能分解在生理介质中的矿物纤维制作方法

西尔维·特罗汉, 阿伦·迪梅林戈, 汉斯·富尔塔克, 沃尔夫冈·何尔斯泰因

1992年3月4日

1991年5月31日

1990年6月1日

伊索福圣戈班公司

C03C13/00GK1059135SQ9110436

矿物纤维 介质 分解 生理

1.能分解在生理介质中的矿物纤维，其特征在于除总重量少于或等于约3%的非纯物外，该矿物纤维还包括以下按重量百分比组成成分SiO237～58%Al2O34～14%CaO 7～40%MgO 4～16%P2O51～10%Fe2O30～15%CaO+MgO+Fe2O3的含量大于25%，氧化物Na2O和K2O的含量的百分比少于7%，铁的含量用Fe2O3的形式表示2.如权利要求1所述的矿物纤维，其特征在于SiO2+Al2O3的含量大于约50%3.如权利要求1或2所述的矿物纤维，其特征在于CaO+MgO的含量少于约40%4.如前面任一项权利要求所述的矿物纤维，其特征在于它包含SiO245～57%Al2O33～6%CaO 20～30%MgO 6～16%Fe2O30.1～4%P2O51～7%Na2O+K2O 0.1～5%5.如权利要求1～3中任一项所述的矿物纤维，其特征在于它包含SiO240～50%Al2O37～13%CaO 20～30%MgO 6～16%Fe2O30～4%P2O53～9%Na2O+K2O 0.1～5%6.用于制作绝热和/或隔音产品，它至少部分地由矿物纤维构成，其特征在于所说的纤维为上面任一项权利要求中所限定的化学混合物

