SI9011548A - Steklena vlakna, razgradljiva v fiziološkem mediju - Google Patents

Abstract

Predloženi izum se nanaša na sestavek stekla za vlakna, razgradljiva v fiziološkem mediju. Prednostni sestavki stekla vsebujejo naslednje sestavine v masnih deležih spodaj: S1O2 57 do 70 % AI2O3 0 do 5 % CaO 5 do 10 % MgO 0 do 5 % Na2O + K2O 13 do 18 % B2O3 2 do 12 % F 0 do 1,5 % P2O5 0 do 4 % nečistote < 2 %

Description

Steklena vlakna, razgradljiva v fiziološkem mediju

Predloženi izum je s področja steklenih vlaken; natančneje se nanaša na steklena vlakna, ki imajo tako sestavo, da se razgradijo, brž ko so v stiku s fiziološkim medijem.

Termično in akustično izolacijo zgradb pogosto izdelajo iz proizvodov, ki so v glavnem iz mineralnih vlaken, kot steklenih vlaken. Zaradi posebne oblike mest, ki jih je treba izolirati, osebe, ki so zadolžene za polaganje teh proizvodov, le-te pogosto režejo na licu mesta. Ta operacija povzroči, da se vlakna potrgajo in v danem primeru nekatera izmed njih razpršijo v atmosfero. Iz tega sledi, da se lahko včasih po nesreči vlakno vdihne.

Čeprav škodljivost vdihanih vlaken ni bila dokazana, obstaja potreba, da bi pomirili uporabnike, s tem da jim predlagamo proizvod z dejansko neškodljivostjo.

Cilj predloženega izuma je, da predlagamo steklena vlakna s tako sestavo, da se hitro razgradijo v stiku s fiziološkim medijem.

Prav tako je smoter predloženega izuma, da predlagamo sestavke stekla, ki so se sposobni pretvoriti v vlakna ob uporabi tradicionalnih tehnik, kot tehnik centrifugiranja.

Sestavki stekla za pretvorbo v vlakna s tehnikami omenjenega notranjega centrifugiranja, t.j. s tehnikami, pri katerih staljeni material v centrifugi izteče skozi stranske odprtine z majhno dimenzijo, so med tistimi, za katere so pogoji uporabe najbolj neprijetni. Zlasti morajo biti taki, da se dajo obdelovati pri relativno nizkih temperaturah, da zagotovimo dolgo življenjsko dobo materiala in zlasti centrifuge. Poleg tega morajo biti določene karakteristične temperature devitrifikacije stekla, kot likvidus, jasno pod temperaturami vlaknjenja stekla, da se zmanjša nevarnost slučajnega pojava kristalov, ki bi lahko zamašili odprtine centrifuge.

Smotre izuma dosežemo z modificiranjem znanih sestavkov, ki obsegajo v glavnem silicijev dioksid, glinico, alkalijske in zemeljskoalkalijske okside kot tudi anhidrid borove kisline. Kar se tiče teh sestavkov, so izumitelji ugotovili, da zmanjšanje odstotka glinice, celo odsotnost tega oksida, povezano z morebitno prisotnostjo fosforjevega pentoksida, omogoči, da dobimo stekla, ki se v obliki vlaken hitro razgradijo v fiziološkem mediju. Stekla v smislu izuma imajo sicer lastnosti, ki so za poglavitne izmed njih blizu lastnostim znanih stekel. Tako jih lahko pretvorimo v vlakna ob uporabi klasičnih centrifug. Prav tako je treba upoštevati, da lahko stekla v smislu izuma kljub morebitni prisotnosti fosforja pripravimo v običajnih pečeh, ne da bi povzročila čezmerno obrabo žarovzdržnih materialov.

Vlakna v smislu izuma imajo sestavo, ki obsega naslednje sestavine v masnih deležih, definiranih z naslednjimi območji:

SiO2	57 do	70	%
Al2°3	0 do	5	%
CaO	5 do	10	%
MgO	0 do	5	%
Na20 + K20	13 do	18	%
B2°3	2 do	12	%
F	Odo	1,5	%
P2°5	0 do	4	%
nečistote		< 2	%

pri čemer je odstotek P₂O₅ nad 0,1%, če je odstotek A1₂O₃ enak ali večji kot okoli 1%.

Tako definirane sestavke lahko pripravimo iz čistih sestavin, na splošno pa jih dobimo s taljenjem zmesi iz osnovnih naravnih sestavin z različnimi nečistotami.

