SK79898A3

SK79898A3 - Man-made vitreous fibres and their production

Info

Publication number: SK79898A3
Application number: SK798-98A
Authority: SK
Inventors: Erling Hansen; Povl Nissen; Soren L Jensen
Original assignee: Rockwool Int
Priority date: 1995-12-13
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 1999-01-11
Also published as: DK0866777T3; GB9525475D0; ES2148827T3; EP0866777A1; DE69609730D1; CZ179498A3; AU1195197A; DE69609730T2; PL327345A1; WO1997021636A1; ATE195304T1; EP0866777B1; CA2240318A1; HUP0001529A2; US6458436B1

Description

Výrobok z umelých minerálnych vlákien a spôsob výroby týchto minerálnych vlákien

Oblasť techniky

Tento vynález sa týka výrobkov z umelých minerálnych vlákien, ktorých rozpustnosť v biologických kvapalinách je považovaná za prijateľnú, ktoré sú však zároveň trvanlivé pri používaní a sú vyrábané z hornín, strusky, kameňa alebo iných minerálnych látok.

Doterajší stav techniky

Niektoré minerálne vlákna sú vyrábané zo sklenej taveniny minerálov, ako je tavenina hornín, strusky alebo iných minerálnych materiálov. Táto tavenina je pripravovaná tavením zmesi minerálnych látok vhodného zloženia. Táto zmes sa obyčajne pripravuje miešaním hornín alebo minerálnych látok v takom pomere, aby bolo dosiahnuté požadované zloženie.

Aj keď nie sú dôkazy o tom, že by existovalo zdravotné riziko spojené s výrobou a použitím minerálnych vlákien, obchodné dôvody viedli výrobcov týchto vlákien k tomu, aby sa vyrábané vyznačovali zvýšenou biologickou bezpečnosťou.

Táto zvýšená biologická bezpečnosť ja spravidla preukazovaná skúškami in vitro, ktorými sa meria rýchlosť rozpúšťania alebo degradabílíra týchto vlákien v kvapaline, ktorá simuluje pľúcnu tekutinu, a ktorou je napríklad Gamblov roztok s pH blízkym hodnote 7,5. Skúška sa obvykle vykonáva tak, že sa vlákna ponoria do predtým pripraveného Gamblovho roztoku s určitým pH.

Zverejnené bolo množstvo patentových prihlášok, týkajúcich sa vlákien so zvýšenou rozpustnosťou pri skúškach in vitro, za použitia Gamblovho roztoku. Príkladmi týchto dokumentov sú V087/05007, VO89/12032, EP 412 878, EP 459 897, EP 558 548, VO93/22251, V094/14717 a VO95/21799 .

Ako je zrejmé z veľkého množstva dokumtov, týkajúcich sa výroby vlákien, ktoré majú dobrú rozpustnosť pri skúške in vitro pri pH 7,5 a ktorých príklady sú uvedené v predchádzajúcom odstavci, bolo venované veľa pozornosti optimalizácii zloženia zmesi, z ktorej je pripravovaná tavenina (a takisto vyrábané vlákna), s cieľom získať túto vysokú rýchlosť rozpúšťania. Táto optimalizácia sa týka výroby vlákien, ktoré sú bežne považované za sklenené vlákna (napr. v EP 412 878), predovšetkým sa však týka výroby vlákien, ktoré sú obyčajne označované ako minerálne alebo struskové vlákna a ktorých sa týkajú dokumenty EP 459 878, EP 558 548 a VO95/21799.

Vlákna vyrábané uvedenými postupmi vyhovujú požiadavke, aby bolo u nich možné na základe skúšok in vitro dokázať, že vyhovujú požiadavkám na ochranu životného prostredia. Nepríjemným dôsledkom môže byť skutočnosť, že výsledkom vývoja tohto typu vlákien môžu byť vlákna, ktoré nemajú obvyklú prirodzenú výhodu minerálnych vlákien, ktorou je odolnosť vplyvu vzdušnej vlhkosti. Výrobky z bežných minerálnych vlákien sú v podstate dosť odolné vplyvu atmosférickej vlhkosti, na rozdiel od obdobných výrobkov na bázi celulózových alebo iných anorganických vlákien, u ktorých môže dôjsť k zlyhaniu, keď sú vystavené vplyvu atmosférickej vlhkosti.

Je nevýhodné, že minerálne vlákna, ktorých biologická rozpustnosť -je považovaná za dobrú (t.j. ktoré majú napríklad biologickú rozpustnosť aspoň 20 alebo často aspoň 50 nm za deň), sú nedostatočne odolné vplyvu atmosférickej vlhkosti, ktorá ľahko kondenzuje na týchto vláknach. Dosiahnutie údajne dobrej biologickej rozpustnosti je tak často dosahované na úkor základnej vlastnosti vlákien, ktorou je ich odolnosť vplyvu vody skondenzovanej z ovzdušia.

Skondenzovaná voda môže pochádzať z ovzdušia, alebo to môže byť voda pochádzajúca z dažďa alebo betónu, alebo voda iného pôvodu, najmä voda v uzavretých konštrukciách.

Aby sa zvýšila odolnosť vlákien minerálnej vlny proti pôsobeniu vody pri určitých aplikáciách, bolo navrhnuté opatriť povrch vlákien povlakom. Tak napríklad v dokumente V094/02427 sa navrhuje ponáranie minerálnych vlákien do zmesi obsahujúcej silany a týmto spôsobom vytvárať na vláknach povlaky silanov. V uvedenom dokumente nie sú tieto vlákna bližšie špecifikované, možno preto predpokladať, že ide o bežné minerálne vlákna so zlou rozpustnosťou pri predtým popisovaných skúškach, používajúcich Gamblov roztok. Vlákna, o ktoré ide, sú používané po ich povlečení na výrobu tesniacich krúžkov z kaučukovej zmesi na bázi SBR. Nie je písané o ich použití na výrobu izolačných výrobkov s navzájom spojenými vláknami.

