UA72450C2

UA72450C2 - Композиція мінеральної вати

Info

Publication number: UA72450C2
Application number: UA2000063534A
Authority: UA
Inventors: Жан-Люк Бернар; Фабріс Лафон; Серж Віньєзуль
Original assignee: Ізовер Сен-Гобен
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1999-09-16
Publication date: 2005-03-15
Also published as: HRP20000305B1; RU2254302C2; ATE275103T1; CN1288449A; ES2224692T3; HUP0100226A3; PL189180B1; SI1032542T1; CA2310119C; DK1032542T4; JP4615720B2; NO332684B1; BR9906953A; WO2000017117A1; AR021813A1; US6284684B1; ES2224692T5; SK287376B6; CA2310119A1; HRP20000305A2

Abstract

Композиція мінеральної вати, яка здатна розчинятися у фізіологічному середовищі, яка містить компоненти у нижченаведених кількостях, мас.%: SiO239-55переважно40-52 Аl2О316-27 переважно16-25СаО3-35 переважно10-25 MgOдо 15 переважнодо 10 Na2Oдо 15 переважно6-12 K2Oдо 15 переважно3-12R2O(Na2O+К2О)10-17 переважно12-17Fe2O3менше 6 ТiO2до 3 ТiO2+ Fe2O3менше 6 та в якій вміст MgO до 5 мас.% при вмісті R2O≤13 мас.%

Description

Даний винахід стосується галузі штучних мінеральних ват. Він стосується зокрема мінеральних ват, призначених для виготовлення матеріалів, що забезпечують термо- і/або звукоізоляцію, або субстратів для вирощування без грунту.

Винахід зокрема стосується мінеральних ват типу кам'яної вати, тобто хімічні склади цих ват передбачають високу температуру ліквідусу і високу плинність при температурі утворення волокна в поєднанні з високою температурою склування.

Звичайно цей тип мінеральної вати одержують способами так званого «зовнішнього» центрифугування, різновидом яких, наприклад, є використання каскаду центрифуг, куди за допомогою нерухомого засобу завантаження надходить розплавлений матеріал, як це описується зокрема в патентах ЕР-045310 або ЕР- 043985.

Процес утворення волокна шляхом так званого «внутрішнього» центрифугування, тобто з використанням центрифуг, що обертаються з високою швидкістю і обладнані висвердленими отворами, звичайно призначений для одержання склоподібних мінеральних волокон вати типу скловати, які визначено мають склад, більш збагачений оксидами лужних металів з низьким вмістом алюмінію, більш низьку температуру ліквідусу та більш високу в'язкість при температурі волокноутворення, ніж кам'яна вата. Цей спосіб описаний зокрема в патентах ЕР-0189354 та ЕР-0519797.

Однак технічні розчини останнім часом були удосконалені, що дозволило пристосувати процес зовнішнього центрифугування для одержання волокнистої кам'яної вати, особливо при модифікуванні матеріалу складових частин центрифуг та їхніх операційних характеристик. Деталізація даного питання наведена в патенті УУО93/02977. Доведено, що це пристосування особливо цінне тим, що дозволяє об'єднати властивості, які раніше були притаманні одному або другому з двох типів волокон - волокон кам'яної вати або волокон скловати. Таким чином, волокна кам'яної вати, одержані зовнішнім центрифугуванням, за якістю порівнянні із скловатою з більш низьким вмістом неволокнистого матеріалу, ніж волокна кам'яної вати, одержані звичайним шляхом. Проте воно зберігає дві основні переваги, пов'язані з його хімічною природою, а саме низьку вартість хімічних реагентів і здатність витримувати високу температуру.

Тому зараз існують два можливих шляхи утворення волокон кам'яної вати, вибір того або іншого залежить від ряду умов, що включають рівень якості, необхідний для застосування, та рівень промислової й економічної здійсненності.

Останнім часом до цих критеріїв додалася біодеградованість мінеральної вати, а саме її здатність швидко розчинятися у фізіологічному середовищі для запобігання будь-якому шкідливому ризику, пов'язаному з можливою акумуляцією найдрібніших волокон в організмі при вдиханні.

Одне вирішення проблеми вибору складу для мінеральної вати типу кам'яної вати, що має біорозчинну природу, полягає у використанні високого вмісту алюмінію та помірному вмісті лугів.

Таке вирішення призводить зокрема до високих витрат на сировину через перевагу використання бокситів.

