TW201800356A - 大直徑渣棉、組合物及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種渣棉組合物，其包含以無機原材料之總重量計約60至約80重量%高爐爐渣及約20至約40重量%玄武岩，其中所述組合物之A/B比率在約1.20至約1.70範圍內。本發明進一步提供一種使用本發明之渣棉組合物製造的渣棉，其中所述渣棉之纖維直徑在約4.0微米至約10.0微米範圍內。本發明進一步提供一種製備渣棉之方法。

Description

大直徑渣棉、組合物及其製造方法
本發明係關於一種渣棉組合物、由本發明組合物製造之渣棉及製造渣棉之方法。更特定言之，本發明係關於一種渣棉組合物，其包括高爐爐渣及玄武岩以使得渣棉組合物之A/B比率為1.20至約1.70；及纖維直徑為約4.0微米至10.0微米之渣棉。
礦棉為由天然或合成礦物或金屬氧化物製成之纖維。礦棉之工業應用包含熱絕緣、過濾、填補及隔音(例如吊頂板磚)。
礦棉包括無機原材料之纖維。礦棉為廣泛用於各種相關玻璃產品之術語。一般而言，礦棉為由極精細交纏礦物纖維構成之玻璃纖維樣材料，其外觀略微類似於散棉。其主要由鈣及鋁、鉻、鈦及鋯之矽酸鹽構成。典型地，礦棉由天然岩石或爐渣製造。爐渣為廣泛用於指原生金屬及鑄造工業之廢棄產物的術語，其包含來自爐襯饋料雜質之沈積物、來自燃料之灰渣及用於清潔熔爐及移除雜質之助熔劑。一般而言，儘管礦物纖維之外觀類似於玻璃纖維，但其化學組成明顯不同於玻璃纖維，因為鐵及鈣及鎂之含量高，且二氧化 矽及鋁之比例相對低。
熔渣視酸性及鹼性次組分之相對量而定分為「酸」(亦即高矽酸鹽)熔渣或「鹼性」熔渣。舉例而言，典型酸熔渣含有百分之四十至五十(40.0至50.0%)酸性次組分(諸如二氧化矽(SiO2))、百分之二十五至四十五(25.0至45.0%)鹼性次組分(諸如鈣氧化物(CaO)及鎂氧化物(MgO))及百分之十至二十(10至20%)氧化鋁Al2O3。用於還原金屬之典型鹼性爐渣包括百分之二十五至五十(25.0至50.0%)酸性次組分(諸如二氧化矽(SiO2)及氧化鋁(Al2O3))及相對高百分比(百分之三十四至五十(34.0至50.0%))之鹼性次組分(諸如鈣氧化物(CaO)及鎂氧化物(MgO))。可添加鎂以提高爐渣之鹼性。鹼性為用於使用鹼性爐渣測定金屬品質的方法。鹼性計算如下：(CaO+MgO)/(Al2O3+SiO2)。典型鹼性熔渣之鹼性在0.93至1.9範圍內。
礦棉通常根據其製備中所用之無機原材料分類。舉例而言，岩棉由天然岩石及/或礦物組合製造。渣棉包括典型地自高爐移除之鐵、銅及鉛熔渣之組合物且可含有一些助熔材料。耐火(高溫)或「Certa」棉可由鋁、鉻、鋯或鈦之氧化物及矽砂製成。此等產品之進一步細分與棉料之品質或純度有關。舉例而言，渣棉根據顏色對純度進行細分：獲得黑棉、灰棉及白棉。測定由爐渣饋料製造之礦棉的品質的方法為酸鹼比(A/B)。測定A/B之式為(Al2O3+SiO2)/(CaO+MgO)。如美國專利第5,496,392號中所述，在衍生自沖天爐爐渣的典型礦棉中，酸鹼比在0.74至2.316範圍內。
此外，如頒予USG Interiors,Inc之美國專利第8,697,588號中所述，在習知礦棉中，組分典型地以一定方式選擇且成比例以維持構成纖維之目標酸鹼(A/B)比率。A/B比率為關鍵參數，因為其對應於纖維溶解性，或纖維溶解於體液(諸如血液及唾液)中之容易程度。出於人類健康之原因，此為重要特徵，因為此等材料很可能由於其用於建築構造材料中而與人類接觸。
礦棉在音控吊頂板磚效能中起作用。標準音控吊頂板磚之雜訊降低係數(NRC)大於0.50至高達0.70，且吊頂衰減等級(CAC)值小於35。如ASTM C423中所述，聲音吸收典型地藉由其雜訊降低係數(「NRC」)量度。NRC值為250HZ、500HZ、1000HZ及2000HZ之頻率下特定表面之四個聲音吸收係數的平均值，所述頻率涵蓋典型人類言語之範圍。NRC由0至1.00之數值表示，其指示到達板之聲音中經吸收的分率。NRC值為0.60的音控板吸收到達板之聲音的60%且偏轉所述聲音之40%。另一測試方法為估算之NRC(「eNRC」)，其使用如ASTM C384中所述之阻抗管。減少聲音傳輸之能力藉由如ASTM E1414中所述之吊頂衰減等級(「CAC」)值量度。CAC值以分貝(decibel)(「dB」)量測且表示當聲音穿過材料傳輸時聲音降低之量。舉例而言，CAC為40之音控板使所傳輸之聲音降低40分貝。類似地，聲音傳輸降低亦可藉由如ASTM E413及E90中所述之其聲音傳輸等級(「STC」)量度。舉例而言，STC值為40之板使所傳輸之聲音降低40分貝。
本發明之一個態樣提供一種渣棉組合物，其包含以無機原材料之總重量計約60至約80重量%高爐爐渣及約20至約40重量%玄武岩，其中組合物之A/B比率在約1.20至約1.70範圍內。
