ES2204122T3 - Composicion de lana mineral. - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a una lana mineral susceptible de disolverse en un medio fisiológico, y que comprende los siguientes constituyentes según los siguientes porcentajes ponderales: SiO{sub,2} 38-52 %; Al{sub,2}O{sub,3} 16-23 %; RO (CaO + MgO) 4-15 %; R{sub,2}O (Na{sub,2}O + K{sub,2}O) 16-25 %; B{sub,2}O{sub,3} 0-10 %; Fe{sub,2}O{sub,3} (hierro total) 0-3 %, preferentemente 0-1,5 %; P{sub,2}O{sub,5} 0-3 %, preferentemente 0-1,5%; TiO{sub,2} 0-2 %.
Description
Composición de lana mineral.
La presente invención se refiere al dominio de
las lanas minerales artificiales. La misma está orientada más
particularmente a las lanas minerales destinadas a fabricar
materiales de aislamiento térmico y/o acústico o sustratos de
cultivo hidrópico.
La invención se interesa más particularmente por
las lanas minerales del tipo lana de vidrio.
Usualmente, este tipo de lana mineral se
convierte en fibras por procesos de centrifugación denominados
"internos", es decir que recurren a centrifugadoras que giran
a gran velocidad y taladradas con orificios. Dichas centrifugadoras
están de hecho perfectamente adaptadas para el fibrado de lana
mineral del tipo lana de vidrio, esquemáticamente de composición
relativamente rica en óxidos alcalinos, y que tienen una
temperatura de líquidus menos elevada y una viscosidad a la
temperatura de fibrado mayor que la lana de roca o de basalto. Este
tipo de proceso se describe particularmente en las patentes
EP-0 189 384 o EP-0 519 797.
A los criterios de calidad y factibilidad
industrial y económica, se ha añadido desde hace varios años el de
un carácter biodegradable de la lana mineral, a saber, la capacidad
de ésta para disolverse rápidamente en medio fisiológico, con
vistas a prevenir cualquier riesgo patógeno potencial ligado a la
acumulación eventual de las fibras más finas en el organismo por
inhalación.
La invención tiene, así pues, por objeto mejorar
la composición química de las lanas minerales, particularmente del
tipo vidrio, mejora que está orientada particularmente a aumentar
su carácter biodegradable y/o a conciliar un carácter biodegradable
con una capacidad de fibrado por centrifugación interna (sin
excluir, no obstante, otros modos de fibrado).
La invención tiene por objeto una lana mineral
susceptible de disolverse en un medio fisiológico, que comprende
los constituyentes indicados a continuación en los porcentajes en
peso siguientes:
| SiO_{2} | 38-52%, con preferencia al menos 40%, particularmente 41-48% o 45-50% |
| Al_{2}O_{3} | 16-23%, con preferencia 17-21% o 17-20% |
| RO (CaO y/o MgO) | 4-15%, con preferencia 5-12% o 5-11% |
| R_{2}O (Na_{2}O y/o K_{2}O) | 16-25%, con preferencia 17-22% o 17-20% |
| B_{2}O_{3} | 0-10%, particularmente al menos 1%, con preferencia 3-9% o 4-10% |
| P_{2}O_{5} | 0-3%; con preferencia 0-1,5%, particularmente 0 o superior a 0 y como máximo 0,5% |
| Fe_{2}O_{3} (hierro total) | 0-3%, con preferencia 0-1,5%, particularmente del orden de 0,01 a 1% |
| TiO_{2} | 0-2% |
(En toda la continuación del texto, cualquier
porcentaje de un constituyente de la composición debe entenderse
como porcentaje en
peso).
La selección de una composición de este tipo ha
permitido acumular toda una serie de ventajas, particularmente
jugando con los múltiples papeles, complejos, que juegan cierto
número de sus constituyentes específicos.
Así pues, se trata de una composición de lana
mineral de tipo vidrio; su tasa de óxidos alcalinos (R_{2}O)
esencialmente en forma de Na_{2}O y/o K_{2}O es superior a su
tasa de óxidos alcalino-térreos (RO), que está
esencialmente en forma de CaO y/o MgO. La tasa de óxido de hierro
(cuantificada en forma de Fe_{2}O_{3} pero correspondiente al
contenido total de hierro, por convención) es muy moderada, incluso
nula, siendo por el contrario la tasa de óxido de boro
significativa.
La viscosidad al fibrado de una composición de
este tipo es apropiada para una centrifugación interna.
