DE69519589T2

DE69519589T2 - Synthetische Glasfasern

Info

Publication number: DE69519589T2
Application number: DE69519589T
Authority: DE
Inventors: Vermund Rust Christensen; Marienne Guldberg; Soren Lund Jensen
Original assignee: Rockwool International AS
Current assignee: Rockwool AS
Priority date: 1994-11-08
Filing date: 1995-11-08
Publication date: 2001-04-05
Anticipated expiration: 2015-11-09
Also published as: SI0877004T1; ES2111508T1; DE790962T1; EP0791087B1; DE791087T1; FR2726548B1; WO1996014454A2; BG62286B1; ATE206101T1; ES2111504T1; AU3871595A; GR980300011T1; CN1162950A; DE69503919T2; CN1044923C; EP0792844A3; DE792843T1; WO1996014454A3; EP0792844B1; ES2111505T3

Description

Diese Erfindung betrifft künstliche glasartige Fasern (MMVF), die bei Verwendung haltbar sind, sich jedoch in biologischer Hinsicht als vorteilhaft erweisen.
MMV-Fasern werden aus glasartiger Schmelze, wie z. B. aus Gesteins-, Schlacke-, Glas- oder anderen mineralischen Schmelzen, hergestellt. Die Schmelze wird durch Schmelzen einer mineralischen Zusammensetzung mit der gewünschten Analyse in einem Ofen hergestellt. Diese Zusammensetzung wird im allgemeinen durch Mischen von Gestein und Mineralien hergestellt, um die gewünschte Analyse zu ergeben. Die mineralische Zusammensetzung weist als Oxide oft eine Analyse auf, die mindestens 32% SiO&sub2;, unter 30% Al&sub2;O&sub3; und mindestens 10% CaO beinhaltet. Die Elementaranalysen in der Beschreibung beziehen sich auf das Gewicht und sind als Oxide berechnet. Bei dem Eisenoxid kann es sich um eine Mischung von FeO und Fe&sub2;O&sub3; handeln, es wird jedoch hierin als FeO bezeichnet.
Eine effiziente und kosteneffektive Bildung der Schmelze in dem Ofen und der Fasern aus der Schmelze erfordert, daß die Zusammensetzung eine geeignete Liquidustemperatur und während des. Faserbildungsverfahrens eine geeignete Viskosität aufweisen sollte. Diese Anforderungen legen der Auswahl der zu schmelzenden Zusammensetzung Beschränkungen auf.
Obwohl nicht wissenschaftlich nachgewiesen ist, daß mit der Herstellung und Verwendung von MMV-Fasern ein Gesundheitsrisiko verbunden ist, haben kommerzielle Interessen Hersteller dazu veranlaßt, MMV-Fasern bereitzustellen, die die erforderlichen physikalischen Eigenschaften von MMV-Fasern (z. B. Haltbarkeit bei erhöhten Temperaturen und unter feuchten Bedingungen) beibehalten, von denen jedoch auch behauptet werden kann, daß sie verbesserte biologische Sicherheit besitzen.
Diese Behauptung einer verbesserten Sicherheit wird gewöhnlich auf der Basis eines in vitro-Tests aufgestellt, der die Auflösungsgeschwindigkeit oder Abbaubarkeit der Fasern in einer Flüssigkeit, die Lungenflüssigkeit simulieren soll, wie z. B. Gamble'scher Lösung mit einem pH von 7,4 bis 7,8, untersucht. Eine Folge der verbesserten Auflösungsgeschwindigkeit bei pH 7,5 besteht darin, daß die Fasern normalerweise eine verringerte Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit besitzen.
Es wurden zahlreiche Patentanmeldungen veröffentlicht, die Fasern beschreiben, welche in einem derartigen in vitro-Test verbesserte Auflösungsgeschwindigkeit ergeben, wie z. B. WO 87/05007, WO 89/12032, EP 412878, EP 459897, WO 92/09536, WO 93/22251 und WO 94/14717.
Ein Merkmal von vielen dieser Patentanmeldungen und von Fasern, von denen behauptet wird, daß sie in derartigen in vitro-Tests verbesserte Auflösungsgeschwindigkeit aufweisen, besteht darin, daß die Faser einen verringerten Aluminiumgehalt aufweisen sollte. In WO 87/05007 wird z. B. angegeben, daß der Al&sub2;O&sub3; Gehalt unter 10% liegen muß. Der Aluminiumgehalt von Steinwolle und Schlackenwolle liegt im allgemeinen im Bereich von 5 bis 15% (gemessen als Al&sub2;O&sub3; bezogen auf das Gewicht) und viele dieser angeblich biologisch geeigneten Fasern weisen einen Aluminiumgehalt von unter 4% und oft unter 2% auf. Es ist bekannt, Phosphor in diese Zusammensetzungen mit niedrigem Al&sub2;O&sub3;- Gehalt einzuschließen, um die Auflösungsgeschwindigkeit in diesem Auflösungsgeschwindigkeits-Test bei pH 7,5 zu erhöhen.