本發明之另一態樣提供一種使用本發明之渣棉組合物製造的渣棉，其中渣棉之纖維直徑在約4.0微米至約10.0微米範圍內。
本發明之另一態樣提供一種製造渣棉之方法，其包含如下步驟：提供如下組合物，其包含以無機原材料之總重量計約60至約80重量%高爐爐渣及約20至約40重量%玄武岩，使得組合物之A/B比率在約1.20至約1.70範圍內，及在沖天爐或敞開爐中加熱組合物。
對於本領域之一般技術人員，其他態樣及優勢將由以下詳細描述之評述而顯而易見。儘管方法及組合物易受不同形式實施例之影響，但以下描述包含特定實施例，其中應瞭解本發明為說明性的且並不意欲將本發明限於本文所述之特定實施例。
本發明提供一種渣棉組合物，其包含以無機原材料之總重量計約60至約80重量%高爐爐渣及約20至約40重量%玄武岩，其中組合物之A/B比率在約1.20至約1.70範圍內。在實施例中，組合物之A/B比率在約1.25至約1.65範圍內。在實施例中，組合物之A/B比率在1.25至1.60範圍內。 在實施例中，渣棉組合物基本上由高爐爐渣及玄武岩組成。
如本文所用，「渣棉組合物」指最終組合構成渣棉之無機原材料。焦炭為用於作為製造渣棉之燃料的有機組合物。因此，術語「渣棉組合物」並不涵蓋焦炭。
本文所揭示之渣棉組合物宜利用高爐渣含量，從而在經濟上及環境上為有利的。並不認為具有高爐渣含量之渣棉組合物適用於製造宜用於音控板磚之大直徑纖維，更無需提及具有對應於可接受之纖維溶解性值之有利A/B值的大直徑纖維。已有利地發現選擇特定玄武岩有助於利用高爐渣含量。
本發明進一步提供一種使用本發明組合物製造之渣棉，其中渣棉之纖維直徑在約4.0微米至約10.0微米範圍內。本發明之渣棉宜用於多種應用，例如熱絕緣、填補及吊頂板磚製造(例如隔音)。吊頂板磚市場持續朝提供高於0.70之NRC的高效吊頂板磚發展。NRC可經由密度降低而提高。棉料中較大的平均纖維直徑及較少的渣球有助於產生低密度空心結構，其對於音控效能為必要的。藉由用玄武岩部分置換爐渣，諸如在本發明之組合物中，可達成一種或多種優勢。舉例而言，可製造具有增加之纖維直徑及/或較少渣球含量之渣棉。另外，每份饋料使用較少焦炭，從而降低熔融溫度且產生能量節約、成本益處及/或所得渣棉之纖維直徑的額外增加。
在製造礦物纖維之離心方法期間，當熔融無機材料自轉子排出時，轉子上產生小球體且在其沿切線方向移動時形成長纖維尾部。並非所有所產生之小球體均轉化為纖 維。保持未纖維化之小球體在工業上稱為「渣球」。渣球無音控值。因此，在實施例中，本發明之渣棉的渣球含量為約50%或小於50%。在實施例中，渣棉之渣球含量為約45%或小於45%。在實施例中，渣棉之渣球含量為約40%或小於40%。
在實施例中，本發明之渣棉的A/B比率在約1.20至約1.70範圍內。在實施例中，本發明之渣棉的A/B比率在約1.25至約1.65範圍內。在實施例中，本發明之渣棉的A/B比率在約1.25至約1.60範圍內。
本發明進一步提供一種製造渣棉之方法，其包含如下步驟：提供如下組合物，其包含以無機原材料之總重量計約60至約80重量%高爐爐渣及約20至約40重量%玄武岩，使得組合物之A/B比率在約1.20至約1.70範圍內，及於沖天爐或敞開爐中加熱組合物。在實施例中，組合物之A/B比率在約1.25至約1.65範圍內。在實施例中，組合物之A/B比率在約1.25至約1.60範圍內。視情況，方法進一步包括提供焦炭，以使得高爐爐渣及玄武岩與焦炭之重量比(亦即(高爐爐渣+玄武岩)/焦炭)為約6.9。
本發明渣棉之纖維直徑可在如下範圍內：約4.0微米至約10.0微米、約4.0微米至約9.75微米、約4.0微米至約9.5微米、約4.0微米至約9.0微米、約4.0微米至約8.5微米、約4.0微米至約5.5微米、約4.5微米至約8.5微米、約4.5微米至約6.75微米、約4.5微米至約5.5微米、約5.0微米至約8.0微米、約5.0至約6.75微米、約6微米至約8.5微米或約7.0微米至約9.75微米。
渣棉組合物之爐渣為經研磨之高爐爐渣，其中主 要成分為SIO2、CaO、Al2O3及MgO。出於本發明之目的，適合高爐爐渣可包括(以重量計)：約35.0%至約40.5%(例如約35.3%或約40.2%)SiO2、約35.5%至約40.6%(例如約40.6%或約38.6%)CaO、約10.3%至約11.4%(例如約11.36%或約10.3%)MgO、約8.4%至約9.8%(例如約9.78%或約8.4%)Al2O3、約0.2%至約0.3%(例如約0.25%或約0.3%)Fe2O3、約0.1%至約0.3%(例如約0.15%、0.25%或0.3%)Na2O、至多約0.01%P2O5、約0.3%至約0.5%(例如約0.32%、約0.45%、約0.49%或約0.5%)K2O、約0.2%至約0.5%(例如約0.4%)TiO2、約0.15%至約0.55%(例如約0.19%、約0.52%或約0.5%)Mn2O3、約0.3%至約1.2%(例如約0.3%、約0.93%或約1.18%)SO3、約0.04%至約0.06%(例如約0.05%)SrO、至多約0.01%Cr2O3、至多約0.01%ZnO及約0.03%至約0.05%(例如約0.04%)BaO。以下實例中提供適用於本發明之目的的代表性高爐爐渣組合物。
