SK282859B6

SK282859B6 - Výrobok z umelých minerálnych vlákien a spôsob jeho výroby

Info

Publication number: SK282859B6
Application number: SK1189-98A
Authority: SK
Inventors: Svend Grove Rasmussen; Soren Lund Jensen; Vermund Rust Christensen; Marianne Guldberg
Original assignee: Rockwool International A/S
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 2002-12-03
Also published as: HUP9902430A2; EP0883581A1; ES2157554T3; GB9604264D0; AU1879897A; CZ264598A3; EP0883581B1; HU223309B1; HUP9902430A3; ATE200774T1; US6156683A; PL328711A1; RU2178776C2; WO1997031870A1; CZ288389B6; DE69704659D1; SK118998A3; DE69704659T2; PL186135B1

Abstract

Výrobok z umelých minerálnych vlákien je vytvorený zo zmesi oxidov, ktoré majú hmotnostné zloženie: 36 až 55 % SiO2, 15 až 30 % Al2O3, 3 až 30 % CaO, 5 až 20 % MgO, 4 až 15 % FeO, 1 až 12 % Na2O + K2O, do 6 % TiO2 a do 15 % iných prvkov, pričom pomer Si4+ k Si4+ + Al3+ v zmesi oxidov je do 0,67, viskozita zmesi oxidov pri teplote likvidu je vyššia ako 30 Pa.s a teplota likvidu zmesi oxidov je do 1300 °C, rýchlosť rozpúšťania minerálnych vlákien pri pH 4,5 je aspoň 20 nm za deň. Sú opísané aj dva spôsoby výroby výrobku podľa tohto vynálezu.ŕ

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka výrobku z umelých minerálnych vlákien (man-made vitreous fibres - MMVF), ktoré sú trvanlivé a pri ktorých je možné preukázať výhodné biologické vlastnosti a spôsobu, jeho výroby.

Doterajší stav techniky

Umelé minerálne vlákna sú vyrábané z taveniny, ako je tavenina minerálov, trosky, skla alebo iných anorganických látok. Táto tavenina je pripravovaná tavením zmesi anorganických látok vhodného zloženia. Táto zmes sa všeobecne pripravuje miešaním minerálov alebo anorganických látok v takom pomere, aby bolo dosiahnuté požadované zloženie. Zloženie tejto zmesi často zodpovedá forme obsahu oxidov, aspoň 32 % SiO₂, maximálne 30 % A1₂O₃ a aspoň 10 % CaO. Obsah prvkov v zmesi je udávaný v hmotnostných percentách a vyjadrovaný je vo forme oxidov. Oxidy železa môžu byť zmesou FeO a Fe₂O₃, obsah železa je však v tomto dokumente udávaný ako FeO.

Aby tvorba taveniny v peci a výroba vlákien z tejto taveniny bola ľahká a nie veľmi nákladná, je potrebné, aby príslušná zmes mala vhodnú teplotu likvidu a vhodnú viskozitu v priebehu procesu vytvárania vlákien. Táto požiadavka obmedzuje výber zloženia zmesi, používanej na tvorbu taveniny.

I keď neexistujú dôkazy o tom, že by existovalo zdravotné riziko spojené s výrobou a použitím minerálnych vlákien, obchodné dôvody viedli výrobcu týchto vlákien k tomu, aby vyrábané vlákna mali dlhodobo nielen požadované fyzikálne vlastnosti (napríklad, aby sa nemenili pri vyšších teplotách a vo vlhkom prostredí), ale vyznačovali sa aj zvýšenou biologickou bezpečnosťou.

Táto zvýšená biologická bezpečnosť je spravidla dokazovaná skúškami in vivo. Za dôležitý údaj, vypovedajúci o vplyve týchto vlákien na ľudské zdravie je považovaná biologická odolnosť, resp. trvanlivosť v pľúcach. Často používaným spôsobom vyjadrovania biologickej odolnosti vlákien je skúška na vylučovanie vlákien z pľúc (môže ísť o všetky vlákna, WHO-vlákna, vlákna dlhšie ako 20 pm) po ich zavedení do pľúc, alebo inhaláciou, vykonávanou na krysách. Bežným spôsobom tejto skúšky je údaj polčasu vylúčenia vlákien z pľúc.

