NO320898B1 - Mineralullblanding samt termisk og/eller akustisk isolasjonsprodukt eller substrat for jordfri dyrking. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår mineralull. Den er mer spesielt rettet mot en mineralull ment for fremstilling av termiske eller akustiske isolasjonsmaterialer eller jordfrie dyrkningssubstrater.

Den angår mer spesielt mineralull av stenull- eller basaltull-typen, det vil si hvis kjemiske sammensetning medfører en høy likvidus-temperatur og en høy fluiditet ved fibreringstemperaturen.

Konvensjonelt blir denne type mineralull fibrert ved såkalt "eksterne" sentrifugerings-prosesser, for eksempel av den typen som benytter en kaskade av sentrifugeringshjul som mates med smeltet materiale ved en statisk avleveringsinnretning som beskrevet i EP 0,465,310 eller EP 0,439,385.

Fremgangsmåten for fibrering ved såkalt "indre" sentrifugering, det vil si ved bruk av sentrifuger som roterer ved høy hastighet og som er gjennomboret med hull, er på den annen side konvensjonelt reservert for fibrering av mineralull av glassulltypen som generelt har en sammensetning som er rikere på alkalimetalloksyder, en lavere likvidus-temperatur og en høyere viskositet ved fibreringstemperaturen enn stenull eller basaltull.

Denne prosess er for eksempel beskrevet i EP 0,189,354 eller 0,519,797.

Imidlertid er det i den senere tid utviklet tekniske løsninger som tillater at den indre sentrifugeringsprosess kan tilpasses fibrering av stenull eller basalt-ull, særlig ved å modifisere sammensetningen av materialet som sentrifugene består av samt deres driftsparametre. For ytterligere detaljer når det gjelder dette kan det særlig henvises til WO 93/02977. Denne vei har vist seg å være spesielt fordelaktig idet den gjør det mulig å kombinere egenskaper som hittil ikke var inherente i noen av de to typer ull, sten eller glass. Således er stenullen som oppnås ved indre sentrifugering i kvalitet sammenlignbar med glassull, med et lavere innhold av ikke-fibrert materiale enn det i stenull oppnådd konvensjonelt. Imidlertid bibeholdes to nøkkelaspekter forbundet med den kjente kjemiske typen, nemlig de lave kjemikalie-omkostninger og den meget høye flamme-motstandsevne.

Det er derfor to muligheter for fibrering av sten- eller basalt-ull og valget av den ene eller andre avhenger av et antall kriterier, inkludert det ønskede nivå av kvalitet med henblikk på den tilsiktede anvendelse og videre den industrielle og økonomiske god-takbarhet.

Til disse kriterier er i de senere år kommet ønske om bionedbrytbarhet for mineralull, nemlig evnen til hurtig å kunne oppløses i et fysiologisk medium for å forhindre enhver potensiell patogen risiko forbundet med den mulige akkumulering av de fineste fibre i kroppen ved inhalering.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er derfor å forbedre den kjemiske sammensetning for mineralull av sten- eller basalt-typen og der forbedringen særlig tar sikte på å øke bionedbrytbarheten og/eller å forene bionedbrytbarhet med evnen til å kunne fibreres ved indre sentrifugering (imidlertid uten å utelukke andre fibreringsmetoder).

Gjenstand for foreliggende oppfinnelse er en mineralull som kan oppløses i et fysiologisk medium og som omfatter bestanddelene nedenfor i de angitte vekt-%-andeler:

idet forholdet R20:A1203er 0,2-0,8.

Den kan videre eventuelt inneholde Fe2C>3 (jern totalt) og P2O5i mengder slik at

1<<>Fe203(jern totalt):P205 < 20 når P205> 0,5 %.

(I resten av foreliggende beskrivelse skal enhver prosentandel av en bestanddel av blandingen forstås å bety en vektprosent-andel og blandingene ifølge oppfinnelsen kan

inneholde opp til 2 eller 3 % av forbindelser som må anses som ikke-analyserte urenheter slik det er velkjent i denne type blandinger).

Valget av en slik blanding har gjort det mulig å bygge opp et helt spektrum av fordeler, særlig ved å variere de mange komplekse roller som et antall av de spesifikke bestanddeler spiller.