本发明涉及矿物纤维领域，更准确地说，本发明的对象是一种矿物纤维，该矿物纤维的组成是这样的，即当这些矿物纤维一旦与生理介质接触时，它们就会分解通常使用基本上由矿棉，如岩棉所构成的产品来为建筑物作隔热或隔音用要做隔绝的房屋的特殊构造常常导致在现场切割这些产品的全体人员要能适应这些产品，因为这种操作会使这些纤维裂断，而其中一些可能散布到大气中，从而有可能偶然地被吸入人体内尽管吸入的纤维的危害还未得到证实，但是已经感到有需要通过提供使用者一种能容易地溶解在生理介质中的产品来保证使用者的安全本发明的目的就是提供一种矿物纤维，该矿物纤维的组成是这样的，即当它们与生理介质相接触时就会迅速分解特别是，本发明的目的是能通过常规的外离心技术获得的一种纤维本发明是从如高炉矿渣或玄武岩的熔解原材料所得到的玻璃来制造纤维，这类方法也叫自由离心法，就是把一小股熔融状玻璃浇到离心轮的周边带上，使顺该小股玻璃的方向高速地绕一传动轴垂线转动在离心力作用下，某些玻璃被转化成纤维，剩下的被传递到另一只轮上，在该轮上发生相同的情况从而可以在熔融状玻璃的通路上放入三只或四只这样的轮本发明的目的是通过修改在自由离心技术中所使用的已知的玻璃组分来实现的在这些组分的基础上，基本上是由硅、铝和碱土金属氧化物组成，本发明人发现，加入五氧化磷能得到可以迅速分解在生理介质中的纤维状的玻璃此外，本发明的玻璃，就其中的主要方面来说，具有类似于已知玻璃性能的特性，从而可以使用常规的离心轮方法将它们变成纤维本发明的矿物纤维的组成包含下列成分，其重量比的范围为SiO237～58%Al2O34～14%CaO 7～40%MgO 4～16%P2O51～10%Fe2O30～15%CaO+MgO+Fe2O3的量要大于25%，氧化物Na2O和K2O的总百分比要少于7%，本发明的组成成分中所含的铁的总量要用氧化铁的形式本发明所规定的混合物可以从纯的组分制得，但通常是采用可熔解成玻璃化的原材料混合物，可能再增加其它氧化物，如氧化钛和氧化镁，这些在本发明的范围内公认为是非纯物，这些非纯物的量等于或少于其总重量的3%左右为了能在外离心技术中使用，本发明的混合物在相当低的温度下最好能有足够的粘度，这在很大程度上取决于氧化的SiO2和Al2O3的含量，在本发明的范围内，这些氧化物的含量通常等于或大于总重量的50%左右另外，纤维的生产取决于该玻璃的性能，因为该玻璃的性能在更多或更少程度上对其物质中形成的晶体是重要的，这种已知为脱玻作用的现象在几种温度上具有明显区别在某种温度时，晶体生成速度处于最大状态，在另一种温度时，这种生成速度为零(液相线)在其主要方面，在更大或更少的范围内这种现象被加剧了，这取决于碱土金属氧化物的含量在本发明范围内，该重量小于40%左右为了保证纤维具有足够的抗热性，需要CaO+MgO+Fe2O3的重量大于约25%本发明的最佳混合物的范围由下列重量比例确定SiO245～57%Al2O33～6%CaO 20～30%MgO 6～16%Fe2O30.1～4%P2O51～7%Na2O+K2O 0.1～5%不纯物 ≤3%本发明的混合物的另一种范围由下列重量比确定SiO239～50%Al2O37～13%CaO 20～30%MgO 6～16%Fe2O30.1～4%P2O53～9%Na2O+K2O 0.1～5%不纯物 ≤3%本发明的优点在下面说明，它通过对某些非限定性的实施例进行描述在其直径为恒定且大约为10μm的纤维上可完成在生理介质中分解程度的测定这些纤维被浸泡在一种模拟的特别细包流体的溶液内，该溶液的成分为(按g/l表示)MgCl2·6H2O 0.212NaCl 6.415Na2HPO40.148Na2SO4·2H2O 0.179CaCl2·4H2O 0.318NaHCO32.703(Na2洒石酸钠)·2H2O 0.180(Na3柠檬酸钠)·5.5H2O 0.186Na乳酸钠 0.175Na丙酮酸钠 0.172甘氨酸 0.118用来确定在这种溶液中玻璃纤维的分解程度而所选择的实验条件如下将二百毫克的纤维放在由一园环所分开的二个多孔园盘之间，这二个直径为4.3cm的园盘覆盖有聚碳酸脂过滤层这一装置形成了一测量用的网眼，穿过该网眼在那里循环该溶液，用一压缩泵来调节该溶液的流动速率这个流动速率为每天40ml，测试期为20天该网眼和含有起化学反应溶液的瓶子保持在37℃下，在穿过该网眼后，为了随后对其进行分析，要把这种起化学反应溶液收集在瓶子里通过分析可测定溶解的二氧化硅的量，溶解的二氧化硅的重量相对于原来存在于纤维中的二氧化硅的重量就给出了一个百分比结果，这个结果是所测试的纤维分解在生理介质中的容量的一个好的指示值所测试的混合物和所获得的结果列于附表1和附表2表1表示本发明的混合物和二种用来作参考的已知混合物(1号玻璃和4号玻璃)在本发明的混合物中对五氧化磷的存在，与那些混合物中几乎不包含有任何磷的纤维相比，常常要引起溶解在起化学反应溶液中的二氧化硅的量的增加，这些纤维是从所说的混合物中获得的表2包含有在应用这种观测时所获得的几种测试结果在一方面，1号玻璃和3号玻璃的比较，在另一方面，4号玻璃和6号玻璃的比较，都表明减少铝并用二氧化硅来代替这部分量的作用会引起所测试的纤维的分解度的增加在2号玻璃和3号玻璃之间，以及5号玻璃和6号玻璃之间的比较表明，在其分解程度相当大的玻璃中，用五氧化磷取代二氧化硅会引起所测试的纤维分解程度的相当大的增加在铝的含量高的玻璃中，五氧化磷对纤维的分解度的影响仍然是相当大的，如4号和7号玻璃所显示的那样将磷加到可玻璃化的混合物中，如用磷酸二钠或磷酸钙的形式加入当加入到可玻璃化的混合物中的磷酸盐的量相当大时，有时它的溶解可能会困难正是由于这个原因，该混合物中五氧化磷的含量要少于或等于总重量的10%左右本发明的混合物具有适合于用外离心法来实现的纤维拉出工艺所需要的粘度和脱玻作用的特性，并且，在纤维状态时，还具有分解在生理介质中的高的分解率，这种混合物包含有其重量少于约7%的碱金属氧化物列在表1中的本发明的矿物纤维都能抵抗大约700℃的温度，还发现那些纤维的块状样品(100kg/M3)在烘炉内加热30分钟后显示出它的下垂在700℃时低于10%用已知的外离心装置可以将本发明的玻璃变成纤维，例如用US-A-2663051，EP-A-0167508或FR-A-2609708号专利中所描述的那些装置用这种方法所生产的相当优质的纤维产品能适合于许多用途，从而，本发明的纤维，例如有助于用来制作几何形状规则的板，这些板可用聚合物粘胶剂进行增强，或用来制作绝缘管用的筒状产品本发明的纤维也可以用来制作缝在薄纸板或金属格栅上的栅网，用来制成细长条，或甚至可以用填实的办法来制成大块