Na základe výskumov in vivo boli zistené niektoré spôsoby vylučovania vlákien. Tak napríklad Obersdifer vo VDI Berichte 1991 strana 17 až 37 opisuje, že okrem mechanického spôsobu vylučovania sa môže uplatňovať i rozpúšťanie v celkom neutrálnej pľúcnej tekutine, (s hodnotou pH okolo 7,5) a rozpúšťanie v kyslom prostredí (s hodnotou pH 4,5 až 5), ktoré je vytvárané v okolí vlákien, ktoré sú v pľúcach obklopené makrofágmi. Predpokladá sa, že makrofágy urýchľujú odstraňovanie vlákien z pľúc tým, že podporujú miestne rozpúšťanie oblasti vlákna, ktoré je nimi obklopené a tým zoslabujú a dezintegrujú tieto vlákna a znižujú ich dĺžku, čo umožňuje pohltenie úlomkov vlákien makrofágmi a ich odstránenie z pľúc. Tento mechanizmus je opísaný v práci Morimoto a i., Occup. Environ. Med. 5ý, 62 - 67 (1994) a ilustrovaný na obrázkoch 3 a 7 tejto práce, a v prácach Louto a i., Environmental Research, 66, 198 -

- 207 (1994) a Staub, Reinhaltung der Luft, 52, 419 - 423 (1992). Ďalšími odkazmi, ktoré sa vzťahujú k tejto téme sú: Bellman a i., „Investigation on the durability of man-made vitreous fibers in rat lungs“, Environ Health Prospect, 185 -

- 89 (1994); D. Bemstein a i., „Evaluation of soluble fibres using the inhalation biopersistence model, a nin-fiber com parison“, Inhalation Toxicology, 8, 345 - 85 (1996) a I. Carr „The Macrophage - A review of Ultrastructure and Function“, Academic press, Ncw York 1973.

Bežné minerálne vlákna a ďalšie minerálne vlákna, ktoré majú byť zvýšenou mierou rozpustné v pľúcnej tekutine (pri pH 7,5), majú nižšiu rozpustnosť pri pH 4,5 ako pri H

7,5 a preto ich interakcia s makrofágmi nespôsobuje ich podstatné skrátenie a následné odstránenie z pľúc.

Dva uvedené spôsoby rozpúšťania sú simulované meraniami in vitro. Pri týchto skúškach in vitro sa meria rýchlosť rozpúšťania alebo degradabilita týchto vlákien v kvapaline, ktorá simuluje pľúcnu tekutinu, ktorou je napríklad Gambleho roztok s pH 7,4 až 7,8. Táto kvapalina prípadne simuluje prostredie vytvárané makrofágmi a v takom prípade je možné použiť Gambleho roztok s pH 4,5 až 5.

Dôsledkom zvýšenej rozpustnosti pri pH 7,5 je v bežnom prípade znížená odolnosť týchto vlákien proti vlhkosti.

Bol zverejnený rad patentových prihlášok, týkajúcich sa vlákien so zvýšenou rozpustnosťou pri skúškach in vitro pri použití Gambleho roztoku. Príklady týchto dokumentov sú WO 87/05007, WO 89/12032, EP 412878, EP 459897, WO 92/09536, WO 93/22251 a WO 94/14717.

Charakteristickým rysom mnohých týchto dokumentov a vlákien, o ktorých sa uvádza, že majú zvýšenú rozpustnosť in vitro pri spomenutých skúškach je to, že tieto vlákna majú znížený obsah hliníka. Tak napríklad je v dokumente WO 87/05007 uvedené, že množstvo A1₂O₃ musí byť nižšie ako 10 %. Obsah hliníka (udávaný ako hmotnostný obsah A1₂O₃) v minerálnej a troskovej vate je všeobecne 5 až 15 % a mnohé z týchto vlákien s údajne priaznivými biologickými vlastnosťami majú obsah hliníka nižší ako 4 % a často nižší ako 2 %. Je známe, že tieto zmesi s nízkym obsahom A1₂O₃ obsahujú fosfor, aby sa zvýšila rýchlosť rozpúšťania, zisťovaná touto skúškou rozpustnosti pri pH 7,5.

Problémom mnohých z týchto vlákien s nízkym obsahom A1₂O₃ je to, že vlastnosti ich tavenín nie sú celkom vhodné na výrobu v bežných alebo jednoduchým spôsobom upravených zariadeniach na prípravu taveniny a tvorbu vlákien. Tak napríklad môže byť viskozita taveniny pri bežnej teplote, používanej pri tvorbe vlákien pomerne nízka. Iným problémom je skutočnosť, že vysoká rozpustnosť pri pH 7,5 môže byť spojená s nízkou odolnosťou proti vlhkosti, pri použití vlákien.