如本文所用，玄武岩指鹼性火成岩。其由矽酸鐵及矽酸鎂與橄欖石及輝石以及富鈣長石(斜長石)之混合物組成。主要礦物群組為斜長石、輝石，主要呈普通輝石或透輝石形式。橄欖石、黑雲母、角閃岩以及角閃石、鹼性長石、石英、角葉岩及似長石存在於一些玄武岩沈積物中。此外，輝綠岩、melaphyr、副長岩、安粗岩、苦灰岩、純黃長岩、苦橄岩、鹼玄岩、安山岩、玢岩、細碧岩、粗面岩等在本發明之上下文內亦理解為意謂玄武岩。總之，玄武岩已被認為是化學組成極其可變之岩石，與其極標準外觀矛盾。所用玄武岩可來自Radlpaβ、Kloch、Oberhaag、Kim、Solosnica、 Losonec、Kamenec、Zelesice、Zbraslav、Belice、Okucani、Rakovac、Ceramide、Knippa及Dresser之玄武岩沈積物。在一些實施例中，玄武岩來自Dresser玄武岩沈積物。
出於本發明之目的，適合玄武岩可包括(以重量計)：約47.5%至約49.5%(例如約49.0%、約48.8%或約47.7%)SiO2、約8.4%至約9.5%(約9.5%、約9.4%、約8.5%或約8.4%)CaO、約5.9%至約7.0%(例如約6.5%、約6.2%或約6.0%)MgO、約14.5%至約15.5%(例如約15.2%或約14.9%)Al2O3、約13.0%至約14.0%(例如約13.9%、約13.8%或約13.2%)Fe2O3、約2.0%至約3.0%(例如約2.6%、2.4%或2.3%)Na2O、約0.15%至約0.25%(例如約0.20%、約0.19%或0.18%)P2O5、約0.55%至約0.85%(例如約0.80%、約0.77%、約0.67%或約0.61%)K2O、約1.65%至約2.00%(例如約1.82%、約1.74%、約1.73%或約1.70%)TiO2、約0.15%至約0.25%(例如約0.19%、約0.20%或約0.21%)Mn2O3、至多約0.01%SO3、約0.02%至約0.04%(例如約0.03%)SrO、約0.01%至約0.03%(例如約0.02%)Cr2O3、約0.01%至約0.03%(例如約0.02%或約0.01%)ZnO及約0.02%至約0.04%(例如約0.03%)BaO。以下實例中提供適用於本發明之目的的代表性玄武岩組合物。
如上所述，酸鹼比率為礦棉製造之目標參數。本發明之渣棉的酸鹼比率(A/B)由氧化鋁及矽膠與氧化鈣及氧化鎂之比率定義：(Al2O3+SiO2)/(CaO+MgO)。
A/B比率適當地在以下範圍內：約1.20至約 1.70、或約1.25至約1.65、或約1.25至約1.60，例如約1.25、約1.26、約1.28、約1.30、約1.35、約1.40、約1.45、約1.47、約1.50、約1.55、約1.59或約1.62。
如上所述，本文所述之渣棉組合物指用於製造渣棉之無機原材料。組合物可包含約60至約80重量%高爐爐渣，例如約65至約80重量%、約70至約80重量%、約75至約80重量%、約60至約75重量%、約65至約75重量%、約70至約75重量%、約60至約70重量%、約65至約70重量%或約60重量%、約65重量%、約70重量%、約75重量%或約80重量%高爐爐渣。組合物可進一步包含約20至約40重量%玄武岩，例如約20至約35重量%、約20至約30重量%、約20至約25重量%、約25至約40重量%、約25至約35重量%、約25至約30重量%、約30至約40重量%、約30至約35重量%、約30至約35重量%或約20重量%、約25重量%、約30重量%、約35重量%或約40重量%玄武岩。
在實施例中，渣棉組合物包括高爐爐渣及玄武岩。在實施例中，將焦炭與渣棉組合物組合，且高爐爐渣及玄武岩與焦炭之重量比(亦即(高爐爐渣+玄武岩)/焦炭)在以下範圍內：約5.5至約7.5、約6.0至約7.5、約6.5至約7.2或約6.7至約7.2，例如約6.5、約6.6、約6.7、約6.8、約6.9或約7.0。有利地，相對於用於自高爐爐渣及花崗石之組合物製造渣棉之焦炭之量，用於製造本發明渣棉之焦炭之量可減少約14%。舉例而言，對於不包括玄武岩之渣棉組合物，粗礦物組合物(例如爐渣及花崗石或爐渣及玄武岩)與焦炭之量的比率可為約5.7，且對於包括高爐爐渣及玄武岩之本發明 渣棉組合物，可增加至約6.9。在實施例中，渣棉組合物不含花崗石。如本文所用，「不含花崗石」指具有少於2重量%、或少於1重量%、或少於0.5重量%、或少於0.25重量%花崗石的組合物。在實施例中，渣棉組合物基本上由高爐爐渣及玄武岩組成。
