专利名称：矿棉组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及人造矿棉(mineral wool)领域。更具体而言，本发明的目的在于打算用于制备隔热和/或隔声材料或者无土培养基质的矿棉。
更具体而言，本发明涉及玻璃棉类型的矿棉。
这种类型的矿棉一般是通过所谓的“内”离心法(即使用离心器高速旋转)使之纤维化，并且充满孔隙。实际上内离心法非常适用于使玻璃类型的矿棉纤维化，这种矿棉多数都含有一种碱金属氧化物富集的组合物，并且在纤维化温度下，与石棉或玄武岩矿棉相比，其液相线温度更低，粘度更高。这类方法尤其描述于专利EP-0 189 354或EP-0 519797。
近年来，在已知的工业的和经济可行性标准以及质量水平标准上，增加了矿棉的生物降解能力标准，即迅速溶于一种生理介质的能力，以便防止任何与最细纤维吸入物可能在体内聚集相关的潜在的致病危险，因此，本发明的目的在于改善矿棉，特别是玻璃棉类型的矿棉的化学组成，改进的目的尤其在于增加生物降解能力，和/或使生物降解能力与通过内离心法(但是不排除其它纤维化方法)使之纤维化的能力相一致。
本发明的目的在于一种可溶于生理介质的矿棉，它包含下列组分，各组分的重量百分比如下所示SiO238-52％，优选至少为40％，尤其为41-48％或45-50/％Al2O316-23％，优选为17-21％或17-20％RO(CaO和/或MgO)4-15％，优选为5-12％或5-11％R2O(Na2O和/或K2O) 16-25％，优选为17-22％或17-20％B2O30-10％，尤其至少为1％，优选为3-9％或4-10％P2O50-3％，优选为0-1.5％，尤其为0或大于0，最多为0.5％Fe2O3(总铁) 0-3％，优选为0-1.5％，尤其为大约0.01-1％TiO20-2％(在本文的其余部分中，组合物的任一组分的百分比都应理解为所指的是重量百分比)选择这种组合物极为有利，特别是通过改变许多由大量特殊组分所发挥的复杂作用。
这样，本发明涉及一种玻璃棉类型的矿棉组合物，其中，基本上以Na2O和/或K2O形式存在的碱金属氧化物(R2O)的含量大于基本上以CaO和/或MgO形式存在的碱土金属氧化物(RO)的含量。铁氧化物的含量(虽然以Fe2O3的形式测定，但是按惯例，对应于总的铁含量)是非常有限的或甚至为零；另一方面，硼氧化物的含量非常显著。
这种组合物纤维化时的粘度适合于内离心法。
关于生物降解能力，我们已经知道，某种化合物，例如P2O5，可以大大改善矿物组合物，尤其是玻璃棉类型的矿物组合物的生物降解能力，但是其它氧化物，例如氧化铝，正相反，起码在中性pH时，似乎具有降低其生物降解能力的倾向。例如，可参考专利EP-412 878。但是，大量加入P2O5(或，例如去掉氧化铝)在本发明的上下文中并未被证实是最佳方法。这是因为可以有其它考虑，例如经济上的考虑(P2O5来自于昂贵的原料)和技术上的考虑--改变组合物中P2O5的百分比，尤其是改变氧化铝的百分比将会引起组合物的其它特性按照不合需要或未知的方式发生变化。因此，和氧化铝一样，P2O5并不是不影响组合物的粘度。但是，更具体而言，在通过最利于本发明所应用的内离心法来纤维化玻璃棉类型组合物的情况下，该组合物的粘度测定性能是一个待适当控制的重要标准。
因此，本发明按下列方式形成了一个最佳的折衷办法组合物可包含P2O5，但是含量有限，至多为3或1.5％。这样，既保留了它对生物降解能力的有利作用，又无需过多加入P2O5，过多加入P2O5费用高，并且倾向于增加组合物的液相线温度。
通过适当调节组合物中其它主要组分的含量，即RO、R2O、B2O3和SiO2的含量，另一方面，Al2O3的含量明显增大，至少为16～17％。因此，有利地是，氧化铝含量至少为18％，尤其至少为19％或20％。
我们已经发现，在中性pH或酸性pH条件下均用体外试验进行测定，这种结合都能令人满意地达到生物溶解度标准。事实上，哪一种pH最能代表体内生理介质，尤其是肺部区域，这个问题尚未最终解决。到目前为止，较高的氧化铝含量似乎利于组合物在酸性pH条件下迅速溶解，但是在中性pH条件下轻微/缓慢溶解。
虽然通过选择氧化铝的高含量，无论在何种pH条件下，本发明都可能得到高水平的生物溶解性(至少在体外测定)，但是尤其通过调节RO、R2O和B2O3的含量，以便保持它们在酸性pH条件下的有利作用在中性pH条件下不受影响。