En cuanto al carácter biodegradable, se sabía ya
que ciertos compuestos permitían mejorarlo considerablemente en
composiciones minerales de tipo vidrio particularmente, como el
P_{2}O_{5}, en tanto que otros óxidos parecían por el contrario
tender a disminuirlo, al menos a pH neutro como la alúmina. Podrá
remitirse, por ejemplo, a la patente EP-412 878. Sin
embargo, una adición masiva de P_{2}O_{5} (o una suspensión de
alúmina, por ejemplo) no se ha revelado en el contexto de la
invención como la vía más acertada. En efecto, pueden intervenir
otras consideraciones, por ejemplo económicas (al proceder el
P_{2}O_{5} de materias primas caras) e igualmente técnicas: los
cambios en las proporciones de P_{2}O_{5}, y particularmente de
alúmina en la composición pueden hacer variar otras propiedades de
la misma en un sentido indeseable o desconocido. Así, el
P_{2}O_{5} no carece de influencia sobre la viscosidad de la
composición, al igual que la alúmina. Ahora bien, muy
particularmente para las composiciones de tipo vidrio a fibrar por
centrifugación interna, las más interesantes para la invención, el
comportamiento viscosimétrico de la composición es un criterio
importante a controlar de manera adecuada.
\newpage
La invención ha establecido por consiguiente un
compromiso juicioso de la manera siguiente: la composición puede
contener P_{2}O_{5}, pero en un contenido moderado de 3 ó 1,5%
como máximo. Se conserva de este modo su efecto beneficioso sobre
la biodegradabilidad, sin una adición excesiva costosa y tendente a
aumentar la temperatura del líquidus de la composición.
Ajustando de manera apropiada los contenidos de
los otros constituyentes principales de la composición, a saber RO,
R_{2}O, B_{2}O_{3} y SiO_{2}, se ha aumentado por el
contrario significativamente el contenido de Al_{2}O_{3}, que
es al menos 16 a 17%. El contenido de alúmina puede así ser
ventajosamente al menos 18%, particularmente al menos 19 o al menos
20%.
Se ha comprobado que esta combinación permitía
cumplir de modo satisfactorio los criterios de biosolubilidad,
determinados tanto de acuerdo con ensayos in vitro a pH
neutro como de acuerdo con ensayos in vitro a pH ácido. De
hecho, no se ha dilucidado de modo definitivo hasta el punto de
saber qué pH era el más representativo del medio fisiológico in
vivo, en particular el de las regiones pulmonares. Una tasa
elevada de alúmina parecía hasta ahora ser favorable para una
disolución rápida a pH ácido pero débil/lenta a pH neutro.
La invención permite obtener un alto nivel de
biosolubilidad, al menos medido in vitro, cualquiera que sea
el pH, seleccionando una tasa elevada de alúmina, pero adaptando el
contenido, particularmente de RO, R_{2}O y B_{2}O_{3}, a fin
de conservar su efecto beneficioso a pH ácido sin constituir una
penalización a pH neutro.
La tasa preferente de CaO de la composición de
acuerdo con la invención se selecciona ventajosamente entre 4 y
11%.
Paralelamente, la tasa preferente de MgO se
selecciona entre 0,1 y 7%, particularmente 0,3 y 6,5%.
De hecho, es usual seleccionar un contenido de
CaO más importante que un contenido de MgO, con contenido total de
óxidos alcalino-térreos dado, particularmente por
razones de coste de materias primas. Así, el contenido de MgO puede
seleccionarse muy bajo, incluso nulo (por ejemplo entre 0 y 1% o ser
más elevado, por ejemplo entre 2 y 6%).
De acuerdo con una primera variante, se puede
tener así la relación CaO/MgO \geq 1,25, particularmente \geq 5
e incluso \geq 10.
No obstante, se ha comprobado que es interesante,
dentro del marco de la invención, proponer una segunda variante que
consiste en prever contenidos de MgO comparables o incluso
superiores a los de CaO. De este modo se pueden tener relaciones
MgO/CaO \geq 0,8, e incluso superiores o iguales a 1 ó 1,05; esta
relación diferente en los contenidos respectivos de CaO y MgO podría
tener un impacto favorable sobre la biodegradabilidad de la
composición.
La tasa preferente de Na_{2}O de la composición
es al menos 12%, particularmente entre 13 y 19,5%, mientras que la
de K_{2}O es al menos 0,5%, particularmente entre 0,5 y 8%.
