SI9110957A

SI9110957A - Mineralna vlakna, razgradljiva v fiziološkem mediju

Info

Publication number: SI9110957A
Application number: SI9110957A
Authority: SI
Inventors: Sylvie Thelohan; Meringo Alain De; Hans Furtak; Wolfgang Holstein
Original assignee: Isover Saint-Gobain
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1991-05-29
Publication date: 1998-04-30
Also published as: EP0459897A1; EP0459897B1; AU642493B2; FR2662688B1; CZ282135B6; IE911846A1; PL167825B1; DE69108981D1; ZA914026B; ES2073136T3; JP3121374B2; HU212280B; CA2043699A1; IE68877B1; CA2043699C; YU95791A; KR100198907B1; NO912090D0; SK280187B6; HU911833D0

Abstract

Predloženi izum se nanaša na sestavke mineralnih vlaken, razgradljive pri stiku s fiziološkim medijem. Prednostni sestavki obsegajo naslednje sestavine z naslednjimi masnimi deleži, definiranimi spodaj: SiO2 - 37 do 58%, Al2O3 - 4 do 14%, CaO - 7 do 40%, MgO - 4 do 16%, P2O5 - 1 do 10%, Fe2O3 - 0 do 15% (celotno železo izraženo v tej obliki), pri čemer je vsota CaO + MgO + Fe2O3 nad 25%, kot tudi okside Na2O in K2O, katerih odstotna vsota je pod 7%.ŕ

Description

Mineralna vlakna, razgradljiva v fiziološkem mediju

Predloženi izum je s področja mineralnih vlaken; natančneje se nanaša na mineralna 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 mineralne volne, kot kamene volne. 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, ki se da zlahka raztopiti v fiziološkem mediju.

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

Zlasti so predmet predloženega izuma vlakna, ki se dajo dobiti po tradicionalnih tehnikah zunanjega centrifugiranja.

Te tehnike uporabljajo za vlaknjenje stekel, dobljenih s taljenjem primarnih snovi, kot bazaltov ali žlinder visoke peči. Nekatere od teh tehnik, ki se imenujejo tudi prosto centrifugiranje, obstoje v tem, da izlivajo tok staljenega stekla na stransko progo centrifugirnega kolesa, ki se vrti z veliko hitrostjo okoli osi, pravokotne na smer toka stekla. Pod vplivom centrifugalne sile se del stekla pretvori v vlakna, os2 tanek pa se pošlje na drugo kolo, kjer pride do istega pojava; tako lahko na pot staljenega stekla vmesno položimo 3 ali 4 kolesa.

Smotre izuma dosežemo z modificiranjem znanih sestavkov stekla, uporabljenih v tehnikah prostega centrifugiranja. Kar se tiče teh sestavkov, ki v glavnem vsebujejo silicijev dioksid, glinico in zemeljskoalkalijske okside, so izumitelji ugotovili, da dodatek fosforjeva pentoksida omogoča, 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 centrifugirnih koles.

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

CaO

MgO

do 58 % 4 do 14 % 7 do 40 % 4 do 16 % 1 do 10 % 0 do 15 % pri čemer je vsota CaO + MgO + Fe₂O₃ nad 25 %, kot tudi okside Na₂O in K₂O, katerih vsota je pod okoli 7 %. Celotno železo, ki ga vsebuje sestavek v smislu izuma, je izraženo v obliki železovega(III) oksida.

Tako definirane sestavke lahko pripravimo iz čistih sestavin, na splošno pa jih dobimo s taljenjem zmesi iz primarnih snovi, ki se dajo spremeniti v steklo, ki v danem primeru nosijo seboj druge okside, kot titanov oksid in manganov oksid, ki jih smatramo v okviru izuma kot nečistote. Celotna vsebnost teh nečistot je manjša ali enaka približno 3 mas.%.

Da bi jih lahko uporabili v tehnikah zunanjega centrifugiranja, imajo sestavki v smislu izuma s pridom primerno viskoznost pri relativno nizki temperaturi. Taje odvisna pretežno od celotne vsote oksidov SiO, in A1,O₃. V okviru izuma je vsota teh oksidov na splošno enaka ali večja kot približno 50 mas.%.

Po drugi strani pa je proizvodnja vlaken pogojena z večjo ali manjšo sposobnostjo stekla, da razvije kristale v svoji masi. Ta pojav, imenovan devitrifikacija, je označen z več temperaturami: temperatura, pri kateri je hitrost rasti kristalov maksimalna, in temperatura, pri kateri ta hitrost rasti postane nič (likvidus). Pretežno je ta pojav bolj ali manj poudarjen kot funkcija celotne vsote zemeljskoalkalijskih oksidov. V okviru izuma je ta vsota pod približno 40 mas.%.

Da bi zagotovili dobro obnašanje vlaken pri toploti, je zaželeno, da je vsota CaO + MgO + F₂O₃ nad približno 25 mas.%.