Súčasné minerálne vlákna, vyrábané z minerálnych látok, trosky a iných vysoko alkalických zmesí, môžu mať vyššiu rýchlosť rozpúšťania pri pH 4,5 ako pri 7,5, majú však sklon k tvorbe tavenín s nízkou viskozitou. Tieto vlákna nemajú uspokojujúcu kombináciu rozpustnosti pri pH 4,5 a vlastnosti taveniny. Vlákna, ktoré sú v súčasnej dobe preferované na základe skúšok in vitro, majú v prípade požadovaného nízkeho obsahu hliníka sklon k tvorbe tavenín s nízkou viskozitou. Táto nízka viskozita nežiaducim spôsobom znižuje efektivitu výroby pri porovnaní s efektivitou výroby za bežných podmienok.

Je potrebné, aby bolo možné získavať vlákna, ktoré sú biodegradovateľné v dôsledku vysokej rozpustnosti pri pH

4,5. Ich taveniny majú vlastnosti umožňujúce bežnú alebo zvýšenú efektivitu výroby a ktoré by bolo možné vyrábať z lacných surovín. Výhodne by sa také vlákna mali pri použití vyznačovať dobrou odolnosťou proti vplyvu vzdušnej vlhkosti.

V dokumentoch WO 96/14274 a WO 96/14454 (ktoré neboli v okamihu prihlásenia tejto patentovej prihlášky uverejnené) opísali sme umelé minerálne vlákna, ktoré sú vyrábané zo zmesi, s viskozitou 1 až 7 Pa.s, pri 1400 °C nasledujúcim zložením, vyjadreným na základe hmotnostného obsahu oxidov:

SiO₂	32 až 48%
A1₂O₃	18 až 30%
CaO	10 až 30%
MgO	2 až 20 %
FeO	2 až 15 %
Na₂O + K₂O	Oaž 10%
TiO,	0 až 6 %
iné prvky	0 až 15 %

a s rýchlosťou rozpúšťania pri pH 4 až 5 aspoň 20 nm za deň. Opísali sme tiež vlákna, ktoré majú podobné zloženie ako je uvedené, s výnimkou obsahu A1₂O₃, ktorý je 10 až 18 % a obsahu Na₂O₃ a K₂O, ktorý je 6 až 12 %.

Bola zistená prekvapujúca skutočnosť, že postup, ktorý je opísaný v uvedených prihláškach umožňuje vyrobiť vlákna s dobrou rýchlosťou rozpúšťania pri pH 4,5 napriek tomu, že tieto vlákna majú nízku alebo nie veľmi veľkú rýchlosť rozpúšťania pri pH 7,5. To umožňuje zachovať dobrú stabilitu vo vlhkom prostredí (bez toho, aby došlo k strate biodegradovateľnosti). Tieto vlákna môžu mať vyhovujúce charakteristické vlastnosti taveniny ako je teplota likvidu, rýchlosť kryštalizácie a viskozita taveniny.

Inou výhodou týchto vlákien je skutočnosť, že v prípade, že sú vystavené pôsobeniu vlhkosti a kvapalnej vody, má vznikajúci roztok obsahujúci rozpustené látky zvýšené pH, ale vlákna môžu mať zníženú rozpustnosť pri zvýšenom pH a z tohto dôvodu sa môžu rozpúšťať menej a môžu mať zvýšenú trvanlivosť.

Žiadne z vlákien opísaných v posledných uvedených dokumentoch nemá však kombináciu viskozity taveniny pri teplote likvidu, obsahu A1₂O₃ a pomere Si⁴⁺ k Si⁴⁺ Al³⁺, ktorá je podľa našich súčasných vedomostí žiaduca. Preto je v tomto vynáleze opísaný ďalší druh vlákien, ktoré podobne ako vlákna opísané v predchádzajúcich prihláškach sa vyznačujú dobrou rozpustnosťou a okrem toho ešte ďalšími vhodnými vlastnosťami.

Podstata vynálezu

Predmetom vynálezu je výrobok z umelých minerálnych vlákien. Podstata vynálezu je v tom, že výrobok je vytvorený z minerálnych vlákien získavaných zo zmesi oxidov, ktoré majú nasledujúce hmotnostné zloženie

SiO₂ 36 až 55 %,

A1₂O₃ 15 až 30%,

CaO 3 až 30 %,

MgO 5 až 20 %,

FeO 4 až 15%,

Na₂O + K₂O 1 až 12 %,

TiO₂ do 6 %, iné prvky do 15 %, výhodne do 5 %, pričom pomer Si⁴⁺ k Si⁴⁺ + Al³⁺ v zmesi oxidov je do 0,67, viskozita zmesi oxidov pri teplote likvidu je vyššia ako 30 Pa.s, teplota likvidu zmesi oxidov je do 1300 °C a rýchlosť rozpúšťania minerálnych vlákien pri pH 4,5 je aspoň 20 nm za deň.