Pokiaľ by sme sa pokúsili použiť tento spôsob pri výrobe vlákien, ktorých špeciálnou vlastnosťou má byť dobrá rozpustnosť dokázaná skúškou používajúcou Gamblov roztok, znamenalo by to, poprenie zmyslu tohto výskumu. Mohlo by sa teda zdať, že snaha dosiahnúť biologickú rozpustnosť nie je zlúčiteľná s požiadavkou, aby minerálne vlákna boli v podstate odolné proti pôsobeniu skondenzovanej vody z ovzdušia.

Povliekanie vlákien minerálnej vlny na dosiahnutie iných účelov je popísané napríklad v dokumente JP-A--2 149 453. Vlákna sú v tomto prípade upravované fosforečnanom a kyselinou fluorovodíkovou, zrejme za účelom čiastočného roztavenia povrchu použitím roztoku obsahujúceho hliník alebo horčík.

Rôzne povlaky boli takisto popísané i pre iné typy vlákien, napríklad pre sklenené vlákna. Niektoré z nich, ktorých podstatou je oxid hlinitý, kyselina ortofosforečná a voda, ktoré vytvárajú in situ aniónový polymér, sú popísané v opise dokumentu EP-B-539 342. Účelom tohto povlaku má byť náhrada povlakov z organických živíc, ktoré sú často používané na zníženie tvorby prachu a lámania vlákien počas dopravy a spracovania. V dokumente VO96/27562 je popísané povliekanie sklenených vlákien slabými kyselinami, ako je kyselina boritá alebo kyselina citrónová alebo mastné kyseliny, za účelom zvýšenia mechanickej pevnosti vlákien. Roztok používaný na túto úpravu, ktorou sú vlákna zároveň spojované, môže takisto obsahovať daľšie látky vrátane síranu amonného.

V dokumentoch DE 2 556 539 a SE 101 164 sú popísané vlákna, ktoré sú používané na vystuženie cementárskych výrobkov. V tomto prípade je povliekanie vlákien používané preto, aby sa zabránilo narušeniu vlákien v alkalickom prostredí, ktoré sa u cementárskych výrobkov prevažne vyskytuje, a sú popísané rôzne typy povlakov. Sú to anorganické kyseliny, ako je kyselina kremičitá a kyselina boritá, a organické kyseliny, ako kyselina šťavelová a kyselina citrónová, ako aj soli alkalických kovov, soli kovov alkalických zemín a amónia, ktorými sú hydrogénsírany, hydrogénuhličitany, hydrogénšťavelany, hydrogéncitrany, hydrogénvínany.

Tieto vynálezy sa týkajú výlučne sklenených vlákien, ktoré nie sú rozpustné v Gamblovom roztoku.

hydrogénfosforečnany, hydrogénboritany,

Podstata vynálezu

Cieľom tohto vynálezu je získanie minerálnych vlákien, ktoré majú vlastnosti typické pre tieto vlákna, t.j. výborné izolačné vlastnosti, sú interné k vplyvom okolia a sú vyrobené na tie účely, kde sú potrebné dobré izolačné vlastnosti. Vynález rieši

problém získania

vlákien, ktoré majú dobrú rozpustnosť

v biologickom prostredí, u ktorých sa však zároveň neprejavuje

výrazný pokles ich vlhkosti.

odolnosti proti pôsobeniu atmosférickej

Podľa prvého aspektu tohto vynálezu je poskytovaný výrobok z minerálnych vlákien, ktoré majú štruktúru povlak-jadro, pričom jadro tvorí aspoň 90 hmot.% vlákna, a je získavané z taveniny minerálnych látok s ďalej uvedeným zložením, vyjadreným na základe hmotnostného obsahu oxidov :

sío₂ ^A12°3 MgO	35 až 60 0 až 12 0 až 30
*	4

CaO	10	v az	45
FeO (celkové železo)	2	až	15
Na₂0 + K₂G	0	až	10
^P2°5	0	až	10
®2θ3	0	až	10
tío₂	0	až	10
iné prvky	0	až	10,

toto zloženie je volené tak, aby vlákna tvorená len jadrom mali rozpustnosť v Gamblovom roztoku o pH 7,5 pri 37θ C aspoň 20 nm za deň, a na tieto jadrá je nanesený povlak tvorený soľou, ktorou je fosforečnan amonný alebo hydrogénfosforečnan amonný, fosforečnan amonný alebo hydrogénfosforečnan alkylamónia, alebo fosforečnan prípadne hydrogénfosforečnan alkalického kovu v množstve aspoň 0,3 hmot.% , vzťahujúce sa na hmotnosť jadra.

Výrobky podľa tohto vynálezu, obsahujúce tieto kompozitné umelé vlákna (man made vitreous fibres - MMV fibres), dobre odolávajú vplyvu vzdušnej vlhkosti a skondenzovanej vody, pretože podstatná časť týchto vlákien je vyrobená z minerálnej taveniny, ktorej zloženie je volené tak, aby sa získalo vlákno, ktoré je možné nazvať rozpustným, ak nie je opatrené spomínaným povlakom. Zistili sme, že je možné získať vlákna tohto typu povliekaním vlákien povlakmi tvorenými istým množstvom špeciálnych materiálov obsahujúcich fosforečnany. S prekvapením sme zistili, že tieto materiály, z ktorých sú spomínané povlaky vytvárané, spôsobujú zvýšenú odolnosť proti poveternostným vplyvom v porovnaní s inými materiálmi, ktoré by prípadne mohli poskytovať rovnaký efekt. Takisto sme zistili, že nemajú nepriaznivý vplyv na biologickú rozpustnosť vlákien, meranú pomocou skúšok vykonávaných za použitia Gamblovho roztoku.