本发明组合物中优选CaO的含量为4～11％。
同样地，优选的MgO含量为0.1～7％，尤其为0.3～6.5％。
实际上，因为碱土金属氧化物总含量一定，尤其是因为稀有金属的成本较高，所以通常选择CaO含量大于MgO含量。这样就可以选择MgO含量非常低或甚至为零(例如为0～1％)，或者高一些，例如2～6％。
根据第一个实施方案，CaO/MgO比率可以大于或等于1.25，尤其大于或等于5，甚至大于或等于10。
但是，在本发明的上下文中已经证实了提出第二个实施方案是有用的，其中，MgO含量与CaO含量相当，或者甚至高于CaO含量。这样，MgO/CaO比率可以大于或等于0.8，或者甚至大于或等于1或1.5；在不同的CaO和MgO含量下得到的不同比率对组合物的生物降解能力可以产生有利的影响。
组合物的Na2O含量至少为12％，尤其为13～19.5％，优选的K2O含量至少为0.5％，尤其为0.5～8％。
如碱土金属氧化物中的CaO和MgO含量的情况那样，就碱金属氧化物而言，通常组合物中的Na2O含量明显高于K2O含量。对于一种确定量的碱金属氧化物总含量，K2O含量可非常低或者为零含量(例如，小于3％，尤其为0.5～2.5％)。但是，在本发明的范围内，也可能提供一个明显较高的K2O含量，例如大约为5～7％。例如在组合物中，有时K2O的含量最高可达大于碱金属氧化物总量的四分之一或者甚至三分之一。
有利地是，组合物所含的碱土金属和碱金属氧化物的百分比如下R2O/RO＞1.8，尤其为2～4。
应当注明，SiO2+Al2O3的总量使我们能够大大控制组合物的粘度测定性能。优选该总量至少为60％，尤其大约为61～67％。
如上所述，铁氧化物的含量(总铁)是任选的。组合物中可以含有少量的铁氧化物，它被有意地加入或者是作为一种杂质加入。它的存在可对所得矿棉的防火性能产生有利的影响。
与铁一样，P2O5在组合物中的存在也是任选的，它的含量可能为零，或者最高到0.1％，或者至少为0.1％和最高到1.5或2％。
硼氧化物是一种有利的、任选的化合物，与碱金属氧化物的作用方式相同，它尤其被用作融合剂，并且似乎有利于矿棉的生物降解能力。另外，它的存在可能会提高矿棉的热绝缘性，尤其是可能降低其辐射组分的导热系数。
该组合物还可以包含某些其它微量组分，通常总含量至多为组合物的2～3％。例如，它们可以是微量的TiO2、MnO和SO3等。
组合物的粘度η(泊)满足logη＝2.5时的温度Tlog2.5和/或组合物的粘度η满足logη＝3时的温度Tlog3高于组合物液相线温度Tliq；Tlog2.5-Tliq和/或Tlog3-Tliq的差额优选至少为10℃，优选至少为20或40℃。这种差额定义了本发明组合物的“工作区域”，即可被纤维化的温度范围，更具体而言是通过内离心法使之纤维化的温度范围。
如上所述，无论测定方法的pH为中性、弱碱性或酸性，该矿棉都具有令人满意的生物溶解性水平。
在pH值为4.5的条件下进行测定时，本发明矿棉的溶解速率一般至少为30ng/cm2/hr，或者至少为40或50ng/cm2/hr；在pH值为7.5的条件下进行测定时，其溶解速率一般至少为30ng/cm2/hr，尤其至少为40或50ng/cm2/hr。
一般而言，在pH值为4.5的条件下进行测定时，该矿棉的溶解速率也至少为300ng/cm2/hr，尤其至少为40或50ng/cm2/hr；在pH值为6.9的条件下进行测定时，其溶解速率也至少为30ng/cm2/hr，尤其至少为40或50ng/cm2/hr。
一般而言，在pH值为4.5的条件下进行测定时，该矿棉的溶解速率也至少为60ng/cm2/hr，尤其至少为80ng/cm2/hr；和/或在pH值为6.9或7.5的条件下进行测定时，其溶解速率也至少为40ng/cm2/hr，尤其至少为60ng/cm2/hr。
该矿棉主要被用于制造隔热和/或隔声产品或无土培养基质。本发明的目的也在于任何包含，至少部分包含上述矿棉的产品。
进一步的细节和有利特性将在下列优选的非限制性实施方案中加以描述。
表1给出了9个实施例中按重量百分比计的化学组成。
表2给出了另外3个实施例的化学组成，其中化学分析的精确度稍高一些，同时也出现了三个物理特性，即液相线温度Tliq，用泊表示的粘度η满足logη＝3时的温度Tlog3和用泊表示的粘度η满足logη＝2.5时的温度Tlog2.5，三个温度均用℃表示。