Jedným výhodným uskutočnením vynálezu je výrobok, ktorý je vytvorený z minerálnych vlákien získavaných zo zmesi oxidov, ktorý má nasledujúce hmotnostné zloženie až 50 % SiO₂

17až27%Al₂O₃ až 80 % SiO₂ + A1₂O₃ až 20% CaO až 10% MgO až 10 % FeO až 10%Na₂O + K₂O do 4 % TiO₂ a do 10 % iných prvkov, pričom teplota likvidu zmesi oxidov je 1150 až 1250 °C a viskozita zmesi oxidov pri teplote likviduje 50 až 250 Pa.s.

Iné výhodné uskutočnenie vynálezu predstavuje výrobok, ktorý je vytvorený z minerálnych vlákien získavaných zo zmesi oxidov, v ktorých molámy pomer Si⁺⁴ k Si⁴⁴ + + ΑΓ³ je 0,55 až 0,67.

Ďalším výhodným uskutočnením je výrobok, ktorý obsahuje do 10 % hmotn., výhodne do 5 % hmotn. brokov s veľkosťou aspoň 63 pm.

Ešte iným výhodným uskutočnením je výrobok podľa tohto vynálezu, ktorý je vytvorený z minerálnych vlákien, ktoré majú teplotu spiekania aspoň 800 °C, výhodne aspoň 1000 °C.

Predmetom vynálezu je tiež spôsob výroby umelých minerálnych vlákien, pri ktorom sa do zvlákňovacieho téglika vybaveného otvormi v jeho bočných stenách naleje tavenina zmesi oxidov a z otvorov v bočných stenách téglika sa vymršťujú vlákna, ktoré sa potom zhromažďujú.

Výhodne je tento spôsob uskutočňovaný kaskádovým zvlákňovacím postupom tak, že sa tavenina zmesi oxidov nalieva na prvé zvlákňovacie koleso kaskády zvlákňovacích kolies, z ktorých sa vymršťuje vo forme vlákien, ktoré sa potom zhromažďujú.

Obsah SiO₂ je bežne aspoň 40 %, často aspoň 42 % a výhodne aspoň 45 %. Bežne je toto množstvo nižšie ako 50 %.

Obsah A1₂O₃ je bežne aspoň 17 %, často aspoň 18 %, výhodne aspoň 19 alebo 20 %. Bežne je toto množstvo nižšie ako 28 %, výhodne nižšie ako 26 %, zvlášť výhodne neprevyšuje toto množstvo 24 %. Časté je použitie obsahu A1₂O₃ v rozmedzí 20 až 26 %. Obsah CaO je bežne 3 až 20 %. Tento obsah je bežne aspoň 5 %. Ak je obsah A1₂O₃nižší ako 20 %, môže byť výhodné, aby obsah CaO bol 17 až 25 %.

Aby bolo možné získať požadovanú rozpustnosť, je (molámy) pomer Si⁴⁺ k Si⁴⁺ + Al³⁺ v rozmedzí 0,55 až 0,67, najvýhodnejšie je tento pomer vyšší ako 0,6.

Obsah MgO je bežne nižší ako 15 %, výhodne nižší ako 11 %. Často je tento obsah v rozmedzí 5 až 10 %.

Obsah FeO je bežne 5 %. Bežne je tento obsah nižší ako 12 %, výhodne nižší ako 10 % a najvýhodnejšie je nižší ako 8 % alebo 9 %. Často je preferovaný obsah FeO v rozmedzí 5 až 7 %.

Vlákna podľa tohto vynálezu majú obvykle dobrú tepelnú odolnosť a keď je potrebné, aby tieto vlákna mali zvýšenú protipožiarnu odolnosť, je všeobecne vhodné zvýšiť množstvo FeO, výhodne aspoň na 6 %, napríklad na 8 % alebo viac, t. j. napríklad na 10 %. Obsah CaO + + MgO + FeO je výhodne 15 až 30 %, často je tento obsah 17 až 25%.

Celkový obsah oxidov alkalických kovov (Na₂O + + K₂O) je hežne aspoň 3 %, výhodne aspoň 5 %. Bežne je tento obsah nižší ako 12 % a výhodne je nižší ako 10 %.