Výrobky z minerálnych vlákien podľa tohto vynálezu môžu byť používané na všetky účely, pre ktoré sú používané výrobky z minerálnej alebo struskovej vlny. Obzvlášť sú vhodné na použitie v tých prípadoch, kde výrobky z minerálnych vlákien sú uložené na určitom mieste počas niekoľkých mesiacov alebo rokov, napríklad ako izolácia. Výrobky môžu byť použité ako vo forme, v ktorej sú vlákna navzájom spojené, tak vo forme, v ktorej zostávajú voľné, výhodná je však forma, v ktorej sú vlákna navzájom spojené.

Podľa preferovaného druhého aspektu tohto vynálezu je poskytovaný tuhý výrobok z minerálnych vlákien, obsahujúci umelé minerálne vlákna, ktorých jadro je potiahnuté povlakom, pričom jadro týchto vlákien tvorí aspoň vytvárané z minerálnej taveniny vyjadreným na základe hmotnostného

Si0₂	45	až
Α12θ3	0	v az
MgO	0	až
CaO	10	v az

hmot.% ich hmotnosti a sú s ďalej uvedeným zložením obsahu oxidu :

FeO (celkové železo)

Na₂0 + K₂0 ^P2°5

B₂Oj

TiO₂ ^Ρ2θ5 ^{+ Β}2θ3 iné prvky

2	až	15
0	v az	7
0	v az	10
0	až	10
0	až	3
0	až	10
0	až	10,

toto zloženie je volené tak, aby vlákna tvorené iba jadrom mali rozpustnosť v Gamblovom roztoku s pH 7,5 pri 37θ C aspoň 20 nm za deň, a na tieto jadrá je nanesený povlak tvorený soľou, ktorou je fosforečnan amonný alebo hydrogénfosforečnan amonný, fosforečnan amonný alebo hydrogénfosforečnan hydrogénfosforečnan alkylamónia, alebo fosforečnan prípadne hydrogénfosforečnan alkalického kovu v množstve aspoň 0,3 hmot.%, vztiahnuté na hmotnosť jadra.

Pri tuhých výrobkov zo spojených minerálnych vlákien je potrebná mimoriadna odolnosť proti poveternostným vplyvom, tieto výrobky však takisto musia vykazovať zodpovedajúcu biologickú rozpustnosť. Tento vynález vyhovuje obom týmto požiadavkám.

Podľa tretieho aspektu tohto vynálezu je poskytovaný spôsob výroby kompozitného umelého minerálneho vlákna, pozostávajúci zo zhotovenia vlákien z minerálnej taveniny s ďalej uvedeným zložením vyjadreným na základe hmotnostného obsahu oxidov :

Sio₂	35	až	66
^^2θ3	0	až	12
MgO	0	až	30
CaO	10	v az	45
FeO (celkové železo)	2	až	15
Na₂0 +K₂0	0	v az	10
^P2°5	0	v az	10
^Β2θ3	0	až	10
tío₂	0	až	3
iné prvky	0	až	10,

pričom rozpustnosť týchto vlákien v Gamblovom roztoku s pH 7,5 je pri 37θ C aspoň 20 nm za deň, zo zhotovenia kompozície na tvorbu povlaku, obsahujúcu jednu zo solí, ktorými sú fosforečnan alebo hydrogénfosforečnan amónia, alkylamónia alebo alkalického kovu, a z nanesenia takého množstva tejto kompozície na spomenuté vlákna, že uvedená soľ je na povrchu týchto vlákien prítomná aspoň 0,3 hmot.% , vzťahujúce sa na hmotnosť týchto vlákien.

Týmto spôsobom je možné pripraviť vlákna na báze kameňa, hornín alebo strusky, ktoré majú dobré biologické vlastnosti a sú nazývané rozpustnými vláknami a sú opatrené povlakom, ktorý zvyšuje ich odolnosť výrobkov z týchto vlákien proti poveternostným vplyvov. S výhodou obsahujú výrobky z týchto vlákien spojivo. Tieto výrobky sú vytvrdzované tak, aby vytvárali tuhé produkty z navzájom zlepených minerálnych vlákien, ako sú bežné protipožiarné, tepelne izolačné a zvukovoizolačné materiály, kultivačné substráty alebo obklady striech a vnútorných aj vonkajších stien. Tento výrobok môže mať formu vankúša alebo trubice.

Tavenina minerálneho materiálu, ktorá tvorí povlak kompozitného vlákna podľa tohto vynálezu, je tavenina horniny, kameňa alebo strusky o zložení vo vyššie uvedených medziach. Obsah MgO je s výhodou 2 až 30 % , obsah CaO je 10 až 45 % , obsah Na20 + K2O je do 10 % a obsah B₂0j je do 10 %. Obsah S1O2 je normálne v rozmedzí 35 až 66 % , obyčajne v rozmedzí 45 až 60 % a najvýhodnejšie v rozmedzí 50 až 56 %. Obsah A1₂0j je obyčajne nižší ako 4 %, s výhodou je tento obsah nižší ako 2,5 %. Je vhodné, aby obsah AI2O3 bol obyčajne aspoň 0,2 % a obyčajne je tento obsah aspoň 1 % alebo 1,5 %. Obsah MgO je obyčajne nižší ako 20 % a s výhodou nižší ako 16 % , výhodnejšie nižší ako 11 %. Obyčajne je tento obsah aspoň 4 až 6 % , s výhodou aspoň 8 %. Obsah CaO je normálne nižší ako 35 %, s výhodou nižší ako 30 %. Často je tento obsah aspoň 15 %. Obsah FeO je obyčajne nižší ako 12 %, s výhodou je nižší ako 8 %. Môže byť aj nižší ako 3 %, prípadne aj nižší ako 2 %. Obsah alkálií (Na₂0 + K₂O) je obyčajne nižší ako 7 % a s výhodou je nižší ako 6 %. Obsah každého z týchto oxidov je do 2 %, celkový obsah týchto dvoch oxidov sa často pohybuje v rozmedzí 0,1 až 3 %. Celkový obsah P₂Og ⁺ ^2θ3 J^eobyčajne v rozmedzí 3 až 10 %. Obsah TiO₂ je obyčajne aspoň 0,1 % a obyčajne nepresahuje 2 alebo 3 %.

