專利名稱：含有在生理介質(zhì)中分解的玻璃纖維的隔熱和/或隔聲制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的制品涉及玻璃纖維的成份，更明確地說，是涉及這樣一種玻璃纖維，該纖維的組成一與生理介質(zhì)接觸就能發(fā)生分解。
建筑物的保溫和隔聲經(jīng)常需采用主要由無機(jī)纖維(例如玻璃纖維)組成的產(chǎn)品，由于要隔絕處的結(jié)構(gòu)各不相同，故常常要求放置這些產(chǎn)品的施工人員在現(xiàn)場將它們剪裁，這種操作使得纖維發(fā)生斷裂，且可能使其中的一部分分散到空氣中，有時(shí)會(huì)造成纖維被偶然地吸入人體內(nèi)。
雖然吸入纖維的毒性一直沒有被證實(shí)，但是，人們感到需要有一種可以使用戶放心的產(chǎn)品，一種真正無害的產(chǎn)品。
本發(fā)明的目的在于提供含有一種玻璃纖維的隔熱和/或隔聲制品，該纖維在與生理介質(zhì)接觸時(shí)能迅速地分解。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的在于提供能夠使用傳統(tǒng)工藝(例如離心工藝)轉(zhuǎn)變成纖維的玻璃成分。
用于通過離心法(即人們已知的內(nèi)離心法、其中離心機(jī)中的熔融物料通過較小的周邊小孔逸出)而轉(zhuǎn)變成纖維的玻璃成份，其使用條件很苛刻，特別是，為了保證設(shè)備特別是離心機(jī)有足夠長的壽命，它們必須能在相當(dāng)?shù)偷臏囟认虏僮?。此外，該玻璃的一些失透溫度特?例如液相)必須明顯地低于玻璃纖維的拉制溫度，從而將能夠阻塞離心機(jī)小孔的晶體的偶然出現(xiàn)的危險(xiǎn)性降至最小。
本發(fā)明的目的是通過對已知的、主要由氧化硅、氧化鋁、堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物以及氧化硼組成的成分進(jìn)行改進(jìn)來完成的。當(dāng)使用這些成分作為起始物料時(shí)，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，降低氧化鋁的百分含量，或者甚至將它完全刪去，同時(shí)適當(dāng)?shù)胤湃胍恍┪逖趸祝梢允顾@得的玻璃(以纖維形式)在生理介質(zhì)中迅速分解。
然而，按照本發(fā)明的玻璃，其主要特性與已知的那些玻璃很接近，因此，它們能夠用普通的離心機(jī)轉(zhuǎn)變成纖維。還有一點(diǎn)值得注意的是，按照本發(fā)明的玻璃，盡管可能存在磷，但它能在普通的熔爐中進(jìn)行制造，而不會(huì)使耐火材料過分磨損。
本發(fā)明的玻璃纖維具有下列組分，這些組分的重量比由下列范圍限定SiO257-70 %Al2O30-5 %CaO5-10%MgO0-5%Na2O+K2O 13-18 %B2O32-12 %F0-1.5%P2O50-4 %雜質(zhì)＜2%當(dāng)Al2O3的百分比等于或高于約1%時(shí)，P2O5的百分比高于0.1%。
所限定的成分可以用純組分來制備，但通常是通過將含有各種雜質(zhì)的、天然存在的原料混和物進(jìn)行溶化來進(jìn)行制備的。
按照本發(fā)明的纖維的優(yōu)選成分范圍由以下兩組范圍限定(重量比)SiO259-68 % 60-68 %Al2O30-3 % 1-5 %CaO6-9%6-9%MgO2-4%2-4%Na2O 14-17 % 14-17 %K2O 0-2 % 0-2 %B2O34-11 % 4-11 %F0-1.5%0-1.5%P2O50-3 % 0.5-4 %為了能用于外離心工藝中，本發(fā)明的成分最好在較低溫度下具有足夠高的粘度，優(yōu)選地，這些成分在粘度為1000泊時(shí)，其對應(yīng)的溫度為1200℃，最好低于1150℃。
纖維生產(chǎn)的另一個(gè)重要物理特性是與失透現(xiàn)象，即晶體在透明玻璃體中形成，相聯(lián)系的溫度，影響該失透過程的溫度為-晶體生長率為最大時(shí)所處的溫度;
-晶體生長率變?yōu)榱銜r(shí)的溫度，通常稱為液相溫度。
一般說來，與1000泊粘度相對應(yīng)的溫度與液相溫度之間的差值不小于約50℃是合乎需要的。