V zmesi je často obsiahnutý TiO₂ v koncentrácii maximálne 3 alebo 4 %, bežne v koncentrácii neprevyšujúcej 2 %. Koncentrácia TiO₂ je bežne aspoň 0,2 %, často aspoň 0,5 alebo 1 %.

Ďalej môžu byť v zmesi prítomné rôzne iné prvky v množstvách, ktoré zodpovedajú požadovaným vlastnostiam zmesi. Príklady týchto ďalších prvkov sú P₂O₅, B₂O₃, BaO, ZrO₂, MnO, ZnO a V₂O₅.

SK 282859 Β6

Celkový obsah týchto rôznych iných prvkov je bežne nižší ako 15 % a často je nižší ako 10 % alebo 8 %. Koncentrácia žiadneho z týchto prvkov bežne nepresahuje 4 %, len Ρ₂Ο₅ a B₂O₃ môžu byť obsiahnuté vo vyššom množstve.

Tavenina môže mať vhodné kryštalizačné vlastnosti, ak je však žiaduce minimalizovať kryštalizáciu, môže sa dosiahnuť pridaním malého množstva horčíka, napríklad 5 až 10%MgO.

Zloženie zmesi je výhodne volené tak, aby rýchlosť rozpúšťania vlákien pri pH 4,5 bola aspoň 25 nm za deň, výhodnejšie aspoň 40 nm za deň. Je žiaduce, aby rýchlosť rozpúšťania bola čo najvyššia (pri zachovaní primeranej odolnosti proti vlhkosti a tepelnej odolnosti), nie je však bežne nutné, aby táto rýchlosť presahovala 150 nm za deň alebo 100 nm za deň, a bežne je táto rýchlosť nižšia ako 80 nm/deň.

Ak je rýchlosť rozpúšťania pri pH 4,5 veľmi nízka, je možné ju zvýšiť znížením obsahu SiO₂, v takom prípade je však na zachovanie vlastnosti taveniny potrebné zvýšiť obsah A1₂O₃.

Obsah jednotlivých prvkov v zmesi je možné voliť v rámci uvedeného rozsahu tak, aby bola dosiahnutá určená kombinácia viskozity a teploty likvidu a rýchlosti rozpúšťania pri pH 4,5. Je tiež ľahko dosiahnuteľné voliť zloženie zmesi tak, aby vlákna mali ďalšie požadované vlastnosti, ako je teplota likvidu a teplota spečenia.

Aj keď je vysoká rýchlosť rozpúšťania pri pH 7,5 považovaná za žiaducu (ako údajná indikácia vysokej biodegradability), ide v skutočnosti často o nežiaducu vlastnosť, pretože ukazuje na zlú odolnosť proti pôsobeniu vlhkosti súvisiacemu s poveternostnými javmi. Schopnosť rozpúšťania v pľúcach pri pH 7,5 nie je celkom potrebná preto, aby vlákna boli biodegradovateľné. Výhodné je, aby rýchlosť rozpúšťania vlákien v Gambleho roztoku pri pH 7,5 bola nižšia ako 25 nm za deň, najvýhodnejšie nižšia ako 15 nm za deň.

Ak je potrebné, aby sa vlákna vyznačovali zvlášť dobrou ohňovzdomosťou, volí sa také zloženie, že teplota spečenia je aspoň 800 °C, výhodne aspoň 900 °C alebo 1000 °C.

Výhodou použitia tavenín s nie veľmi vysokým obsahom hliníka, ktoré sú vhodné na použitie pri postupoch podľa tohto vynálezu je to, že je možné ich pridať do ľahko dostupných materiálov, ako je kameň, piesok a odpadový· materiál. Tým je minimalizovaná potreba použitia drahých materiálov s vysokým obsahom oxidu hlinitého ako je bauxit alebo kaolín a súčasne je tiež minimalizovaná potreba materiálov s veľmi malým obsahom oxidu hlinitého ako je kremičitý alebo olivínový piesok, železná ruda a podobne. Pokiaľ je to však potrebné, môžu byť tieto drahšie materiály použité. Typickými, ľahko dostupnými materiálmi so stredným obsahom oxidu hlinitého, ktoré môžu byť použité ako súčasť všetkých zmesí, sú anortozit, znelec a gabbra. Zmes je bežne pripravovaná miešaním príslušného množstva v prírode sa vyskytujúceho kameňa alebo piesku ako je anortozit, gabbra, vápenec, dolomit, diabas, apatit, materiály obsahujúce bor a odpadové materiály, ako je odpad z výroby minerálnej vlny, alumosilikáty, troska, zlievarenské piesky, prach zachytený vo filtroch, popolček, popol a odpadový materiál s vysokým obsahom oxidu hlinitého z výroby žiaruvzdorných materiálov. Zvlášť výhodné z hľadiska ochrany životného prostredia na použitie trosky.

