PL167825B1 - Wlókna mineralne zdolne do rozkladania sie w srodowisku fizjologicznym PL PL - Google Patents

Abstract

1. Wlókna mineralne zdolne do rozkladania sie w srodowisku fizjologicznym, znamienne tym, ze zawieraja, poza zanieczyszczeniami, których calkowita wagowa zawartosc jest mniejsza lub równa okolo 3%, nastepujace skladniki w wymienionych stosunkach wagowych: 37 do 58% SiO 2, 3 do 14% Al 2O 3, 7 do 40% CaO, 4 do 16% MgO, 1 do 10% P 2O 5, 0 do 15% Fe2O3 , czyli calkowitego zelaza wyrazonego w takiej postaci, przy czym suma CaO + MgO + Fe2O3 jest wyzsza od 25%, podobnie jak suma udzialów procentowych tlenków Na2O i K 2O jest nizsza od 7%. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku są włókna mineralne zdolne do rozkładania się w środowisku fizjologicznym, ściślej biorąc włókna o składzie umożliwiającym ich rozkład w zetknięciu ze środowiskiem fizjologicznym.

Izolację termiczną lub akustyczną budynków wykonuje się często z materiałów wytworzonych zasadniczo z wełny mineralnej, takiej jak wełna bazaltowa, szczególne ukształtowanie izolowanych miejsc zmusza często ludzi, zajmujących się układaniem tych materiałów, do cięcia ich na miejscu. Operacja ta powoduje łamanie włókien i ewentualnie rozpraszanie niektórych z nich w powietrzu. Wynikiem tego może być przypadkowe dostanie się włókna do dróg oddechowych. Chociaż nie wykazano szkodliwości wdychanych włókien, uznano za potrzebne uspokojenie użytkowników, proponując im produkt zdolny do łatwego rozpuszczania się w środowisku fizjologicznym.

Celem wynalazku jest zaproponowanie włókien mineralnych o składzie, umożliwiającym ich szybki rozkład w zetknięciu ze środowiskiem fizjologicznym.

Przedmiotem wynalazku są zwłaszcza włókna możliwe do otrzymania tradycyjnymi technikami wirowania zewnętrznego. Techniki te stosuje się do wytworzenia włókien ze szkła otrzymanego przez stopienie surowców, takich jak bazalty lub żużle wielkopiecowe. Niektóre z tych technik, nazywane też wirowaniem swobodnym, polegają na wylewaniu strumienia stopionego szkła na zewnętrzną powierzchnię wirującego bębna, obracającego się z wielką prędkością dokoła osi prostopadłej do kierunku strumienia szkła. Pod wpływem siły odśrodkowej część szkła ' przekształca się we włókna, a resztę kieruje się na inny bęben, gdzie zachodzi to samo zjawisko; na drodze stopionego szkła można umieścić trzy lub cztery bębny.

Cel wynalazku osiągnięto, modyfikując składy znanych szkieł, stosowanych w technikach wirowania swobodnego. Podczas badania takich składów szkieł, zawierających głównie krzemionkę, tlenek glinu, tlenki pierwiastków ziem alkalicznych, stwierdzono, że dodatek pięciotlenku fosforu pozwala otrzymać szkła, które pod postacią włókien rozkładają się szybko w

167 825 środowisku fizjologicznym. Ponadto właściwości najważniejszych szkieł według wynalazku są zbliżone do właściwości szkieł znanych. W związku z tym można je formować we włókna, stosując klasyczne bębny wirujące.

W skład włókien mineralnych według wynalazku wchodzą podane niżej składniki w stosunkach wagowych określonych w następujących granicach:

SiO₂ 337 do 58%

Al₂O3 3 do 14%

CaO 7 dd 40%

MgO 4 do 146%

P₂ O₅ 1 do 10%

Fe₂O3 0 do 148% przy czym suma CaO + MgO + Fe₂O3 jest wyższa od 28%, podobnie jak suma udziałów Na2O i K2O jest niższa od około 7%. Całość żelaza zawartego w składzie włókna według wynalazku jest wyrażona w postaci tlenku żelazowego.

Tak określone włókna można wytworzyć ze składników czystych, ale zwykle otrzymuje się je przez stopienie mieszaniny surowców zdolnych do tworzenia szkła z ewentualnym dodatkiem innych tlenków, takich jak tlenek tytanu i tlenek manganu, określanych w obrębie wynalazku jako zanieczyszczenia. Całkowita zawartość tych zanieczyszczeń jest niższa lub równa około 3% wagowych.

