MXPA01002622A - Mastiques refractarios. - Google Patents

Abstract

Se proporcionan los mastiques en los cuales separadamente o en combinacion el mastique comprende: 1) a) fibras refractarias de silicato de metal alcalinoterreo; y b) silice coloidal que tiene un pH por debajo de 8. 2) a) fibras de silicato de metal alcalinoterreo; y b) un modificador de la viscosidad polimerico, no inonico. 3) a) fibras de silicato de metal alcalinoterreo; y b) un ligando multidentado formador de complejo con el calcio.

Description

MAS T IQUE S RE FRACTARIOS DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a los materiales fibrosos unidos y es particularmente aplicable a los materiales que comprenden fibras solubles en solución salina, unidas con un aglutinante que comprende sílice coloidal. Las fibras de cerámica refractarias (RCF) son materiales bien conocidos y comprenden típicamente una fibra inorgánica de alumino-silicato formada a partir de un óxido fundido el cual es hilado, soplado, estirado, o de otro modo formado en fibras. Tales fibras de RCF son utilizadas en la fabricación de diversos artículos industriales y domésticos. Los usos típicos de RCF son para aplicaciones en las cuales se requiere la resistencia a temperaturas mayores de 800°C. Se utiliza mucha fibra RCF en la forma de mantas hilvanadas de fibra en las cuales la integridad estructural es proporcionada por las fibras que son enmarañadas entre sí en el proceso de hilvanado. (Tales productos son conocidos como "manta") . Algunas veces se utiliza un aglutinante para asegurar las fibras entre sí subsiguiente a la exposición a la alta temperatura. La manta puede Ref: 126403 ser procesada adicionalmente para formar formas cortadas o plegadas para formar módulos aislantes. La fibra de RCF es también utilizada en la producción de los denominados "Productos Convertidos". Los productos convertidos comprenden materiales en los cuales la RCF es procesada adicionalmente para proporcionar materiales en los cuales la RCF está presente ya sea como un constituyente menor o mayor. Los productos convertidos típicos incluyen los siguientes: "Tablero" láminas planas sustancialmente rígidas que contienen aglutinantes orgánicos y/o inorgánicos producidos mediante un proceso húmedo (por ejemplo elaborados mediante la deshidratación de una suspensión de RCF y aglutinantes) ; "Papel" un material aislante fibroso, flexible con un espesor menor de o igual a 6 mm, formado sobre la maquinaria de elaboración de papel (por ejemplo RCF en forma de hoja con un aglutinante) ; "Formas" formas sustancialmente rígidas elaboradas de fibra de cerámica con la adición de aglutinante orgánico y/o inorgánico, encendido o no encendido (por ejemplo, RCF formada por formación a vacío en una variedad de formas) ; "Formas de Fuego" RCF formadas mediante una ruta de formación a vacío y utilizadas para fuegos domésticos e industriales ya sean como cuerpos radiantes o para apariencia decorativa; "Moldeables" fibra de cerámica con aglutinante orgánico y/o inorgánico que puede ser moldeada (por ejemplo, RCF en forma de cementos, concretos y morteros); "Mastiques" un material moldeable que contiene RCF con aglutinantes y que puede ser emparejado con la llana, moldeados a mano, o surtidos desde una pistola a presión y que se endurece después del secado con el calentamiento; "Extrusión" material en forma de mastique que puede ser utilizado en la fabricación de secciones y tubos extruidos; "Textiles" fibra de cerámica que ha sido tejida con o sin la adición de otros filamentos, alambres, o hilos (por ejemplo, RCF formada en una cuerda, hilo, mallados y similares mediante tecnología textil) .