Ein Problem bei vielen dieser Fasern mit niedrigem Al&sub2;O&sub3;-Gehalt (zusätzlich zu der Unsicherheit, ob sie verbesserte biologische Eignung besitzen) besteht darin, daß die Schmelzeigenschaften für die Herstellung in herkömmlichen oder leicht angepaßten Schmelz- und Faserbildungsapparaturen nicht völlig zufriedenstellend sind. Z. B. kann die Schmelzviskosität bei geeigneten Faserbildungstemperaturen eher niedrig sein. Ein weiteres Problem besteht darin, daß eine hohe Auflösungsgeschwindigkeit bei pH 7,5 möglicherweise zu einer verringerten Haltbarkeit unter feuchten Bedingungen, die nach der Installation auftreten können, führen kann.
Fasern, die als empfänglich für Zersetzung in einem physiologischen Medium beschrieben werden und die eine Analyse aufweisen, die 7,5% bis 15% Al&sub2;O&sub3; enthält, sind in FR-A-2,662,687 beschrieben. Die Beispiele zeigen die größte Empfänglichkeit gegenüber Zersetzung für die Fasern mit Analysen, die 7,5 und 7,6% Al&sub2;O&sub3; enthalten.
Zusätzlich zu den in vitro-Tests wurden in vivo-Untersuchungen durchgeführt. Z. B. zeigte Oberdörster in VDI Berichte 853, 1991, Seiten 17 bis 37, daß zwei grundlegende Mechanismen an der Beseitigung von Fasern aus der Lunge beteiligt sind, nämlich Auflösung in der fast neutralen Lungenflüssigkeit und Auflösung in der um die von Makrophagen umgebenen Fasern herum geschaffenen (bei pH 4,5 bis 5 gehaltenen) sauren Umgebung in der Lunge. Man nimmt an, daß Makrophagen die Entfernung der Fasern aus der Lunge fördern, indem sie die lokale Auflösung des umgebenen Faserbereichs fördern, was zur Schwächung und zum Bruch der Fasern führt, so daß sich die durchschnittliche Faserlänge verringert, was es den Makrophagen ermöglicht, die kürzeren Fasern zu verschlingen und aus der Lunge herauszutransportieren. Dieser Mechanismus ist in dem Artikel von Morimoto et al. in Occup. Environ. Med 1994, 51, 62-67 und insbesondere in den Fig. 3 und 7 und den Artikeln von Luoto et al. in Environmental Research 66 (1994) 198-207 und Staub-Reinhaltung der Luft 52 (1992) 419-423 erläutert.
Herkömmliche Glasfasern und viele der MMV-Fasern, von denen behauptet wird, daß sie höhere Löslichkeit in Lungenflüssigkeit (bei pH 7,5) aufweisen, besitzen bei pH 4,5 eine schlechtere Löslichkeit als bei pH 7,5 und somit würde ein Angriff durch Makrophagen vermutlich nicht wesentlich zu einer Verkürzung und letztendlichen Entfernung der Fasern aus der Lunge beitragen.
Bekannte, aus Gestein, Schlacke und anderen Mischungen mit relativ hohem Erdalkali-Gehalt gebildete MMV-Fasern können bei pH 4,5 eine höhere Auflösungsgeschwindigkeit als bei pH 7,5 aufweisen, besitzen jedoch in der Regel eine niedrige Schmelzviskosität. Bestehende Fasern, die als biologisch annehmbar auf den Markt gebracht werden, weisen keine zufriedenstellende Kombination von Auflösungsgeschwindigkeit bei pH 4,5 mit Schmelzeigenschaften auf. Fasern, die gegenwärtig auf der Basis von in vitro-Tests angeblich bevorzugt sind, haben in der Regel niedrige Schmelzviskosität, wenn sie den erforderlichen geringen Aluminiumgehalt aufweisen. Die niedrige Schmelzviskosität verringert gegenüber einer normalen Herstellung unweigerlich die Produktionsleistung.
Es wäre wünschenswert, MMV-Fasern bereitzustellen, die erwiesenermaßen in der Lunge biologisch abbaubar sind, Schmelzeigenschaften besitzen, die eine normale, hohe Produktionsleistung zulassen, und die aus kostengünstigen Ausgangsmaterialien hergestellt werden können. Vorzugsweise besitzen sie gute Wetterfestigkeit, wenn sie bei Verwendung feuchten Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind.