Об'єктом даного винаходу є поліпшення хімічного складу волокнистих мінеральних ват кам'яного типу, яке особливо спрямоване на збільшення їхньої біодеградованості одночасно зі здатністю їх до ефективного волокноутворення методом внутрішнього центрифугування при збереженні можливості одержання цих складів з недорогих вихідних матеріалів.

Об'єктом винаходу є мінеральна вата, що має здатність розчинятися у фізіологічному середовищі, причому склад зазначеної мінеральної вати включає наступні компоненти у таких кількостях, 95 мас:

ЗІ» 39-55 переважно 40-52

А26Оз 16-27 - 16-25

Сао 3-35 - 10-25

Пе) до 15 - до 10

МагО до 15 - 6-12

Є) до 15 - 3-2

ВгО(МагО-К2О) 10-17 - 12-17

ЕегОз до«6

Ті» до З

ТіО»-ЕБегОз до«6 та в якому МДО до 595, при В2О « 13,09.

Відповідно до більш прийнятного варіанта винаходу мінеральна вата містить наступні компоненти при такому їх вмісту, 9о маб.:

ЗІ» 39-55 переважно 40-52

А269Оз 16-25 - 17-22

СаО 3-35 - 10-25

Пи е1) до 15 - до 10

МагО до 15 - 6-12

КО до 15 - 6-12

ВгО(МагО--КгО) »13,0-17

ЕегОз 0-15

ВгОз 0-8 - 0-4

ТО» 0-3

В іншому тексті розуміється, що будь-яке значення вмісту того або іншого компонента в композиції, вказане у відсотках, означає його вміст у масових відсотках і, відповідно до винаходу, композиції можуть містити до 2 або 395 сполук, які розцінюються як неаналізовані домішки, як це прийнято у композиціях подібного типу.

Добір компонентів в такій композиції забезпечив цілий ряд поєднуваних переваг, особливо при варіюванні множинних та комплексних функцій, властивих деяким з цих специфічних компонентів.

Фактично можна показати, що комбінація високого вмісту алюмінію від 16 до 27, переважно більше 17905, мМабо переважно менше 2595, особливо менше 2295, при сумарному вмісті складових прядильної маси - кремнію та алюмінію - від 57 до 7595, переважно більше 6095, або переважно менше 7295, особливо менше 70905, з високим вмістом лугів (В2О : сода і поташ) від 10 до 1795, з вмістом МодО до 595 при НгО « 13,0905, дозволяє одержати композиції скла з високою здатністю волокноутворення у широкому діапазоні температур і одержання волокон, біорозчинних при кислих значеннях рн. У залежності від вибору варіантів винаходу вміст лугів переважно складає більше 1295, особливо переважно більше 1395 і навіть 13,395, і/або переважно менше 1595, особливо переважно менше 14,5905.

Виявляється, дане коло композицій особливо вигідне, тому що змогли встановити, що, всупереч загальноприйнятому, в'язкість розплавленого скла не зменшується у значній мірі при збільшенні вмісту лугів.

Цей відмітний ефект дозволяє збільшити різницю між температурою, що відповідає в'язкості при волокноутворенні, і температурою ліквідусу у фазі кристалізації і таким чином значно поліпшити умови волокноутворення і, зокрема, дозволяє виготовляти біорозчинне скловолокно нового типу методом внутрішнього центрифугування.

Відповідно з винаходом вміст оксиду заліза(Бе2Оз) складає до « бмас.9о. Кількість оксиду заліза може досягати 1595. Відповідно до одного із варіантів винаходу, вміст оксиду заліза у композиціях складає до 6905, переважно менше 2,595. Проте навіть такий вміст даного компоненту забезпечує властивість вогнетривкості одержуваних з такої мінеральної вати виробів.

Добре, коли композиції, згідно Кк! даним винаходом, відповідають наступному співвідношенню: (МагОя-К2О)/Аі2Оз о» 0,5, переважно (МагО-К2О)/АІ2Оз3 о» 0,6, особливо переважно (Магож-К2О)/АІ2О3 хх 0,7, яке, напевне, сприяє досягненню температури, що відповідає в'язкості при волокноутворенні, яка перевищує температуру ліквідусу.

Відповідно до варіанта винаходу композиції переважно містять вапно у кількості від 10 до 25, особливо переважно більше 1095, переважно більше 1595, і/або переважно менше 2595, особливо переважно менше 1595, і навіть менше 1095. у поєднанні з магнезією у кількості д більше 0 до 5956, переважно менше 295, особливо переважно менше 195, і/або змісті магнезії більше 0,395, особливо більше 0,595.