在實施例中，可添加其它物質以改良渣棉之產量及品質。
藉由使用石英組分(尤其石英沙)與爐渣(尤其)之組合，亦可正面影響熔融物之熔融性能，從而隨後使得能夠進行熔融物之非晶型固化。用於製造礦物纖維之石英沙一般由超過95重量%SiO2組成。
黏土，尤其黏土礦物以及混合物及副產物，可產生較高強度之連續礦物纖維。黏土充當SiO2及Al2O3及視情況Fe2O3之來源。舉例而言，用於製造礦物纖維之典型黏土含有50至90重量%SiO2、10至30重量%Al2O3及至多20重量%Fe2O3以及少量CaO、MgO、K2O、TiO2。
助熔材料(諸如氟化物化合物，尤其氟石及/或硼化合物，諸如硼酸)影響熔融物之黏度，從而能夠最佳化製造參數以進行隨後的牽拉及離心方法。
氧化鈣及鐵化合物可用作網調節劑。由於鐵含量，故亦可選擇性使用鐵之多價特性，例如光學特性(尤其紅外線吸收)、機械特性(諸如拉伸強度)、與塑膠之黏合特性等。亦可添加鐵化合物作為改良熔融物之流動特性及賦予顏色之方式。
長石可用作SiO2及Al2O3之來源。用於製造礦物 纖維之典型長石的SiO2含量大於60%，且Al2O3含量大於15%。高嶺土亦可用作SiO2及Al2O3之來源。
原材料可製成模製體之形式。在一替代性實施例中，原材料亦可以研磨材料形式引入熔融爐中。
在製造渣棉方面，可使用本領域中已知製造連續礦物纖維之任何技術。習知技術描述於美國專利第2,020,403號；第4,720,295號；及第5,709,728號中，其均以引用的方式併入。規則棉料製造包括用焦炭且在氧氣存在下於適合熔爐(諸如沖天爐)中熔融原材料(諸如爐渣、玄武岩及/或花崗石)，及加熱組合物至在1,400℃至2,000℃範圍內之溫度。本文所揭示之方法不限於沖天爐型熔爐。其他熔爐(諸如電熔爐或浸沒式燃燒熔融爐)亦適用。用於沖天爐之材料需要特定產品尺寸以獲得適當床呼吸及燃燒空氣流。電熔爐或浸沒式燃燒熔融爐容納下至砂粒尺寸之任何尺寸的材料。典型沖天爐尺寸為7.5-10cm(3-4吋)/10-15cm(4-6吋)。熔融物隨後經由連續空氣流在纖維化旋轉器中旋轉得到棉料。隨後視情況視所欲應用而定將纖維塗佈、乾燥、捲繞且進行進一步處理。
本發明之渣棉尤其宜用於製備吊頂板磚。吊頂板磚可使用本發明之渣棉根據本領域中已知之任何方法製備。舉例而言，可使用濕式氈製製法製備板磚。此方法之一個版本描述於美國專利第5,911,818號中，所述案以引用的方式併入本文中。首先，將包含礦棉及輕質凝集物(諸如黏土、浮石、珍珠岩或蛭石)之水性稀分散液的水性漿液傳遞於長網機型氈片成型機之移動有孔線上。水藉由重力自漿液排出， 隨後漿液視情況藉助於真空抽吸及/或藉由壓縮進一步脫水。隨後，將可能仍保留一些水之經脫水基氈在經加熱烘箱或乾燥爐中乾燥以移除殘餘濕氣。藉由表面處理經乾燥之基氈獲得具有可接受之尺寸、外觀及音控特性之板。表面處理包含表面碾磨、切割、穿孔/***、滾塗/噴塗、邊緣切割及/或將板層壓於紗或篩網上。典型音控板基氈組合物包含無機礦物纖維、纖維素纖維、黏合劑及填充劑。典型黏合劑及填充劑之實例描述於頒予USG Interiors,Inc.之美國專利第8,133,357號中，其以全文引用的方式併入本文中。
音控板基氈可進一步包含背塗層。背塗層在本領域中一般已知且使用。本領域中所用之用於背塗層之塗層典型地包含基於乳膠之塗層及基於樹脂之塗層，其通常包括基於甲醛之樹脂，諸如蜜胺-甲醛樹脂、酚-甲醛樹脂或尿素-甲醛樹脂。典型地將本領域中通常使用之類型的背塗層以約1.5至2.0密耳之厚度塗覆至經乾燥基氈。背塗層可用於增加既定測徑規板磚之CAC值。熟練技術人員應容易地瞭解NRC值與CAC值由於板磚密度及核心結構而實質上逆相關。詳言之，板磚密度愈低(例如多孔結構愈多)，所提供之NRC愈佳(亦即減少聲音偏轉)，同時使CAC減小(亦即增加聲音傳輸)。因此，對於既定測徑規板磚，隨著NRC值增加，CAC值一般減小且反之亦然。
直徑測定
使用Cottonscope HD(BSC Electronics或等效物)量測棉料直徑。Cottonscope使用雷射及影像分析技術快速且簡易地量測纖維直徑。使用閘刀式裝置將纖維切割成700 微米之長度以進行纖維分散及分析。將纖維投入具有電磁攪拌器之水槽中以使纖維分散。經由直角稜柱與玻璃窗之間的間隙獲得纖維進展，在該間隙中由數位相機捕獲影像。針對纖維直徑及分佈分析纖維影像。在60秒內計數5000個纖維，從而得到可信賴之直徑分佈，使得可精確且有效地監測纖維直徑。
渣球含量測定-刷篩法
