexos, modalidades ejemplares de la presente invención se describirán en detalle en lo siguiente. Para ayudar a entender la presente invención, números similares se refieren a elementos similares a través de la descripción de las figuras, y la descripción de los mismos elementos no se reiterará.

La presente invención se dirige a proporcionar una composición de fibra de cerámica biodegradable para un aislante térmico de alta temperatura que incluye 58 a 67% en peso de SÍO2, 26 a 34% en peso de CaO, 2 a 8% en peso de MgO, 0 a 1% en peso de AI2O3, 0 a 5% en peso de B2O3, 0 a 3% en peso de Na20+K20 y 0 a 1% en peso de impurezas seleccionadas de Ti02 y Fe203. Aguí, la composición de fibra cerámica biodegradable se caracteriza porque tiene un coeficiente de contracción térmica lineal en 1100°C de 3% o menos y una constante de índice de disolución de 700 ng/cm2-hr o más en un fluido corporal sintético.

A continuación, la composición de cerámica biodegradable para un aislante térmico de alta temperatura de acuerdo con la presente invención se describirá en detalle.

Como un ingrediente principal de la fibra de cerámica de acuerdo con la presente invención, Si02 preferiblemente se encuentra presente en un contenedor de 58 a 67% en peso, basado en el contenido total de la composición de fibra. Cuando el contenido de Si02 es menor que 58% en peso, la resistencia al calor, la cual es una de las propiedades físicas más básicas de la fibra de cerámica para un aislante térmico de alta temperatura, se degrada rápidamente, y un índice de formación sin fibra se incrementa debido a un decremento en la viscosidad de alta temperatura, lo cual conduce a la degradación de productividad. Por otro lado, cuando el contenido de Si02 excede 67% en peso, una viscosidad que forma fibra de la composición se incrementa con un incremento en el diámetro de fibra en la producción de una fibra, y una cantidad de un material no fibroso generado (tirada) también se incrementa al mismo tiempo, provocando así la degradación de calidad de las propiedades físicas tales como la textura del producto y la resistencia de tensión.

También, la composición de fibra de cerámica biodegradable para un aislante térmico de alta temperatura de acuerdo con la presente invención incluye ciertos contenidos de CaO y MgO como los óxidos que modifican la red para mejorar la solubilidad de una fibra preparada en un fluido corporal sintético. CaO preferiblemente se presenta en un contenido de 26 a 34% en peso, basada en el contenido completo de la composición de fibra. Cuando el contenido de CaO es menor que 26% en peso, la biodegradabilidad de una fibra en un fluido de cuerpo sintético puede degradarse, mientras, cuando el contenido de CaO excede 34% en peso, una cantidad de cristales precipitados durante la producción de fibra puede incrementarse. Por lo tanto, un contenido relativamente inferior de Si02 en la fibra preparada puede causar degradación de estabilidad a alta temperatura y un incremento en el coeficiente de contracción térmica lineal. Como otro óxido que modifica la red agregado para mejorar la biodegradabilidad de la fibra, MgO preferiblemente se encuentra presente en un contenido de 2 a 8% en peso, y de mayor preferencia 4 a 7% en peso, basado en el contenido completo de la composición de fibra. Cuando el contenido de MgO es menor que 2% en peso, la biodegradabilidad de una fibra en un fluido de cuerpo sintético se degrada, o un efecto inhibitorio del crecimiento de cristal causado por los efectos de álcali mezclados con la producción de fibra puede disminuirse. Por otro lado, cuando el contenido de MgO excede 8% en peso, puede incrementarse una viscosidad que forma la fibra y puede disminuirse una temperatura de fusión de fibra puesto que el punto eutéctico de la composición de fibra aproxima a los puntos eutécticos de diopsida y wollastonita. También, en la preparación de la composición de fibra de acuerdo con la presente invención, el material fuente puede ser comprado a un costo relativamente económico, tal como dolomita o piedra caliza selectivamente puede utilizarse como un ingrediente de MgO en lugar de un compuesto puro para lograr los efectos deseados de la presente invención.

De acuerdo con la presente invención, la composición de fibra incluye AI2O3 como el óxido intermedio. Al203 preferiblemente se encuentra presente en un contenido de 0 a 1% en peso y de mayor preferencia de 0.1 a 0.7% en peso, basado en el contenido completo de la composición de fibra. Cuando el contenido de Al203 excede 1% en peso, la solubilidad de una fibra en un fluido corporal sintético puede degradarse, y una resistencia de temperatura puede disminuirse.