Відповідно до іншого варіанта вміст магнезії складає від 5 до 1095 при вмісті вапна від 5 до 1595, і переважно від 5 до 10905.

Додавання Роз, яке є необов'язковим, у кількості до 395, переважно до 295, може зумовити підвищення біорозчинності при нейтральних значеннях рН. Композиція може також необов'язково містити оксид бору, який може забезпечити поліпшення термальних властивостей мінеральної вати, особливо у результаті його тенденції знижувати її коефіцієнт термопровідності радіоактивного компонента, а також збільшення біорозчинності при нейтральних рн. В композицію може бути також (необов'язково) включений ТіОг, наприклад, у кількості до 395. При цьому бажано, щоб сума компонентів Еегоз-ТіО» складала до « 6 мас.9б5.

Інші оксиди, такі як Вао, 5гО, Мпо, СггОз і 270». можуть також входити до складу композиції, кожний у кількості приблизно 2905.

Різниця між температурою, що відповідає в'язкості, дорівнюючій 1026 пауз (деципаскаль. сек), яку позначають Тод 25 І (температурою) плавлення фази кристалізації, яку позначають Тід, переважно складає щонайменше 107С. Цю різницю, Тод 25 - Під, називають «робочим діапазоном» композиції даного винаходу, тобто це температурний діапазон, усередині якого можна виготовляти волокна, найбільш переважно - методом зовнішнього центрифугування. Ця різниця переважно складає щонайменше 20 або 30"С і навіть більше 50"С, більш переважно - 100260.

Композиції даного винаходу мають високі температури склування, особливо переважно більше 6002. їхня температура прожарювання (яку позначають Т прожарювання) істотно вище 600"С.

Як зазначалося вище, види мінеральної вати, що розглядаються, мають прийнятний рівень біорозчинності, особливо при кислих рН. Таким чином, у цілому їхня швидкість розчинення, яка визначається зокрема за окисом кремнію, складає щонайменше 30 і переважно щонайменше 40 або 5онг/см? за годину при визначенні при рН 4,5.

Інша дуже важлива перевага даного винаходу полягає у можливості використання для одержання композиції цих скловат недорогих вихідних матеріалів. Ці композиції можуть зокрема забезпечувати сплавлення мінералів гірничих порід, наприклад, фонолітного типу з носієм на основі лужноземельних металів, наприклад, вапняку чи доломіту, якщо потрібно, із залізною рудою. Таким шляхом одержують алюмінієвий носій з помірною вартістю.

Цей тип композиції з високим вмістом алюмінію може бути успішно сплавлений у вогняних або електричних печах для скла.

Подальші деталі та переваги будуть розкриті нижче в описі без обмеження обсягу винаходу його більш прийнятними варіантами.

Нижче, в таблиці 1 наведені хімічні склади композицій у мас. за п'ятьма прикладами.

Коли сумарні кількості всіх компонентів у композиції трохи відрізняються від 10095 (у той або інший бік), слід мати на увазі, що ця різниця порівняно з 10095 відповідає неаналізованій незначній кількості домішкових компонентів і/або є наслідком приблизності обчислень у даній галузі, проведених за допомогою аналітичних методів.

Маю 77777777 77117180 | 63 | 2 щфщ60 | щ62 2 | 65 бебз//////7 | 77117728 | 25 2 | з | 66 1 73

Разом. 777777 | 77717100 | 998 2 | 999 2 щ | 988 2 | 9944щЩД (Тпрожавювання.д//0 | 622С | 658 17777777 63 |в при рН 4,5 годину годину годину годину годину

У прикладах одержували волокна з наведених композицій методом зовнішнього центрифугування, особливо надана перевага технології, описаній у вищезгаданому патенті УУО93/02977.

Робочі діапазони, які визначають як різницю Тоод - Тід, оцінюються дуже позитивно. Усі (приклади) мають співвідношення (МагОжК2О)/АІ2Оз більше 0,7 при високому вмісті алюмінію приблизно від 17 до 2095 при дуже високій сумі вмісту (5іОокАг2О3з) і вмісті лужній щонайменше 13,095.

Виявилося, що приклади інших додаткових композицій даного винаходу (позначені як приклади 6-40) є корисними, вони подані в таблиці 2.