Vo všetkých zmesiach podľa tohto vynálezu je obsah A1₂0j nízky, je nižší ako 3 až 4 %. Dostatočnú rozpustnosť možno dosiahnuť v neprítomnosti ?2θ5’ obyčajne je však uprednostňovaný obsah Ρ2θ5 ^v rozmedzí aspoň 1 až 2 %. Často je tento obsah aspoň 3 %. Obsah P₂O^ ^v rozmedzí 6 až 7 % nie je obyčajne potrebný. Na zlepšenie rozpustnosti je možné pridávať B2O3, obsah tohto oxidu je bežne aspoň 1 %, obyčajne aspoň 2 %, tento obsah môže byť v rozmedzí 0 až 2 %, ale obyčajne nepresahuje 6 až 7 %.

Obsah iných oxidov je obyčajne nižší ako 10 %, s výhodou je tento obsah 5 % alebo 2 %. Často nie sú ďalšie oxidy v zmesi prítomné. Týmito ďalšími oxidmi môžu byť Zr02 SrO, ZnO, MnO, CuO a Cr2θ3

Aspoň 90 % hmotnosti kompozitného vlákna je tvorené jadrom, vytváraným z uvedených zmesí. Normálne tvorí jadro aspoň 95 % , často aspoň 98 % hmotnosti kompozitného vlákna. Často tvorí jadro 99 až 99,5 % hmotnosti kompozitného vlákna.

Povlak kompozitného jadra je tvorený soľou, ktorou je soľ vybraná zo skupiny tvorenej amonnými soľami, kvartérnymi amóniovými soľami alebo alkalickými soľami fosforečnanov alebo hydrogénfosforečnanov. Množstvo tejto soli je aspoň 0,3 hmot.%, vzťahujúce sa na hmotnosť jadra. Vplyv na odolnosť poveternostným vplyvom pri množstvách tejto soli nižších ako je uvedené rozpätie by bol nepatrný. Množstvo tejto soli môže byť 0,5 % a vyššie, napríklad 1 alebo 2 %, alebo ešte vyššie. Obyčajne nie sú potrebné množstvá tejto soli, prevyšujúce 8 alebo 5 % hmotnosti jadra. Z ekonomických dôvodov sú uprednostňované množstvá nižšie ako 2 %.

Preferované sú amonné soli, zvlášť diamonné soli. Preferovanými soľami sú hydrogénfosforečnan amonný a dihydrogénfosforečnan amonný.

Povlak môže obsahovať aj ďalšie látky. Napríklad môže obsahovať silan. Použité môžu byť silany popísané v dokumente V094/02427, napríklad aminosilany, alkylaminosilany, vinylsilany, merkaptosilany, halogénderiváty silanov, akryloylderiváty silanov, alkylakryloyderiváty silanov, glycidyloxysilany, kyanosilany, tiokyanosilany a zmesi týchto látok. Preferované sú aminosilany, napríklad 3-aminopropyltrimetoxysilan a 3-aminopropyltrietoxysilan. Použitý silan môže byť hydrofóbny.

Ak je použitý silan, je jeho obsah normálne 0,01 až 1 %, s výhodou 0,05 až 0,2 %, vzťahujúci sa na hmotnosť jadra. Ak je použitá kombinácia silanov a solí, je množstvo soli obsiahnuté v povlaku obyčajne 0,1 až 50x, obyčajne 2 až 30x vyššie ako množstvo silanu v tomto povlaku.

Z dôvodu jednoduchosti technologického postupu a z dôvodu ekonomických môže byť preferovaný postup, pri ktorom povlak obsahuje iba jednu z uvedených solí, alebo je v podstate zložený zo zmesi dvoch alebo viac uvedených solí.

Kompozitné vlákna podľa tohto vynálezu môžu byť vyrábané spôsobom, ktorý je tretím aspektom tohto vynálezu. Vlákna sú obyčaj ne vyrábané z minerálnej taveniny štandardným spôsobom. Tieto vlákna sú potom opatrené povlakom tak, že sa na nich nanáša zmes obsahujúca jednu z uvedených solí. Môže byť použité jednostupňové povliekanie vlákien. Takisto však je možné na vláknach vytvoriť povlak z viac ako jednej zmesi. Toto je obzvlášť vhodné v prípade, ak sú ako materiál povlakov uvedené soli alebo používané ďalšie látky, napríklad silany, ak sú používané dva typy solí, alebo ak je používaných viac typov solí.

Vlákna môžu byť povliekané bezprostredne po ich vyrobení a predtým, ako je z nich vytvorená tkanina, vankúš alebo iný výrobok. Povlaky môžu byť napríklad nanášané rovnakým spôsobom, akým je bežne na vlákna aplikované spojivo, t.j. v blízkosti zariadenia, používaného na výrobu vlákien, a povlak môže byť na vlákna nanášaný pred aplikáciou spojiva. Látky vytvárajúce povlak môžu byť aplikované na vlákna ako súčasť spojivovej zmesi, nanášanej na vlákna obyčajným spôsobom.

Zmes používaná na vytváranie povlaku môže byť na vlákna aplikovaná ponorením vlákien, alebo rohože, vytvorenej z vlákien, do roztoku, suspenzie alebo emulzie látok používaných na tvorbu povlaku.

Uvedené soli sú obyčajne rozpustné a preto sú bežne aplikované vo forme vodného roztoku. Prípadne používané silany môžu byť, alebo nemusia byť, rozpustné vo vode a sú obyčajne aplikované vo forme roztoku, emulzie alebo suspenzie vo vode.