Således dreier det seg om en mineralullblanding av stenulltypen hvori innholdet av alkalimetalloksyder (R2O), særlig i form av Na20 og/eller K20, er moderat og mindre enn 12 eller sågar mindre enn 10 eller også 8 %. Samtidig er innholdet av jordalkali-metalloksyder (RO), i det vesentlige i form av CaO og/eller MgO, relativt høyt, minst 9 % eller også høyere enn 12 % eller sågar 16 %. Jernoksyd-innholdet (målt i form av Fe2C>3 men, i henhold til vanlig praksis, tilsvarende det totale jerninnhold) ble satt til et relativt signifikant nivå på minst 1,7 % og sågar mer enn 5 %. Et slikt innhold i blandingen er særlig rettferdiggjort når blandingen må fibreres ved indre sentrifugering da det ble observert at dette gjorde det mulig å redusere korrosjonsgraden i materialene av hvilke sentrifugene var laget. Manganoksyd MnO kan særlig spille en tilsvarende rolle, dette er grunnen til at blandingen eventuelt kan inneholde noen prosent MnO.

Videre bør viskositeten ved fibrering av en slik blanding være høy nok til indre sentrifugering og den kan kalles en "hårdsten"-blanding idet dette særlig skyldes et egnet silika- og alumina-innhold.

Hva angår bionedbrytbarheten er det allerede kjent at, særlig i blandinger av stenull-typen, visse forbindelser som P2Os, betydelig kan forbedre denne mens andre oksyder tvert imot synes å ha en tendens til å redusere den, i det minste ved nøytral pH-verdi. Det skal her for eksempel henvises til EP 0,459,897 og WO 93/22251. Imidlertid har en massiv tilsetning av P2Osinnenfor oppfinnelsens kontekst ikke vist seg å være den gunstigste tilnærming. Dette fordi andre betraktninger må komme inn i bildet, for eksempel økonomiske (P2Osstammer fra kostbare råstoffer) og også tekniske betraktninger idet forandringer i andelen av P2O5og særlig av alumina kan forårsake at andre egenskaper varierer i uønsket eller på ukjent måte. Således er P2Osikke uten innflytelse på viskositeten i blandingen på samme måte som alumina. Imidlertid er, særlig når det gjelder blandinger av stenulltypen som skal fibreres ved indre sentrifugering og der oppfinnelsen er mest fordelaktig, den viskosimetriske oppførsel for blandingen meget kritisk og et meget viktig kriterium som må kontrolleres og reguleres på tilfredsstillende måte.

Videre kan visse forbindelser være fordelaktige for visse egenskaper, men ugunstige for å oppnå en høy grad av bionedbrytbarhet, noe som synes å være tilfelle med jern som, som nevnt ovenfor, er fordelaktig for å forlenge levetiden for sentrifugene, men som kan ha en tendens til å redusere bionedbrytbarheten for stenull, eller slik tilfellet er med alumina, som er avgjørende for å regulere viskositeten i blandingen, men som ikke er meget gunstig når det gjelder bio-oppløseligheten, særlig målt ved in vitro tester ved nøytral pH-verdi.

Foreliggende oppfinnelse har derfor landet på et kompromiss mellom alle disse data, i det vesentlige på følgende måte: blandingen kan inneholde P2O5men i en moderat mengde på høyst 5 % og fortrinnsvis høyst 4 %. Den inneholder også jernoksyd som er fordelaktig, men av andre grunner enn bionedbrytbarheten. Imidlertid når blandingen en høy grad av bionedbrytbarhet uten å tilsette for stor mengde P2O5(eller noen annen meget spesiell forbindelse ansett som gunstig for bionedbrytbarheten), men på annen måte som særlig består i å variere den relative andel MgO i forhold til CaO. Således inneholder blandinger av stenull-typen generelt en andel kalk CaO som er større enn mengden magnesia MgO. Ved å reversere dette forhold er det funnet at de høye nivåer av bionedbrytbarhet som hittil kun kunne oppnås med høye P205-innhold for å "kompensere" for de signifikantea alumina- og jerninnhold, kunne oppnås. En ytterligere og ikke ubetydelig fordel forbundet med lavt P205-innhold kan noteres ved at et for høyt P205-innhold har en tendens til å øke likvidus-temperaturen for blandingen, noe som slett ikke er gunstig når det gjelder fibrering ved indre sentrifugering.

Et ytterligere trekk ved oppfinnelsen angår kombinasjonen av dette spesielle MgO:CaO-forholdet med et relativt høyt alumina-innhold idet dette er minst 17 %. Det er funnet at denne kombinasjon tillater at bio-oppløselighetskriteriet, både målt ved in vitro-tester ved nøytral pH-verdi og ved in vitro-tester ved sur pH-verdi, kan oppnås på tilfredsstillende måte. Man vet imidlertid ikke hvilken pH-verdi som er den mest representative for in vivo fysiologisk medium og særlig den i de pulmonære områder. Et høyt alumina-innhold har hittil syntes å være det gunstigste med henblikk på hurtig oppløsning i sur pH-verdi, men svak/langsom i nøytral pH-verdi.

Foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å oppnå et høyt nivå av bio-oppløselighet, i det minste målt in vitro, uansett pH-verdi, ved å velge et høyt alumina-innhold, men ved å tilpasse innholdet av jordalkali-metalloksyder for å opprettholde den fordelaktige effekt i sur pH uten negative effekter ved nøytral pH.

Det skal påpekes at summen SiC>2 + AI2O3tillater at den viskosimetriske oppførsel for blandingen kan kontrolleres i vesentlig grad.

Innholdet av alkalimetalloksyder R20, det vil si i det vesentlige Na20 og/eller K2O, er fortrinnsvis minst 5 % og særlig holdt innen områder på rundt 12 % (eller eventuelt 13 %).

Hva angår innholdet av ett eller flere jemoksyder (totalt jern) er det som nevnt ovenfor fordelaktig å tilveiebringe minst 4 % eller sågar minst 5 % jemoksyder for å beskytte sentrifugene, særlig bør verdien være mellom 5 og 9 %. Videre kan jernoksydene ha en gunstig virkning på flammemotstandsevnen for den oppnådde mineralull.

Fortrinnsvis tilfredsstiller blandingene ifølge oppfinnelsen også følgende relasjon, uttrykt som et forhold av prosentandeler på vektbasis: MgO, CaO mellom 1 og 3. Således oppnås de ovenfor nevnte fordelaktige effekter uten en for stor mengde MgO i forhold til CaO som gjør det for komplisert eller kostbart å benytte disse oksyder som råstoffer.

Blandingene ifølge oppfinnelsen har fortrinnsvis et P205-innhold på minst 0,5 eller sågar 1 % og særlig rundt 1,5 til 4 %. Dette moderate innhold har en høyst fordelaktig innflytelse på bionedbrytbarheten uten økonomiske ulemper eller uten å ha en for stor innflytelse på likvidus-temperaturen.

I henhold til en ytterligere utførelsesform kan P205-innholdet være lavere, særlig fra 0 % eller for eksempel fra 0,1 til 0,5 % eller fra 0,1 til 1 %.

Det foretrukne CaO-innhold i blandingen ifølge oppfinnelsen er < 15 %, særlig minst 2 og helst mellom 5 og 14 %.

Parallelt er det foretrukne MgO-innhold i blandingen < 20 % og fortrinnsvis minst 7 % idet det foretrukne området ligger mellom 5 og 14 %.

Man kan si at bortsett fra den eventuelle P2O5er de to komponenter som har størst innflytelse på viskositeten ved fibrering av blandingen, silika og alumina. Det er således mulig å velge minst 60 % (Si02+ AI2O3+ P2O5) for å garantere en viskositet som er høy nok for fibrering ved indre sentrifugering, særlig verdier mellom 60 og 70 % og helt spesielt minst 61 eller 62 %.

Oksydasjonen av blandingen kan for eksempel kontrolleres ved tilsetning av manganoksyd, MnO.

Tilsetting av boroksyd, noe som er valgfritt, kan tillate at de termiske isolasjons-egenskaper for mineralullen forbedres, særlig på grunn av tendensen til å redusere den termiske konduktivitetskoeffisient i den radiative komponent. Eventuelt kan blandingen også inneholde Ti02som en urenhet eller tilsatt med hensikt, for eksempel i en mengde opp til 2 %.

I henhold til en ikke-begrensende, foretrukken utførelsesform er alumina-innholdet i blandingene ifølge oppfinnelsen minst 18 %, særlig minst 19 % eller sogar minst 20 %.

Differansen Tiog2,5- Tijq+er fortrinnsvis minst 10°C, fortrinnsvis minst 20 eller 30°C idet denne differanse definerer "arbeidsområdet" for blandingene ifølge oppfinnelsen, altså det temperaturområdet innen hvilket de kan fibreres, særlig ved indre sentrifugering. Temperaturen ved hvilken blandingene har en viskositet r| i poise som logn = 2,5, skrives som T\ og^, s og likvidus-temperaturen angis som Tiiq.

En slik mineralull har, som nevnt ovenfor, et tilfredsstillende nivå av bio-oppløselighet, uansett om målingen involverer en nøytral eller svakt basisk pH-verdi eller en sur pH-verdi.

Således har mineralullen ifølge oppfinnelsen generelt en oppløsningsgrad på minst 30 og fortrinnsvis minst 40 eller 50 ng/cm<2>/t, målt ved 4,5, og minst 30 og fortrinnsvis minst 40 eller 50 ng/cm7t, målt ved pH 7,5.

Generelt har slik mineralull en oppløsningsgrad på minst 30, og fortrinnsvis 40 eller minst 50 ng/cm<2>/t, målt ved pH 4,5 og en oppløsningshastighet på minst 30, og fortrinnsvis 40 eller minst 50 ng/cm<2>/t, målt ved pH 6,9.