Področje prednostnih sestavkov vlaken v smislu izuma je definirano z dvema vrstama naslednjih masnih območij:

sio2	59	do	68	O o	60	do	68	%
Al2°3	0	do	3	o, o	1	do	5	o Ό
CaO	6	do	9	o o	6	do	9	O O

MgO	2	do	4	O. o	2	do	4	o o
Na2°	14	do	17	o. o	14	do	17	%
K?0	0	do	2	o o	0	do	2	%
B2°3	4	do	11	o Ό	4	do	11	o Ό
F	0	do	1,5	O, O	0	do	1,5	%
p2o5	0	do	3	%	o,	5 do	4	%

Da bi jih lahko uporabili v tehnikah zunanjega centrifugiranja, imajo sestavki v smislu izuma s pridom primerno viskoznost pri relativno nizki temperaturi. Prednostno ustreza za te sestavke viskoznost 100 Pa.s temperaturi pod 1200 °C in prednostno pod 1150 °C.

Druga važna fizična karakteristika za proizvodnjo vlaken je temperatura ali so temperature, povezane s pojavom devitrifikacije, t.j.s tvorbo kristalov v steklasti masi. Številne temperature omogočajo , da okarakteriziramo to devitrifikacijo:

- temperatura, pri kateri je hitrost rasti kristalov maksimalna,

- temperatura, pri kateri postane hitrost rasti kristalov nič, ki se običajno imenuje temperatura likvidusa.

Na splošno je zaželeno, da razmak med temperaturo, ki ustreza viskoznosti 100 Pa.s, in likvidusom ni pod okoli 50 °C.

Prednosti izuma so razvidne v sledečem podrobnem opisu, v katerem se sklicujemo na izvedbene primere.

PRVA SERIJA POSKUSOV

S tremi sestavki, uporabljenimi za proizvodnjo vlaken, izvedemo predhodne poskuse za primerjavo v kasnejših testih razgradljivosti sestavkov v smislu izuma (glej tabelo 1). Sestavek 1 je običajen sestavek za proizvodnjo izolacijskih vlaken, zlasti s tehnikami notranjega centrifugiranja. Sestavek 2 je običajen sestavek za tehnike zunanjega centrifugiranja. Sestavek 3 je bil uporabljen za proizvodnje z izvlečenjem s pomočjo plinastih tokov.

Za poskuse razgradljivosti v fiziološkem mediju mehansko izvlečemo različne sestavke stekla do premera 10 μτη po tekstilnem postopku na laboratorijski šobi z eno odprtino.

Dobljena vlakna potopimo v raztopino, ki simulira pufrani fiziološki medij in ki ima naslednjo kemično sestavo (izraženo v g/1):

NaCl	6,78
nh4ci	0,535
NaHC03	2,268
NaH-PO.H-0 2 4 2	0,166
(Na^ citrat ) 2Η^0	0,059
glicin	0,450
HnS0 . 2 4	0,049
CaCl2	0,022

Poskus razgradljivosti s to raztopino izvedemo ob naslednjih pogojih: 30 ml vlaken potopimo v 30 ml raztopine, ki jo vzdržujemo v zaprtem okolju pri temperaturi 37 °C 3, 10 in 32 dni. Po poteku vsakega od teh obdobij merimo koncentracijo silicijevega dioksida, raztopljenega v raztopini; ta koncentracija je izražena v mg/1.

Za dodatno informacijo prav tako merimo hidrolitsko odpornost. To meritev izvedemo po klasični metodi, imenovani metoda DGG. Ta metoda obstoji v tem, da 10 g zdrobljenega stekla z velikostjo delcev med 360 in 400 μ-m potopimo za 5 ur v 100 ml vrele vode. Po hitri ohladitvi raztopino filtriramo in jo uparimo do suhega na določen volumen filtrata. Iz mase dobljene suhe snovi lahko izračunamo količino stekla, raztopljenega v vodi; ta količina je izražena v mg/ g testiranega stekla.

Rezultati meritev razgradljivosti in DGG so predstavljeni v tabeli št.2 za vsakega od sestavkov. Ugotavljamo, da je razgradnja vlaken v raztopini za razgradnjo zelo različna od stekla do stekla. Od teh treh sestavkov kaže samo steklo št.l znatno razgradnjo, četudi je šibka glede na razgradnjo, ki jo opazimo pri vlaknih v smislu izuma. Ostali dve stekli sta zelo malo prizadeti.

DRUGA SERIJA POSKUSOV

Ta serija se nanaša na različne sestavke steklenih vlaken v smislu izuma. Ti sestavki, zbrani v tabeli št.3, ustrezajo steklom št.4 do 11. Eno od preje omenjenih znanih stekel je za primerjavo (steklo št.l). Iz teh stekel smo izvlekli vlakna s premerom 10 μτη ob enakih pogojih kot v prvi seriji poskusov.