En muchas de las aplicaciones anteriormente mencionadas se utilizan aglutinantes. Existen dos clases amplias de aglutinantes: "Aglutinantes Orgánicos" los cuales sirven para mejorar las características de manejo del producto en cuestión a bajas temperaturas, pero que se encienden a altas temperaturas. Los aglutinantes orgánicos incluyen, por ejemplo, materiales tales como almidón. "Aglutinantes Inorgánicos" los cuales pueden ser efectivos para mejorar las características de manejo del producto en cuestión a bajas temperaturas, pero que dan también integridad al producto después de la exposición a altas temperaturas. Los aglutinantes inorgánicos incluyen, por ejemplo, materiales tales como sílices coloidales, alúminas, y arcillas. Todos los materiales anteriormente mencionados y los conceptos mencionados son bien conocidos en la industria de los materiales refractar ios . Aunque es extremadamente útil, la RCF es un material fibroso inorgánico. Los materiales fibrosos inorgánicos pueden ser ya sea vidriosos o cristalinos. Los asbestos son un material fibroso inorgánico, una forma de los cuales ha estado fuertemente implicada en la enfermedad respiratoria. No es todavía claro cuál es el mecanismo causal que relaciona algunos asbestos con la enfermedad, pero algunos investigadores creen que el mecanismo es mecánico y relacionado al tamaño. Los asbestos de un tamaño crítico pueden perforar las células en el cuerpo y así, a través del daño celular prolongado y repetido, tienen un efecto malo sobre la salud. Si este mecanismo es cierto o no, las agencias reguladoras han indicado un deseo de categorizar cualquier producto de fibra inorgánica que tenga una fracción respiratoria como peligrosa, no obstante de si existe cualquier evidencia que apoye tal categorización. Desafortunadamente, para muchas de las aplicaciones para las cuales se utilizan fibras inorgánicas, no existen sustitutos realistas . En consecuencia, existe una demanda industrial y regulatoria para fibras inorgánicas que posean tan poco riesgo como sea posible (si lo hay) y para las cuales existan antecedentes objetivos para creerlas seguras.

-^AJ.-.^Üt» Una línea de estudio ha propuesto que si fueran elaboradas fibras inorgánicas que fueran lo suficientemente solubles en los fluidos fisiológicos de modo que su tiempo de residencia en el cuerpo humano fuera corto, entonces no podría ocurrir daño o al menos sería minimizado. Ya que el riesgo de la enfermedad ligada a los asbestos parece depender mucho del lapso de exposición, esta idea parece razonable. Los asbestos son extremada-mente insolubles . Ya que el fluido intercelular es salino por naturaleza, la importancia de la solubilidad de la fibra en la solución salina ha sido largamente reconocida. Si las fibras son solubles en solución salina fisiológica entonces, con la condición de que los componentes disueltos no sean tóxicos, estas fibras deben ser más seguras que las fibras que no son tan solubles. En consecuencia, en años recientes, han sido propuestos un número de diferentes tipos de fibras que son refractarias y todavía solubles en fluidos corporales. Tales fibras comprenden silicatos alcalinotérreos (por ejemplo O87/05007, O89/12032, WO93/15028, 094/15883, O96/02478, y W097/49643) que son solubles a grados variantes en los fluidos corporales . Un problema con las fibras solubles en solución salina es que por su naturaleza éstas son más reactivas que RCF y por lo tanto no pueden siempre ser utilizadas como un reemplazo directo para RCF. Se requiere que los mastiques tengan una vida de anaquel razonable, la cual para los mastiques con contienen RCF, es en general de aproximadamente 6 meses. Los mastiques elaborados utilizando silicatos de metal alcalinotérreo han tenido una vida de anaquel tan corta que no son utilizables. Los solicitantes se han dado cuenta que esto es debido a la reactividad de las fibras con los aglutinantes. Los iones calcio liberados a partir de las fibras de silicato de metal alcalinotérreo endurecen los constituyentes orgánicos e inorgánicos del mastique. La presente invención proporciona un mastique que comprende: a) fibras refractarias inorgánicas; y b) sílice coloidal caracterizado porque las fibras refractarias inorgánicas son silicatos de metal alcalinotérreo y la sílice coloidal tiene un pH por debajo de 8.