Povlak môže byť vytváraný na vláknach už zformovaného výrobku, ak sú pri teplote miestnosti zložky zmesi, ktorá má byť nanášaná, plynné.

Vlákna môžu byť poťahované vo fluidnom lôžku za použitia sprejovacieho zariadenia, v ktorom je rozprašovaný roztok, disperzia alebo suspenzia obsahujúca látky, vytvárajúce povlak. Tento spôsob nanášania povlaku je zvlášť výhodný v prípade, keď vlákna sú používané bez vzájomného spojovania, na rozdiel od prípadu, keď z vlákien je vytváraná buď tkanina alebo vankúš.

Uvedené vodorozpustné soli, alebo pokiaľ sú použité iné vodorozpustné soli, môžu byť mikroenkapsulované vo vnútri látok rozpustných v alkalickom prostredí. Tento v alkalickom prostredí *

rozpustný povlak mikrokapsúl sa rozpustí potom, čo dôjde k lokálnemu vzostupu pH na vlákne v dôsledku kondenzácie atmosférickej vlhkosti. Vodorozpustná soľ alebo vodorozpustné soli sa tým uvoľnia.

Pri postupoch podľa tohto vynálezu je uprednostňované rovnomerné rozloženie materiálu, z ktorého je tvorený povlak, na v podstate celom povrchu vlákien, pred miestnym spojením v miestach, kde sa tieto vlákna krížia.

Meranie biologickej rozpustnosti v kompozitných vláknach, samotného jadra, alebo vo vláknach, ktoré neboli opatrené povlakom, je vykonávané štandardným postupom, popísaným v publikácii Christensen a kol..: Environmental Health Perspective, zväzok 102, dodatok 5, str.83 až 86, október 1994, spočívaj úcom v ponorení do Gamblovho roztoku s pH 7,5 pri 37®C (stacionárne vykonanie).

Jadro alebo nepotiahnuté vlákna majú týmto spôsobom stanovenú rozpustnosť aspoň 20 nm za deň, s výhodou 40 až 50 nm za deň. Často sa dosahuje rozpustnosť 60 nm za deň, alebo ešte vyššia rozpustnosť. Rýchlosť rozpúšťania môže byť až 100 nm za deň.

Kompozitné potiahnuté vlákna majú s výhodou takisto adekvátnu biologickú rozpustnosť a majú teda rozpustnosť stanovenú uvedenou skúškou aspoň 20 nm za deň, s výhodou 40 až 50 nm za deň a často 60 nm za deň, alebo ešte vyššiu. Rýchlosť rozpúšťania môže byť až 100 nm za deň.

Postupom podľa tohto vynálezu sú vyrábané vlákna, ktoré majú dobrú odolnosť proti poveternostným vplyvom, t.j. ktoré majú dobrú odolnosť proti vzdušnej vlhkosti a skondenzovanej vode. Odolnosť proti poveternostným vplyvom môže byť meraná rôznymi spôsobmi. Ďalej sú uvedené tri rôzne urýchlené skúšky odolnosti proti poveternostným vplyvom, ktoré považujeme za vhodné na tento účel.

Prvá z týchto skúšok (prvá ponorovacia skúška) spočíva v ponorení 300 mg potiahnutých alebo nepotiahnutých vlákien do 15 ml deionizovanej vody s teplotou 37® C, s počiatočným pH 7,5. Táto skúška je určená na simuláciu vplyvu malých množstviev skondenzovanej vody na vlákna.

Táto skúška môže byť takisto uskutočňovaná pri rôznych iných teplotách, aby bolo možné simulovať iné možné podmienky pri pôsobení poveternostných vplyvov. Sme presvedčení, že všeobecne platí, že pri vyšších teplotách sa dosahujú vyššie rýchlosti rozpúšťania.

Druhá skúška (druhá ponorovacia skúška) spočíva v ponorení 0,5 g vlákien do 10 ml deionizovanej vody s počiatočným pH 7,5 do polyetylénovej fľaše s viečkom po určitý čas pri určitej teplote. Tretia skúška je tzv. kondenzačná skúška. Pri tejto skúške sú vlákna vystavené v klimatickej skrini 100 % relatívnej vlhkosti pri 70° C.

Stanovenie rozpúšťania pri týchto skúškach poveternostných vplyvov môže byť vykonávané rôznymi spôsobmi. Zistili sme, že najspoľahlivejšou metódou je meranie pH v okolí vlákien. Vysoké alebo stúpajúce pH, zvlášť pH vyššie ako 11, indikuje degradáciu vlákien. Pokiaľ pH s časom klesá, alebo zostáva na stále nízkej hodnote, zvlášť na hodnote nižšej ako 11, napríklad na hodnote nižšej ako 10,5, je to možné považovať za známku dobrej odolností proti poveternostným vplyvom.

Použité môžu byť aj iné metódy stanovenia rýchlosti rozpúšťania. Stupeň rozpúšťania vláknitého materiálu vo vode môže byť napríklad určený stanovením koncentráciou soli vo vode, v ktorej sa vykonáva rozpúšťanie vlákien. Môžu byť použité merania, poskytujúce výsledky v nm za deň, ktoré sú podobné skúškam používajúcich Gamblov roztok. Ďalej môžu byť použité mikroskopické metódy, napríklad rastrovacia elektrónová míkroskópía (scanníng electron microscopy - SEM). Tieto metódy považujeme za vhodný doplnok metód založených na meraní pH, ak sú však používané samostatne, môžu poskytovať výsledky s horšou reprodukovateľnosťou,ako metódy založené na meraní pH.

Ďalej bude tento vynález ilustrovaný príkladmi uskutočnenia vynálezu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

Pripravia sa vlákna zo zmesi s týmto zložením :

Si0₂ 47,6 %

A1₂O₃ 1,5 %

TiO₂ >0,1 %

FeO (celkové železo) 0,6 %

CaO 37,1 %

MgO 11,1%

Na₂0 >0,1%

K₂0 0,2%

Všetky údaje koncentrácie sú v hmotnostných percentách príslušného oxidu.