当所有化合物的总含量稍稍小于或大于100％时，应理解为与100％的差额对应于在微量状态下总是不被分析或者不能被分析的次要杂质/组分(TiO2，SO3)，和/或只是由于在这个领域所采用的分析法中被认可的近似。
表1<
<p>表2
按照已知的方式，特别是按照上述专利所提及的方式，通过内离心法使这种组合物纤维化。
它们的工作范围，由Tlog2.5-Tliq的差额所定义，完全是正值。
它们的生物降解能力，尤其是在中性或弱酸性pH(pH4.9或7.5)或酸性pH(pH4.5)条件下进行测定时是令人满意的。
实施例1和2涉及本发明的第一个实施方案，其中，碱土金属族中的主要氧化物为CaO，碱金属族中的主要氧化物为Na2O。
实施例3～9涉及第二个实施方案，其中，正好相反，碱土金属族中的MgO含量和碱金属族中的K2O含量分别比较显著。
实施例10～12更加精确地对组合物特性加以详细说明，这些实施例显示出所讨论的组合物在熔融(Tliq值不太高)时表现出良好的特性，并且它们的工作范围足够宽，使得通过纤维化来对其进行加工时没有额外的困难。
权利要求
1.可溶于一种生理介质的矿棉，其特征在于它包含下列按重量百分比计的各组分SiO238-52％，优选至少为40％，尤其为41-48％Al2O316-23％，优选为17-21％RO(CaO+MgO) 4-15％，优选为5-12％R2O(Na2O+K2O) 16-25％，优选为17-22％B2O30-10％，尤其至少为1％，优选为3-9％Fe2O3(总铁) 0-3％，优选为0-1.5％P2O50-3％，优选为0-1.5％TiO20-2％
2.根据权利要求1的矿棉，其特征在于它包含4～11％的CaO。
3.根据上述任一权利要求中的矿棉，其特征在于它包含0.1～7％的MgO，尤其是0.3～6.5％的MgO。
4.根据上述任一权利要求中的矿棉，其特征在于它满足下列关系MgO/CaO≥0.8，尤其≥1或1.05。
5.根据权利要求1～3中任一项的矿棉，其特征在于它满足下列关系MgO/CaO≥1.25，尤其≥5或≥10。
6.根据上述任一权利要求中的矿棉，其特征在于它所包含的Na2O至少为12％，尤其为13～19.5％。
7.根据上述任一权利要求中的矿棉，其特征在于它所包含的K2O至少为0.5％，尤其为0.5～8％。
8.根据上述任一权利要求中的矿棉，其特征在于它满足下列关系R2O/RO＞1.8，尤其＞2～4。
9.根据上述任一权利要求中的矿棉，其特征在于它包含SiO2+Al2O3至少为60％，尤其为61～67％。
10.根据上述任一权利要求中的矿棉，其特征在于它具有温度Tlog2.5和/或温度Tlog3，和液相线温度Tliq，并且Tlog2.5-Tliq或Tlog3-Tliq的差额至少为10℃，尤其至少为20℃，优选至少为40℃。
11.根据上述任一权利要求中的矿棉，其特征在于在pH值为4.5的条件下进行测定时，其溶解速率至少为30ng/cm2/hr；在pH值为7.5的条件下进行测定时，其溶解速率至少为30ng/cm2/hr。
12.根据上述任一权利要求中的矿棉，其特征在于在pH值为4.5的条件下进行测定时，其溶解速率至少为30ng/cm2/hr；在pH值为6.9的条件下进行测定时，其溶解速率至少为30ng/cm2/hr。
13.根据上述任一权利要求中的矿棉，其特征在于在pH值为4.5的条件下进行测定时，其溶解速率至少为60ng/cm2/hr；和/或在pH值为7.5的条件下进行测定时，其溶解速率至少为40ng/cm2/hr；和/或在pH值为6.9的条件下进行测定时，其溶解速率至少为40ng/cm2/hr。
14.根据上述任一权利要求中的矿棉，其特征在于它是通过内离心法制得的。
15.隔热和/或隔声产品或无土培养基质，其特征在于它至少部分包含上述任一权利要求中的矿棉。
全文摘要
本发明涉及一种可溶于生理介质的矿棉,它包含按重量百分比表示的下列组分:SiO
文档编号G10K11/162GK1273571SQ9980107
公开日2000年11月15日 申请日期1999年5月4日 优先权日1998年5月6日
发明者A·德梅林戈, J·L·贝尔纳, F·拉丰 申请人:伊索福圣戈班公司