También, la composición de fibra de acuerdo con la presente invención puede además incluir un óxido que forma vidrio que tiene un punto de fusión bajo, tal como B2O3, a2Ü o K20 o incluye todos los óxidos que forman vidrio para mejorar adicionalmente la solubilidad de una fibra preparada en un fluido corporal sintético. B203 y Na20+K20 pueden agregarse en contenidos de 0 a 5% en peso y 0 a 3% en peso, respectivamente y pueden de preferencia agregarse de manera que la suma de B2O3 y a20+K20 pueden llegar a un contenido de 0.1 a 5% en peso y de mayor preferencia de 0.1 a 2.0% en peso. En particular, cuando los ingredientes antes mencionados B203 y a2Ü, se agregan, sirven para mejorar la productividad y reducir un índice de formación sin fibra al disminuir la viscosidad de formación de fibra durante la producción de una fibra de cerámica. Cuando la composición de fibra se forma en un producto, funciona para mejorar la biodegradabilidad en un fluido corporal salino sintético. También, B203 sirve como un flujo en un proceso de fusión de alta temperatura para disminuir una proporción menor de un proceso de formación de fibra y sirve como un óxido de estructura en una composición de fibra de cerámica para mantener la estabilidad estructural.

Además, la composición de fibra de acuerdo con la presente invención llega a satisfacer los requerimientos de acuerdo con la siguiente Fórmula 1 para mejorar la biodegradabilidad de la composición de fibra.

Fórmula 1 1 = (porciento en peso de MgO) / (porciento en peso de suma de B203 y Na20) = 23 Cuando la proporción en peso de los componentes es menor que 1 en la Fórmula 1, la composición de fibra puede no utilizarse para un aislante térmico resistente al fuego debido a un decremento en la resistencia térmica de una fibra, mientras, cuando la proporción en peso de los componentes excede 23, la viscosidad de formación de fibra puede incrementarse, y un rendimiento de producción puede disminuirse debido a un incremento en el diámetro de una fibra .

También, la composición de fibra de cerámica biodegradable para un aislante térmico de alta temperatura de acuerdo con la presente invención puede incluir impurezas tales como Ti02 y Fe203 en un contenido de 1% en peso o menos, basado en el contenido completo de la composición de fibra. Las impurezas pueden incorporarse debido a la falta de pureza de un material fuente utilizado para preparar la composición de fibra. Por lo tanto cuando las impurezas se encuentran presentes en el contenido de más de 1% en peso, una reacción de componentes de fibra puede inhibirse, y las propiedades físicas de una fibra preparada pueden degradarse.

La fibra de cerámica de acuerdo con la presente invención, preparada utilizando la composición de fibra, incluyendo los componentes descritos en lo anterior y sus contenidos tiene un contenido de material no fibroso (tirada) de menos de 40%, un tamaño de partícula de fibra promedio de 6 µp? o menos, un coeficiente de contracción térmico lineal de 3% o menos (cuando se mantiene en 1100°C por 24 horas) , y uno con una constante de índice de disolución de 700 ng/cm2-hr o más en un fluido corporal sintético. También, la fibra de cerámica de acuerdo con la presente invención es económicamente efectiva puesto que tiene las características excelentes como se describe en lo anterior, y puede también prepararse utilizando el método convencional para preparar una fibra de cerámica.

Mientras tanto, el método antes mencionado para formar una composición de fibra de cerámica de la presente invención en fibra puede realizarse utilizando un método convencional tal como un proceso de soplado o hilado. Un margen de viscosidad en la composición de fibra requerida para aplicar el método de formación de fibra mencionado en lo anterior es un margen de 20 a 100 poises. Una viscosidad de material fundido puede espesarse como una función de una temperatura y las composiciones correspondientes. Por lo tanto, la viscosidad del material fundido que tiene las mismas composiciones depende de la temperatura. Cuando la temperatura de una solución de fusión es alta durante la formación de fibra, la viscosidad puede disminuirse. Por otro lado, cuando la temperatura de formación de fibra es baja, la viscosidad puede incrementar lo cual afecta la formación de la fibra. Cuando la viscosidad de la composición de fibra es demasiado baja en una temperatura de formación de fibra, una fibra preparada se vuelve corta y delgada, y una cantidad de un material no fibroso fino (tirada) puede incrementarse, reduciendo así un rendimiento de formación de fibra. Incluso cuando la viscosidad de la composición de fibra es demasiado alta, una fibra que tiene un diámetro alto puede formarse, lo cual conduce a incrementar la formación de material no fibroso grueso (tirada) . Por lo tanto, con el fin de determinar las características de formación de fibra adecuadas, las características (un diámetro de fibra y un contenido de un material no fibroso) de una fibra preparada puede medirse en comparación con el RCF convencional (AI2O3-Si02) .