Preferentemente el pH es por debajo de 7 y puede caer útilmente en el intervalo de 4 a 7. Además, las características de la invención son hechas aparentes en las reivindicaciones anexas y en la siguiente descripción con referencia a los dibujos, en los cuales: La Figura 1 es una vista esquemática de un penetrómetro utilizado en la medición de las características de los mastiques; Las Figuras 2 a la 5 son gráficas que muestran las lecturas del penetrómetro para diversas composiciones de mastique. La invención es ejemplificada en lo subsecuente con referencia a las fibras de silicato de metal alcalinotérreo SUPER OOL 607MR y SUPER OOL 612MR (ambas disponibles de Thermal Ceramics Limited de Bromborough, Inglaterra) . SUPERWOOL 607MR tiene una composición nominal (en peso) de Si02 65%, CaO 29.5%, MgO 5.5%, y A1203 <1% y es utilizable a temperaturas hasta de 1050°C. SUPERWOOL 612MR tiene una composición nominal (en peso) de Si02 64%, CaO 17%, MgO 13.5%, Zr02 5% , impurezas 0.5% y es utilizable a temperaturas hasta de 1260°C. »&&_*»,, .. &. . ?í^, \ t.

Los mastiques de fibra o moldeables son utilizados para reparar los revestimientos de fibra de hornos. SUPERWOOL 612MR ha sido utilizado para reemplazar la fibra de cerámica refractaria en muchas aplicaciones, pero cuando se utilizan formulaciones de mastique actuales como un reemplazo para RCF, la vida de anaquel no es satisfactoria y ciertamente no serán utilizables 6 meses después de la fabricación. Los solicitantes han mostrado que mediante el uso de ciertos tipos de sílice coloidal y/o un diferente modificador de la viscosidad y/o ligandos multidentados depuradores de calcio, entonces la vida de anaquel puede ser prolongada en gran medida sobre la formulación estándar. Las fibras utilizadas en experimentos de composición de mastique fueron SUPERWOOL 612MR y ?UPERWOOL 607MR. La última fibra fue utilizada en un intento para predecir los efectos a largo plazo sobre la fibra SUPERWOOL 612MR. Típicamente, una mezcla de mastique estándar con SUPERWOOL 612MR como una para un reemplazo de RCF, será utilizable hasta aproximadamente tres semanas en comparación a únicamente 1-2 días con la fibra SUPERWOOL 607MR que es mucho más reactiva. Una fibra de RCF estándar (HY20MR (46% Al2Oa/54% Si02) obtenible de Thermal -4>j«i Ceramics Limited, Bromborough, Inglaterra) , fue utilizada como una comparación. El procedimiento estándar para producir un mastique en estos experimentos fue combinar 5 primeramente los ingredientes de la sílice coloidal, agua, biocida y colorante (si es apropiado) con un agitador tipo paleta. Luego el modificador de la viscosidad fue lentamente agregado a este líquido el cual se dejó espesar con el reposo (3 - 5 minutos) . 10 Se utilizó un mezclador tipo Hobart para romper la fibra a granel por 10-15 segundos a baja velocidad antes de que se agregara el líquido espeso. Después de aproximadamente 1 minuto, la velocidad fue luego incrementada a su máximo por 4 minutos para obtener 15 una mezcla homogénea que tenía una consistencia que fue rígida/cremosa. El mastique podría estar entonces listo para el uso o para el almacenamiento en recipientes herméticos al aire. La medición de la estabilidad de las 20 formulaciones probadas fue realizada con el uso de un penetrómetro (Figura 1). El penetrómetro tuvo dos arietes 1 (uno de aluminio y otro de acero de masas respectivas de 109 g y 336 g) que dieron la habilidad para medir consistencias muy diferentes debido a los 25 diferentes pesos involucrados. La palanca 2 sobre la _ _________ _ t?§&,%¡ *-'?. . , n.;»., _. . feA*^) s ,-.-^t¿a?f¿,-parte superior del penetrómetro fue utilizada para liberar el ariete para dejarlo caer y penetrar el mastique. La marca indicadora 3 fue observada a través de la ventana 4 y comparada con la escala 5 (en mm) . Las más altas lecturas de penetración representaron el mastique de menor viscosidad. El procedimiento involucró la agitación del mastique perfectamente en el recipiente antes de intentar tomar cualquier lectura. Luego el penetrómetro (con el ariete de aluminio) fue colocado sobre la parte superior de la mezcla antes de presionar la palanca 2. Esta lectura fue luego registrada antes de la repetición en un área diferente hasta que se obtuvieron 5 lecturas. El proceso fue luego repetido utilizando el ariete de acero. Usualmente el mastique (~2.5 kg) fue dividido en tres recipientes y cada uno de éstos medido de la misma manera. Las lecturas fueron luego promediadas y el resultado trazado gráficamente contra la edad del mastique. Las Tablas 1 y 2 siguientes indican las formulaciones de mastique utilizadas (cantidades en % en peso) y la Tabla 3 indica la naturaleza de las sílices coloidales y los modificadores de la viscosidad utilizados.