Kemično odpornost teh vlaken v fiziološkem mediju kot tudi njihovo hidrolitsko odpornost (DGG) smo merili ob pogojih, ki so identični zgoraj opisanim.

Stopnjo razgradnje vlaken merimo z določitvijo koncentracije silicijevega dioksida, raztopljenega v različnih časih nahajanja v raztopini za razgradnjo, ki so bili za določena vlakna 3, 6 in 10 dni.

Važno je poudariti, da je ob tem, da izvedemo meritev v zaprtem okolju, bolj ugodno zasledovati hitrost razgradnje v teku časa kot pa vrednost, doseženo po preteku časa poskusa. Dejansko se razgradnja, ki jo povzroča raztopina, upočasnjuje, ker ni zagotovljeno njeno obnavljanje. Izmerjene koncentracije raztopljenega silicijevega dioksida po najkrajših končanih obdobjih razgradnje najbolje izražajo sposobnost vlaken za razgradnjo v fiziološkem mediju. Dobljeni rezultati so zbrani v tabeli št.4.

Stekla št.4, 5, 7 in 8 prikazujejo vpliv P₂O₅ na hitrost razgradnje vlaken, katerih sestave vsebujejo enak odstotek B₂O₃. Po 3 dneh sta se stekli št.4 in 5, ki vsebujeta precej zvišan odstotek fosforja, razkrojili štiri- do petkrat hitreje kot steklo št.l, ki služi kot referenca. Ob stalni vsebnosti glinice se hitrost razgradnje stekla zmanjšuje z vsebnostjo fosforja; to karakterizira stekla št.4, 7 in 8.

Stekli št.5 in 10 imata enak odstotek A1₂O₃, vendar vsebujeta različne odstotke P₂O₅. Hitrost razgradnje stekla št.10 je malo manjša kot stekla št.5, vendar ugotovljena razlika ni tako velika, da bi upravičila razliko med odstotki P₂O₅. Zdi se, da največja vsebnost B₂O₃ stekla št.10 vsaj delno kompenzira zmanjšanje odstotka P₂O₅.

Ta vpliv B₂O₃ potrjujeta stekli št. 9 in 11, ki vsebujeta velik odstotek tega oksida. Prvo od teh stekel ima kljub precej zvišanemu odstotku A1₂O₃ veliko hitrost razgradnje. Drugo je okarakterizirano z veliko hitrostjo razgradnje v primerjavi s steklom št.10 istočasno zaradi zmanjšanja vsebnosti A1₂O₃ in zvišanega odstotka B₂O₃.

Prisotnost fosforja v steklih v smislu izuma ima vedno učinek povečanja hitrosti razgradnje vlaken v fiziološkem mediju. Vendar ugotavljamo, da samo zmanjšanje glinice, celo popolna odsotnost tega oksida, lahko povzroči zvišano hitrost razgradnje. To kaže steklo št.6, revno z glinico, če ni v obliki nečistote, ki izhaja iz naravnih osnovnih sestavin, ki prinesejo s seboj druge sestavine stekla; če je prisotnost fosforja v steklih v smislu izuma na splošno zaželena, ni neobhodna, kadar vsebnost glinice ne preseže okoli 1 mas.%. Če izhajamo iz tega odstotka, je prednostno, da sestavek vlaken vsebuje nad 0,1 mas.% fosforjevega pentoksida. Če izhajamo iz 2% A1₂O₃, je zaželeno, da je odstotek P₂O₅ vsaj 0,5 mas.%.

Da bi se izognili pospešeni obrabi žarovzdržnih materialov, ki sestavljajo talilne peči za stekla v smislu izuma, je zaželeno, da vsebnost P₂O₅ ne preseže 4%. V prednostnih sestavkih v smislu izuma je odstotek tega oksida enak ah manj kot okoli 3%, pri čemer odstotek glinice v tem primeru ne preseže okoli 3%.

Stekla v smislu izuma imajo viskoznosti in karakteristike devitrifikacije primerljive s tistimi znanih stekel, kot stekla št.l (glej tabeli št.5 in 6).

Ta stekla pa imajo prednost, da jih lahko pretvorimo v vlakna s pomočjo običajnih naprav, kot se uporabljajo v omenjeni tehniki notranjega centrifugiranja. Ta tehnika je opisana v mnogih patentih, kot so US-PS 3.020.586, US-PS 3.304.164, US-PS 2.949.632 ah US-PS 3.523.774. Ta tehnika obstoji v bistvu iz oskrbovanja centrifuge, opremljene s stransko steno, prevrtano z velikim številom odprtin, s staljenim steklom. Pod vplivom centrifugalne sile prehaja staljeno steklo preko teh odprtin, potem pa se pretvori v vlakna pod vplivom curkov vročega plina.