В усіх прикладах відношення (МагОжК2гО)/АІ2Оз більше 0,5, переважно більше 0,6, і навіть більше 0,7.

Вміст алюмінію високий, від 1795 і до більше 2595, при зовсім високому значенні суми (5іО»жА/2О3з), переважно більше 60905.

Вміст лугів в додаткових композиціях переважно між менше 11,595 і більше 1495.

Слід зазначити, що їхні робочі діапазони дуже позитивні, переважно більше 507С у дійсності вище, ніж 1002С і навіть вище, ніж 15070.

Температури ліквідуса не дуже високі, зокрема менше або дорівнюючі 12007 і навіть 115026.

Температури (Под 25), що відповідають в'язкості 10255 пауз, сумісні з використанням дисків високотемпературного волокноутворення, особливо за умов використання, описаних в заявці М/О93/02977.

Більш прийнятними композиціями є такі, в яких Под2г5 менше 13507С, переважно менше 130070.

Можна показати, що для композицій, які містять магнезію (МО) від 0 до 595, особливо при щонайменше 0,595 МоО і/або менше, ніж 295, або навіть менше 195 МдО і які містять 10-1395 лугів, характерні дуже задовільні величини фізичних властивостей, особливо робочі діапазони і швидкість розчинення (у випадку прикладів: прикл. 18, 31, 32, 33 і приклад 35-40).

Слід відзначити, що їхні температури прожарювання значно вище 600"С, навіть вище 620"С, і навіть вище 630"с.

Таблиця 2

И2БШВШЗЗЗШЗ Мр леи те б 7 8 9 10 11 12 13 14 15 бас 77777777 | 15 | 715.3 | 142 1321 119 | 9.8 | 145) 714 | 143 | 139

Маб 77777777 / |1640| 63 | 64 | 63 | 64 |6б4| б | 6 | 6 | 6 ко 77777771 76 | 79 | 79 | 78 | 80 80 74 | 72 | 721 | 71

БеОз 77777/7//7/ / | 84 | 98 | 92 | 83 | 113 | 121) 87 | 42 | 63 | 68

Разом. /////// 1994 | 9961996 996) 9951995) 100 | 999) 99.9 | 999 8О»2АрОз /////// | 6151618 | 61.4 63.5) 61.4 |628| 628 | 68 | 65.7 | 65.6 (Маго-коОуАьОз | 0811081 0.81 | 0.81 | 081 0.92) 0.65 | 0.67 | 0.58 | 0.66 (Тпрожарованя (УС) | 618 | | | 615 | 616) 635 | 654 | 655 | 6455 зереиенани в Ге юю о) о | хо не я

Таблиця 2 (продовження 1) -0ШЗАШЗ ери 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 мо 77777777 | 051 051071 051051|051051051|05,|06.

Мао 77777777 / 17159 | 6 | 83 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 59.

Без 66/77/1783 | 95 | 93 | 75 | 62 42| 74 691691 88.

Разом //////////// | 100 | 100 | 99.5 | 998 |99.91999)1 9991 9991999) 100

ЗО» АБОз р/н 642 | 62.7 | 63.8 | 645 |661| 68 |647|653)| 654 | 640. о Товгв-Тао(у"С) 777777р7рИрИрИиИиИиИиИН | 205 | 195 1 80 | 175 | 195 | 220 | 205 | 175 | 160 | 140

Нео Пій По ННЯ Ванни о он ай ої ані ШО ес) 4,5 (у нг/см2 за годин

Таблиця 2 (продовження 2) пи Б с с Ні В Ні В Б Б 26 27 28 29 30 31 32 33 34 мо 77777777 1106 06 050608 )|08)|о08)|о081|07. бебз//////7777777777777777/7 1 14 | 6 | 81 | 751 75 | 74 | 75 | 74 | 75.

Разом. /////////// |17998 | 100 | 100 / 99519931 99 19911 99 | 991.