在下面的詳細(xì)描述中，將證實(shí)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，此外，這些詳細(xì)描述也說明了實(shí)施例。
第一組實(shí)驗(yàn)在制備纖維之前，先對用于制備過程的三種成分進(jìn)行分析測試，從而與后面對本發(fā)明成份的分解性能測試結(jié)果進(jìn)行比較，見表1。成分1是用于絕緣纖維制備過程，特別是用于內(nèi)離心法制備過程的常用成份。成分2是用于外離心法的常用成分。成分3用于通過氣流拉制的制備過程。
為了在生理介質(zhì)中進(jìn)行分解測試，將各種玻璃成分用拉絲工藝、在具有一個(gè)小孔的實(shí)驗(yàn)室拉絲模上機(jī)械地拉到10微米的直徑。
將所得到的纖維浸漬在模擬緩沖重量介質(zhì)的溶液中，該介質(zhì)的化學(xué)成分如下所示(用克/升表示)NaCl6.78NH4Cl 0.535NaHCO32.268NaH2PO4H2O 0.166(檸檬酸鈉)2H2O 0.059甘氨酸0.450H2SO40.049CaCl20.022該溶液的分解性能測試在以下條件下進(jìn)行將30毫克的纖維浸漬在30毫升溶液中，該溶液被放入溫度為37℃的密封介質(zhì)中，分別進(jìn)行3、10和32天的浸漬，在每一個(gè)階段結(jié)束時(shí)，測量分解在溶液中的氧化硅的濃度，將該濃度表示為毫克/升。
作為輔助參考量，對其抗水解性也進(jìn)行測量，該測量采用通常的、稱為DGG法的方法進(jìn)行，這種方法包括在100毫升沸水中浸漬10克玻璃粉，玻璃粉的粒度在360-400微米之間，浸5個(gè)小時(shí)，在迅速冷卻以后，過濾其溶液，且將一定量的濾液蒸發(fā)呈干燥，由所獲得的干燥物質(zhì)的重量就能夠計(jì)算出水中分解的玻璃量，該數(shù)量用(毫克/克測試玻璃)來表示。
表2中給出了每一種成分的分解性能和用DGG測量的結(jié)果。由此可以看出，對于每一種玻璃，其纖維在反應(yīng)溶液中的分解性能相差很大。就這三種成分來說，只有第一號(hào)玻璃表現(xiàn)出明顯的分解，但與本發(fā)明的纖維分解量相比，該第一號(hào)玻璃的分解量仍是比較低的，而其它兩種玻璃反應(yīng)更弱。
第二組實(shí)驗(yàn)這一組實(shí)驗(yàn)涉及本發(fā)明的玻璃纖維的各種成分，這些成分被示于表3中，分別對應(yīng)于玻璃第4-11號(hào)。前面的一種已知玻璃(第一號(hào)玻璃)用來作為對照。開始時(shí)，在與第一組實(shí)驗(yàn)相同的條件下，把這些玻璃拉成直徑為10微米的纖維。
在如上所述的相同條件下測量這些纖維在生理介質(zhì)中的抗化學(xué)性，并測量它們的抗水解性(DGG)。
通過測定纖維在反應(yīng)溶液中，在各種滯留時(shí)間內(nèi)(有些纖維是3、6、10天)分解的氧化硅的濃度來測量這些纖維的分解程度。
在此有必要強(qiáng)調(diào)一下，該測量過程是在一個(gè)確定的介質(zhì)中進(jìn)行的，分解速率隨時(shí)間而變化，而不是隨測試結(jié)束時(shí)所達(dá)到的量而變化。事實(shí)上，由于沒有更換溶液，故溶液的反應(yīng)速度將變慢，在最短的反應(yīng)時(shí)間結(jié)束時(shí)測得的被分解的氧化硅的濃度最能反映纖維在生理介質(zhì)中的分解能力。所獲得的結(jié)果被詳細(xì)對照于表4中。
第4、5、7和8號(hào)玻璃說明在含有相同B2O3百分比的成分的纖維中P2O5對反應(yīng)速率的影響。在第3天結(jié)束時(shí)，第4和5號(hào)玻璃(它們含有較高含量的磷)，其分解速度是作為參考的第1號(hào)玻璃的4-5倍。在氧化鋁含量不變時(shí)，玻璃的分解速度隨含磷量而降低，這一點(diǎn)可以通過第4、7和8號(hào)玻璃來說明。
第5和10號(hào)玻璃含有相同的Al2O3量，但其P2O5量彼此不同，第10號(hào)玻璃的分解速率稍稍慢于第5號(hào)玻璃，但所觀察的這一差別并未高到能夠通過P2O5含量之間的不同來判斷，很明顯，在第10號(hào)玻璃中B2O3的含量(為最高)補(bǔ)償或至少部分補(bǔ)償了降低的P2O5量。