Tabla 1 formulaciones utilizando la fibra SUPERWOOL 612MR Hidroxipropilmetilcelulosa (Methocell F4M) Tabla 3 Sílices coloidales y modificadores de la viscosidad Las pruebas con penetrómetro demuestran que la estabilidad del mastique con SUPERWOOLMR 612, como se midió utilizando el ariete de acero, puede ser prolongada de aproximadamente 20 días hasta más de 120 días. Esto fue logrado al sustituir la sílice coloidal estándar utilizada en tales mastiques (NyacolMR 1430 - una sílice coloidal con un pH de 10.2) por una sílice coloidal acida (LudoxMR TMA - una sílice coloidal con un pH de 4-7), un diferente modificador de la viscosidad (Magnafloc 351), o una combinación de ambos (Ludox SKMR - una sílice coloidal con un pH de 4-7 y Magnafloc 351) . Los resultados de las pruebas se muestran en las figuras 4 y 5. Aunque los valores obtenidos para las fibras de silicato de metal alcalinotérreo no fueron tan consistentes como aquellas para la fibra RCF, la tendencia total podría ser fácilmente observada. Las variaciones pueden haber sido debidas a las fluctuaciones de temperatura y por supuesto si las curvas son trazadas gráficamente sobre una base de datos, las variaciones están en conjunción una con la otra. La secuencia en la cual se agrega Magnafloc 351 también afectó las propiedades del mastique. La formulación de SUPERWOOL 612MR Magnafloc II tuvo el modificador de la viscosidad disuelto en agua antes de agregar los otros ingredientes, en oposición al método usual de agregarlo a la sílice coloidal. La formulación de Magnafloc II disminuyó en viscosidad dentro de 1-2 días, mientras que la mezcla de Magnafloc tomó más de 20 días antes de que su viscosidad disminuyera también. Un inconveniente de utilizar simplemente el modificador de la viscosidad no iónico es que tiende a resultar la separación, de modo que se requiere agitación del mastique antes del uso, pero para muchas aplicaciones éste es aceptable. Una sílice alcalina alternativa (Ludox LS) produjo resultados muy similares a la formulación estándar confirmando que las soluciones alcalinas son dañinas para el funcionamiento del mastique. El uso de una sílice acida de bajo contenido de sodio, alternativamente (Nyacol 2034DI) la cual tiene un pH de alrededor de 3, confirmó que la naturaleza acida y el contenido de álcali de la sílice es de importancia ya que esto también dio buenos resultados . Las formulaciones utilizando la fibra SUPERWOOL 607MR (Figuras 2 y 3) fueron utilizadas como pruebas aceleradas de la fibra SUPERWOOL 612MR.