渣球含量量測方法使用50目、100目、200目、325目之篩，其中對壓碎之礦棉樣品進行刷擦及真空操作。將渣棉之樣品精確稱量至毫克。若存在有機黏合劑，則將樣品在維持在550℃±10℃下之熔爐中加熱1小時。若材料展示熔化或熔融之趨勢，則可使用較低溫度。隨後在液壓機中壓碎樣品。將壓碎之材料轉移至50目(297微米)篩。較細之渣球及壓碎之纖維穿過篩。將保留在50目篩上之渣球精確稱量至毫克。將穿過50目篩之較細之渣球及壓碎之纖維轉移至100目(149微米)篩。再次使較細之渣球及壓碎之纖維穿過篩且將保留在100目篩上之渣球精確稱量至毫克。將相同程序用於200目(74微米)及325目(44微米)篩。壓碎之纖維精細至足以穿過325目篩。將在50目、100目、200目及325目篩上收集之渣球的量加在一起，得到總渣球重量。自總渣球重量及篩分前獲得之總樣品重量，可如ASTM C1335-04中所述計算樣品中渣球之百分比。
伸縮性測定
將50公克棉料與950公克水充分混合10分鐘且在有刻度之圓筒中沈降。10分鐘沈降後，將水排出且量測棉 料體積之高度。伸縮性值指示棉料膨脹能力。
纖維組成測定
藉由第三方實驗室--建築技術實驗組(Construction Technology Laboratories Group)分析渣棉之氧化物。渣棉之A/B比率可根據氧化物結果計算。
本發明之特別涵蓋實施例在本文中描述於以下編號段落中。此等實施例之性質意欲為說明性的且不欲為限制性的。
1. 一種渣棉組合物，其包括：以無機原材料之總重量計約60重量%至約80重量%高爐爐渣；及約20重量%至約40重量%玄武岩；其中組合物之A/B比率在約1.20至約1.70、或約1.25至約1.65、或約1.25至約1.60範圍內。
2. 如段落1所述之渣棉組合物，其基本上由高爐爐渣及玄武岩組成。
3. 如段落1或2中任一項所述之渣棉組合物，其中所述高爐爐渣包括約35.0重量%至約40.5重量%SiO2、約35.5重量%至約40.6重量%CaO、約10.3重量%至約11.4重量%MgO、約8.4重量%至約9.8重量%Al2O3、約0.2重量%至約0.3重量%Fe2O3、約0.1重量%至約0.3重量%Na2O、至多約0.01重量%P2O5、約0.3重量%至約0.5重量%K2O、約0.2重量%至約0.5重量%TiO2、約0.15重量%至約0.55重量%Mn2O3、約0.3重量%至約1.2重量%SO3、約0.04重量%至約0.06重量%SrO、至多約0.01重量%Cr2O3、至多約0.01重量%ZnO 及約0.03%至約0.05重量%BaO。
4. 如段落1至3中任一項所述之渣棉組合物，其中玄武岩包括約47.5重量%至約49.5重量%SiO2、約8.4重量%至約9.5重量%CaO、約5.9重量%至約7.0重量%MgO、約14.5重量%至約15.5重量%Al2O3、約13.0重量%至約14.0重量%Fe2O3、約2.0重量%至約3.0重量%Na2O、約0.15重量%至約0.25重量%P2O5、約0.55重量%至約0.85重量%K2O、約1.65重量%至約2.00重量%TiO2、約0.15重量%至約0.25重量%Mn2O3、至多約0.01重量%SO3、約0.02重量%至約0.04重量%SrO、約0.01重量%至約0.03重量%Cr2O3、約0.01重量%至約0.03重量%ZnO及約0.02重量%至約0.04重量%BaO。
5. 一種使用如段落1至4中任一項所述之組合物製造的渣棉，其中渣棉之纖維直徑在約4.0微米至約10.0微米範圍內。
6. 如段落5所述之渣棉，其中渣棉之渣球含量為約50%或小於50%、約45%或小於45%、約40%或小於40%。
7. 一種製造渣棉之方法，其包括：提供如下組合物，其包括以無機原材料之總重量計約60重量%至約80重量%高爐爐渣及約10重量%至約40重量%玄武岩，使得組合物之A/B比率在約1.20至約1.70、或約1.25至約1.65、或約1.25至約1.60範圍內；於沖天爐或敞開爐中加熱組合物。
8. 如段落7所述之方法，其進一步包括提供焦炭，以使得高爐爐渣及玄武岩與焦炭之重量比((高爐爐渣+玄武岩)/焦炭)為約6.9。
9. 如段落7或8中任一項所述之方法，其中組合物基本上由高爐爐渣及玄武岩組成。
10. 如段落7至9中任一項所述之方法，其中高爐爐渣包括約35.0重量%至約40.5重量%SiO2、約35.5重量%至約40.6重量%CaO、約10.3重量%至約11.4重量%MgO、約8.4重量%至約9.8重量%Al2O3、約0.2重量%至約0.3重量%Fe2O3、約0.1重量%至約0.3重量%Na2O、至多約0.01重量%P2O5、約0.3重量%至約0.5重量%K2O、約0.2重量%至約0.5重量%TiO2、約0.15重量%至約0.55重量%Mn2O3、約0.3重量%至約1.2重量%SO3、約0.04重量%至約0.06重量%SrO、至多約0.01重量%Cr2O3、至多約0.01重量%ZnO及約0.03%至約0.05重量%BaO；且 玄武岩包括約47.5重量%至約49.5重量%SiO2、約8.4重量%至約9.5重量%CaO、約5.9重量%至約7.0重量%MgO、約14.5重量%至約15.5重量%Al2O3、約13.0重量%至約14.0重量%Fe2O3、約2.0重量%至約3.0重量%Na2O、約0.15重量%至約0.25重量%P2O5、約0.55重量%至約0.85重量%K2O、約1.65重量%至約2.00重量%TiO2、約0.15重量%至約0.25重量%Mn2O3、至多約0.01重量%SO3、約0.02重量%至約0.04重量%SrO、約0.01重量%至約0.03重量%Cr2O3、約0.01重量%至約0.03重量%ZnO及約0.02重量%至約0.04重量%BaO。
