SI9520005A - Man-made vitreous fibre wool - Google Patents

Description

ROCKWOOL INTERNATIONAL A/S

501 Hovedgaden 501

2640 Hedehusene (DANSKA)

UMETNO NAREJENA VOLNA IZ STEKLENIH VLAKEN

Predloženi izum se nanaša na umetno narejeno volno iz steklenih vlaken (MMVF), ki vsebuje železo in relativno visoko količino zemeljsko alkalijskih kovin in nizko količino alkalijskih kovin, običajno poznano kot kameno, žlidrino ali bazaltno volno.

Poznani so različni tipi MMV vlaken.

Znano je, da se pri izdelavi običajnih steklenih vlaken, v talino stekla vključujejo komponente, ki zagotavljajo borov oksid (borat). Steklo in stekleno talino lahko to izboljša. Vendar so surovine, ki vsebujejo borat, drage in se navadno sploh ne dodajajo, če je mogoče, posebno, če produkt vsebuje železo in ima nizko vsebnost alkalij in visoko vsebnost zemeljskih alkalij kot pri običajnih talinah iz kamnin, kamenja in žlinder.

Produkti iz steklene volne imajo običajno relativno visoko vsebnost alkalijskih kovin (Cesto nad 13 % Na20 + K2O). V tej specifikaciji so vse analize izražene v masnih deležih glede na celotno sestavo, izračunano kot oksidi. Stekleno vlakno in steklena volna sta običajno brez železa, vendar vsebujeta Cesto tudi bor. Tipično vsebujeta manj od 7 %

AI2O3« Vendar je E-steklo vlaknat ali drugačen ne-volnast produkt in ima lahko veliko aluminija in malo ali nič alkalijskih kovin. JP-A-50090719, na primer opisuje neko Esteklo, ki vsebuje 15-16 % Al2θ3» 9.5-10.5 % &2θ3 iⁿ 5 % P2O5. Je brez železa in natrija.

V EP-A-9418 so opisana steklena vlakna, ki imajo lahko širok

-2obseg neobveznih komponent, vključno med drugim železo, bor in fosfor. Nobena od sestav, prikazanih kot primeri, ne vsebuje obeh, bora in fosforja in vse imajo nad 13 % oksida alkali jske kovi ne.

W093/07741 opisuje vlakna za uporabo v hortikulturi , ki vsebujejo 0 do 4 % P7O5, nad 13 % Na20 in do 8 % ^^2^3· Lahko je prisoten 82θ3’ ^venciar celokupna količina nečistoč (vključno ves Β2θ3’ ki je vključen) ne sme biti nad 1 %.

V EP-A-412878 je opisana steklena volna, ki ima visoko vsebnost alkalijskih kovin (nad 13 %) in ki vsebuje borat. Je brez železa. Fosfor je neobvezna komponenta. Ta se domnevno vključi, da se izboljša topnost vlaken.

Ukvarjamo se z izboljšanjem topnosti vlaken pri tistih volnah, ki so običajno omenjene kot mineralne, kamene, žlindrine ali bazaltne volne in ki tipično vsebujejo železo, nizko količino aluminija (pod 10 1), nizko količino alkalijske kovine (pod 7 %) in pomembno količino zemeljsko alkalijske kovine (nad 12 %) .

Predlagano je bilo, da bi bilo umestno zagotoviti take volne, pri katerih so MMV vlakna topna v fiziološkem mediju, posebno v fluidu mestnih nasadov in parkov.

Znano je, da sestava vlakna lahko pomembno vpliva na njegovo topnost. V W087/05007 je, na primer ponazorjeno, da imajo vlakna z nizko vsebnostjo aluminijevega oksida, posebno z manj od 10 § (masni delež) aluminijevega oksida v sestavi, izboljšano topnost v fiziološkem okolju. Poznano je tudi, da vključitev fosforja lahko izboljša topnost v fiziološkem mediju. To je bilo ponazorjeno v primeru vlaken iz kamene volne, na primer v EP-A-459,897 . Ta poroCa o vlaknih iz kamene volne, ki vsebujejo 1 do 10 % fosforja kot P7O5. ReCeno je, da ta komponenta zagotavlja topnost v fiziološkem

-3mediju. Domneva se lahko, da se s povečevanjem količine fosforja v tem območju povečuje topnost.