Poťahovanie vlákien sa vykonáva takto :

g vlákien sa spolu s 50 g poťahovacieho roztoku umiestni na 10 min. v ultrazvukovom kúpeli. Prebytočná kvapalina sa odleje. Vlákna sa pri 60θ C vysušia v rotačnej odparovačke za zníženého tlaku vodnej vývevy a vytvrdia sa zahriatím na 200®C na 15 minút.

Akcelerovaná simulovaná skúška pôsobenia poveternostných vplyvov sa vykoná takto :

0,5 g vlákien (potiahnutých alebo nepotiahnutých) sa na určitý čas a pri určitej teplote (napríklad pri teplote 70θ C) ponorí do 10 ml deionizovanej vody v polyetylénovej flaši s viečkom. Podobné výsledky je možné dosiahnuť za použitia 300 mg vlákien a 15 ml deionizovanej vody.

Podmienky vykonávania skúšok sú uvedené v nasledujúcej tabuľke 1.

Tabuľka 1

skúška	zloženie povlaku (% celkovej hmotnosti vlákien)	podmienky skúšky
teplota (°C)	čas (dni)
silan DAHP
(i)	1	70	28
(ii)	0,1 2	70	21

DAHP = hydrogénfosforečnan amónny (diamonium hydrogenphosphate)

Zloženie povlaku je udané ako percentá celkovej hmotnosti nepotľahnutého vlákna. Každá zo zložiek poťahovacieho roztoku je v tomto roztoku obsiahnutá v množstve zodpovedajúvom jednej desatine hmotnosti vlákien. Použitým silanom je

3-aminopropyltrietoxysilan. Použitou soľou je hydrogénfosforečnan amonný (diamonium hydrogenphosphate - DAHP).

Pozorovanie vykonávané po ukončení skúšok na potiahnutých a nepotľahnutých vláknach ukazuje, že prítomnosť povlaku spôsobila istú odolnosť voči narušeniu vlákien spôsobovanej prítomnosťou vlhkosti.

Bolo zistené, že ochranu vlákien môže niekedy poskytnúť aj síran amonný (napríklad v množstve 5 alebo 10 % bez silanu alebo s 0,1 % silanu), použitý ako látka, z ktorej je vytvorený povlak miesto fosforečnanu. Táto ochrana je však menej spoľahlivá a je použiteľná len v menej ekonomicky v množstve 1 %) výsledky.

hore uvedených vyšších množstvách, ktoré sú výhodné. Použitie samotného silanu (napr. neposkytuje pri nízkych koncentráciách dobré

Príklad 2

Vlákna boli pripravené zo zmesi takéhoto zloženia :

Si0₂	47,6 %
Α1-2θ3	1,5 %
Ti0₂	>0,1 %
FeO (celkové železo)	0,6 %
CaO	37,1 %
MgO	11,1 %
Na₂O	>0,1 %
k₂o	0,2 %

Poťahovanie vlákien sa vykonáva spôsobom popísaným v príklade 1. Simulovaná skúška pôsobenia poveternostných vplyvov sa vykoná spôsobom popísaným v príklade 1 pri teplote 70θ C.

Zloženia povlakov sú uvedené ďalej. Všetky koncentrácie sú hmotnostné koncentrácie, vzťahujúce sa na hmotnosť nepotiahnutých vlákien.

Odolnosť pôsobenia poveternostných vplyvov sa stanoví na základe merania pH v roztoku obklopujúcom vlákna po uplynutí rôznych dôb.

Ďalej sú uvedené použité zloženia povlakov :

1A	0,01	%	silanu	+	0,1	%	DAHP
1B	0,01	%	silanu	+	0,2	%	DAHP
1C	0,01	%	silanu	+	0,5	%	DAHP
1D	0,01	%	silanu	+	0,5	%	DAHP
1E	0,01	%	silanu	+	1 %	DAHP
1F	0,01	%	silanu	+	2 %	DAHP

1G nepotiahnuté vlákna

2Α 0,1 % silanu

2B 0,1 % silanu + 0,1 % DAHP

2C 0,1 % silanu + 0,5 % DAHP

2D 0,1 % silanu + 1 % DAHP

2E nepotiahnuté vlákna

3A 0,5 % silanu

3B 0,5 % silanu + 0,1 % DAHP

3C 0,5 % silanu + 0,5 % DAHP

3D 0,5 % silanu + 1 % DAHP

3E nepotiahnuté vlákna

4A 0,1 % silanu

4B 0,1 % silanu + 0,1 % síranu amonného (diammonium sulphate - DAS)

4C 0,1 % silanu + 0,5 % DAS

4D 0,1 % silanu + 1 % DAS

4E nepotiahnuté vlákna

5A 0,1 % silanu

5B 0,1 % silanu + 0,1 % síranu hlinito-amónneho (ammonium alumínium sulphate - DAA)

5C 0,1 % silanu + 0,5 % DAS

5D nepotiahnuté vlákna

6A 0,01 % silanu

6B 0,01 % silanu + 0,1 % dihydrogénfosforečnanu amónneho (ammonium dihydrogen phosphate - ADHP)

6C 0,1 % silanu + 0,5 % ADHP

6D nepotiahnuté vlákna

7A 0,5 % silanu

7B 0,5 % silanu + 0,1 % ADHP

7C 0,5 % silanu + 0,5 % ADHP

7D nepotiahnuté vlákna

8A	0,1 % silanu
8B	0,1 % silanu + 0,1 % ADHP
8C	0,1 % silanu + 0,2 % ADHP
8D	0,1 % silanu + 0,5 % ADHP
8E	0,1 % silanu + 1 % ADHP
8F	nepotiahnuté vlákna
9A	0,1 % DAHP
9B	0,5 % DAHP
9C	1 % DAHP
9D	2 % DAHP
9E	nepotiahnuté vlákna
10A	0,1 % DAHP
10B	0,5 % DAHP
10C	1 % DAHP
10D	2 % DAHP

10Ε nepotiahnuté vlákna

11A 1 % DAS

11B nepotiahnuté vlákna

Výsledky uvedené v pripojených tabuľkách rovnako ukazujú, že pH je udržované na najnižších hodnotách, ak obsahujú povlaky 0,3 % alebo viac DAHP alebo ADHP. Toto zlepšenie je pozorované bez ohľadu na to, či je alebo nie je prítomný silan.

