礦棉組合物的製作方法
2023-05-19 21:28:01 2
專利名稱：礦棉組合物的製作方法
技術領域：
本發明涉及人造礦棉(mineral wool)領域。更具體而言，本發明的目的在於打算用於製備隔熱和/或隔聲材料或者無土培養基質的礦棉。
更具體而言，本發明涉及玻璃棉類型的礦棉。
這種類型的礦棉一般是通過所謂的「內」離心法(即使用離心器高速旋轉)使之纖維化，並且充滿孔隙。實際上內離心法非常適用於使玻璃類型的礦棉纖維化，這種礦棉多數都含有一種鹼金屬氧化物富集的組合物，並且在纖維化溫度下，與石棉或玄武巖礦棉相比，其液相線溫度更低，粘度更高。這類方法尤其描述於專利EP-0 189 354或EP-0 519797。
近年來，在已知的工業的和經濟可行性標準以及質量水平標準上，增加了礦棉的生物降解能力標準，即迅速溶於一種生理介質的能力，以便防止任何與最細纖維吸入物可能在體內聚集相關的潛在的致病危險，因此，本發明的目的在於改善礦棉，特別是玻璃棉類型的礦棉的化學組成，改進的目的尤其在於增加生物降解能力，和/或使生物降解能力與通過內離心法(但是不排除其它纖維化方法)使之纖維化的能力相一致。
本發明的目的在於一種可溶於生理介質的礦棉，它包含下列組分，各組分的重量百分比如下所示SiO238-52％，優選至少為40％，尤其為41-48％或45-50/％Al2O316-23％，優選為17-21％或17-20％RO(CaO和/或MgO)4-15％，優選為5-12％或5-11％R2O(Na2O和/或K2O) 16-25％，優選為17-22％或17-20％B2O30-10％，尤其至少為1％，優選為3-9％或4-10％P2O50-3％，優選為0-1.5％，尤其為0或大於0，最多為0.5％Fe2O3(總鐵) 0-3％，優選為0-1.5％，尤其為大約0.01-1％TiO20-2％(在本文的其餘部分中，組合物的任一組分的百分比都應理解為所指的是重量百分比)選擇這種組合物極為有利，特別是通過改變許多由大量特殊組分所發揮的複雜作用。
這樣，本發明涉及一種玻璃棉類型的礦棉組合物，其中，基本上以Na2O和/或K2O形式存在的鹼金屬氧化物(R2O)的含量大於基本上以CaO和/或MgO形式存在的鹼土金屬氧化物(RO)的含量。鐵氧化物的含量(雖然以Fe2O3的形式測定，但是按慣例，對應於總的鐵含量)是非常有限的或甚至為零；另一方面，硼氧化物的含量非常顯著。
這種組合物纖維化時的粘度適合於內離心法。
關於生物降解能力，我們已經知道，某種化合物，例如P2O5，可以大大改善礦物組合物，尤其是玻璃棉類型的礦物組合物的生物降解能力，但是其它氧化物，例如氧化鋁，正相反，起碼在中性pH時，似乎具有降低其生物降解能力的傾向。例如，可參考專利EP-412 878。但是，大量加入P2O5(或，例如去掉氧化鋁)在本發明的上下文中並未被證實是最佳方法。這是因為可以有其它考慮，例如經濟上的考慮(P2O5來自於昂貴的原料)和技術上的考慮--改變組合物中P2O5的百分比，尤其是改變氧化鋁的百分比將會引起組合物的其它特性按照不合需要或未知的方式發生變化。因此，和氧化鋁一樣，P2O5並不是不影響組合物的粘度。但是，更具體而言，在通過最利於本發明所應用的內離心法來纖維化玻璃棉類型組合物的情況下，該組合物的粘度測定性能是一個待適當控制的重要標準。
因此，本發明按下列方式形成了一個最佳的折衷辦法組合物可包含P2O5，但是含量有限，至多為3或1.5％。這樣，既保留了它對生物降解能力的有利作用，又無需過多加入P2O5，過多加入P2O5費用高，並且傾向於增加組合物的液相線溫度。
通過適當調節組合物中其它主要組分的含量，即RO、R2O、B2O3和SiO2的含量，另一方面，Al2O3的含量明顯增大，至少為16～17％。因此，有利地是，氧化鋁含量至少為18％，尤其至少為19％或20％。
我們已經發現，在中性pH或酸性pH條件下均用體外試驗進行測定，這種結合都能令人滿意地達到生物溶解度標準。事實上，哪一種pH最能代表體內生理介質，尤其是肺部區域，這個問題尚未最終解決。到目前為止，較高的氧化鋁含量似乎利於組合物在酸性pH條件下迅速溶解，但是在中性pH條件下輕微/緩慢溶解。
雖然通過選擇氧化鋁的高含量，無論在何種pH條件下，本發明都可能得到高水平的生物溶解性(至少在體外測定)，但是尤其通過調節RO、R2O和B2O3的含量，以便保持它們在酸性pH條件下的有利作用在中性pH條件下不受影響。