Med izdelavo MMVF volne se komponente, ki naj tvorijo vlakna, talijo v peci, kot na primer električni, jaškovni, kadni peci ali kupolki. S tem se naredi talina, ki se potem lahko predela v vlakna. Običajno ima talina tališCe približno 1,400 do 1,600 ° C in se potemtakem segreva v peCi nad to temperaturo. Ugotovljeno je bilo, da lahko vključitev pomembnih količin fosforja v talino, vodi do nekaterih problemov. Na primer, fosfor lahko v peci izpareva, kar vodi do težav pri obvladovanju sestave. Zlasti povečanje količine fosforja lahko vpliva neugodno na viskoznost in lastnosti taline. To povečuje nevarnost, da pride v talini (ki vsebuje železo in malo ali n i C alkalijske kovine in nizek aluminij), do ločitve faz in k r i stal i zac i j e. To vodi do tvorbe in akumulacije trdnega ali žlindrastega materiala v ali na stroju, ki se uporablja za pridobivanje taline in preoblikovanje taline v vlakna in lahko povzroči, da se poveCa količina tvorbe drobnih zrn med procesom oblikovanja vlaken, da se zmanjša izkoristek materiala in zvišajo stroški.

Zato bi bilo umestno, da se razvije MMVF volna s topnostnimi karakteristikami takega tipa, kot bi bil pri takih volnah pričakovan zaradi uporabe relativno visoke vsebnosti fosforja, ob izogibanju izdelavnim problemom, povezanim z relativno visokimi vsebnostmi fosforja.

Tendenca teh problemov je, da se z naraščanjem vsebnosti fosfata v talini povečujejo. Težave se lahko pojavijo, na primer, ko se koncentracija fosforja poveCa preko 5 %. V nekaterih peCeh bi lahko bilo možno uporabiti do 10 % fosfata, vendar je na splošno za predelovalne namene nezaželeno, da se vključuje vec kot to.

Celo pri nizkih nivojih aluminijevega oksida in zlasti, Ce

-4taline z zelo nizkimi nivoji aluminijevega oksida ni mogoCe zagotoviti, pa hitrosti raztapljanja vlaken niso tako visoke, kot bi bilo pri teh nivojih fosfata zaželeno.

Umestno bi bilo potemtakem izboljšati topnost MM V vlaken v fiziološkem mediju, ne da bi bilo potrebno uporabiti količin fosfata, ki vodijo do problemov pri predelavi.

Vlakna, ki vsebujejo fosfor in bor, so omenjena v W094/23801, od katere si ta prijava lasti prioriteto.

V skladu z izumom zagotavljamo MMVF volno, nastalo iz vlaken, narejenih iz sestave (v masnih deležih oksidov, z železom izraženim kot FeO), ki vsebuje:

S i 0 7	35-66 %
A1 9 0 3	do 10 %
CaO	10-45 %
MgO	2-30 %
FeO	do 10 %
N a 2 0 + K 2 0	0-7 %
T i 02	0-10 %
P 7 0 3 + 8 2 0 3	in druge elemente -

in kar vključuje oba, P _? 0 3 in 8 ₂ 0 3 .

Na presenečenje ugotavljamo, da uporaba taline, ki vsebuje fosfat in borat, lahko daje vlakna s primerno fiziološko topnostjo, ki se izdelajo iz taline s kombinacijo ugodnih predelovalnih, viskoznostnih in temperaturnih značilnosti, posebno, Ce je količina AI2O3 nizka.

Ugotavljamo, da zgornja meja 10 t pri količini fosfata pomaga pri zmanjševanju izdelavnih problemov, posebno ločevanja faz. Količina je prednostno 6 % ali manj in je navadno pod 5 Ugotavljamo, da vključitev borata povečuje fiziološko topnost vlaken, ne da bi bilo potrebno uporabiti večje količine fosfata in dopuSCa uporabo fosfata celo v količinah pod 5 %, medtem ko se primerna fiziološka topnost ohrani. Nadalje ugotavljamo, da je dodatna prednost borata, da izboljša fizikalne lastnosti taline, posebno pomaga pri zmanjšanju tališča taline tako, da se zmanjša nevarnost ločitve faz.