Pripravená zmes môže byť vhodným spôsobom roztavená, napríklad v peci vykurovanej plynom, v elektrickej peci alebo v kupolovej peci. Výhodou tohto vynálezu je skutočnosť, že táto zmes môže mať dostatočne nízku tep lotu likvidu (pri zachovaní primeranej viskozity), čo napomáha získaniu tavenín vhodných na použitie všetkých zvlákňovacích postupov od odstreďovacích postupov, ako sú Dawneyove zvlákňovacie postupy, kaskádové zvlákňovacie postupy alebo téglikový, prípadne fúkací postup (Dusenblasen), prípadne postupy, pri ktorých sú ťahané nekonečné vlákna.

Okrem odstreďovacieho postupu zahrnuje tento vynález akýkoľvek vhodný téglikový zvlákňovací postup (napríklad postupy opísané v patente USA č. 3 928 009, v patentoch GB 895 540, EP 484 211, EP 525 816, EP 583 792, EP 583 791 alebo v patente USA č. 5 314 521.

Dôsledkom pomerne nízkej teploty likvidu a pomerne vysokej viskozity pri teplote likvidu je náchylnosť ku kryštalizácii z taveniny pri postupe podľa tohto vynálezu nízka pri porovnaní s ostatnými taveninami s rovnakou rozpustnosťou pri pH 4,5 a s dobrými vlastnosťami vlákien (s vysokou teplotou spečenia). Kombinácia nízkej teploty likvidu a nízkej náchylnosti ku kryštalizácii je dôležitá v uvedenom téglikovom zvlákňovacom postupe počas životnosti zvlákňovacieho téglika a na prevádzkové náklady ostatného výrobného zariadenia. Pri tomto postupe dochádza napríklad k priamemu styku s horúcou kvapalnou taveninou a zvlákňovacou jednotkou (zvlákňovacim téglikom). Špeciálne vlastnosti vlákna je možné dosiahnuť pri nižších teplotách ako pri použití doposiaľ známych tavenín.

Je všeobecne známou skutočnosťou, že kaskádový spôsob zvlákňovania sa bežne uskutočňuje pri vyššej teplote ako téglikový zvlákňovací postup. Pri kaskádovom postupe nemusí pri vzniku vlákien dochádzať k styku kovu alebo ostatných materiálov, z ktorých je zhotovené zvlákňovacie zariadenie a kvapalné taveniny. Je tomu tak preto, že tavenina, ktorá je nalievaná, alebo ktorá je vháňaná na povrch metacieho kolesa, je v miestach svojho styku s týmto kolesom chladená do takej miery, že v týchto miestach vytvára vrstvu ochladenej pevnej látky, z ktorej je uvoľňovaná zvlákňovaná kvapalná tavenina, ktorá priľne na túto pevnú vrstvu.

Taveniny používané pri postupoch podľa tohto vynálezu majú v dôsledku svojich vlastností mimoriadne nízku tendenciu ku kryštalizácii. V dôsledku toho dochádza k vytváraniu veľmi tenkej vrstvičky pevnej látky na tavenine.

Táto veľmi tenká vrstvička stabilizuje kaskádový zvlákňovací proces a v dôsledku jej vytvorenia môže dochádzať k zníženiu tvorby brokov a k zvýšeniu účinnosti zvlákňovacieho procesu a kvality vytváraných vlákien.

Pri uskutočňovaní tohto vynálezu môžu byť použité fúkacie postupy, ktoré sú opísané v dokumentoch EP 083 543 a DE 35,09,426. Tieto postupy sa podobajú postupom, používaným pri téglikovom zvlákňovacom postupe v tom, že kvapalná tavenina je v priamom styku s dýzou, v ktorej dochádza k vytváraniu vlákien a zloženie taveniny umožňuje prácu pri nižších teplotách.

Výrobkom, získavaným postupom podľa tohto vynálezu je výrobok z minerálnych vlákien, ktorý obsahuje maximálne 10 až 20 % hmotnostných brokov, výhodne maximálne 5 % hmotnostných brokov. V tomto dokumente sa brokmi rozumejú časti výrobku s priemerom vyšším ako 63 pm. Zvlášť výhodné je, ak tento výrobok neobsahuje žiadne broky. Zníženie obsahu brokov znižuje množstvo odpadu a drsnosť výrobku a zvyšuje jeho rovnorodosť. Meranie obsahu brokov je uskutočňované podľa normy DIN 4188.