Como en el caso de los contenidos de CaO y MgO de
los sólidos alcalino-térreos, se tiene en el caso de
los óxidos alcalinos usualmente un contenido netamente más elevado
de Na_{2}O que de K_{2}O. El K_{2}O, para un contenido total
de óxidos alcalinos dado, puede estar situado así en un contenido
muy bajo o incluso nulo (por ejemplo inferior a 3%, comprendido
entre 0,5 y 2,5% particularmente). No obstante, es posible dentro
del marco de la invención prever igualmente una tasa de K_{2}O
significativamente más elevada, por ejemplo del orden de 5 a 7%, lo
que puede representar por ejemplo hasta más de la cuarta parte o
incluso más de la tercera parte, en peso, de la suma total de los
óxidos alcalinos en la composición.
Ventajosamente, la composición contiene óxidos
alcalino-térreos y alcalinos en la proporción
siguiente: R_{2}O/RO > 1,8, particularmente comprendido entre
2 y 4.
Debe indicarse que la suma SiO_{2} +
Al_{2}O_{3} permite ajustar en gran parte el comportamiento
viscosimétrico de las composiciones: se prefiere que esta suma al
menos 60%, particularmente del orden de 61 a 67%.
En cuanto a la tasa de óxido(s) de hierro
(hierro total), como se ha visto anteriormente, la misma es
opcional. Dicha tasa puede mantenerse en la composición en un
contenido bajo, añadida voluntariamente o como impureza. Su
presencia en la composición puede jugar favorablemente sobre la
resistencia al fuego de la lana mineral obtenida.
Como el hierro, la presencia de P_{2}O_{5} en
la composición es opcional, por lo que su contenido puede ser nulo,
o bien hasta 0,1%, o bien de al menos 0,1 hasta 1,5 ó 2%.
El óxido de boro es un compuesto opcional
ventajoso, que juega particularmente un papel de agente fundente
próximo al desempeñado por los óxidos alcalinos, y que parece ser
favorable para la biodegradabilidad de la lana mineral. Su
presencia tiende además a mejorar las propiedades de aislamiento
térmico de la lana mineral, tendiendo en particular a disminuir su
coeficiente de conductividad térmica en su componente radiativo.
\newpage
La composición puede comprender además cierto
número de otros compuestos minoritarios, generalmente con un
contenido total de, como máximo, 2 a 3% de la composición. Puede
tratarse, por ejemplo, de trazas de TiO_{2}, de MnO, de
SO_{3},...
La temperatura a la cual las composiciones tienen
una viscosidad igual a log 2,5 (en poises) T_{log2,5} y/o una
viscosidad igual a log 3 (en poises) T_{log3} es superior a la
temperatura del líquidus: la diferencia T_{log2,5} -
T_{liq} y/o T_{log3} - T_{liq} es con preferencia al menos
10ºC, más preferentemente al menos 20 ó 40ºC. Esta diferencia define
el "escalón de trabajo" de las composiciones de la invención,
es decir la gama de temperaturas en la cual pueden fibrarse las
mismas, muy particularmente por centrifugación interna.
Como se ha mencionado anteriormente, las lanas
minerales presentan un nivel de biosolubilidad satisfactorio, con
indiferencia de que el método de medida implique un pH neutro,
ligeramente básico, o un pH ácido.
Las lanas minerales de acuerdo con la invención
presentan así generalmente una velocidad de disolución de al menos
30, o de al menos 40 ó 50 ng/cm^{2} por hora medida a pH 4,5 y de
al menos 30, particularmente de al menos 40 ó 50 ng/cm^{2} por
hora medida a pH 7,5.
Aquéllas presentan igualmente por regla general
una velocidad de disolución de al menos 30, particularmente de al
menos 40 ó 50 ng/cm^{2} por hora medida a pH 4,5 y una velocidad
de disolución de al menos 30, particularmente de al menos 40 ó 50
ng/cm^{2} por hora medida a pH 6,9.
Aquéllas presentan generalmente preferente una
velocidad de disolución de al menos 60, particularmente de al menos
80 ng/cm^{2} por hora medida a pH 4,5 y/o una velocidad de
disolución de al menos 40, particularmente al menos 60 ng/cm^{2}
por hora medida a pH 6,9 ó 7,5.
Se utilizan principalmente para fabricar
productos de aislamiento térmico y/o acústico o sustratos de
cultivo hidropónico. La invención tiene igualmente por objeto todos
los productos que comprenden al menos en parte las lanas minerales
definidas anteriormente.
Otros detalles y características ventajosas se
deducen de la descripción siguiente de modos de realización
preferidos no limitantes.
La Tabla 1 siguiente reagrupa las composiciones
químicas, en porcentajes en peso, de nueve ejemplos.