[Modo para la Invención] EJEMPLOS A continuación, las modalidades ejemplares de la presente invención se describirán en detalle. Sin embargo, la presente invención no se limita a las modalidades antes descritas, sino que pueden implementarse en varias formas. Las siguientes modalidades se describen con el fin de permitir a aquellos con experiencia en la técnica incorporar y practicar la presente invención.

Método de medición 1. Un tamaño de partícula promedio de fibra: un tamaño de fibra promedio de una fibra se midió repetidamente 500 veces o más bajo un microscopio de electrones con mayor aumento (X 1000) . 2. El contenido de material no fibroso: un contenido de material no fibroso se midió de acuerdo con ASTM C892. Es decir, una fibra de cerámica se trato térmicamente a 1260°C durante 5 horas, y aproximadamente 10 g de la muestra se peso entonces con una precisión de 0.0001 g (W0) . Después de esto, la muestra se puso en un tamiz de 30 mallas, y se paso a través del tamiz al presionar la muestra con una barra de caucho. La muestra pasada a través del tamiz se pasó secuencialmente a través de tamices de 50 mallas y 70 mallas, las partículas de la muestra permanecieron en las mallas respectivas donde fueron pesadas (Wi) . Entonces, el contenido (Ws) del material no fibroso se calcula utilizando la siguiente Ecuación 1.

Ecuación 1 En la Ecuación 1, s representa un contenido de un material no fibroso, W0 representa el peso de partículas inicial, y Wi representa el peso de las partículas restantes. 3. Rendimiento de producción: una proporción de la cantidad total de material fundido formado en la fibra es una cantidad total del material fundido extruido durante un período predeterminado de tiempo se calculó utilizando la siguiente Ecuación 2.

Ecuación 2 Rendimiento de producción (%) = [Cantidad total de la fibra preparada/tiempo] [Cantidad total del material extruido fundido/tiempo] 4. Coeficiente de contracción térmica lineal: las propiedades físicas de una fibra aislante térmica resistente al fuego y de alta temperatura preparada en una alta temperatura se midieron como un coeficiente de contracción térmica lineal, en la cual un cambio en la longitud de un producto formado en una alta temperatura se midió. Aquí, el producto formado se formó de una fibra convencionalmente preparada. Para medir el coeficiente de contracción térmica lineal de la fibra de cerámica, la fibra se preparó en una muestra de prueba que tiene una forma de almohadilla, la cual se utilizó en este experimento. Primero, se gelificaron suficientemente 22 Og de fibra en una solución de almidón al 0.2%, y se vació en un molde con un lado de 300 x 200 mm. Después, la fibra gelificada se aplanó para reducir la superficie de rugosidad, y se dreno a través del fondo del molde para fabricar una almohadilla. La almohadilla se secó de manera suficiente durante 24 horas en un nodo a 50°C, y se cortó en muestras de prueba que tienen un tamaño de 150 x 100 x 25 mm. Después, el material que tiene resistencia térmica suficiente tal como platino o cerámica, se utilizó para indicar el punto de medición, y una distancia entre los puntos de medición se midió exactamente utilizando un calibrador de Vernier. Entonces la almohadilla se colocó en un horno, y se calentó a 1100°C durante 24 horas y 168 horas, y se enfrió lentamente después que el calentamiento se completó. Las distancias entre los puntos de medición de las muestras de prueba enfriadas se midieron para comparar los resultados medidos antes /después del tratamiento térmico de las muestras de prueba. Entonces, se calculó un coeficiente de contracción térmica lineal utilizando la siguiente Ecuación 3.