In der Erfindung verwenden wir eine, spezielle Schmelzzusammensetzung zur Herstellung von Fasern, die erwiesenermaßen in der Lunge biologisch abbaubar sind. Sie können eine bei pH 4 bis 5 gemessene Auflösungsgeschwindigkeit von mindestens 20 nm pro Tag aufweisen und sind aus einer Zusammensetzung mit einer Schmelzviskosität bei 1400ºC von 10-70 Poise gebildet. Z. B. kann die Auflösungsgeschwindigkeit bei pH 4,5 mindestens 30 oder sogar mindestens 50 nm pro Tag oder mehr betragen.
Insbesondere verwenden wir in der Erfindung eine Schmelzzusammensetzung zur Herstellung von künstlichen glasartigen Fasern, die erwiesenermaßen in der Lunge biologisch abbaubar sind, worin die Fasern eine Analyse, gemessen als Gewicht an Oxiden, aufweisen, welche beinhaltet
SiO&sub2; 32 bis unter 45%
Al&sub2;O&sub3; über 16 bis 28%
CaO 10 bis 30%
MgO 2 bis 20%
FeO 2 bis 15%
Na&sub2;O + K&sub2;O 0 bis 12%
TiO&sub2; 0 bis 4%
andere Elemente 0 bis 8%
und worin die Zusammensetzung eine Schmelzviskosität bei 1400ºC von 10 bis 70 Poise aufweist.
Gemäß der Erfindung ist es überraschenderweise möglich, Fasern zu verwenden, die erwiesenermaßen gute Auflösungsgeschwindigkeit bei pH 4,5 besitzen, wodurch die Beseitigung aus der Lunge durch Makrophagen vereinfacht (und somit echte biologische Abbaubarkeit gefördert) wird, obwohl die Fasern bei pH 7,5 geringe oder mäßige Auflösungsgeschwindigkeit aufweisen können. Dies erlaubt die Beibehaltung guter Stabilität unter feuchten Bedingungen (ohne Verlust der biologischen Abbaubarkeit). Die Fasern können vernünftigerweise herkömmliche Schmelzeigenschaften, wie z. B. Liquidustemperatur, Kristallisationsgeschwindigkeit und Schmelzviskosität aufweisen. Die Fasern können unter Verwendung kostengünstiger Ausgangsmaterialien gebildet werden.
Ein weiterer Vorteil der Fasern besteht darin, daß die resultierende Auflösungsprodukte enthaltende Lösung, die sich bildet, wenn sie Feuchtigkeit und Kondenswasser ausgesetzt sind, einen höheren pH aufweist, die Fasern jedoch bei höherem pH verringerte Löslichkeit besitzen und sich somit weniger auflösen können und höhere Haltbarkeit besitzen.
Demzufolge beinhaltet die Erfindung die Verwendung der definierten Zusammensetzung, um Fasern herzustellen, die während der Verwendung der Fasern Feuchtigkeit oder Kondenswasser ausgesetzt sind.
Die ausgewählten Fasern, die erwiesenermaßen biologisch abbaubar sind, können in jeder der Formen, die für herkömmliche MMV-Fasern üblich sind, verwendet werden. Somit können sie in Form eines aus losen, ungebundenen Fasern bestehenden Produkts, z. B. als freie Fasern zur Verstärkung von Zement, Kunststoffen oder anderen Produkten, oder als Füllstoff, verwendet werden. Noch häufiger beinhaltet die Erfindung die Verwendung der Schmelzzusammensetzung zur Herstellung von Fasern, die erwiesenermaßen in der Lunge biologisch abbaubar sind und die die Fasern eines verbundenen MMV-Produkts sind, z. B. infolge der Bildung der Fasern und des Verbindens derselben auf herkömmliche Weise. Im allgemeinen wird das Produkt als Matte, Platte, Rohr oder anderer Formgegenstand konsolidiert. Die aus den Fasern gebildeten Produkte können überall dort verwendet werden, wo gewünscht wird, biologische Abbaubarkeit in der Lunge nachweisen zu können, z. B. als thermische Isolierung, Feuerisolierung und -schutz, oder Geräuschdämpfung und -regulierung, oder als Wachstumsmedium für den Gartenbau.