Ugotavljamo tudi, da ima uporaba bora v vlaknih, ki vsebujejo fosfor, za posledico, da se izboljšajo lastnosti vlaken. Izboljšajo se lahko, na primer natezna trdnost, elastični modul in razmerje dolžine proti premeru. Natezna trdnost je lahko >700 MPa. Elastični modul vlaken ja lahko <150 GPa. Razmerje dolžine proti vlaknu je lahko >700, posebno, če so vlakna narejena s kas kadn im rotirni m strojem.

Pri 1400 “C je viskoznost taline sestave prednostno 10-70 poise, posebno 15 do 30 poise.

Pri pH 7.5 je hitrost raztapljanja vlaken prednostno najmanj 30 nm/dan in posebno vsaj 50 ali vsaj 60 nm/dan, če se meri s stacionarno postavitvijo metode, opisano v Environmental Health Perspectives, Vol. 102, Supplement 5, oktober 1994 , strani 83-86.

Volna v smislu izuma se lahko pripravi po vsaki znani poti. V smislu izuma določamo tudi postopek za izdelavo MMVF volne, narejene iz vlaken, ki imajo sestavo, kot je definirano zgoraj, pri čemer postopek obsega pripravo surovin za proizvodnjo sestave, določitev peči, nameščanje surovin v peč in njihovo segrevanje na temperaturo med 1,400 °C in 1,600 °C, da se proizvede talina, predelavo taline v vlakna in zbiranje vlaken kot volno.

V tem postopku najdemo vse prednosti v značilnostih predelovanja, o katerih smo razpravljali zgoraj. Volne v smislu izuma so prednostno narejene po tem postopku v smislu izuma.

V postopku v smislu izuma so surovine, ki se uporabljajo za izdelavo taline, lahko vse znane surovine, ki dajejo komponente za sestavo. Surovine, ki se lahko uporabijo, obsegajo, na primer diabaz, cement, glino, pesek iz olivina, pesek iz s i1i k e, o d p a d n i livarski pesek, r a s o r i t, c o1 e m a n i t in druge bor vsebujece materiale, žlindro iz konverterja, žlindro iz plavža, žlindro iz električne obločne peci, železov oksid, odpadno kameno volno, odpadni azbest, apno, sodo, steklene odpadke, dolomit, boksit, železov silikat, kaolin, kalcijev fosfat, kremenov pesek in druge znane sestavine taline.

Sestava taline in torej sestava izdelanih vlaken vsebuje prednostno najmanj 45 %, Cesto najmanj 47 ali 48 % S1O2· Količina je navadno pod 64 ali 65 t, prednostno pod 60 %. često je količina S1O2 od 53.5 do 64

Sestava ima prednostno nizko koncentracijo aluminijevega oksida, običajno pod 6 % in prednostno pod 4 %. Na sploSno je zagotavljati surovine, ki sploh ne vsebujejo aluminijevega oksida, zelo drago. Tako je Al 2^3 prisoten do neke stopnje, običajno v količinah vsaj 0.5 %, Čeprav se na sploSno količine aluminijevega oksida držijo nizko, kot je le mogoCe, prednostno pod 3 ali 2 %. Količine 1-4 % so Cesto pri merne.

Sestava navadno obsega najmanj 5 %, običajno najmanj 10 % in prednostno najmanj 15 % oksidov zemeljsko alkalijskih kovin (CaO in MgO). Količina na sploSno ni veCja od 50 %. Vsebnost CaO je prednostno v količinah med 10 in 35 %. V nekaterih sestavah se daje prednost količinam 10 - 20 %, v drugih pa se daje prednost količinam 15 do 30 %. MgO je običajno prisoten v količini najmanj 1 %, Cesto 5 do 20 prednostno do 20 %. Lahko je, na primer v območju 5-15 I.