Ecuación 3 Coeficiente de contracción térmica En la Ecuación 3, 10 representa una distancia mínima (mm) , entre las marcas de las muestras de prueba, y li representa una longitud (mm) entre las marcas de las muestras de prueba después del tratamiento térmico de las muestras de prueba . 5. La constante de índice de disolución en el fluido corporal sintético: Para evaluar la solubilidad de una fibra preparada en un fluido corporal sintético, la solubilidad en un fluido corporal sintético se midió como sigue. Un método específico utilizado en este experimento se describe completamente en Law et al. (1990)) . La biodegradabilidad de una fibra de cerámica en el cuerpo humano se evalúo sobre la base de la solubilidad de la fibra en el fluido corporal sintético. Es decir, los tiempos de residencia en el cuerpo humano se compararon basados en la solubilidad, y una constante de índice de disolución (Kdis) se calculó entonces utilizando la siguiente Ecuación 4 Ecuación En la Ecuación 4, d0 representa un tamaño promedio inicial de una fibra, p representa una densidad inicial de una fibra, M0 representa la masa inicial de una fibra, M representa la masa de la fibra restante después de la fusión, y t representa el tiempo de prueba. La masa inicial de la fibra se cuantificó basada en su área superficial específica, y se midió utilizando un medidor de área de superficie específica (BET) .

Los contenidos (g) de los componentes 1 L del fluido corporal sintético (es decir, una solución de Gamble) utilizada para medir un índice de disolución de una fibra se enlista en la siguiente Tabla 1.

Tabla 1 Cada una de una fibra de cerámica de acuerdo con la presente invención y una fibra inorgánica convencional se colocó entre las capas delgadas, las cuales se dispusieron entre filtros de membrana de policarbonato con un espesor de 0.2 µp? sobre un soporte de filtro de plástico, y el fluido corporal sintético se filtró entre los filtros para medir un índice de disolución. El fluido corporal sintético continúo para ser ajustado a una temperatura de 37 °C y un índice de flujo de 135 mi/día durante este experimento, y se mantuvo en un valor de pH de 7.4 ± 0.1 utilizando un gas de C02/N2 (5/95%) . Para medir exactamente la solubilidad de una fibra que toma lugar durante un período de tiempo prolongado, el iones disueltos en el fluido corporal sintético, que se filtró en cierto punto de tiempo (1, 4, 7, 11, 14 y 21 días) aunque lixiviando una fibra durante 21 días, se analizaron utilizando un espectrómetro de plasma inductivamente acoplado (ICP) . Entonces, una constante de índice de disolución (Kdj.s) se calculó a partir de los resultados medidos utilizando la Ecuación 4.

Ejemplo Experimental 1 ; Material no fibroso y rendimiento de producción Los componentes y sus contenidos como se listan en la siguiente Tabla 2 se utilizaron para preparar composiciones de fibra de cerámica de acuerdo con un método convencional. Entonces, una fibra de cerámica se preparó utilizando un método convencional para preparar una fibra inorgánica basada en RCF. Se midieron un tamaño de partícula de fibra promedio, un contenido de material no fibroso y un rendimiento de producción de la fibra de cerámica preparada. Los resultados medidos se enlistaron en la siguiente Tabla 2.

En la Tabla 2, una fibra basada en AI2O3-S1O2 (Ejemplo Comparativo 1) y una fibra basada en Al2C>3-Si02-Zr02 (Ejemplo Comparativo 4) fueron ejemplos de las fibras de cerámica generales convencionales y una fibra basada en Al203-Si02-CaO-MgO-Zr02 (Ejemplo Comparativo 5) incluye las mismas composiciones representativas como una fibra de cerámica biodegradable generalmente desarrollada en la técnica.

Tabla 2 Cuando una fibra tiene un tamaño de partícula promedio grande y una sección a transversal rugosa, un efecto de aislamiento térmico generalmente puede degradarse, y la capa exterior puede ser fijada durante su manejo. Sin embargo, la fibra preparada utilizando la composición de acuerdo con la presente invención generalmente tuvo un tamaño de partícula promedio de 3.7 a 3.9 pm. Por lo tanto, la fibra de la presente invención puede considerarse que tiene buenas calidades puesto que el tamaño de partícula promedio de la fibra fue más pequeño que el de una fibra de cerámica convencional ampliamente utilizado que tiene un tamaño de partícula promedio de 6 µ??. También, puesto que la fibra tuvo un tamaño de partícula promedio pequeño, la fibra preparada utilizando la composición de fibra se esperaba que mostrará efecto de aislamiento térmico excelente.