Vlákna podľa tohto vynálezu môžu mať akýkoľvek vhodný priemer a dĺžku.

Pri stanovení rýchlosti rozpúšťania sa podľa tohto vynálezu používa tento postup:

300 mg vzorky vlákien sa umiestni do polyetylénových fliaš, ktoré obsahujú 500 ml modifikovaného Gambleho roztoku (t. j. tohto roztoku s komplexotvomými látkami), ktorého pH je upravené na 7,5 alebo na 4,5. Raz za deň sa pH skontroluje a v prípade potreby sa upravuje prídavkom kyseliny chlorovodíkovej.

Skúšky sa uskutočňujú počas jedného týždňa. Fľaše sa umiestnia vo vodnom kúpeli pri 37 °C a ich obsah sa intenzívne pretrepáva dvakrát denne. Po uplynutí jedného a štyroch dni sa z fľaše odoberá roztok a určuje sa v ňom kremík pomocou spektrofotometra na atómovú absorpciu vyrobeného firmou Perkin - Elmer.

Modifikovaný Gambleho roztok má toto zloženie:

zložka obsah g/1

MgCl₂.6H₂O	0,212
NaCl	7,120
CaCl₂.2H₂O	0,029
Na₂S0₄	0,079
Na₂HPO₄	0,148
NaHCO₃	1,950
dihydrát vínanu sodného	0,180
dihydrát citrátu sodného	0,152
90 % kyselina mliečna	0,156
glycín	0,118
pyrohroznam sodný	0,172
vodný roztok formaldehydu	1 ml

Distribúcia priemeru vlákien sa stanovuje pre každú vzorku zvlášť meraním priemerov aspoň 200 jednotlivých vlákien pomocou úsekovej metódy, pri použití rastrovacieho elektrónového mikroskopu alebo optického mikroskopu (zväčšenie 1000 x). Z nameraných hodnôt a z hustoty vlákien sa vypočítavajú špecifické povrchy vlákien.

Z údajov o rozpúšťaní SiO₂ (rozpúšťanie siete) bola vypočítaná špecifická zmena hrúbky vlákien a bola stanovená rýchlosť rozpúšťania vlákien (nm/deň). Výpočty boli uskutočnené na základe obsahu SiO₂ vo vláknach, špecifického povrchu a rozpusteného množstva Si.

Pri stanovení teploty spečenia sa podľa tohto vynálezu používa tento postup:

Vzorka minerálnej vlny s veľkosťou 5 x 5 x 7,5 cm, pripravenej z príslušnej zmesi téglikovým spôsobom, sa umiestni v peci vyhriatej na 700 °C. Po uplynutí 1,5-hodiny sa vyhodnocuje zmraštenie vzorky a jeho sintrovanie. Tento postup sa opakuje vždy s teplotou vyššou o 50 °C ako bola teplota predchádzajúca, a tým sa stanoví najvyššia teplota, pri ktorej ešte nedochádza k sintrovaniu alebo k nadmernému zmrašťovaniu vzorky.

Viskozita pri teplote likvidu sa vypočítava postupom opísaným v publikácii Bottinga, Veill, Američan Joumal of Science, 272,455 - 475 (1972).

Príklady uskutočnenia vynálezu

V nasledujúcej tabuľke je zloženie zmesi podľa tohto vynálezu uvedené ako príklady 1 až 10.

	Príklad
	i	2	3	4	5	6	7	8	9	10
SlOj	45,5	46.2	45«	45.4	42.4	42,7	43,4	43.2	44.0	43.3
AliOs (hsot.S)	20.9	23.6	26,0	25.3	23.8	25,5	25.6	18,2	18,6	23.8
TiOi (hmol.l)	1.8	1,9	2.1	0,9	0,9	1.2	1,4	0.5	1.9	1.3
F«O (haol.S)	7.3	7,5	i,i	1,9	«,7	...	...	7.1	7.2	13
Cio (hmôt.S)	10,9	7,5	8.3	13,7	12.9	9,6	9,9	13,3	12	7.6
MgO. (hmôt.t)	5,5	5,7	6,3	4.2	4.0	3,4	4.»	5,6	6.6	3,7
NuO {hm.5}	7,3	6.6	1,2	8.0	4.8	7.3	6.8	11.5	7,2	8,4
KiQ (hm.S)	0,9	0,9	1.0	0,6	C,6	0.7	0.7	0,5	1.8	1.8
loploi* likvidu rc)	Π92	1201	1281	1235	1207	1238	124 4	11 »7	1205	1196
Str/Si'·/	0.648	0.624	0.599	0.6034	0.6016	0.5164	0.5899		C.67	0,61
viHoelta likvidu (P* S)	111Λ	146,Q	51.4	132.4	1 13.1	97,2	85.8	64,2	75,9	D.1378

Preferované sú vlákna s obsahom A1₂O₃, ktoré nepresahuje 23,6 %.