Sestava vsebuje železo in količina, izmerjena kot FeO, je do 10 % (masni delež) glede na celotno sestavo. Prednostno je železo prisotno v količinah najmanj 0.5 ali 1 %. često so primerne količine do 4 %, vendar so količine lahko do 9 ali 10 %, na primer v območju 6.5-9 %.

Sestava lahko vsebuje alkalijske kovine (Na20 in K^O) v količinah od 0 š do 6 š ali 7 %. Na sploSno je Na20 prisoten v količinah od 0 do 4 1^0 pa je prisoten v količinah do 2 %. Običajno je vsak prisoten v količini najmanj 0.1 %, oba pa sta neobvezna in se lahko izpustita.

Fosfat je v sestavi prisoten običajno v količi n a h med 0.5 in 10 izmerjeno kot PiOc in često v območju 3 do 6 %, Za namene predelovanja je zaželeno, da se količina fosfata drži, kolikor je mogoče nizko, čeprav se primeža dovolj, da se povzroči primeren učinek raztapljanja. Količina fosfata je prednostno najmanj 0.5 %, toda pod 5 % (na primer do 4.5 %), bolj prednostno pod 4 %. Navadno je le-ta najmanj 2 % ali 3

Borat je primešan v učinkovitih količinah do 10 izmerjeno kot 82O3. Količina je prednostno nad 0.5 ali 1 Na splošno naj bi se ga dodalo dovolj, da se hitrost fiziološkega raztapljanja primerno poveča, vendar ima vključitev velikih količin borata za posledico uporabo zelo dragih surovin. Količine borata pod 5 % (na primer 4.5 in manj) lahko dajo dobre rezultate pri ekonomski ceni, vendar dajemo včasih prednost količinam do 7 % ali 8 %. Količina mora biti dovolj velika, da da uporaben učinek in je tako običajno nad 0.5 ali 1 % in je prednostno najmanj 3 %. Količina θ2°3 -ΐθ zaradi ekonomskih razlogov običajno pod količino ^2^5·

T1O2 je neobvezen, če je prisoten, je njegova količina ’ 8obiCajno 0.1 do 2 %. Sestava taline lahko dodatno obsega 0 do 20 % drugih sestavin, na primer BaO, ZnO, Zr02> F2’ MnO,

Li20, SrO. Celokupna količina drugih sestavin navadno ni veCja od 5 % ali najveC 10 %.

Sestava taline in vlaken vsebuje posebno prednostno:

Si02 45 64 %, prednostno 47-60 ali 48-60 %

A1203 0.5 do 4 °ž ,

CaO 10-35 %

MgO 5-20 %, prednostno 5-15 ali 7-15 °i FeO 1-10 %, prednostno 1 do 9 %

Na₂0 0 do VŽ

K₂0 0 do 2 ?

Ti0₉ 0 do 2 %

P2O5 najmanj 0.5 vendar prednostno pod 5 %,

B 2 0 najmanj 0.5 %, vendar prednostno pod 5 %, drugih elementov 0 do 5 %, pri Čemer so vsi odstotki masni deleži z ozirom na celokupno sestavo, železovi oksidi pa so izmerjeni kot FeO.

Surovine se namestijo v peC, kjer se segrejejo na temperaturo med 1,400 °C in 1,600 °C zato, da se naredi talina. Na splošno se segrejejo na najmanj 1,450 °C, prednostno med

1,450 in 1,540 °C, večinoma okoli 1,480 °C do 1,520 °C.

Peci, ki se pri tem izumu lahko uporabljajo za pridobivanje taline, ki naj se predela v vlakna, vključujejo kupolne peCi, z oljem ali plinom kurjene jaškovne ali kadne peci ali električne peci. Izum je pri teh peCeh posebno koristen, Čeprav sestava tudi pokaže prednosti, Ce se uporabljajo drugi znani tipi peci. Prednost se daje tistim pečem, v katerih se pretakajo pomembne količine zraka. Nastajanje žlindre in kakršnikoli problemi zaradi izparevanja se lahko z izumom do skrajnosti zmanjšajo.