Die Herstellung, Vermarktung oder der Vertrieb oder Verkauf oder die Verwendung der in der Erfindung verwendeten Fasern beinhaltet im allgemeinen den Nachweis der biologischen Abbaubarkeit der Fasern in der Lunge und dies beinhaltet im allgemeinen das Messen, oder einen Bezug auf das Messen, der Löslichkeit bei etwa pH 4,5 (z. B. 4 bis 5) und/oder in der Umgebung von Makrophagen in der Lunge, unabhängig davon, ob die Auflösungsgeschwindigkeit während der tatsächlichen Herstellung derartiger Produkte gemessen wird.
Die MMV-Fasern werden im allgemeinen aus einer Zusammensetzung hergestellt, welche ausgewählt wurde, um die angegebene Löslichkeit bereitzustellen. Z. B. kann die Auswahl der Zusammensetzung die Messung der Löslichkeit bei pH 4-5 und der Schmelzviskosität einer oder mehrerer Zusammensetzungen und die Auswahl einer Zusammensetzung teilweise oder vollständig auf der Basis der Beobachtung der Schmelzviskosität und des Löslichkeitswerts bei pH 4-5 und die Verwendung von Zusammensetzungen mit der gleichen oder im wesentlichen der gleichen Analyse zur Herstellung von MMV-Produkten beinhalten. Jegliche Abweichungen in der Analyse müssen so gering sein, daß sie die Löslichkeit bei pH 4-5 nicht wesentlich verändern. Wenn Messungen durchgeführt werden, um es zu ermöglichen, eine Auswahl an Fasern zu treffen, kann die Löslichkeit bei jedem pH (gewöhnlich im Bereich 4-5) bestimmt werden, welcher zu dem pH bei 4,5 in Beziehung steht. Die Schmelzviskosität kann entweder durch Ableiten aus Daten oder durch Messen und/oder Berechnen für jede Temperatur (gewöhnlich im Bereich von 1370-1450ºC), die einen Wert ergibt, der zu dem Wert bei 1400ºC in Beziehung steht, bestimmt werden.
Die Auswahl der Zusammensetzung muß nicht an der gleichen Stelle oder etwa zu der gleichen Zeit erfolgen, an bzw. zu der die kommerzielle Herstellung unter Verwendung der gewählten Zusammensetzung durchgeführt wird. Somit kann ein Hersteller Tests durchführen oder die Durchführung von Tests durch andere finanzieren, um die Löslichkeit zu bestimmen, und die Information aus diesen Tests als Teil der Grundlage zur Auswahl der Zusammensetzung, die zur kommerziellen Herstellung von Fasern verwendet wird, verwenden.
Es ist möglich, innerhalb der oben angegebenen allgemeinen Bereiche Elementaranalysen auszuwählen, um die definierte Kombination von Schmelzviskosität und Auflösungsgeschwindigkeit bei pH 4,5 zu erhalten. Es ist auch leicht möglich, die Zusammensetzung derart auszuwählen, daß die Zusammensetzung und die Fasern andere gewünschte Eigenschaften, wie z. B. Liquidustemperatur und Sintertemperatur, erfüllen.
Wenn z. B. festgestellt wird, daß die Viskosität bei 1400ºC irgendeiner speziellen Schmelze zu hoch ist, kann es möglich sein, sie zu verringern, indem man die Gesamtmenge an SiO&sub2; + Al&sub2;O&sub3; verringert. Wenn die Schmelzviskosität zu niedrig ist, kann es ähnlich möglich sein, sie zu erhöhen, indem man die Gesamtmenge an SiO&sub2; + Al&sub2;O&sub3;, im allgemeinen innerhalb des Bereichs von 55 bis 75%, oft 60 bis 75%, erhöht oder indem man die Menge an Alkalioxid erhöht. Ähnlich kann es möglich sein, die Viskosität durch Erhöhen der Gesamtmenge an Erdalkalimetalloxid- Komponenten und FeO zu senken.
Wenn die Auflösungsgeschwindigkeit bei pH 4,5 zu niedrig ist, kann es möglich sein, sie durch Verringern der Menge an SiO&sub2; zu erhöhen, doch dann kann es erforderlich sein, die Menge an Al&sub2;O&sub3; zu erhöhen (und/oder eine Komponente, wie z. B. P&sub2;O&sub5;, zuzugeben), um die Schmelzeigenschaften beizubehalten.
Die Menge an SiO&sub2; beträgt normalerweise mindestens 32%, oft mindestens 34% und vorzugsweise mindestens 35%. Sie beträgt oft 3842%.
Die Menge an Al&sub2;O&sub3; beträgt über 16 oder 17%, insbesondere mindestens 18%, doch vorzugsweise mindestens 20% und oft mindestens 24%. Sie beträgt vorzugsweise unter 26%. Mengen von 20-23% sind oft bevorzugt.