La Tabla 2 reagrupa otros tres ejemplos en los
cuales la precisión del análisis químico es ligeramente mayor y en
los cuales figuran igualmente dos características físicas, a saber
la temperatura del líquidus (Tliq) y la temperatura a la
cual la viscosidad es igual a log 3 expresada en poises (Tlog3) e
igual a log 2,5 expresada en poises (Tlog2,5), expresándose las tres
temperaturas en ºC.
Cuando la suma de todos los contenidos de todos
los compuestos es ligeramente inferior o superior a 100%, debe
entenderse que la diferencia con 100% corresponde a las
impurezas/componentes minoritarios que no se analizan siempre o no
son analizables en estado de trazas (TiO_{2}, SO_{3}) y/o se
debe únicamente a la aproximación aceptada en este dominio en los
métodos de análisis utilizados.
(Tabla pasa a página
siguiente)
El fibrado de las composiciones se realiza por
centrifugación interna, de modo conocido, particularmente de
acuerdo con la doctrina de las patentes citadas anteriormente.
Sus escalones de trabajo, definidos por la
diferencia T_{log2,5} - T_{liq}, son fuertemente positivos.
Su biodegradabilidad, medida particularmente a pH
neutro o débilmente ácido (pH 4,9 ó 7,5) o a pH ácido (4,5) es
satisfactoria.
Los ejemplos 1 y 2 se refieren a una primera
variante de la invención, de acuerdo con la cual el óxido
fuertemente predominante en la familia de los
alcalino-térreos es CaO, y el óxido fuertemente
predominante en la familia de los alcalinos es Na_{2}O.
Los ejemplos 3 a 9 se refieren a una segunda
variante, en la cual, por el contrario, los contenidos
respectivamente de MgO en la familia de los alcalino- térreos, y de
K_{2}O en la familia de los alcalinos son importantes.
Los ejemplos 10 a 12, más precisos en sus
características, demuestran que las composiciones en cuestión
tienen buenas características para la fusión (T_{liq} no
demasiado altas) y una zona de trabajo suficientemente amplia para
aplicación sin dificultades excesivas durante el fibrado.
Claims (14)
1. Lana mineral obtenida por fibrado mediante
centrifugación interna y susceptible de disolverse en un medio
fisiológico, caracterizada porque comprende los
constituyentes indicados a continuación de acuerdo con los
porcentajes en peso siguientes:
2. Lana mineral de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizada porque contiene entre 4 y 11% de CaO.
3. Lana mineral de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque
contiene entre 0,1 y 7% de MgO, particularmente entre 0,3 y 6,5% de
MgO.
4. Lana mineral de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque cumple
la relación:
MgO/CaO \geq 0,8,
particularmente \geq 1 ó
1,05.
5. Lana mineral de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque cumple la
relación:
CaO/MgO \geq 1,25,
particularmente \geq 5 ó \geq
10.
6. Lana mineral de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque
contiene al menos 12% de Na_{2}O, particularmente entre 13 y
19,5%.
7. Lana mineral de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque
contiene al menos 0,5% de K_{2}O, particularmente entre 0,5 y
8%.
8. Lana mineral de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque cumple
la relación:
R_{2}O/RO > 1,8,
particularmente entre 2 y
4.
9. Lana mineral de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque
contiene:
SiO_{2} + Al_{2}O_{3}:
al menos 60%, particularmente
61-67%.
10. Lana mineral de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque
presenta una temperatura T_{log2,5} y/o una temperatura
T_{log3} y una temperatura de líquidus T_{liq}, tales
que la diferencia (T_{log2,5} - T_{liq}) o (T_{log3} -
T_{liq}) es al menos 10ºC, particularmente al menos 20, y con
preferencia al menos 40ºC.
11. Lana mineral de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque
presenta una velocidad de disolución de al menos 30 ng/cm^{2} por
hora medida a pH 4,5 y una velocidad de disolución de al menos 30
ng/cm^{2} por hora medida a pH 7,5.
12. Lana mineral de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque
presenta una velocidad de disolución de al menos 30 ng/cm^{2} por
hora medida a pH 4,5 y una velocidad de disolución de al menos 30
ng/cm^{2} por hora medida a pH 6,9.
13. Lana mineral de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque
presenta una velocidad de disolución de al menos 60 ng/cm^{2} por
hora medida a pH 4,5 y/o una velocidad de disolución de al menos 40
ng/cm^{2} por hora medida a pH 7,5 y/o una velocidad de disolución
de al menos 40 ng/cm^{2} por hora medida a pH 6,9.
14. Producto de aislamiento térmico y/o acústico
o sustrato de cultivo hidropónico que comprende al menos en parte la
lana mineral de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones
precedentes.
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