Comparando los contenidos de los materiales no fibrosos, se vio que la composición de fibra de acuerdo con la presente invención incluyó 28 a 33% en peso un material no fibroso, lo cual se redujo comparado con 30 a 40% en peso de un material no fibroso en cada una de las fibras de cerámica convencionales (Ejemplos Comparativos 1, 4 y 5) . Un rendimiento de producción de la fibra de cerámica de acuerdo con la presente invención estuvo en un margen de 72 a 80%, que se obtuvo en un nivel similar comparado con las fibras de cerámica convencionales que tienen un rendimiento de producción de 52 a 80%.

La fibra de cerámica (Ejemplo Comparativo 2) se preparó utilizando la composición de fibra obtenida al mezclar Si02 CaO y MgO en los mismos contenidos como aquellos de la composición de la presente invención, excepto que los flujos, B203 y Na20, no se incluyeron en la composición. Como resultado, se confirmó que el contenido del material no fibroso se incrementó a 36%, y el rendimiento de producción fue de 63%. Cuando los flujos no se incluyeron como se describe en lo anterior, se confirmó que el proceso de formación de fibra no operaba normalmente debido a un incremento en la viscosidad de formación de fibra a una alta temperatura, provocando así la generación de una gran cantidad de un material no fibroso y una disminución en el rendimiento de producción.

E emplo Experimental 2 ; Coeficiente de contracción térmica lineal y biodegradabilidad Las composiciones de fibra de los Ejemplos y los Ejemplos Comparativos como se enlistan en la Tabla 2 se midieron para el coeficiente de contracción térmica lineal y la constante de índice de disolución (KdiS) en un fluido corporal sintético. Los resultados medidos se enlistaron en la siguiente Tabla 3.

Tabla 3 Cuando las fibras de cerámica preparadas utilizando las composiciones de fibra de los Ejemplos 1 a 5 como se enlista en la Tabla 3 se trataron térmicamente a una alta temperatura de 1100°C durante 24 horas, sus coeficientes de contracción térmica lineal estuvieron en un margen de 1.2 a 1.5%, un valor del cual fue menor que 3% correspondiente a un nivel estándar de una estabilidad térmica de alta temperatura. Incluso cuando las fibras de cerámica se trataron térmicamente a esta temperatura durante 168 horas, tuvieron un coeficiente de contracción térmica lineal ligeramente incrementado, por ejemplo, un coeficiente de contracción térmica lineal relativamente bajo de 1.4 a 1.8%. Cuando las fibras de cerámica convencional de los Ejemplos Comparativos 1, 4 y 5 se trataron térmicamente a una alta temperatura de 1100°C durante 24 horas, tuvieron un coeficiente de contracción térmica lineal de 1.2 a 2.1%, que fue similar a aquellos de los productos de fibra cerámica de la presente invención.

También, se reportó que la resistencia térmica a una alta temperatura generalmente se degradó por la adición de los flujos, B203 y Na20. Sin embargo, se confirmó que el producto de fibra que no incluyó el flujo como en el Ejemplo Comparativo 2 también tuvo un coeficiente de contracción térmica lineal de 1.2 a 1.5%, aunque la degradación de la resistencia térmica se minimizó bajo el control de una proporción apropiada del flujo de acuerdo con la presente invenció .

Las composiciones de fibra de los Ejemplos Comparativos 1 y 4 como se enlistan en la Tabla 3 fueron composiciones de fibra basadas en RCF convencionales que tenían una constante de índice de disolución de menos de 20 ng/cm-hr, y se espero que mostraran biodegradabilidad muy baja cuando sus polvos se inhalaran en el cuerpo humano. A diferencia de estas composiciones de fibra, se observó que las composiciones de fibra de acuerdo con la presente invención tuvieron una constante de índice de disolución de 720 a 920 ng/cm2-hr, y su solubilidad fue altamente mejorada en un fluido corporal. La composición de fibra del Ejemplo Comparativo 5 desarrollada para fabricar una fibra biodegradable convencional tuvo una constante de índice de disolución de 355 ng/cm2-hr, que satisfizo los requerimientos generales con respecto a la biodegradabilidad, pero mostró 1/2 a 1/3 de solubilidad inferior comparada con las composiciones de fibra de la presente invención.