S tako dobljenimi vlakni je mogoče dobiti vlaknate proizvode odlične kvalitete za številne uporabe. Tako npr. vlakna v smislu izuma s pridom uporabimo v obliki polsti ali plošč, ki so geometrijsko dobro definirane, utrjenih s polimeriziranim vezivom, ah v obliki cevnih proizvodov za izoliranje kanalizacij. Vlakna v smislu izuma lahko prav tako uporabimo v obliki blazine, pritrjene na karton ali kovinsko mrežo, v obliki svitka ali celo v neurejenem stanju s polnjenjem.

TABELA št. 1

Znani sestavki (v mas. odstotkih)

; Sestavine	: Steklo št. 1	: Steklo št. 2	: Steklo št. 3 :
: SiO2	: 65,01	: 44,50	: 59,00
: Fe203	: 0,45	: 3,90	: 0,17 :
; A12°3	: 3,40	: 13,80	: 5,50 :
: CaO	: 7,00	: 27,80	: 2,00 :
: MgO	: 2,95	: 7,00	: 0,30 :
: Na20	: 15,85	1,30	: 11,20
: K20	: 0,70	: 0,60	: 1,60 ·:
: B203	: 4,50		: 11,00 :
F			: 1,00
: BaO			: 5,00 :
: ZnO			3,50 :

TABELA št. 2

Kemična odpornost v fiziološkem mediju in v vodi

: SiO- : ' v mg/1	: Steklo št. 1	• Steklo št. 2	: Steklo št. 3 :
: 3 dni	: 19,5	: 1,3	: 3,2
: 10 dni	: 55,6	: 2,6	31,7
: 32 dni	: 117,6	: 2,8	: 47,1
: DGG mg/g	18,00	: 9,0	: 7,5

tabela^: st; 3 /

Sestavki v mas. odstotkih

Steklo, št.1]

Steklo^ Steklo^: Steklo ^:Steklo ^: Stekle: Steklo:Steklo JSteklo

Sestavi ‘t&____ š t _v _1_ i š 114_1 št·- 5 _ iš t,_ 6 _ i š t _x _7_ i š t8_ 2 _št_. 9 ~ Z _št_. 10,

= £i°2	:65,01:	61,51:	65,33:69,90:	64,95:	63,80:	59,50:	64,28:60,90:
= ai2o3	: 3,40:	3,40:	2,05: 0,13:	3,30:	3,30:	4,90:	2,10: 1,10:
: CaO	: 7,00:	7,00:	7,00: 7,00:	6,90:	6,90:	7,00:	7,00: 6,90:
: MgO	: 2,95:	2,95:	3,00: 2,90:	2,90:	2,90:	2,95:	2,95: 2,85:
: Na20	:15,85:	15,85:	15,50:15,60:	15,50:	15,60:	13,85:	15,85:15,90:
: K20	: 0,70:	0,70:	0,08: 0,07:	0,60:	0,60:	0,70:	0,60: 0,60:
: B2°3	: 4,50:	4,50:	4,25: 4,10:	4,70:	4,60:	9,75:	5,90:10,20:
: P2°5	• * ·	3,40:	2,45: - :	1,00:	2,00:	1,00:	1,00: 1,15:
;drugo	: 0,59:	0,69:	0,34: 0,30:	0,15:	0,30:	0,35:	0,32: 0,40:

TABELA št. 4

Kemična odpornost v fiziološkem mediju

Koncentracija raztopljenega SiO^ (v mg/1) : Čas Steklo : Steko Steklo : Steklo:Steklo Steklo : Steklo: Steklo:Steklo:

: razgrad- : št. t št. 4 · št. 5 št. 6 :št.~7?*' šfc. 8 : št. 9 :št. 10:št. 11 .

