ES2204122T3 - Composicion de lana mineral. - Google Patents

Composicion de lana mineral.

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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)
1
TABLA 2
2
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:
SiO_{2} 38-52%, con preferencia al menos 40%, particularmente 41-48% Al_{2}O_{3} 16-23%, con preferencia 17-21% RO (esencialmente CaO y/o MgO) 4-15%, con preferencia 5-12% R_{2}O (esencialmente Na_{2}O y/o K_{2}O) 16-25%, con preferencia 17-22% B_{2}O_{3} 0-10%, particularmente al menos 1%, con preferencia 3-9% Fe_{2}O_{3} (hierro total) 0-3%, con preferencia 0-1,5% P_{2}O_{5} 0-3%; con preferencia 0-1,5% TiO_{2} 0-2%
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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