本發明組合物中優選CaO的含量為4～11％。
同樣地，優選的MgO含量為0.1～7％，尤其為0.3～6.5％。
實際上，因為鹼土金屬氧化物總含量一定，尤其是因為稀有金屬的成本較高，所以通常選擇CaO含量大於MgO含量。這樣就可以選擇MgO含量非常低或甚至為零(例如為0～1％)，或者高一些，例如2～6％。
根據第一個實施方案，CaO/MgO比率可以大於或等於1.25，尤其大於或等於5，甚至大於或等於10。
但是，在本發明的上下文中已經證實了提出第二個實施方案是有用的，其中，MgO含量與CaO含量相當，或者甚至高於CaO含量。這樣，MgO/CaO比率可以大於或等於0.8，或者甚至大於或等於1或1.5；在不同的CaO和MgO含量下得到的不同比率對組合物的生物降解能力可以產生有利的影響。
組合物的Na2O含量至少為12％，尤其為13～19.5％，優選的K2O含量至少為0.5％，尤其為0.5～8％。
如鹼土金屬氧化物中的CaO和MgO含量的情況那樣，就鹼金屬氧化物而言，通常組合物中的Na2O含量明顯高於K2O含量。對於一種確定量的鹼金屬氧化物總含量，K2O含量可非常低或者為零含量(例如，小於3％，尤其為0.5～2.5％)。但是，在本發明的範圍內，也可能提供一個明顯較高的K2O含量，例如大約為5～7％。例如在組合物中，有時K2O的含量最高可達大於鹼金屬氧化物總量的四分之一或者甚至三分之一。
有利地是，組合物所含的鹼土金屬和鹼金屬氧化物的百分比如下R2O/RO＞1.8，尤其為2～4。
應當註明，SiO2+Al2O3的總量使我們能夠大大控制組合物的粘度測定性能。優選該總量至少為60％，尤其大約為61～67％。
如上所述，鐵氧化物的含量(總鐵)是任選的。組合物中可以含有少量的鐵氧化物，它被有意地加入或者是作為一種雜質加入。它的存在可對所得礦棉的防火性能產生有利的影響。
與鐵一樣，P2O5在組合物中的存在也是任選的，它的含量可能為零，或者最高到0.1％，或者至少為0.1％和最高到1.5或2％。
硼氧化物是一種有利的、任選的化合物，與鹼金屬氧化物的作用方式相同，它尤其被用作融合劑，並且似乎有利於礦棉的生物降解能力。另外，它的存在可能會提高礦棉的熱絕緣性，尤其是可能降低其輻射組分的導熱係數。
該組合物還可以包含某些其它微量組分，通常總含量至多為組合物的2～3％。例如，它們可以是微量的TiO2、MnO和SO3等。
組合物的粘度η(泊)滿足logη＝2.5時的溫度Tlog2.5和/或組合物的粘度η滿足logη＝3時的溫度Tlog3高於組合物液相線溫度Tliq；Tlog2.5-Tliq和/或Tlog3-Tliq的差額優選至少為10℃，優選至少為20或40℃。這種差額定義了本發明組合物的「工作區域」，即可被纖維化的溫度範圍，更具體而言是通過內離心法使之纖維化的溫度範圍。
如上所述，無論測定方法的pH為中性、弱鹼性或酸性，該礦棉都具有令人滿意的生物溶解性水平。
在pH值為4.5的條件下進行測定時，本發明礦棉的溶解速率一般至少為30ng/cm2/hr，或者至少為40或50ng/cm2/hr；在pH值為7.5的條件下進行測定時，其溶解速率一般至少為30ng/cm2/hr，尤其至少為40或50ng/cm2/hr。
一般而言，在pH值為4.5的條件下進行測定時，該礦棉的溶解速率也至少為300ng/cm2/hr，尤其至少為40或50ng/cm2/hr；在pH值為6.9的條件下進行測定時，其溶解速率也至少為30ng/cm2/hr，尤其至少為40或50ng/cm2/hr。
一般而言，在pH值為4.5的條件下進行測定時，該礦棉的溶解速率也至少為60ng/cm2/hr，尤其至少為80ng/cm2/hr；和/或在pH值為6.9或7.5的條件下進行測定時，其溶解速率也至少為40ng/cm2/hr，尤其至少為60ng/cm2/hr。
該礦棉主要被用於製造隔熱和/或隔聲產品或無土培養基質。本發明的目的也在於任何包含，至少部分包含上述礦棉的產品。
進一步的細節和有利特性將在下列優選的非限制性實施方案中加以描述。
表1給出了9個實施例中按重量百分比計的化學組成。