Výsledky na obr. 4, 5 a 11 ukazujú, že výsledky dosiahnuté so síranmi sú nekonzistentné a nespoľahlivé, a tým sa líšia od stabilizácie dosiahnutej DAHP a ADHP aj pri veľmi nízkych koncentráciách týchto látok, rovných 0,3 %.

Niektoré z týchto výsledkov boli potvrdené mikrosnímkami SEM vlákien pred a po tejto skúške v trvaní štyroch týždňov. Použité boli takisto iné povlaky. Údaje v ďalej uvedenej tabuľke (áno alebo nie) ukazujú, či vlákna počas štvortýždennej skúšky podľahli výraznému narušeniu alebo nie.

povlak (označenie) narušenie vlákien

1A áno	áno
1B	áno
1C	nie
1D	nie
1E	nie
1F	nie
2A	áno
2B	nie
2C	nie
2D	nie
3A	áno
3B	áno
3C	nie
3D	nie
4B	áno
4C	áno
4D	nie
4D	nie
5B	áno
5C	áno
6B	nie
6C	nie
7B	áno
7C	nie
8B	áno
8D	nie
8E	nie
9A	áno
9B	nie
9C	nie
9D	nie
10A	áno
10B	nie
10C	nie
10A	áno

0,01 % silanu + 0,1 % AAS	áno
5 % silanu	nie
deionizovaná voda	áno
bez povlaku	áno

Takisto bola meraná rozpustnosť vlákien v Gamblovom roztoku.

Biologická rozpustnosť vlákien opatrených povlakom je v podstate rovnaká ako biologická rozpustnosť vlákien bez povlaku.

Porovnávací príklad

Pripravia sa vlákna toho istého zloženia ako v príklade 1.

Tieto vlákna sa opatria povlakom spôsobom popísaným v príklade 1.

Simulovaná skúška pôsebenia poveternostných vplyvov sa vykoná spôsobom popísaným v príklade 1.

Ako materiál povlaku sa použije kyselina šťavelová v množstve rovnom 1 % hmotnosti vlákien.

Po vykonanej skúške ukázalo porovnanie pozorovania vlákien opatrených povlakom a vlákien bez povlaku, že tento povlak neposkytoval žiadnu ochranu proti narušeniu vlákna vystaveného vplyvu vlhkosti.

Claims

1. Výrobok z umelých minerálnych vlákien, ktoré majú štruktúru povlak-jadro, vyznačujúci sa tým, že toto jadro tvorí aspoň 90 hmôt. % vlákna, a je získavané z taveniny minerálnych látok o ďalej uvedenom zložení, vyjadrenom na základe hmotnostného obsahu oxidov :

SiO₂ 35 až 66 Α12θ3 0 až 12 MgO 0 až 30 CaO 10 až 45 FeO (celkové železo) 2 až 15 Na₂0 + K₂0 0 až 10 ^P2°5 0 až 10 ^B2°3 0 až 10 tío₂ 0 až 10 iné prvky 0 až 10,

ktoré je volené tak, aby rozpustnosť vlákien tvorených iba jadrom v Gamblovom roztoku pri pH 7,5 bola pri 37θ C aspoň 20 nm za deň, a tým, že na toto jadro je nanesený povlak tvorený soľou, ktorou je fosforečnan amonný alebo hydrogénfosforečnan amonný, fosforečnan alkylamónia alebo hydrogénfosforečnan alkylamónia, alebo fosforečnan pripadne hydrogénfosforečnan alkalického kovu v množstve aspoň 0,3 hmôt. %, vztiahnuté na hmotnosť jadra.

2. Výrobok podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že soľou je amóniová soľ.

3. Výrobok podľa nároku 1 alebo nároku 2, vyznačujúci sa t ý m, že uvedenou soľou je hydrogénfosforečnan amonný alebo dihydrogénfosforečnan amonný.

4. Výrobok podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že zloženie uvedenej taveniny je také, že vlákna, ktoré sú tvorené iba jadrom, majú rozpustnosť v Gamblovom roztoku pri 37θ C a pri pH 7,

5 aspoň 40 nm za deň.

5. Výrobok podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich vyznač u j ú c i s a tým, že jeho rozpustnosť v vom roztoku pri 37° C a pri pH 7,5 J^e aspoň 20 nm za deň. 6. Výrobok podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich vyznač u j ú c i s a tým, v ze uvedený povlak ,

naviac silan.

nárokov, obsahuj e nárokov, Gamblo7. Výrobok podľa nároku

6, v y z n obsah silanu v uvedenom povlaku je 0,01 až hmotnosť jadra, pričom uvedenou soľou alkalického kovu a že obsah tejto vztiahnuté na hmotnosť jadra.

u j úci sa t

1 %, vztiahnuté je soľ amonná alebo soli je s výhodou aspoň 1 %, ý m, v ze na soľ

8. Výrobok vyznač minerálnych hmotnostného obsahu oxidov podľa u j ú c i sa látok má ďalej ktoréholoľvek tým, uvedené z predchádzajúcich že uvedená zloženie, vyjadrené i i nárokov, tavenina na základe

9.