Además, la composición de fibra del Ejemplo Comparativo 2 no incluyeron los flujos (por ejemplo, B203 y Na20) que se incluyeron en las composiciones de fibra de la presente invención. Por consiguiente, se confirmó que las composiciones de fibra de la presente invención tuvieron una constante de solubilidad de 650 ng/cm2-hr, la cual se disminuye comparada con un grupo de composiciones de fibras convencionales que tienen una constante de solubilidad de 720 a 920 ng/cm2-hr. Como tales, los flujos B203 y Na20, son efectivos en mejorar la biodegradabilidad de la fibra cerámica .

Como se describe en lo anterior, puede observarse que las fibras de cerámica de acuerdo con la presente invención como preparadas utilizando las composiciones preparadas en los ejemplos mostraron excelente biodegradabilidad y propiedades de formación de fibra en un fluido corporal sintético, y tiene una productividad incrementada provocada por un alto rendimiento de formación de fibra. También, se puede ver que las fibras cerámicas de acuerdo con la presente invención pueden efectivamente utilizarse para un aislador térmico de alta temperatura puesto que tiene un coeficiente de contracción térmica lineal incluso cuando son tratados térmicamente a una alta temperatura de 1100°C durante 24 horas.

La fibra de cerámica biodegradable para un aislante térmico de alta temperatura preparado utilizando la composición de acuerdo con la presente invención tiene una solubilidad significativamente mejorada en un fluido corporal sintético, comparada con las fibras de cerámica conocidas y las fibras de cerámica biodegradables , de manera que puede ser fácil de disolver y remover incluso cuando se inhalan en los pulmones humanos, produciendo así la nocividad en el cuerpo humano. También, la fibra de cerámica biodegradable de acuerdo con la presente invención muestra excelente biodegradabilidad y tiene un bajo coeficiente de contracción térmica lineal (cuando se mantiene a 1100°C durante 24 horas) de menos de 3%, y de este modo muestra las mismas propiedades térmicas y mecánicas como los aislantes térmicos de alta temperatura convencionales. Además, puesto que la fibra de cerámica biodegradable de acuerdo con la presente invención incluye una cantidad apropiada de flujo, es posible reducir un contenido de un material no fibroso que puede generarse con la producción de una fibra de cerámica y mejora notablemente un rendimiento de producción.

Aunque la invención se ha mostrado y descrito con referencia a ciertas modalidades ejemplares de la misma, se entenderá por aquellos con experiencia en la técnica que diversos cambios en la forma y detalles pueden hacerse en la presente sin apartarse del espíritu y alcance de la invención como se define por las reivindicaciones anexas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una composición de fibra de cerámica biodegradable para un aislante térmico de alta temperatura que comprende: 58 a 67% en peso de Si02; 26 a 34% en peso de CaO; 2 a 8% en peso de MgO; 0 a 1% en peso de Al203; 0 a 5% en peso de B203; 0 a 3% en peso de Na20 + K20; y 1% en peso o menos impurezas seleccionadas de ÍO2 y Fe203.

2. La composición de fibra de cerámica biodegradable de la reivindicación 1, en donde la suma de B203 y Na20 - K20 se encuentra presente en un contenido de 0.1 a 5% en peso.

3. La composición de fibra de cerámica biodegradable de la reivindicación 2, en donde la suma de B203 y Na20 + K20 se encuentra presente en un contenido de 0.1 a 2.0% en peso .

4. La composición de fibra de cerámica biodegradable de la reivindicación 1, que satisface la siguiente Fórmula 1. Fórmula 1 1 < (por ciento en peso de MgO) / (por ciento en peso de la suma de B203 y Na20) < 23

5. Una fibra de cerámica biodegradable para un aislante térmico de alta temperatura preparado utilizando la composición de fibra definida por cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la fibra de cerámica biodegradable incluye un material no fibroso (tirada) en un contenido de menos de 40% en peso, y tiene un tamaño de partícula de fibra promedio de 6 µt? o menos .

6. Una fibra de cerámica biodegradable para un aislante térmico de alta temperatura preparado utilizando la composición de fibra definida por cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la fibra de cerámica biodegradable tiene un coeficiente de contracción térmico lineal de 3% (cuando se mantiene a 1100°C durante 24 horas) y una constante de índice de disolución de 700 ng/cm2-hr o más en un fluido corporal sintético .

7. Un aislante térmico que comprende las fibras de cerámica definidas en la reivindicación 5.

8. Un aislante térmico que comprende la fibra de cerámica definida en la reivindicación 6.