Področje sestavkov, prednostnih v smislu izuma, je v mejah naslednjih masnih deležev:

SiO₂	45	do 57 %
ai₂o₃	3	do 6%
CaO	20	do 30 %
MgO	6	do 16 %
^Fe2°₃	0,1	do 4%
p₂o₅	1	do 7%
Na₂O + Κ,Ο	0,1	do 5%
nečistote		<3%

Drugo področje sestavkov v smislu izuma je definirano z naslednjimi masnimi deleži:

SiO₂	39	do 50 %
ai₂o₃	7	do 13 %
CaO	20	do 30 %
MgO	6	do 16 %
^Fe2°3	0,1	do 4 %
^P2^O5	3	do 9%
Na₂O + Κ,Ο	0.1	do 5 %
nečistote		< 3%

Prednosti izuma so razvidne v sledečem opisu, ki ga ilustrira nekaj neomejevalnih primerov.

Stopnjo razgradnje v fiziološkem mediju smo merili na vlaknih, katerih premer je konstanten in je približno ΙΟμηι.

Ta vlakna potopimo v raztopino, ki simulira ekstracelularni fluid in ima naslednjo sestavo (izraženo v g/1):

MgCl₂.6H₂O

NaCl

Na₂HPO₄

Na_?SO..2H_?O

CaCl₂.4H₂O

NaHCO₃ (Na₂ tartrat).2H₂O (Na₃ citrat).5,5H₂O

Na laktat Na piruvat glicin

0,212

6,415

0,148

0,179

0,318

2,703

0,180

0,186

0,175

0,172

0,118

Eksperimentalni pogoji, izbrani za določitev stopnje razgradnje steklenih vlaken v tej raztopini, so naslednji: 200 mg vlaken damo med dva perforirana diska, ločena s krožnim obročem. Ta dva diska, s premerom 4,3 cm, pokrijemo s polikarbonatnim filtrom. Ta skupek tvori merilno celico, skozi katero cirkulira raztopina, katere količino regulira peristaltična črpalka. Ta količina je 40 ml na dan, pri čemer je trajanje testa 20 dni. Celico in bučo, ki vsebuje raztopino za razklop, vzdržujemo pri 37 °C. Po prehodu skozi celico raztopino za razklop zberemo v steklenice za kasnejšo analizo.

Z analizo merimo količino silicijevega dioksida, ki je prešel v raztopino; masa raztopljenega silicijevega dioksida, podana z maso silicijevega dioksida v začetku prisotnega v vlaknu, daje odstotni rezultat, ki je dober pokazatelj sposobnosti testiranega vlakna, da se razgradi v fiziološkem mediju.

Testirani sestavki in dobljeni rezultati so prikazani v dodanih tabelah št. 1 in 2.

V tabeli 1 so sestavki, ki prikazujejo izum, in dva znana sestavka, ki služita kot referenca (steklo št. 1 in 4).

Prisotnost fosforjevega pentoksida v sestavkih v smislu izuma ima vedno za posledico povečanje količine raztopljenega silicijevega dioksida v raztopini za razklop vlaken, dobljenih iz teh sestavkov, v primerjavi z vlakni, ki v svoji sestavi praktično nimajo fosforja.

V tabeli 2 je zbrano nekaj eksperimentalnih rezultatov za podkrepitev te trditve.

Primerjava med stekloma št. 1 in 3 po eni strani in stekloma št. 4 in 6 po drugi strani pokaže, da ima zmanjšanje glinice v korist silicijevega dioksida učinek spodbujanja razgradnje testiranih vlaken.

Primerjava med stekloma Št. 2 in 3 kot tudi med stekloma št. 5 in 6 pokaže, da v steklih, pri katerih stopnja razgradnje ni zanemarljiva, povzroči nadomestitev silicijevega dioksida s fosforjevim pentoksidom znatno povečanje stopnje razgradnje testiranih vlaken.

Vpliv fosforjevega pentoksida na stopnjo razgradnje vlaken je vsekakor tudi pomemben pri steklu z veliko vsebnostjo glinice, kot ga predstavljata stekli št. 4 in 7.

Fosfor pride v zmes, ki se da spremeniti v steklo, npr. v obliki dinatrijevega fosfata ali kalcijevega fosfata. Kadar je količina fosfata, uvedenega v zmes, ki se da spremeniti v steklo, relativno precejšnja, je lahko njena stalitev včasih težka. To je razlog, zaradi katerega je vsebnost fosforjevega pentoksida v sestavkih enaka ali manjša kot približno 10 mas.%.

Sestavki v smislu izuma, ki imajo istočasno karakteristike viskoznosti in devitrifikacije prilagojene postopku vlaknjena z zunanjim centrifugiranjem in v stanju vlaken veliko hitrost razgradnje v fiziološkem mediju, vsebujejo približno pod 7 mas.% alkalijskih oksidov.