-nje.----------------------------------------------------------3 dni : 19,5: 96,3: 83,4:128,3: 72,7: 74,9: 80,2 : 75,1:105,0:

6	dni	: :	: :149,7:106,9:104,8:103,5	:105,4:128,1:
10	dni	: 55,6:	132,7:132,7:162,6:124,1:128,3:119,4	:127,6:147,6:
32	dni	:117,6:	143,0:139,0:	: - : - , :

TABELA št.--5 —

1-,.1 1 11 . 1 il, 11 1-,,1 1 1 1 ·. 1 1 » '

Karakteristične temperature viskoznosti ’C) : Viskoznost: Steklo: Steklo^:Steklo oteklo ^: Steklo^:Steklo-Steklo -‘Steklo Steklo ; : : št. 1: št. 4: št. 5 : št. 6 : št. 7 : št. 8 : št. 9 št.10 : št. 11:

: logn=3 : 1075:	- : 1099: 1095: 1092:	1089:1030:1061 :1003 :
:logn=2,5 : 1173:	- : 1201: 1197: 1195:	1191:1133:1164 :1090 :

TABELA 6

Karakteristike devitrifikacije :T° (°C) Steklo*Steklo'.Steklo.'Steklo;Steklo:Steklo-S.ttiMD.Steklo-Steklo

J	št. 1 - št. 4; št. 5išt. 6 ·' št. 7’ št. 8 ί št”. 9.’št. 10. št. 11 ·
: likvidus	: 910: - : 870:	930:	970: 825: - : 870 :	850:
. maks. hitrost	830: - : 780:	820:	810: 800: - : 800 :	795:
. maks.
hitrost	.
: (μ/mn)	0,65: - : 0,05:	0,51:	0,19: 0,11: - : 0,10:	0,11:

TABELA št. 7

Hidrolitska odpornost - DGG (v mg/g) :Steklo : Steklo: Steklo: Steklo^:Steklo ^:Steklo ^: Steklo ^:Steklo Steklo ^: št. 1 ^: št. 4^: št. 5^:št. 6 'št. 7 ^: št. 8 ^:št. 9 * št. 10 'št. 11 :18,0: 16,0: 25,0: 51,0: 19,2: 18,7: 16,1 : 20,5: 32 :

Claims (6)

1. Stekleno vlakno, razgradljivo v biološkem mediju, označeno s tem, da so v njegovi sestavi naslednje sestavine v masnih deležih, definiranih z naslednjimi območji:

Si0₂ 57 do 70 % ^A12°3 0 do 5 o o CaO 5 do 10 % MgO 0 do 5 o. o Na₂0 + K₂0 13 do 18 % B₂°₃ 2 do 12 o Ό F 0 do 1,5 O O p₂o₅ 0 do 4 O O nečistote < 2 o

in vsebuje nad 0,1 mas% fosforjevega pentoksida, če je masni odstotek glinice enak ali večji kot okoli 1%.

2. Stekleno vlakno po zahtevku 1, označeno s tem, da ima v svoji sestavi vsaj 0,5 mas.% fosforjevega pentoksida, če je masni odstotek glinice vsaj enak okoli 2%.

3. Stekleno vlakno po kateremkoli od prejšnjih zahtevkov, označeno s tem, da so v njegovi sestavi naslednje sestavine v masnih deležih, definiranih z naslednjimi območji:

Si0₂ 59 do 68 % ai₂o₂ 0 do 3 O o CaO 6 do 9 o o MgO 2 do 4 o o Na₂0 14 do 17 % k₂o 0 do 2 o o ^B2°3 4 do 11 % F 0 do 1,5 o o ^P2°5 0 do 3 %

4. Stekleno vlakno po enem od zahtevkov 1 in 2, označeno s tem, so v njegovi sestavi naslednje sestavine v masnih deležih, definiranih z naslednjimi območji:

Sio₂ 60 do 68 O 0 ^A12°3 1 do 5 % CaO 6 do 9 o o MgO 2 do 4 o o Na₂O 14 do 17 % k₂o 0 do 2 % ^B2°3 4 do 11 % F 0 do 1,5 o o ^P2°5 0, 5 do 4 o. o

5. Steklena vlakna, katerih sestava je definirana z enim od prejšnjih zahtevkov, označena s tem, da jih dobimo po postopku vlaknjenja z notranjim centrifugiranjem.

6. Proizvod za termično in/ali akustično izolacijo, ki je vsaj delno iz steklenih vlaken, označen s tem, da ima vsaj del teh vlaken tako kemično sestavo, kot je definirana po kateremkoli od zahtevkov 1 do 4.

Za

ISO VER SAINT-GOBAIN:

21291-VIII-90-Pr

POVZETEK

Predloženi izum se nanaša na sestavek stekla za vlakna, razgradljiva v fiziološkem mediju.

Prednostni sestavki stekla vsebujejo naslednje sestavine v masnih deležih spodaj:

Si0₂ 57 do 70 % ^A12°3 θ do 5 % CaO 5 do 10 % MgO 0 do 5 % ^Na2° ^{+ K}2° 13 do 18 o o ^B2°3 2 d® 12 % F 0 do i,5 % ^P2°5 0 do 4 % nečistote < 2 %