Die Gesamtmenge an SiO&sub2; + Al&sub2;O&sub3; beträgt normalerweise 55 bis 70%, gewöhnlich mindestens 56% und vorzugsweise mindestens 57%. In bevorzugten Produkten beträgt sie oft über 60%, am meisten bevorzugt mindestens 61 oder 62%. Sie beträgt normalerweise unter 68% und vorzugsweise unter 65%.
Die Menge an CaO beträgt normalerweise mindestens 14% und vorzugsweise mindestens 18%. Sie beträgt normalerweise unter 28% und vorzugsweise unter 25%. Mengen von 14-20% sind oft bevorzugt.
Die Menge an MgO beträgt normalerweise mindestens 5%, vorzugsweise mindestens 6% und am meisten bevorzugt mindestens 8%. Normalerweise beträgt sie unter 15%, vorzugsweise unter 11%.
Die Menge an FeO beträgt normalerweise mindestens 3% und vorzugsweise mindestens 5%. Sie beträgt normalerweise unter 12%, vorzugsweise unter 10% und am meisten bevorzugt unter 8%. Mengen von 5-7% sind oft bevorzugt. Vorzugsweise beträgt CaO + MgO + FeO 25 bis 40%.
Die Zusammensetzung beinhaltet oft TiO&sub2; in einer Menge von bis zu 3% oder 4%, gewöhnlich bis zu 2%. Die Menge an TiO&sub2; beträgt gewöhnlich mindestens 0,2%, oft mindestens 0,5 oder 1%.
Eine Vielzahl anderer Elemente kann in der Zusammensetzung in einer beliebigen Menge, welche die gewünschten Eigenschaften nicht beeinträchtigt, vorhanden sein. Beispiele für andere Elemente, die eingeschlossen werden können, sind P&sub2;O&sub5;, B&sub2;O&sub3;, BaO, ZrO&sub2;, MnO, ZnO und V&sub2;O&sub5;.
Es ist oft wünschenswert, P&sub2;O&sub5; und/oder B&sub2;O&sub3; einzuschließen, um z. B. die Schmelzeigenschaften einzustellen oder die Löslichkeit einzustellen. Die Gesamtmenge an P&sub2;O&sub5; und B&sub2;O&sub3; beträgt im allgemeinen nicht mehr als 10%. Die Menge an P&sub2;O&sub5; beträgt gewöhnlich mehr als die Menge an B&sub2;O&sub3; und sie beträgt gewöhnlich mindestens 1% oder 2%. Oft ist B&sub2;O&sub3; abwesend. Vorzugsweise sind 1 bis 8%, gewöhnlich 1 bis 5% P&sub2;O&sub5; und 0 bis 5% B&sub2;O&sub3; (oft 1 bis 4% B&sub2;O&sub3;) vorhanden.
Die Gesamtmenge dieser verschiedenen anderen Elemente beträgt unter 8%. Jedes der anderen Elemente, das vorhanden ist, ist normalerweise in einer Menge von nicht mehr als 2% vorhanden, mit der Ausnahme, daß P&sub2;O&sub5; und/oder B&sub2;O&sub3;, wie oben erwähnt, in größeren Mengen vorhanden sein können.
Die Schmelze kann normale Kristallisationseigenschaften besitzen, doch wenn eine Minimierung der Kristallisation gewünscht wird, kann dies durch Einschluß von Magnesium in einer relativ geringen Menge von z. B. 2 bis 6% MgO erzielt werden.
Wenn gewünscht wird, Fasern mit verbesserter Feuerfestigkeit bereitzustellen, ist es im allgemeinen wünschenswert, die Menge an FeO zu erhöhen, welche dann vorzugsweise mindestens 6%, z. B. bis zu 8% oder mehr, z. B. 10%, beträgt, und MgO sollte dann mindestens 8% betragen.
Die Analyse der Zusammensetzung ist vorzugsweise derart, daß die Fasern eine Auflösungsgeschwindigkeit bei pH 4,5 von mindestens 25, und vorzugsweise mindestens 40 nm pro Tag aufweisen. Es ist wünschenswert, daß die Auflösungsgeschwindigkeit so hoch wie möglich ist (soweit mit der Aufrechterhaltung angemessener Feuchtigkeits- und Wärmebeständigkeits-Eigenschaften vereinbar), es ist jedoch im allgemeinen nicht erforderlich, daß sie über 150 oder 100 nm pro Tag beträgt, und gewöhnlich beträgt sie unter 80 nm pro Tag.
Obwohl eine hohe Auflösungsgeschwindigkeit bei pH 7,5 als wünschenswerte Eigenschaft (als Anzeichen für angebliche biologische Abbaubarkeit) vorgeschlagen wurde, ist sie in der Tat oft eine nicht wünschenswerte Eigenschaft, da sie ein Anzeichen für schlechte Wetterfestigkeit unter Einwirkung von Feuchtigkeit ist. Eine Auflösung in der Lunge bei pH 7,5 ist nicht ausschließlich erforderlich, damit die Fasern biologisch abbaubar sind. Vorzugsweise weisen die Fasern eine Auflösungsgeschwindigkeit in Gamble'scher Lösung bei pH 7,5 von unter 25 und am meisten bevorzugt unter 15 nm pro Tag auf.