表2給出了另外3個實施例的化學組成，其中化學分析的精確度稍高一些，同時也出現了三個物理特性，即液相線溫度Tliq，用泊表示的粘度η滿足logη＝3時的溫度Tlog3和用泊表示的粘度η滿足logη＝2.5時的溫度Tlog2.5，三個溫度均用℃表示。
當所有化合物的總含量稍稍小於或大於100％時，應理解為與100％的差額對應於在微量狀態下總是不被分析或者不能被分析的次要雜質/組分(TiO2，SO3)，和/或只是由於在這個領域所採用的分析法中被認可的近似。
表1<
表2
按照已知的方式，特別是按照上述專利所提及的方式，通過內離心法使這種組合物纖維化。
它們的工作範圍，由Tlog2.5-Tliq的差額所定義，完全是正值。
它們的生物降解能力，尤其是在中性或弱酸性pH(pH4.9或7.5)或酸性pH(pH4.5)條件下進行測定時是令人滿意的。
實施例1和2涉及本發明的第一個實施方案，其中，鹼土金屬族中的主要氧化物為CaO，鹼金屬族中的主要氧化物為Na2O。
實施例3～9涉及第二個實施方案，其中，正好相反，鹼土金屬族中的MgO含量和鹼金屬族中的K2O含量分別比較顯著。
實施例10～12更加精確地對組合物特性加以詳細說明，這些實施例顯示出所討論的組合物在熔融(Tliq值不太高)時表現出良好的特性，並且它們的工作範圍足夠寬，使得通過纖維化來對其進行加工時沒有額外的困難。
權利要求
1.可溶於一種生理介質的礦棉，其特徵在於它包含下列按重量百分比計的各組分SiO238-52％，優選至少為40％，尤其為41-48％Al2O316-23％，優選為17-21％RO(CaO+MgO) 4-15％，優選為5-12％R2O(Na2O+K2O) 16-25％，優選為17-22％B2O30-10％，尤其至少為1％，優選為3-9％Fe2O3(總鐵) 0-3％，優選為0-1.5％P2O50-3％，優選為0-1.5％TiO20-2％
2.根據權利要求1的礦棉，其特徵在於它包含4～11％的CaO。
3.根據上述任一權利要求中的礦棉，其特徵在於它包含0.1～7％的MgO，尤其是0.3～6.5％的MgO。
4.根據上述任一權利要求中的礦棉，其特徵在於它滿足下列關係MgO/CaO≥0.8，尤其≥1或1.05。
5.根據權利要求1～3中任一項的礦棉，其特徵在於它滿足下列關係MgO/CaO≥1.25，尤其≥5或≥10。
6.根據上述任一權利要求中的礦棉，其特徵在於它所包含的Na2O至少為12％，尤其為13～19.5％。
7.根據上述任一權利要求中的礦棉，其特徵在於它所包含的K2O至少為0.5％，尤其為0.5～8％。
8.根據上述任一權利要求中的礦棉，其特徵在於它滿足下列關係R2O/RO＞1.8，尤其＞2～4。
9.根據上述任一權利要求中的礦棉，其特徵在於它包含SiO2+Al2O3至少為60％，尤其為61～67％。
10.根據上述任一權利要求中的礦棉，其特徵在於它具有溫度Tlog2.5和/或溫度Tlog3，和液相線溫度Tliq，並且Tlog2.5-Tliq或Tlog3-Tliq的差額至少為10℃，尤其至少為20℃，優選至少為40℃。
11.根據上述任一權利要求中的礦棉，其特徵在於在pH值為4.5的條件下進行測定時，其溶解速率至少為30ng/cm2/hr；在pH值為7.5的條件下進行測定時，其溶解速率至少為30ng/cm2/hr。
12.根據上述任一權利要求中的礦棉，其特徵在於在pH值為4.5的條件下進行測定時，其溶解速率至少為30ng/cm2/hr；在pH值為6.9的條件下進行測定時，其溶解速率至少為30ng/cm2/hr。
13.根據上述任一權利要求中的礦棉，其特徵在於在pH值為4.5的條件下進行測定時，其溶解速率至少為60ng/cm2/hr；和/或在pH值為7.5的條件下進行測定時，其溶解速率至少為40ng/cm2/hr；和/或在pH值為6.9的條件下進行測定時，其溶解速率至少為40ng/cm2/hr。
14.根據上述任一權利要求中的礦棉，其特徵在於它是通過內離心法製得的。
15.隔熱和/或隔聲產品或無土培養基質，其特徵在於它至少部分包含上述任一權利要求中的礦棉。
全文摘要
本發明涉及一種可溶於生理介質的礦棉,它包含按重量百分比表示的下列組分:SiO
文檔編號G10K11/162GK1273571SQ9980107
公開日2000年11月15日 申請日期1999年5月4日 優先權日1998年5月6日
發明者A·德梅林戈, J·L·貝爾納, F·拉豐 申請人:伊索福聖戈班公司