ЗО АРОз 77777 / | 685 662642) 655) 645) 65.8 | 66.5) 65.7 | 66 4 (МагеосуАьОз | 0.55 | 0.52 | 0.56 | 0.65 | 0.7 | 0.59 | 0.52 | 0.66 | 0.69

Тпа(у) 77777717 71171711171180 11200 | 1160 | 1150 | 1180 | 1200 | 1150 | 1170

Тедав Та(уС) 77777771 17717171 | 15о | 95 | 110 | 120 | 100 | 85 | 130 | 125 (Тпрожарюваня (УС). 17717171 17625 2 ЮщЩщ | | в618| 9

Таблиця 2 (продовження 3) я 0ИВКНА А Третя 36 37 38 39 40

Разом ////////////77/7777777777/л171998 | 2 ..ю99 2 | 988 | 985 | 985 | 986

ЗО»АОз 77777777 / | 666 | 660 | 672 | 681 | 666 | 661

Магочкоо 77777777 | 1066 | 123 | 7124 | 122 | 124 | гл (Магб-коОуАьОз ----/-// | 066 | 063 | 065 | 053 | 06 | 06

Claims

1. Композиція мінеральної вати, яка здатна розчинятися у фізіологічному середовищі, яка містить компоненти у нижченаведених кількостях, мас.9о: ЗІ» 39-55 переважно 40-52 А269Оз 16-27 переважно 16-25 СаО 3-35 переважно 10-25 Пи е16) до 15 переважно до 10 Маго до 15 переважно 6-12 6) до 15 переважно 3-12 (МагожКгО) 2гО 10-17 переважно 12-17 ЕегОз менше 6 ТО» до З ТіО» я ЕГегОз менше 6 та в якій вміст МдО до 5 мас.95 при вмісті НгО «х 13 мас.9ю.

2. Композиція за п. 1, яка відрізняється тим, що вона містить компоненти у нижченаведених кількостях, мас.9о: ЗІ» 39-55 переважно 40-52 А26Оз 16-25 переважно 17-22 СаО 3-35 переважно 10-25 Пи е16) до 15 переважно дої10 Маго до 15 переважно 6-12 6) до 15 переважно 6-12 ве) від більше13 до 17 ЕегОз до 6 ВгОз 0-8 переважно 0-4 ТО» до 3.

3. Композиція за будь-яким з пп. 1-2, яка відрізняється тим, що додатково містить Р2О5 до З мас.9о та ВгОз до 8 мас.Ою.

4. Композиція за п.3, яка відрізняється тим, що містить Р2О5 до 2 мас.9о та ВгОз до 4 мас.9о.

5. Композиція за будь-яким з пп. 1-2, яка відрізняється тим, що містить лужні оксиди (МагО--КгО) у кількості,

мас.до: 13«4НА20:15 переважно 13,32 К20Ох14,5.

6. Композиція за будь-яким з пп. 1-5, яка відрізняється тим, що містить БегОз (у розрахунку на залізо) у кількості, масо: О«ЕБег2Озх5.

7. Композиція за п.б, яка відрізняється тим, що містить РегОз (у розрахунку на залізо) у кількості, мас.9о: О«РегОзг3.

8. Композиція за п.б, яка відрізняється тим, що містить РегОз (у розрахунку на залізо) у кількості, мас.бо: О«РегОзх2,5.

9. Композиція за будь-яким з пп. 1-8, яка відрізняється тим, що співвідношення компонентів НгО/ АІ2Оз 20,5.

10. Композиція за будь-яким з пп. 1-9, яка відрізняється тим, що співвідношення компонентів НгО/ АІ29Оз 20,6.

11. Композиція за будь-яким з пп. 1-10, яка відрізняється тим, що співвідношення компонентів НгО/ АІ25Оз 20,7.

12. Композиція за будь-яким з пп. 1-11, яка відрізняється тим, що містить вапно та оксид магнію у наступній кількості, мас.до: 5а:Сбаохк25 та 0«МдОг10.

13. Композиція за п. 12, яка відрізняється тим, що містить вапно та оксид магнію у наступній кількості, мас.9о: 15:Сба0х:25 та 0«МдОг2.

14. Композиція за п. 12, яка відрізняється тим, що містить вапно та оксид магнію у наступній кількості, мас.9о: Б«кбаОг15 та 5:МдОс10.

15. Композиція за п. 12, яка відрізняється тим, що містить вапно та оксид магнію у наступній кількості, мас.9о: Б«кбаЄг10 та 5:МдОс10.

16. Композиція за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що має швидкість розчинення щонайменше 30 нг/см: за годину, виміряну при рН 4,5.

17. Композиція за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що одержана шляхом волокноутворення скла, яке виготовлено з вихідних матеріалів, що сплавляються, зокрема гірської породи, якою є фоноліт, і лужноземельного носія, яким є вапняк або доломіт, з додаванням, у разі потреби, залізної руди.