通過第9和11號(hào)玻璃可以證實(shí)B2O3的影響，這兩種玻璃含有較高的B2O3量，第一種玻璃盡管含有相當(dāng)高的Al2O3量，卻具有較高的分解速率;第二種玻璃與第10號(hào)玻璃相比具有較高的分解速率，這是因?yàn)槠銩l2O3含量較低，且B2O3的含量較高。
本發(fā)明玻璃中的磷始終將增加纖維在生理介質(zhì)中的分解速率，然而，我們發(fā)現(xiàn)僅僅降低氧化鋁含量，或者甚至完全不用這種氧化物能夠引起高分解速率。第6號(hào)玻璃表明了這一點(diǎn)，它不含有鋁(如果它不是因用來提供其它組分的天然原料而產(chǎn)生的雜質(zhì)的話)。雖然在本發(fā)明的玻璃中含有磷一般是合乎需要的，但是，當(dāng)氧化鋁的含量不超過重量比的1%時(shí)，磷則并非是不可缺少的，當(dāng)超過該百分點(diǎn)時(shí)，纖維的成分中則最好含有大于0.1%重量比的五氧化二磷。Al2O3在2%以上時(shí)，則合理的P2O5的百分比至少為0.5%。
為了防止用于建造熔化本發(fā)明玻璃的熔爐的耐火材料磨損加快，合理的P2O5的含量應(yīng)不大于4%。在本發(fā)明的優(yōu)選成分中，該氧化物的百分比保持在等于或低于約3%，而氧化鋁的百分比不大于約3%。
本發(fā)明的玻璃具有可以與那些已知玻璃(例如第1號(hào)玻璃)相比較的粘度和失透特性，見表5和表6。
因此，這些玻璃具有能夠使用傳統(tǒng)設(shè)備轉(zhuǎn)變成纖維的優(yōu)點(diǎn)，例如在被稱為內(nèi)離心法的工藝中實(shí)施制作，這種工藝已在許多專利中進(jìn)行了描述，例如US3020586，3304164，2949632，或3523774。這種工藝主要包括把熔化的玻璃送入其周邊壁上具有大量小孔的離心機(jī)中，在離心作用下，其熔化的玻璃通過這些小孔，然后，在熱汽的噴射作用下轉(zhuǎn)變成纖維。
由此所獲得的纖維可以進(jìn)一步制成高質(zhì)量的纖維產(chǎn)品，它們適用于多種用途，例如，本發(fā)明的纖維可以用于制備幾何尺寸隨心而定的墊或用聚合粘合劑增強(qiáng)的片狀材料，或用于制備作為絕緣管道系統(tǒng)的管狀產(chǎn)品，本發(fā)明的纖維也能用于在插件板或金屬網(wǎng)格上形成填料，用于制備玻璃球，甚至松散填料。
權(quán)利要求
1.用于隔熱和/或隔聲并且至少其一部分是玻璃纖維組成的制品，其特征在于所述纖維至少其一部分具有如下所限定的化學(xué)成分(重量百分率)SiO257-70%Al2O30-5%CaO 5-10%MgO 0-5%Na2O+K2O 13-18%B2O32-12%F0-1.5%P2O50-4%雜質(zhì) ＜2%并且當(dāng)氧化鋁的重量百分比等于或大于約1%時(shí)，五氧化二磷的重量比含量大于0.1%。
2.按照權(quán)利要求1的制品，其特征在于當(dāng)氧化鋁的重量百分比至少約2%時(shí)，其成分中含有至少0.5%重量比的五氧化二磷。
3.按照權(quán)利要求1或2制品，其特征在于所限定的化學(xué)成分如下(重量百分率)SiO259-68 %Al2O30-3 %CaO 6-9 %MgO 2-4 %Na2O 14-17 %K2O 0-2 %B2O34-11 %F 0-1.5 %P2O50-3 %
4.按照權(quán)利要求1或2的制品，其特征在于所限定的化學(xué)成分如下(重量百分率)SiO260-68 %Al2O31-5 %CaO 6-9 %MgO 2-4 %Na2O 14-17 %K2O 0-2 %B2O34-11 %F 0-1.5 %P2O50.5-4 %
全文摘要
本發(fā)明涉及一種玻璃成分，該玻璃成分可用于制備能在生理介質(zhì)中分解的纖維，以及含該纖維的隔熱和/或隔聲制品。優(yōu)選的玻璃成分具有按下列重量百分比計(jì)的組分SiOAlCaO 5—10％MgO 0—5％NaBF 0—1.5％P雜質(zhì) ＜2％
文檔編號(hào)C03C13/00GK1093066SQ9410373
公開日1994年10月5日 申請日期1994年3月25日 優(yōu)先權(quán)日1989年8月11日
發(fā)明者伊莎貝爾·科恩, 西爾維·特羅漢, 漢斯·福塔克, 哈特穆特·蒂斯勒 申請人:伊索福圣戈班公司