Tavenina je výhodne zvlákňovaná pri teplote aspoň o 30 °C vyššou, ako je teplota likvidu, výhodnejšie pri teplote o 50 až 100 °C vyššou, ako je teplota likvidu, prípadne pri ešte vyššej teplote. Táto tavenina môže byť privádzaná na prvé metacie koleso kaskády metacích koleso (bežne 3 až 4 kolesá) a z týchto kolies je odmršťovaná vo forme vlákien.

Tieto nové vlákna môžu byť vyrábané v akejkoľvek bežnej forme umelých minerálnych vlákien. Môžu byť vyrábané ako voľné, nespojené vlákna, bežne je ale prítomné spojivo, ktoré slúži k bežnému spojovaniu a tvarovaniu vlákien. Bežne je konečným tvarovaný výrobok vo forme dosky, listu a podobne.

Výrobky podľa tohto vynálezu sú vhodné na akýkoľvek bežný účel, napríklad ako dosky, listy, rúry alebo iné tvarované výrobky, ktoré slúžia na tepelnú, zvukovú alebo protipožiarnu izoláciu a ochranu, alebo vo vhodnej tvarovanej forme ako prostriedky na pestovanie rastlín, prípadne ako voľné vlákna ako plnivá a na spevnenie betónu, plastov a iných materiálov.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Výrobok z umelých minerálnych vlákien, vyznačujúci sa tým, že je vytvorený z minerálnych vlákien získavaných zo zmesi oxidov, majúcich nasledujúce hmotnostné zloženie

36 až 55 % SiO₂,

15 až30%Al₂O₃,

3 až 30 % CaO,

5 až 20 % MgO,

4 až 15 % FeO,

1 až 12%Na₂O + K₂O, do 6 % TiO₂ a do 15 % iných prvkov, pričom pomer Si⁴⁺ k Si⁴⁺ + Al³⁺ v zmesi oxidov je do 0,67, viskozita zmesi oxidov pri teplote likvidu je vyššia ako 30 Pa.s a teplota likvidu zmesi oxidov je do 1300 °C, rýchlosť rozpúšťania minerálnych vlákien pri pH 4,5 je aspoň 20 nm za deň.
2. Výrobok podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že je vytvorený z minerálnych vlákien získavaných zo zmesi oxidov, majúcich nasledujúce hmotnostné zloženie

38 až 50 % SiO₂,

17 až 27 % A1₂O₃,

63 až 80 % SiO₂ + A1₂O₃,

5 až 20 % CaO,

5 až 10 % MgO,

4 až 10%FeO,

5 až 10%Na₂O + K₂O, do 4 % TiO₂ a do 10 % iných prvkov, pričom teplota likvidu zmesi oxidov je 1150 až 1250° C a viskozita zmesi oxidov pri teplote likviduje 50 až 250 Pa.s.
3. Výrobok podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že molámy pomer Si⁴⁴ k Si⁺⁴ + Al⁺³ v zmesi oxidov je 0,55 až 0,67.
4. Výrobok podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že obsahuje do 10 % hmotnostných, výhodne do 5 % hmotnostných brokov s veľkosťou aspoň 63 pm.
5. Výrobok podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že teplota spiekania minerálnych vlákien je aspoň 800 °C, výhodne aspoň 1000 °C.
6. Spôsob výroby výrobku podľa nárokov 1 až 5, v y značujúci sa tým, že sa do zvlákňovacieho téglika vybaveného otvormi v jeho bočných stenách naleje tavenina zmesi oxidov so zložením podľa nárokov 1 až 3 a z otvorov v bočných stenách téglika sa vymršťujú vlákna, ktoré sa potom zhromažďujú.
7. Spôsob výroby výrobku podľa nárokov 1 až 5 kaskádovým zvlákňovacím postupom, vyznačujúci sa t ý m , že sa tavenina zmesi oxidov so zložením podľa nárokov 1 až 3 nalieva na prvé zvlákňovacie koleso kaskády zvlákňovacích kolies, z ktorých sa vymršťuje vo forme vlákien, ktoré sa potom zhromažďujú.