Die Viskosität der Zusammensetzung bei 1400ºC beträgt gewöhnlich mindestens 12 oder 15 Poise und sie beträgt vorzugsweise mindestens 18 Poise. Obwohl sie sogar z. B. 60 Poise betragen kann, beträgt sie im allgemeinen unter 40 Poise und vorzugsweise beträgt sie nicht mehr als 30 Poise.
Wenn gewünscht wird, daß die Fasern gute Feuerfestigkeit aufweisen sollen, ist die Analyse vorzugsweise derart, daß die Sintertemperatur mindestens 800ºC und vorzugsweise mindestens 1000ºC beträgt.
Die Liquidustemperatur beträgt gewöhnlich mindestens 1200ºC, oft jedoch mindestens 1240ºC. Sie kann sogar z. B. 1400ºC betragen, beträgt jedoch vorzugsweise nicht mehr als 1340ºC.
Ein Vorteil der Verwendung der zur Verwendung in der Erfindung definierten Schmelzen mit mäßigem Aluminiumgehalt besteht darin, daß sie den Einschluß in die Zusammensetzung von leicht zugänglichen Materialien mit mäßigem Aluminiumgehalt, wie z. B. Gestein, Sand und Abfall, erlaubt. Dies minimiert deshalb die Notwendigkeit, teure Materialien mit hohem Aluminiumoxid-Gehalt, wie z. B. Bauxit oder Kaolin, zu verwenden, und es minimiert gleichzeitig die Notwendigkeit, teure Materialien mit sehr geringem Aluminiumoxid-Gehalt, wie z. B. Quarzsand oder Olivinsand, Eisenerz usw., zu verwenden. Falls gewünscht können diese teureren Materialien jedoch von Nutzen sein. Typische, leicht zugängliche Materialien mit mittlerem Aluminiumoxid-Gehalt, die als Teil oder Gesamtheit der Zusammensetzung verwendet werden können, beinhalten Anorthosit und Phonolit und Gabbro-Arten.
Die Zusammensetzung wird typischerweise durch Mischen geeigneter Mengen von natürlich vorkommenden Gesteins- und Sand-Materialien, wie z. B. Anorthosit, Gabbro-Arten, Kalkstein, Dolomit, Diabas, Apatit, Bor-haltigen Materialien und Abfall- Materialien, wie z. B. Mineralwoll-Abfall, Aluminasilicaten, Schlacke, insbesondere Schlacken mit hohem Aluminiumoxid-Gehalt (20-30%), wie z. B. Gießpfannenschlacke, Formsand, Filterstaub, Flugasche, Bodenasche und Abfall mit hohem Aluminiumoxid-Gehalt aus der Herstellung von feuerfesten Materialien, gebildet.
Die Zusammensetzung kann auf herkömmliche Weise in eine Schmelze umgewandelt werden, z. B. in einem mit Gas beheizten Ofen oder in einem Elektroofen oder in einem Kupolofen. Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Zusammensetzung leicht eine recht niedrige Liquidustemperatur aufweisen kann (während eine angemessene Viskosität bei 1400ºC aufrechterhalten wird) und dies minimiert die Energiemenge, die zur Bildung der Schmelze erforderlich ist.
Die Schmelze kann auf herkömmliche Weise, z. B. mit Hilfe eines Schleuderbecher- Verfahrens oder eines Kaskadenrotor-Verfahrens, wie z. B. in WO 92/06047 beschrieben, in Fasern überführt werden.
Die in der Erfindung verwendeten Fasern können jeden geeigneten Faserdurchmesser und jede geeignete Faserlänge aufweisen.
In dieser Erfindung wird die Auflösungsgeschwindigkeit unter Verwendung des folgenden Testprotokolls bestimmt.
300 mg Fasern werden in Polyethylen-Flaschen gegeben, die 500 ml einer modifizierten Gamble'schen Lösung (d. h. mit Komplexbildnern) enthalten, deren pH auf 7,5 bzw. 4,5 eingestellt wurde. Einmal täglich wird der pH kontrolliert und falls erforderlich mit Hilfe von HCl eingestellt.
Die Tests werden über einen Zeitraum von einer Woche durchgeführt. Die Flaschen werden in einem Wasserbad bei 37ºC gehalten und zweimal täglich kräftig geschüttelt. Aliquote der Lösung werden nach einem und vier Tagen entnommen und auf Si auf einem Perkin-Elmer Atomabsorptions-Spektralphotometer untersucht.
Die modifizierte Gamble'sche Lösung hat die folgende Zusammensetzung:

g/l

MgCl&sub2; · 6H&sub2;O 0,212
NaCl 7,120
CaCl&sub2; · 2H&sub2;O 0,029
Na&sub2;SO&sub4; 0,079
Na&sub2;HPO&sub4; 0,148
NaHCO&sub3; 1,950
(Na&sub2;-Tartrat) · 2H&sub2;O 0,180
(Na&sub3;-Citrat)-2H&sub2;O 0,152
90% Milchsäure 0,156
Glycin 0,118
Na-Pyruvat 0,172
Formalin 1 ml
Die Faserdurchmesser-Verteilung wird für jede Probe durch Messen des Durchmessers von mindestens 200 einzelnen Fasern mit Hilfe des Linienschnittverfahrens und eines Rasterelektronenmikroskops oder eines Lichtmikroskops (1000-fache Vergrößerung) bestimmt. Die abgelesenen Werte werden zur Berechnung der spezifischen Oberfläche der Faserproben verwendet, wobei die Dichte der Fasern berücksichtigt wird.
Auf der Basis der Auflösung von SiO&sub2; (Netzwerk-Auflösung) wurde die gelöste spezifische Dicke berechnet und die Auflösungsgeschwindigkeit (nm/Tag) ermittelt. Die Berechnungen basieren auf dem SiO&sub2; Gehalt in den Fasern, der spezifischen Oberfläche und der gelösten Menge an Si.
In dieser Beschreibung wird die Sintertemperatur mit Hilfe des folgenden Testprotokolls bestimmt.
Eine aus der zu testenden Faserzusammensetzung hergestellte Mineralwoll-Probe (5 · 5 · 7,5 cm) wird in einen auf 700ºC vorgewärmten. Ofen gelegt. Nach 1,5 Stunden werden das Schrumpfen und das Sintern der Probe beurteilt. Das Verfahren wird jedes Mal mit einer frischen Probe und einer Ofentemperatur von 50ºC oberhalb der vorhergehenden Ofentemperatur wiederholt, bis die maximale Ofentemperatur, bei der kein Sintern oder kein übermäßiges Schrumpfen der Probe zu beobachten ist, bestimmt ist.
In dieser Beschreibung wird die Viskosität in Poise bei 1400ºC gemäß Bottinga und Weill, American Journal of Science, Band 272, Mai 1972, Seiten 455-475, berechnet.
Es folgen Beispiele für die Erfindung.
Zusammensetzungen wurden durch Mischen geeigneter Mengen an Ausgangsmaterialien, wie in der Tabelle gezeigt, gebildet und jede wurde in einem Tiegelschmelzofen geschmolzen und mit Hilfe des Kaskaden-Schleuderverfahrens zu Fasern geformt. Die Schmelzviskosität und Löslichkeit einer jeden wurde bestimmt. Die Analysen der Zusammensetzungen und ihre Eigenschaften sind in den folgenden Tabellen angegeben. In der Erfindung wird jede der Zusammensetzungen A bis X als geeignet erachtet und sie werden für die anschließende Herstellung von MMVF-Produkten ausgewählt, die sich dadurch auszeichnen, daß sie gute biologische Löslichkeit aufweisen. Jene mit einer Viskosität über 20 und einer Löslichkeit bei pH 4,5 über 30 sind bevorzugt.
Produkt 1 ähnelt kommerzieller Schlackenwolle und ergibt eine schlechte (niedrige) Viskosität. Produkt 2 ist ein Produkt mit hohem Aluminium-Gehalt, doch die Anteile aller Komponenten sind derart, daß die Schmelzviskosität für bequemes Schleudern zu hoch ist. Produkt 3 ähnelt einem herkömmlichen Steinwoll-Produkt mit normalen guten Produkteigenschaften, weist jedoch bei pH 4,5 eine sehr niedrige Auflösungsgeschwindigkeit auf. Demzufolge gehört die Verwendung der Schmelzen für die Produkte 1, 2 und 3 nicht zum Umfang der Erfindung. Die Verwendung der Schmelzen für die Produkte G, I, J, R, S und T gehört ebenfalls nicht zum Umfang der Erfindung.
Die ausgewählten Fasern können in jeder der Formen, die für MMV-Fasern herkömmlich sind, bereitgestellt werden. Somit können sie als ein aus losen, ungebundenen Fasern bestehendes Produkt bereitgestellt werden. Häufiger werden sie z. B. infolge der Bildung der Fasern und des Verbindens derselben auf herkömmliche Weise mit einem Bindemittel bereitgestellt. Im allgemeinen wird das Produkt als Matte, Platte oder anderer Formgegenstand konsolidiert.
Gemäß der Erfindung hergestellte Produkte können für jeden der herkömmlichen Zwecke von MMV-Fasern, z. B. als Matten, Platten, Rohre oder andere Formprodukte, die als thermische Isolierung oder Feuerisolierung und -schutz oder Geräuschdämpfung und -regulierung dienen sollen, oder in geeigneten Formen zur Verwendung als Wachstumsmedien für den Gartenbau oder als freie Fasern zur Verstärkung von Zement, Kunststoffen oder anderen Produkten, oder als Füllstoft formuliert werden.