Los valores para la formulación estándar (utilizando la sílice coloidal Nyacol) habían disminuido después de únicamente 1-2 días. El Ludox TMA dio aproximadamente 14 días antes de que éste se endureciera dentro de un día hasta su nivel más bajo. Este mastique dio lecturas muy altas de inicio y no pudo ser medido con el ariete de acero hasta el día 10. El Ludox SKMR con Magnafloc 351 produjo valores claramente lineales al menos hasta 50 días; si esta diferencia fuera a ser reproducida con la fibra SUPERWOOL 612MR entonces podría ser esperada una vida de anaquel de al menos 6 meses. Magnafloc 351 sustituido en la mezcla estándar de SUPERWOOL 607MR sola no hizo tal diferencia grande, alcanzando el mismo valor en los 2 días que el estándar y luego continuó cayendo por debajo de éste. Una formulación estándar alternativa para un mastique bombeable que contiene etilenglicol (Detrick) fue realizada con la fibra SUPERWOOL 607MR y ésta se endureció en menos de 1 día. Cuando esta formulación fue repetida pero utilizando la sílice coloidal LUDOX SKMR el mastique permaneció casi sin cambio después de 18 días.

Como una alternativa a las sílices coloidales acidas o el Magnafloc 351, el EDTA ha probado también ser razonablemente efectivo extendiendo la vida normal de la mezcla estándar al agregar solamente 0.4% de EDTA. La mezcla se hizo espesa muy rápidamente en las primeras pocas horas pero luego permaneció estable. El agua inicial extra puede lograr la viscosidad requerida sin alterar otras propiedades. Una formulación de producción para un mastique comprende aproximadamente: Sílice Ludox TMA 42.2% en peso Fibra soplada Superwool 612 30.2% en peso Modificador de la viscosidad Magnafloc 139 2.2% en peso Agua 25.4% en peso Los solicitantes proponen que la provisión de una sílice coloidal acida reduce la liberación de iones calcio de la fibra; el uso del modificador de la viscosidad no iónico reduce el riesgo de reacciones de endurecimiento con los iones calcio liberados; y la provisión de ligandos multidentados tales como etilenglicol y EDTA depura y retiene el calcio producido por las fibras. Sin embargo, la L9 presente invención no está limitada a los modificadores de la viscosidad particulares y a los ligandos multidentados descritos.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención es el que resulta claro de la presente descripción de la invenció . ••$a^£#& &&**&- ± . í^..^--^^^^^^L^' ^^.^-~.^.,-httt^..--- ¿ -.

Claims (10)

REIyXKDI.CACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Un mastique que comprende: a) fibras refractarias inorgánicas; y b) sílice coloidal caracterizado porque las fibras refractarias inorgánicas son silicatos de metal alcalinotérreo y la sílice coloidal tiene un pH por debajo de 8.

2. Un mastique de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la sílice coloidal tiene un pH por debajo de 7.

3. Un mastique de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la sílice coloidal tiene un pH en el intervalo de 4 a .

4. Un mastique de conformidad con cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque la sílice coloidal es un sol desionizado negativamente cargado.

5. Un mastique, caracterizado porque comprende fibras de silicato de metal alcalinotérreo y un modificador de la viscosidad polimérico no iónico -

6. Un mastique de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque comprende también sílice coloidal como se especifica en las reivindicaciones 1-4.

7. Un mastique, caracterizado porque comprende fibras de silicato de metal alcalinotérreo y un ligando multidentado formador de complejo con el calcio.

8. Un mastique de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el ligando multidentado formador de complejo con el calcio es, o es derivado de, etilenglicol.

9. Un mastique de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el ligando multidentado formador de complejo con el calcio es, o es derivado de ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) .

10. Un mastique de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, y caracterizado también porque comprende un ligando multidentado formador de complejo con el calcio, de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7 a la 9. &%/-