Generelt har den også en oppløsningshastighet på minst 60, og særlig minst 80 ng/cm<2>/t, målt ved pH 4,5 og/eller en oppløsningshastighet på minst 40, og særlig minst 60 ng/cm<2>/t, målt ved pH 6,9 og/eller en oppløsningshastighet på minst 40 og særlig minst 60 ng/cm<2>/t målt ved pH 7,5.

Mineralullen benyttes hovedsaklig for å fremstille termiske og/eller akustiske isola-sjonsprodukter eller substrater for jordfri dyrking.

Gjenstand for oppfinnelsen er følgelig også et termisk og/eller akustisk isolasjonsprodukt eller substrat for jordfri dyrking, kjennetegnet ved at det i det minste delvis omfatter en mineralull som omtalt ovenfor.

Ytterligere detaljer og fordelaktige karakteristika vil fremgå av beskrivelsen nedenfor av foretrukne utførelsesformer.

Tabell 1 gir de kjemiske sammensetninger av 7 eksempler i vekt-%.

Når summen av alle innhold av alle komponenter er noe mindre enn, eller noe høyere enn, 100 % skal dette bety at differansen til 100 % tilsvarer ikke-analyserte mindre urenheter/bestanddeler og/eller kun skyldes en akseptert approksimering av analyse-metodene som benyttes på området. Blandingene ifølge disse eksempler ble fibrert ved indre sentrifugering, særlig i henhold til det som er beskrevet i WO93/02977.

Arbeidsområdene, definert ved differansen Tiog2,5- Tnq er positiv.

Alle blandingene har et MgO:CaO-forhold > 1 og et meget moderat (mindre enn 1 %) P205-innhold og et jernoksyd-innhold på rundt 7 %, hvilket har vist seg å være fordelaktig med henblikk på å begrense korrosjon i sentrifugeskivene. De har også et høyt alumina-innhold på rundt 18-20 % med en relativt høy sum (SiC<2 + AI2O3) og et alkalimetalloksyd-innhold minst lik 5 %.

Bionedbrytbarheten er høy, særlig målt ved nøytral eller svakt sur pH-verdi (pH 4,9 eller 7,5), eller ved sur pH-verdi (4,5).

Blandingen ifølge eksempel 7, som inneholder mer enn 0,5 % P20s, tilfredsstiller Fe203:P20s-forholdet på mellom 1 og 20, her lik 12,5, i henhold til en foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen.

Claims (15)

1. Mineralull med evnen til å kunne oppløses i et fysiologisk medium,karakterisert vedat den omfatter de følgende bestanddeler i de angitte vekt-%-andeler:

idet forholdet R20:A1203er 0,2-0,8.

2. Mineralull ifølge krav 1,karakterisert vedat den omfatter Fe2C<3 (jern totalt) og P2Osslik at:

3. Mineralull ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat den tilfredsstiller ligningen:

4. Mineralull ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den tilfredsstiller ligningen:

5. Mineralull ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den omfatter minst 0,5 eller minst 1,0%, særlig mellom 1,5 og 4 vekt-% P205.

6. Mineralull ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den omfatter MgO i følgende vekt-%-andel:

7. Mineralull ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den omfatter CaO i de følgende vekt-%-andeler:

8. Mineralull ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den omfatter minst 4 %, særlig minst 5 % og helst mellom 5 og 9 vekt-% Fe203(totalt jern).

9. Mineralull ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den i vekt-% omfatter forbindelsene Si02, Al203og P205i andeler slik at:

10. Mineralull ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den omfatter Al203i følgende vekt-%-andeler:

11. Mineralull ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den har en oppløsningshastighet på minst 30 ng/cm<2>/t, målt ved pH 4,5, og/eller en oppløsningshastighet på minst 30 ng/cm<2>/t, målt ved pH 7,5.

12. Mineralull ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den har en oppløsningshastighet på minst 30 ng/cm<2>/t, målt ved pH 4,5, og/eller en oppløsningshastighet på minst 30 ng/cm<2>/t, målt ved pH 6,9.

13. Mineralull ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den har en oppløsningshastighet på minst 60 ng/crri<2>/t, målt ved pH 4,5, og/eller en oppløsningshastighet på minst 40 ng/cm<2>/t, målt ved pH 7,5, og/eller en oppløsningshastighet på minst 40 ng/cm<2>/t, målt ved pH 6,9.

14. Mineralull ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den er oppnådd ved indre sentrifugering.

15. Termisk og/eller akustisk isolasjonsprodukt eller substrat for jordfri dyrking,karakterisert vedat det i det minste delvis omfatter en mineralull ifølge et hvilket som helst av kravene 1-14.