Claims

1. Verwendung einer Schmelzzusammensetzung zur Herstellung künstlicher glasartiger Fasern, die sich in der Lunge als biologisch abbaubar erweisen, wobei die Zusammensetzung eine Analyse, bezogen auf das Gewicht von Oxiden, hat, welche einschließt

SiO&sub2; 32 bis unter 45%

Al&sub2;O&sub3; über 16 bis 28%

CaO 10 bis 30%

MgO 2 bis 20%

FeO 2 bis 15%

Na&sub2;O + K&sub2;O 0 bis 12%

TiO&sub2; 0 bis 4%

Andere Elemente 0 bis 8%

und die Zusammensetzung eine Schmelzviskosität bei 1400ºC von 10 bis 70 Poise aufweist.

2. Verwendung nach Anspruch 1, worin die Fasern Fasern eines gebundenen Produkts sind.

3. Verwendung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin die Fasern Fasern eines gebundenen Produkts sind, das als Wärmeisolierung, Feuerdämmung oder -schutz oder Lärmregulierung oder -schutz verwendet wird.

4. Verwendung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin die Fasern Fasern eines gebundenen Produkts sind, das als Wachstumsmedium für den Gartenbau verwendet wird.

5. Verwendung nach Anspruch 1, worin die Fasern in freier Form als Verstärkung oder als Füllstoff verwendet werden.

6. Verwendung nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, worin die biologische Abbaubarkeit der Fasern in der Lunge durch Bestimmung der Löslichkeit in der Umgebung von Makrophagen in der Lunge aufgezeigt wird.

7. Verwendung nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, worin die Fasern eine wie hierin definierte Auflösungsgeschwindigkeit von mindestens 20 nm pro Tag aufweisen, errechnet aus der in modifizierter Gamble's-Lösung bei pH 4,5 gelösten Menge an Si nach eintägigem Eintauchen und nach viertägigem Eintauchen.

8. Verwendung nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, worin die Sintertemperatur der Fasern in aus den Fasern gebildeter Mineralwolle mindestens 800ºC beträgt.

9. Verwendung nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, worin die Menge an SiO&sub2; + Al&sub2;O&sub3; weniger als 68% beträgt.

10. Verwendung nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, worin die Menge an Magnesium, ausgedrückt als MgO, mindestens 5% bis zu 20% beträgt.

11. Verwendung nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, worin die Menge an Eisen, ausgedrückt als FeO, weniger als 10% beträgt.

12. Verwendung nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, worin die Menge an Eisen, ausgedrückt als FeO, mehr als 5% beträgt.

13. Verwendung nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, worin die Menge an Aluminium, ausgedrückt als Al&sub2;O&sub3;, mindestens 18% beträgt.

14. Verwendung nach Anspruch 13, worin die Menge an Al&sub2;O&sub3; mindestens 20% beträgt.

15. Verwendung nach Anspruch 13, worin die Menge an Al&sub2;O&sub3; 20 bis 26% beträgt.

16. Verwendung nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, worin die Menge an SiO&sub2; weniger als 42% beträgt.

17. Verwendung nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, worin die Menge an Titan, ausgedrückt als TiO&sub2;, mindestens 0,5% beträgt.

18. Verwendung nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, worin die Fasern eine Auflösungsgeschwindigkeit bei pH 7,5 von weniger als 15 nm pro Tag aufweisen.

19. Verwendung nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, worin die Zusammensetzung eine Liquidustemperatur von 1240 bis 1340ºC ergibt.