Mineralna vlakna v smislu izuma, navedena v tabeli št. 1, so vsa obstojna do temperature približno 700 °C. Ugotovili smo, da se vzorci teh vlaken v obliki kock (100 kg/m³), segrevanj v peči 30 minut, zmanjšajo pod 10 % pri 700 °C.

Steklo v smislu izuma lahko pretvorimo v vlakna, če izhajamo iz znanih naprav za zunanje centrifugiranje, kot so tiste, ki so opisane npr. v US-A-2.663.051, EP-A0.167.508 ali FR-A-2.609.708.

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

- 7 Tabela št. 1

Sestave v masnih odstotkih

^: Sestavine	^:šteklo ^: steklo ^: steklo ^: steklo ^: stddo: steklo ^:steklo ί·: : št. 1 : št. 2 ^: št. 3 ^: št. 4 ^: št. 5 ^: št. 6 ^: št. 7 ^:	steklo ^: št. 8 ^:
: Si0₂	: 47,1: 49,9: 56,4: 45,7: 49,7: 52;7: 39,7:	44,9:
: Fe₂0₃	: 12,9: 12,9: 12,9: 2,1: 2,1: 2,1: 2,1:	10 :
: Al₂0₃	: 13,8: 4,5: 4,5: 11,5: 4,5: 4,5: 11,5:	4,5:
: CaO	: 10,3: 10,3: 10,3: 29,5: 29,5: 29,5: 29,5:	29,5:
: MgO	: 9,1: 9,1: 9,1: 7,4: 7,4: 7,4: 7,4:	7,4:
: Na₂0	: 2,7: 2,7: 2,7: 1,4: 1,4: 1,4: 1,4:	1,4:
: K₂0	: 1,2: 1,2: 1,2: 1,3: 1,3: 1,3: 1,3:	1,3:
: P₂0₅	: 0,3: 6,5: 0,3: 0,1: 3 : 0,2: 6 :	3 :

^: načistobe - 2,6: 2,9: 2,6: 1 : 1,1: 0,9: 1,1: 0,7:

Tabela št, 2

Kemična odpornost v fiziološkem mediju Količina raztopljenega SiC^ ( v %)

^:čas ^: razklepa	^: steklo ^: steklo · steklo ^: steklo ^: steklo ^: steklo	^: steklo ’ steklo ^:
: št. 1	: Št. 2	: Št. 3	^: št. 4	^: št. 5 ^: št. 6	^: št. 7	^: št. 8 ^:
: 20 chi	:. 0,7	: 5,1	: 2,5	: 0,9	: 11,4: 5,2	: 2,6	: 5,3 :

ISOVER SATOT-GOBAIN:

PATEtHtfA A, d.0.0.

Claims

PATENTNI ZAHTEVKI

1. Mineralno vlakno, razgradljivo v prisotnosti fiziološkega medija, označeno s tem, da vsebuje poleg nečistot, katerih celotna masna vsebnost je manjša ali enaka približno 3 %, naslednje sestavine z naslednjimi masnimi deleži:

SiO₂ 37 do 58 %

A1₂O₃ 4 do 14 %

CaO 7 do 40 %

MgO 4 do 16 %

P₂O₅ 1 do 10 %

Fe₂O₃ 0 do 15 % (celotno železo izraženo v tej obliki) pri čemer je vsota CaO + MgO + Fe₂O₃ nad 25 %, kot tudi okside Na₂O in K^O, katerih odstotna vsota je pod 7%.
2. Mineralno vlakno po zahtevku 1, označeno s tem, da je vsota SiO₂ + A1₂O₃ nad približno 50 %.
3. Mineralno vlakno po enem od zahtevkov 1 in 2, označeno s tem, daje vsota CaO + MgO pod približno 40 %.
4. Mineralno vlakno po enem od prejšnjih zahtevkov, označeno s tem, da vsebuje

SiO₂ 45 do 57 % ai₂o₃ 3 do 6 % CaO 20 do 30 % MgO 6 do 16 % Fe₂O₃ 0,1 do 4 % ^P2°5 1 do 7% Na₂O + K₂O 0,1 do 5 %
5. Mineralno vlakno po enem od zahtevkov 1 do 3, označeno s tem, da vsebuje

SiO₂ ai₂°₃

40 do 50 % 7 do 13 %

CaO 20 do 30 % MgO 6 do 16 % Fe₂O₃ 0 do 4 % P₂°5 3 do 9% Na₂O + 1^0 0,1 do 5 %
6. Proizvod za termično in/ali akustično izolacijo, ki je sestavljen vsaj delno iz mineralnih vlaken, označen s tem, da imajo ta vlakna tako kemično sestavo, kot je definirana v kateremkoli od prejšnjih zahtevkov.