實例
對於以下實例，除非另外指示，否則沖天爐操作條件如下：
Figure TW201800356AD00001
實例1：30%玄武岩及70%爐渣
由包括30重量%Dresser玄武岩及70重量%高爐爐渣之渣棉組合物製造渣棉。將玄武岩、高爐爐渣及焦炭以下表1中所提供之量組合在沖天爐中。亦以下表1中所示之量使用原材料製備包括爐渣及花崗石之對照渣棉。
Figure TW201800356AD00002
下表2中提供粗高爐爐渣及玄武岩之組成。表2進一步提供由30重量%玄武岩渣棉組合物製備的所得渣棉之組成。
Figure TW201800356AD00003
由30%玄武岩渣棉組合物製備之渣棉的A/B比率為約1.40。根據上述直徑測定方法測定平均棉料直徑。30%玄武岩纖維之平均棉料直徑在4.68至6.52微米範圍內(平均值5.44微米)。對照纖維之直徑在3.75至4.69微米範圍內(平均值4.10微米)。此外，使用玄武岩時精細纖維減少，且渣球含量自49%(對照棉料)減少至40%(玄武岩棉)。
因此，實例1展示自本發明之渣棉組合物製備本發明之渣棉，其具有減少之渣球含量及所要平均礦棉直徑。此等纖維尤其適用於如實例6中所述之音控板磚。
實例2：20%玄武岩及80%爐渣
由包括20重量%Dresser玄武岩及80重量%高爐爐渣之渣棉組合物製備渣棉。將玄武岩、高爐爐渣及焦炭以下表3中所提供之量組合在沖天爐中。亦以下表3中所示之 量使用原材料製備包括爐渣及花崗石之對照渣棉。
Figure TW201800356AD00004
下表4中提供粗高爐爐渣及玄武岩之組成。表4進一步提供由20重量%玄武岩渣棉組合物製備的所得渣棉之組成。
Figure TW201800356AD00005
由20%玄武岩渣棉組合物製備之渣棉的A/B比率為約1.25。根據上述直徑測定方法測定平均棉料直徑。20%玄武岩纖維之平均棉料直徑在3.91至5.58微米範圍內(平均值4.84微米)。對照纖維之直徑在4.16至4.65微米範圍內(平 均值4.36微米)。此外，在使用20%玄武岩時精細纖維減少。
因此，實例2展示自本發明之渣棉組合物製備本發明之渣棉，其具有所要平均礦棉直徑。此等纖維尤其適用於如實例6中所述之音控板磚。
比較實例1：10%玄武岩及90%爐渣
由包括10重量%Dresser玄武岩及90重量%高爐爐渣之渣棉組合物製備渣棉。將玄武岩、高爐爐渣及焦炭以下表5中所提供之量組合在沖天爐中。亦以下表5中所示之量使用原材料製備包括爐渣及花崗石之對照渣棉。
Figure TW201800356AD00006
下表6中提供粗高爐爐渣及玄武岩之組合物。表6進一步提供由10重量%玄武岩渣棉組合物製備的所得渣棉之組成。
Figure TW201800356AD00007
由10%玄武岩渣棉組合物製備之渣棉的A/B比率為約1.12。根據上述直徑測定方法測定平均棉料直徑。10%玄武岩纖維之平均棉料直徑為約4.16微米，且對照之平均棉料直徑為約4.36微米。因此，10%玄武岩纖維並不展示直徑相對於對照纖維增加，而是平均纖維直徑略微減少。
實例3：20%玄武岩及80%爐渣
由包括20重量%Dresser玄武岩及80重量%高爐爐渣之渣棉組合物製備渣棉。將玄武岩、高爐爐渣及焦炭以下表7中所提供之量組合在沖天爐中。亦以下表7中所示之量使用原材料製備包括爐渣及花崗石之對照渣棉。
Figure TW201800356AD00008
下表8中提供由20重量%玄武岩渣棉組合物製備的所得渣棉之組成。
Figure TW201800356AD00009
由20%玄武岩渣棉組合物製備之渣棉的A/B比率為約1.26。根據上述直徑測定方法測定平均棉料直徑。20%玄武岩纖維之平均棉料直徑在3.92至5.29微米範圍內(平均值4.50微米)。對照之平均棉料直徑在3.56至4.08微米範圍內(平均值3.83微米)。此外，在使用20%玄武岩時精細纖維減少。玄武岩纖維之平均渣球含量比對照樣品(50.72%)低 約2-3%(48.41%)。
因此，實例3展示自本發明之渣棉組合物製備本發明之渣棉，其具有降低之渣球含量及所要平均礦棉直徑。此等纖維尤其適用於如實例6中所述之音控板磚。
實例4：35%玄武岩及65%爐渣