Dla umożliwienia stosowania technik wirowania zewnętrznego, kompozycje o składzie według wynalazku wykazują korzystnie właściwą lepkość we względnie niskiej temperaturze. Zależy ona w dużej mierze od całkowitej sumy tlenków SiO2 i AhO3. W obrębie wynalazku suma tych tlenków jest zwykle równa lub wyższa od około 80% wagowych. Wytwarzanie włókien jest poza tym uwarunkowane większą lub mniejszą zdolnością szkła do wzrostu kryształów w jego masie. Zjawisko to, zwane odszkleniem charakteryzuje się paroma .temperaturami jedną, w której szybkość wzrostu kryształów jest największa i drugą, w której szybkość' ta staje się zerowa (likwidus).

Zjawisko to zależy w dużym stopniu od całkowitej sumy tlenków pierwiastków ziem alkalicznych. W obrębie wynalazku suma ta jest niższa od około 00% wagowych.

Dla zapewnienia dobrej odporności włókien na ciepło, pożądane jest, aby suma CaO+MgO+Fe2O3 była wyższa od około 28% wagowych.

Zakres korzystnych kompozycji o składzie według wynalazku ograniczają następujące stosunki wagowe:

do d8% do 6%

22) do 33% do 146%

0, 1 do 40% do o%

04do 58% <3%

SiO2 AI2O3 CaO MgO Fe2O3 P2 O5

Na2O+K₂O zanieczyszczenia

Inny zakres kompozycji o składzie według wynalazku określają następujące stosunki wagowe:

SiO2	33 do d0%
Al2 O3	7 do 14%
CaO	22 do 330%
MgO	6 do 146%
Fe2O3	0, i do 4%
P2 O5	3 3 oo %
Na2O+K2O	0,1 do 58%

zanieczyszczenia <3%

Zalety wynalazku przedstawiono w następujących przykładach.

167 825

Pomiary stopnia rozkładu w środowisku fizjologicznym prowadzono na włóknach o średnicy stałej, równej około 10 mikrometrów. Włókna te zanurzano w roztworze symulującym płyn pozakomórkowy o następującym składzie (wyrażonym w g/litr):

MgCla	0,212
NaCl	6,415
Na2HPO4	0,148
Na2SO4.2H2O	0,179
CaCl2.4H20	0,318
NaHCO3	2,703
Winian disodowy . 2H2O	0,180
Cytrynian trisodowy. 5,5Κ2>0	0,186
Mleczan sodowy	0,175
Pirogronian sodowy	0,172
Glicyna	0,118
Dla określenia stopniarozkładu włókien szklanych w tym roztworze wybrano następujące

warunki doświadczalne: dwieście miligramów włókien umieszczono między dwoma dziurkowanymi krążkami, rozdzielonymi kolistym pierścieniem. Oba krążki, o średnicy 4,3 cm, przykryto sączkiem z poliwęglanu. Całość stanowiła komórkę pomiarową, przez którą krążył roztwór o przepływie, regulowanym pompą perystaltyczną. Natężenie przepływu wynosiło 40 mililitrów dziennie, a czas trwania próby - 20 dni. Komórkę i butelkę, zawierającą wymieniony roztwór, utrzymywano w temperaturze 37°C. Roztwór ten po przejściu przez komórkę zbierano do butelek do późniejszej analizy. Analiza polega na pomiarze ilości krzemionki, która przeszła do roztworu; stosunek ciężaru krzemionki rozpuszczonej do ciężaru krzemionki, zawartej początkowo we włóknie, daje procentowy wynik, który jest dobrym wskaźnikiem zdolności badanego włókna do rozkładu w środowisku fizjologicznym. W tabelach 1 i 2 podano badane składy i otrzymane wyniki. W tabeli 1 znajdują się składy, objaśniające wynalazek oraz dwa znane składy służące jako odniesienie (szkło nr 1 i 4).