SiO₂ 45 až 60 ^^2θ3 0,: 2 až 4 MgO 6 v az 16 CaO 10 v az 45 FeO (celkové železo) 2 až 15 Na₂0 + K₂0 0 až 7 ^P2°5 0 až 5 ®2θ3 0 až 2 TiO₂ 0 až 3 iné prvky 0 až 2. ýrobok podľa ktorého koľvek z ;načujúci sa t ý m,

v y z vzťahujúci sa na hmotnosť jadra nie nie je vyšší ako 1 %.

predchádzaj úcich že obsah je vyšší ako nárokov, uvedenej soli, 2 %, s výhodou

10.

Výrobok podľa ktoréhokoľvek značujúci sa tým, ktorého vlákna sú v y rálnych vlákien, z

že ide o tuhý výrobok z minenavzájom spojené.

predchádzajúcich nárokov,

11. Výrobok podľa nároku 10, vyznačujúci sa tým, že tento výrobok má tvar plochého vankúša alebo trubice.

12. Výrobok podľa nároku 10, vyznačujúci sa tým, že týmto výrobkom je kultivačný substrát.

13. Výrobok podľa ktoréhokoľvek z nárokov 10 až 12,

vyznačuj ú c i sa t ý m, v ze uvedená tavenina minerálnych látok má ďalej uvedené zloženie, vyj adrené na základe hmotnostného obsahu oxidov Si0₂ 45 až 60 Α12θ3 0 až 4 MgO 0 až 20 CaO 10 až 45 FeO (celkové železo) 0 až 15 Na₂0 + K₂0 0 až 7 P₂O₅ 0 až 10 ®2θ3 0 až 10 Ti0₂ 0 až 3 ^P2°5 ^{+ Β}2θ3 0 až 10 iné prvky 0 až 10.

14. Spôsob výroby kompozitných umelých minerálnych vlákien, z taveniny minerálnych látok pozostávajúci z výroby vlákien

v ďalej uvedenom zložení, vyjadrenom na obsahu oxidov : SiO₂ 35 až 60 Α12θ3 0 až 12 MgO 0 až 30 CaO 10 až 45 FeO (celkové železo) 2 až 15 Na₂0 + K₂O 0 až 10 ^P2°5 0 až 10 ^Β2θ3 0 až 10 tío₂ 0 až 10 iné prvky 0 až 10,

základe hmotnostného pričom tieto vlákna majú rozpustnosť v Gamblovom roztoku pri pH

7,5 a pri 37θ C aspoň 20 nm za deň,

22.

z prípravy zmesi na poťahovanie týchto ktorou je fosforečnan amonný alebo alkylamónia alebo fosforečnan prípadne soľ, ktorou je amonný, fosforečnan alkylamónia, alebo alkalického kovu, vlákien, obsahujúcej hydrogénfosforečnan hydrogénfosforečnan hydrogénfosforenčnan a z nanesenia tohto povlaku na tieto vlákna v takom množstve, že na vláknach je prítomné aspoň 0,3 % tejto soli, vztiahnuté na celkovú hmotnosť vlákien.

15. Spôsob podľa nároku 14,vyznačujúci sa tým, že obsah soli v spomínanej zmesi pre poťahovanie vlákien neprevyšuje 0,2 hmôt.%.

16. Použitie soli, ktorou je fosforečnan amonný alebo hydrogénfosforečnan amonný, fosforečnan alkylamónia alebo hydrogénfosforečnan alkylamónia, alebo fosforečnan prípadne hydrogénfosforečnan alkalického kovu, na zvýšenie odolnosti proti poveternostným vplyvom u umelých minerálnych vlákien, vyrábaných z taveniny minerálnych látok v ďalej uvedenom zložení, vyjadrenom na základe hmotnostného obsahu oxidov :

Sio₂ 35 až 60 ^A12°3 0 až 12 MgO 0 až 30 CaO 10 v az 45 FeO (celkové železo) 2 až 15 Na₂0 + K₂0 0 v az 10 ^P2°5 0 až 10 ^B2°3 0 až 10 tío₂ 0 až 10 iné prvky 0 v az 10, ktorých rozpustnosť v Gambl ovom roztoku je pri pH 7,5 a pri 37®C

aspoň 20 nm za deň, spočívajúca v potiahnutí týchto vlákien povlakom obsahujúcim aspoň 0,3 % uvedenej soli, vztiahnuté na hmotnosť týchto vlákien.

17. Použitie výrobku z umelých minerálnych vlákien v prostredí, v ktorom je tento výrobok vystavený pôsobeniu vzdušnej vlhkosti a/alebo skondenzovanej vody, pričom tento výrobok je vyrobený z umelých minerálnych vlákien, ktoré majú štruktúru povlak-jadro, kde toto jadro tvorí aspoň 90 hmot.% vlákna, a je získavané z taveniny minerálnych látok v ďalej uvedenom zložení,

vyjadrenom na základe hmotnostného obsahu oxidov : ^si02 35 až 66 Α1?θ3 0 až 12 MgO 0 až 30 CaO 10 až 45 FeO (celkové železo) 2 až 15 Na₂0 + K₂0 0 až 10 ^P2°5 0 až 10 ^B2®3 0 až 10 tío₂ 0 až 10 iné prvky 0 až 10,

ktoré je volené tak, aby rozpustnosť vlákien tvorených len jadrom v Gamblovom roztoku pri pH 7,5 bola pri 37® C aspoň 20 nm za deň, a kde na toto jadro je nanesený povlak tvorený soľou, ktorou je fosforečnan amonný alebo hydrogénfosforečnan amonný, fosforečnan alkylamónia alebo hydrogénfosforečnan alkylamónia, alebo fosforečnan prípadne hydrogénfosforečnan alkalického kovu v množstve aspoň 0,3 hmot.%, vztiahnuté na hmotnosť jadra.

18. Použitie podľa nároku 17, vyznačujúce sa tým, ’ že uvedená vzdušná vlhkosť a/alebo skondenzovaná voda pochádzajú z občasného dažďa alebo zo styku s betónom, alebo tým, že ide o prirodzený obsah vlhkosti v atmosfére.