Talina se predela v vlakna na katerikoli znan naCin. Zlasti

...g se lahko predela v vlakna z ulivanjem v hitro vrtečo skodelo, ki ima v bistvu horizontalno osnovo in perforirane stranske stene, iz katerih izstopa kot vlakna ali z ulivanjem na eno ali več rotirajočih koles. Kolo oz. vsa kolesa so nameščena na ločenih horizontalnih oseh. Talina, ki se nalije na obod rotirajočega kolesa, se izmetava kot vlakna, čeprav se lahko uporablja eno samo kolo, se prednostno uporablja k a s k a d n i sistem, pri k a t e r e m se t a 1i n a nalije na začetni rotor niza rotirajočih rotorjev, od katerih je vsak nameščen okoli različne, v bistvu horizontalne osi in je nameščen tako, da se talina vrže iz začetnega rotorja na naslednji rotor ali na vsak naslednji rotor po vrsti v nizu tako, da se mineralna vlakna odmetavajo iz rotorja ali vsakega naslednjega rotorja v zbiralno komoro. Za predelavo mineralnih talin v vlakna tako, da nastane volna, se lahko uporabi vsak poznan stroj, vendar je nek posebno prednosten stroj, opisan v naši patentni publikaciji W092/06047.

Vlakna se potem lahko zberejo kot koprena ali večplastna koprena. Koprena se lahko krizno poveže, da nastane večplastna koprena. Večplastna koprena se lahko združi v zaželeni produkt MMVF volne na znan način.

Običajno večplastna koprena vsebuje vezivo. To se lahko, na primer brizga med vlakna, predno se zberejo kot koprena ali večplastna koprena,

Volna je lahko v obliki oblikovanih večplastnih kopren ali drugih elementov ali je lahko v obliki kosmov ali granulatov iz vlaken mineralne volne ali v obliki predmetov, narejenih iz takih kosmov ali granulatov.

MMVF volna se lahko uporablja za vsak namen, običajen za MMVF volne, na primer kot hortikulturni gojitveni pripomoček, za zvočno ali toplotno izolacijo in zaščito, za odpornost in zaščito pred ognjem in kot polnilo ali

-10-ojačitev.

Naslednji so primeri ustreznih sestav (določenih z rentgensko fluorescenčno analizo in preračunanih kot masni deleži) in njihova hitrost raztapljanja pri pH 7.5 v nm na dan. Vsaka sestava se lahko tali v kupolni peči in predela v vlakna kot v W092/06047.

V obsegu izuma so sestave 1, 2, 3 in 4, medtem ko so 1A, 18, 2A, 3A in 4A približne primerjave in prikazujejo, da opustitev bora zmanjša hitrost raztapljanja. Primerjalne sestave brez borata se nagibajo k tvorbi žlinder, posebno tiste z visokimi vsebnostmi fosforja.

Za R0CKW00L INTERNATIONAL A/S 501 Hovedgaden 501 2640 Hedehusene (DANSKA) ;

1 α rt ιπ	in H m ID	m o	8,6 i	φ n m	n o	322	23,8	“L	r* iD rN
Hitrost razt	P- ffi Λ rt n C rt n t-4
·>		CN	oo	r»	m	03		iD	CN	ID
o.		K			*		N·	·»	*·
04		n	CN	r-4	CN	CN			CN	m
r?					CN		CN		σι
°			o	O	s	o	*	o	»·	o
n		in			n		CN		in
O		m	m	ID	m	m	H	tn	rn	tn
s.		*				H		%	*·	K
K		o	o	o	o	O	o	o	o	o
o			n	r*		<n		•H	r4	r-1
		m	».	K				s	*·	*
z		v	N*	n	N»	o	o	o	o
o		r-H	r*	ID	tn	P-	n	CN	CN	m
o» X		O rH	o r-4	O	o r-4	O rH	03	*»·« σι	* 03	H m
		σι	P*	Ό	σι	r»	CN		CN
1 o						·»		CN	H
1 *		\D	σ»	m	so	σι	en	<n	r-1	tn
I θ		rN	K	iH	H	r4	en		CN	CN
o		in	co	(0	rN	CO	rH	en	σι	tn
Φ Cu		CN	rd	CN	CN	rH		rN	en	r*
r« o		m	in	U3	in	m	r-l	n	r-l	rH
							K	*	*
H		o	o	o	o	o	o	o	o	o
—— 9,		ID	m	en	n	m		Ν’	Ν’	CN
			».			rN		v
rd		n	m		m	n		CN	CN	tn
Γ4			v	ID	*N		CO	σι	CN	CN
O				K	u		*	·»	*	*·
		n	<D	N	03	ID	Γ*	ID		tn
0]		m	in	in	m	m	·*		m	m
£ rt 4-)		H	Λ rH	CO rN	M	< CN	m	rf en	4	rf «t
0
<rt										—