Obecność pięciotlenku fosforu we włóknach według wynalazku daje zawsze w wyniku wzrost ilości krzemionki rozpuszczonej w roztworze, działającym na włókna o wymienionych wyżej składach, w porównaniu z włóknami, w skład których fosfor praktycznie nie wchodzi. W tabeli 2 zestawiono kilka wyników doświadczalnych na poparcie tego twierdzenia. Porównanie między szkłami nr 1i 3 oraz szkłami nr 4 i 6 wykazuje, że zmniejszenie udziału tlenku glinu na rzecz krzemionki sprzyja rozkładowi badanych włókien. Porównanie między szkłami nr 2 i 3 oraz między szkłami nr 5 i 6 wykazuje, że w szkłach, w których stopień rozkładu nie jest bardzo mały, zastąpienie pięciotlenku fosforu przez krzemionkę wywołuje znaczne zwiększenie stopnia rozkładu badanych włókien. Wpływ pięciotlenku fosforu na stopień rozkładu włókien pozostaje znaczny w szkle o dużej zawartości tlenku glinu, jak to wykazują szkła nr 4 i 7. Fosfor wprowadza się do mieszaniny zdolnej do tworzenia szkła w postaci, na przykład fosforanu disodowego lub fosforanu wapnia. Gdy ilość fosforanu wprowadzonego do tej mieszaniny jest stosunkowo duża, może to czasem utrudniać jej stopienie. Z tego powodu zawartość pięciotlenku fosforu w kompozycjach pozostaje równa lub niższa od około 10% wagowych. Kompozycje o składzie według wynalazku, które wykazują jednocześnie charakterystykę lepkości i odszklenia, przystosowaną do procesu otrzymywania włókien drogą wirowania zewnętrznego i pod postacią włókien wielką szybkość rozkładu w środowisku fizjologicznym, zawierają w przybliżeniu mniej niż 7% wagowych tlenków alkalicznych. Włókna mineralne według wynalazku przedstawione w tabeli 1 są całkowicie odporne na temperaturę do około 700°C. Stwierdzono, że próbki sześcienne tych włókien (100 kg/m³) ogrzewane w piecu w ciągu 30 minut w temperaturze 700°C wykazują mniejsze osiadanie niż 10%.

Szkła według wynalazku można formować we włókna, stosując znane urządzenia do wirowania zewnętrznego, jakie opisano na przykład w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr US-A-2 663 051, w europejskich opisach patentowych nr EP-A-0 167 508 lub FR-A-2 609 708. Tak otrzymane włókna pozwalają uzyskać materiały włókniste o doskonałej jakości, nadające się do licznych zastosowań. Przykładowo włókna według wynalazku stosuje się korzystnie w postaci płyt o określonych kształtach geometrycznych, usztywnionych spoli167 825 meryzowanym spoiwem lub w postaci wyrobów o kształtach rurowych do izolacji rurociągów. Włókna według wynalazku stosuje się też w postaci materaców przyszytych do kartonu lub siatki metalowej, w postaci wałków oraz luzem do wypełniania.

Tabela 1

Składy w procentach wagowych

Składniki	Szkło nr
	1	2	3	4	5	6	7	8
SiO2	47,1	49,9	56,4	45,7	49,7	52,7	39,7	44,9
Fe2O3	12,9	12,9	12,9	2,1	2,1	2,1	2,1	10
Al2O3	13,8	4,5	4,5	11,5	4,5	4,5	11,5	4,5
CaO	10,3	10,3	10,3	29,5	29,5	29,5	29,5	29,5
MgO	9,1	9,1	9,1	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4
Na2O	2,7	2,7	2,7	1,4	1,4	1,4	1,4	1,4
K2O	1,2	1,2	1,2	1,3	1,3	1,3	1,3	1,3
P2O5	0,3	6,5	0,3	0,1	3	0,2	6	3
zanieczysz- czenia	2,6	2,9	2,6	1	1,1	0,9	1,1	0,7

Tabela 2

Odporność chemiczna w środowisku fizjologicznym Ilość rozpuszczonej SiO2 (w procentach)

Czas działania	Szkło nr
1	2	3	4	5	6	7	8
20 dni	0,7	5,1	2,5	0,9	11,4	5,2	2,6	5,3

167 825

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,50 zł

Claims (5)

Zastrzeżenia patentowe

1. Włókna mineralne zdolne do rozkładania się w środowisku fizjologicznym, znamienne tym, że zawierają, poza zanieczyszczeniami, których całkowita wagowa zawartość jest mniejsza lub równa około 3%, następujące składniki w wymienionych stosunkach wagowych: 37 do 58% SiO2, 3 do 14% AhO, 7 do 40% CaO, 4 do 16% MgO, 1 do 10% P2O5, 0 do 15% Fe2O3, czyli całkowitego żelaza wyrażonego w takiej postaci, przy czym suma CaO + MgO + Fe2O3 jest wyższa od 25%, podobnie jak suma udziałów procentowych tlenków Na2O i K2 O jest niższa od 7%.

2. Włókna mineralne według zastrz. 1, znamienne tym, że zawierają SiO2 + AJ2O3, których suma jest wyższa od około 50%.

3. Włókna mineralne według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że zawierają CaO i MgO, których suma jest niższa od około 40%.

4. Włókna mineralne według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że zawierają 45 do 57%

SiO2,3 do 6% A2O3,20 do 30% CaO, 6 do 16% MgO, 0,1 do 4% Fe₂O₃, 1 do 7% P2O5, 0,1 do 5% Na2O + K2O.

5. Włókna mineralne według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że zawierają 40 do 50% SiO2,7 do 13% A2O3, 20 do 30% CaO, 6 do 16% MgO, 0 do 4% Fe2Oj, 3 do 9% P2O5, 0,1 do 5% Na2O + K2O.