由包括35重量%Dresser玄武岩及65重量%高爐爐渣之渣棉組合物製備渣棉。下表9中提供粗高爐爐渣及玄武岩之組成。亦製備包括爐渣(94重量%)及花崗石(6重量%)之對照渣棉。下表9中提供由35重量%玄武岩渣棉組合物製備的渣棉之組成。
Figure TW201800356AD00010
由35%玄武岩渣棉組合物製備之渣棉的A/B比率為約1.62。對照之總平均渣球含量為45.3%。35%玄武岩棉之總平均渣球含量為38.3%。根據上述直徑測定方法測定平均纖維直徑。對照之平均纖維直徑為4.34微米且35%玄武岩棉之纖維直徑在5.30微米至7.71微米範圍內(平均值6.57微米)。
因此，實例4展示自本發明之渣棉組合物製備本發明之渣棉，其具有降低之渣球含量及所要平均礦棉直徑。此等纖維尤其適用於如實例6中所述之音控板磚。
實例5：40%玄武岩及60%爐渣
由包括40重量%Dresser玄武岩及60重量%高爐爐渣之渣棉組合物製備渣棉。下表10中提供粗高爐爐渣及玄武岩之組成。下表10中提供由40重量%玄武岩渣棉組合物製備的渣棉之組成。
Figure TW201800356AD00011
由40%玄武岩渣棉組合物製備之渣棉的A/B比率為約1.59。40%玄武岩棉之渣球含量在38.5%至41.7%範圍內(平均值40.1%)。根據上述直徑測定方法測定平均纖維直徑。40%玄武岩棉之平均纖維直徑在7.36至9.68微米範圍內(平均值8.33微米)。
因此，實例5展示自本發明之渣棉組合物製備本發明之渣棉，其具有降低之渣球含量及所要平均礦棉直徑。此等纖維尤其適用於如實例6中所述之音控板磚。
實例6：音控特性
如實例2及3中製備20%玄武岩棉樣品。20%玄武岩棉之A/B值在1.25-1.28範圍內，平均纖維直徑在4.3-4.9微米範圍內且渣球含量在47至50%範圍內。使用20%玄武岩棉製造具有五種不同測徑規(1/2"、5/8"、3/4"、7/8"及1")之吊頂板磚。在此等試驗中，用具有相同用途之20重量%玄武岩棉替換比較渣棉(由爐渣及花崗石製備)。如下表中所述，不同的20%玄武岩棉樣品產生實質上類似但略微不同之結果，否則將產生相同之板磚。根據ASTM C423測定NRC值且CAC值根據ASTM E1414測定。本領域之一般技術人員應容易地瞭解NRC值與CAC值由於板磚密度及核心結構而實質上逆相關。詳言之，板磚密度愈低(例如多孔結構愈多)，所提供之NRC愈佳(亦即減少聲音偏轉)，同時使CAC減小(亦即增加聲音傳輸)。因此，對於既定測徑規板磚，隨著NRC值增加，CAC值一般減小且反之亦然。可使用背塗層平衡既定測徑規板磚之音控特性(例如CAC值及NRC值)。
將以1/2"及5/8"測徑規用玄武岩棉或對照渣棉製造之板磚與表面修整紗一起層壓且經塗敷以具有相同受控光反射。下表12中提供1/2"及5/8"測徑規吊頂板磚之NRC及CAC值。
Figure TW201800356AD00012
相對於由包括用於相同測徑規板磚之爐渣及花 崗石的棉料製成的板磚，包含玄武岩棉之板磚展現改良之NRC音控特性。相對於由包括爐渣及花崗石之棉料製成的板磚，包含玄武岩棉之板磚展現較低但仍可接受之CAC值。玄武岩棉進一步產生11-12pcf之「調整」密度(基氈密度)，因為渣棉之有限伸縮能力，其不可用對照棉料獲得。
將以3/4"測徑規用玄武岩棉或對照渣棉製造之板磚與表面修整紗一起層壓且經塗敷以具有相同受控光反射。用玄武岩棉製造之板磚的基氈密度經最佳化(12.5至15pcf)。下表13中提供3/4"測徑規吊頂板磚之NRC及CAC值。
Figure TW201800356AD00013
相對於由包括爐渣及花崗石之棉料製成的板磚，包含玄武岩棉之板磚展現改良之NRC值。本領域之一般技術人員應瞭解NRC值增加0.05為顯著結果。相對於由包括爐渣及花崗石之棉料製成的板磚，包含玄武岩棉之一些板磚展現較低但仍可接受之CAC值。
將以7/8"及1"測徑規用玄武岩棉或對照渣棉製造之板磚與表面修整紗一起層壓且經塗敷以具有相同受控光反射。下表14中提供7/8"及1"測徑規吊頂板磚之NRC及CAC值。
Figure TW201800356AD00014
相對於由包括爐渣及花崗石之棉料製成的板磚，包含玄武岩棉之板磚展現改良之NRC音控特性。本領域之一般技術人員應瞭解NRC值增加0.05為顯著結果。相對於由包括爐渣及花崗石之棉料製成的板磚，包含玄武岩棉之一些板磚展現較低但仍可接受之CAC值。
給出先前描述僅為清楚理解，且不應自其理解為不必要的限制，因為在本發明之範疇內的修改可對本領域之一般技術人員顯而易見。
本文所引用之所有專利、公開案及參考文獻特此以引用的方式全部併入本文中。在本發明與所併入之專利、公開案及參考文獻之間發生衝突之情況下，應以本發明為准。

Claims (10)