Claims (1)

1. Mineralna volna, narejena iz MMV vlaken s sestavo, izraženo kot ni a s n i deleži oksidov v celotni sestavi, označena s ten, da je

Si0₂ Al ₂0₃ CaO MgO FeO

35-66% do 10 % 10-45 % 2-30 % do 10 %

N a ₂ 0 + K₂0 0-7 % Ti0₂ 0-10 % ^P2°5 ⁺ 8₂θ3 in drugih elementov do 20 % i n ki vključuje oba, P₂0g in 8 ? 0 ₃ . 2. Volna v skladu z zahtevkom 1, označena s ten, da jo do 4 % A1 ₂ 0 ₃ i n da je vsakega izmed P ₇ O ₃ iri B ₇ 0₃ do 10 G. 3 . Volna v skladu z zahtevkom 1 ali zahtevkom 2, OZ tlačena .s t en, da je 53.5 do 65 % Si0₂, je 10-30 % CaO , je 5 do 20 % MgO i n je do 9 % FeO. 4 . Volna v skladu z zahtevkom 1, označena s ten, da sesta- v a vključuje S i 0 2 53.5-64 % (masni delež) A! ₂0₃ do 4 % (masni delež) CaO 10-20 % (masni delež) MgO 10-20 % (masni delež) FeO 6.5-9 % (masni delež) ^p2°3 ⁺ B₂03 do 20 % (masni delež), vsakega pa je do 10 %. 5. Volna v skladu z zahtevkom 1, označena s ten, da sesta- va vkljuCuje

S i 0.

53.5-65 % (masni delež)

Al ₂0₃ do 4 % (masni delež) CaO 15 -30 % (masni delež) MgO 5- 15 % (masni delež) FeO do 4 § (masni delež) P₂°3 + B₂0₃ do 20 l (masni delež),

vsakega pa je do

10 t.

6. Volna v skladu z zahtevkom 1, označena s ten, da sesta- va vključuje P₂0₃ in B 2°3 ^1ri Si0₂ 45 do 60 % Al ₂0₃ 0.5 do 4 % CaO 10 do 35 % MgO 5 do 15 Š FeO 1 do 10 1 Na₂0 0 do 4 % k₂o 0 do 2 ? Ti0₂ 0 do 2 % drugi h elementov 0 do 5 % 7. Volna v skladu s katerimkoli od predhodnih zahtevkov, označena s ten, da vsebuje Ρ₂θ5 ^v količini od 1 do 5 % in

v količini od 1 do 10 prednostno 1 do 5 ^b2°3

8. Volna v skladu s katerimkoli od predhodnih zahtevkov, označena s ten, da je količina P₂0^ θ·^Β do ^B in/ali je količina 8 ₂ 0 ₃ θ·^B do · 5 ·

9. Volna v skladu s katerimkoli od predhodnih zahtevkov, označena s ten, da ima pri pH 7.5 hitrost raztapljanja najmanj 30 nm/dan.

10. Postopek za izdelavo MMVF volne, kot je definirana v kateremkoli od predhodnih zahtevkov, označen s ten, da obsega pripravo surovin za proizvodnjo sestave, določitev peči, segrevanje s li rovi n v peči na temperaturo med 1,400 ’ C in 1,600 °C, da se pripravi talina, predelovanje taline v vlakna in zbiranje vlaken kot volno.

11. Postopek v skladu z zahtevkom 9, označen s tem, da je peč kupol na peč.