  1. 一種渣棉組合物，其包括：以無機原材料之總重量計約60重量%至約80重量%高爐爐渣；及約20重量%至約40重量%玄武岩；其中所述組合物之A/B比率在約1.20至約1.70、或約1.25至約1.65、或約1.25至約1.60範圍內。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的渣棉組合物，其基本上由所述高爐爐渣及所述玄武岩組成。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項中任一項所述的渣棉組合物，其中所述高爐爐渣包括約35.0重量%至約40.5重量%SiO2、約35.5重量%至約40.6重量%CaO、約10.3重量%至約11.4重量%MgO、約8.4重量%至約9.8重量%Al2O3、約0.2重量%至約0.3重量%Fe2O3、約0.1重量%至約0.3重量%Na2O、至多約0.01重量%P2O5、約0.3重量%至約0.5重量%K2O、約0.2重量%至約0.5重量%TiO2、約0.15重量%至約0.55重量%Mn2O3、約0.3重量%至約1.2重量%SO3、約0.04重量%至約0.06重量%SrO、至多約0.01重量%Cr2O3、至多約0.01重量%ZnO及約0.03%至約0.05重量%BaO。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的渣棉組合物，其中所述玄武岩包括約47.5重量%至約49.5重量%SiO2、約8.4重量%至約9.5重量%CaO、約5.9重量%至約7.0重量%MgO、約14.5重量%至約15.5重量%Al2O3、約13.0重量%至約14.0重量%Fe2O3、約2.0重量%至約 3.0重量%Na2O、約0.15重量%至約0.25重量%P2O5、約0.55重量%至約0.85重量%K2O、約1.65重量%至約2.00重量%TiO2、約0.15重量%至約0.25重量%Mn2O3、至多約0.01重量%SO3、約0.02重量%至約0.04重量%SrO、約0.01重量%至約0.03重量%Cr2O3、約0.01重量%至約0.03重量%ZnO及約0.02重量%至約0.04重量%BaO。
  5. 一種使用如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的組合物製造的渣棉，其中所述渣棉之纖維直徑在約4.0微米至約10.0微米範圍內。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的渣棉，其中所述渣棉之渣球含量為約50%或小於50%、約45%或小於45%、約40%或小於40%。
  7. 一種製造渣棉之方法，其包括：提供如下組合物，其包括以無機原材料之總重量計約60重量%至約80重量%高爐爐渣及約10重量%至約40重量%玄武岩，使得所述組合物之A/B比率在約1.20至約1.70、或約1.25至約1.65、或約1.25至約1.60範圍內；於沖天爐或敞開爐中加熱所述組合物。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其進一步包括提供焦炭，以使得高爐爐渣及玄武岩與焦炭之重量比((高爐爐渣+玄武岩)/焦炭)為約6.9。
  9. 如申請專利範圍第7項或第8項中任一項所述的方法，其中所述組合物基本上由所述高爐爐渣及所述玄武岩組成。
  10. 如申請專利範圍第7項至第9項中任一項所述的方法，其中所述高爐爐渣包括約35.0重量%至約40.5重量%SiO2、 約35.5重量%至約40.6重量%CaO、約10.3重量%至約11.4重量%MgO、約8.4重量%至約9.8重量%Al2O3、約0.2重量%至約0.3重量%Fe2O3、約0.1重量%至約0.3重量%Na2O、至多約0.01重量%P2O5、約0.3重量%至約0.5重量%K2O、約0.2重量%至約0.5重量%TiO2、約0.15重量%至約0.55重量%Mn2O3、約0.3重量%至約1.2重量%SO3、約0.04重量%至約0.06重量%SrO、至多約0.01重量%Cr2O3、至多約0.01重量%ZnO及約0.03%至約0.05重量%BaO；且所述玄武岩包括約47.5重量%至約49.5重量%SiO2、約8.4重量%至約9.5重量%CaO、約5.9重量%至約7.0重量%MgO、約14.5重量%至約15.5重量%Al2O3、約13.0重量%至約14.0重量%Fe2O3、約2.0重量%至約3.0重量%Na2O、約0.15重量%至約0.25重量%P2O5、約0.55重量%至約0.85重量%K2O、約1.65重量%至約2.00重量%TiO2、約0.15重量%至約0.25重量%Mn2O3、至多約0.01重量%SO3、約0.02重量%至約0.04重量%SrO、約0.01重量%至約0.03重量%Cr2O3、約0.01重量%至約0.03重量%ZnO及約0.02重量%至約0.04重量%BaO。
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