"LÃ MINERAL, PROCESSO DE OBTENÇÃO DE LÃS MINERAIS,UTILIZAÇÃO DE UMA LÃ MINERAL E PRODUTO DE ISOLAMENTOTÉRMICO E/OU ACÚSTICO"
A presente invenção refere-se ao domínio das lãs mineraisartificiais. Ela visa mais particularmente as lãs minerais destinadas a fabricarmateriais de isolamento térmico e/ou acústico ou substratos de cultura fora dosolo e notadamente lãs minerais estáveis termicamente, destinadas aaplicações onde a capacidade de resistir em temperatura é grande.
Estas lãs minerais são susceptíveis de desempenhar um papelimportante na resistência ao fogo de sistemas construtivos ao quais elas estãointegradas.
Interessa-se mais particularmente às lãs minerais do tipo de lãde rocha, ou seja cujas composições químicas provocam uma temperatura doslíquidos elevada e uma grande fluidez a sua temperatura de conversão emfibra, associadas uma temperatura de transição vítrea elevada.
Convencionalmente, este tipo de lã mineral é convertida emfibra por processos de centrifugação ditos "externos", por exemplo do tipodeste que utiliza uma cascata de rodas de centrifugação alimentadas emmatéria fundida por um dispositivo de distribuição estático, como descritonotadamente nas patentes EP-O 465.310 ou EP-O 439 385.
O processo de conversão em fibra por centrifugação dito"interno", ou seja que recorreu a centrifiigadores que giram em grandevelocidade e perfurados com orifícios, é em contrapartida convencionalmentereservado à conversão em fibra de lã mineral de tipo lã de vidro,esquematicamente de composição mais rica em óxidos alcalinos e com baixataxa de alumina, de temperatura de líquidos menos elevada e viscosidade àtemperatura conversão em fibra maior que a lã de rocha. Este processo édescrito notadamente nas patentes EP-O 189354 ou EP-O 519 797.
Entretanto recentemente foi desenvolvido soluções técnicasque permitem adaptar o processo de centrifugação interno de conversão emfibra de lã de rocha, notadamente alterando a composição do materialconstitutivo dos centrifugadores e os seus parâmetros de funcionamento.Poderá para maiores detalhes a este respeito se reportar notadamente à patenteWO 93/02977. Esta adaptação revelou-se particularmente interessante nosentido de que permite combinar propriedades que seriam inerentes apenas aum ou o outro dos dois tipos de lã, de rocha ou de vidro. Assim, a lã de rochaobtida por centrifugação interna é de uma qualidade comparável à lã de vidro,com uma taxa de não-fibras menor do que da lã de rocha obtidaconvencionalmente. Ela conserva contudo as duas vantagens ligadas à suanatureza química, a saber um baixo custo de matérias químicas e umaresistência em temperatura elevada.
Duas vias são então agora possíveis para fabricar a lã de rocha,a escolha de uma ou outra dependente diversos de critérios, dos quais o nívelde qualidade requerido com o propósito da aplicação visada e este deexeqüibilidade industrial e econômica.
A estes critérios, acrescentou-se desde alguns anos este de umcaráter biodegradável da lã mineral, a saber, a capacidade desta de sedissolver rapidamente em meio fisiológico, em vista de prevenir qualquerrisco patogênico potencial ligado à acumulação eventual das fibras mais finasno organismo por inalação.
Além disso, um número importante de aplicação de lãsminerais utiliza a propriedade notável de estabilidade térmica que apresentamcertas composições de lãs minerais. Conhece-se notadamente a estabilidadetérmica das lãs minerais obtidas a partir de basaltos ou escórias enriquecidosde ferro.
A estabilidade térmica das lãs minerais é em particularindispensável para autorizar seu emprego em sistemas construtivos resistentesao fogo. Um dos pontos chave da resistência ao fogo reside na capacidade doscolchões de fibras não diminuir (e assim a conservar as suas propriedades deisolamento térmico), esta capacidade que provem do fato de que as fibras nãosofrem nem deformação nem sinterização.
O pedido de patente WO 01/68546 descreve uma lã mineraltornada estável termicamente pelo emprego simultâneo de uma composiçãode vidro particular e de um composto do fósforo susceptível de reagir a partirde IOO0C com as fibras para formar um revestimento refratário que limita aomesmo tempo a deformação e a sinterização das fibras.
Os compostos do fósforo descritos neste pedido são fosfatosou polifosfatos, principalmente de amônio ou sódio. Estes compostos,depositados com o ligante sobre a superfície das fibras, reagem a partir deIOO0C com a superfície das fibras liberando compostos ácidos como o ácidofosfórico e/ou o anidrido fosfórico, os quais reagem, levando-se em conta acomposição química específica das fibras, com os íons alcalino-terrosos dasreferidas fibras para formar à sua superfície o revestimento refratário pré-citado.
É evidente que o emprego desta invenção apresentainconvenientes ao uso. Os fosfatos descritos no pedido WO 01/68546 sãobastante sensíveis por um lado à umidade (mesmo ao estado de polifosfatos),e por outro lado à temperatura. A liberação de compostos ácidosrelativamente à baixa temperatura parece ser prejudicial à adesão entre asfibras e o ligante a base de resina (este último polimerizado em estufa atemperaturas de cerca de 200°C), e parece ser a origem de uma diminuiçãodas propriedades mecânicas do produto acabado e sobretudo da estabilidadedas referidas propriedades mecânicas a longo prazo.
A presente invenção tem então por objetivo prevenir aosinconvenientes pré-citados melhorando a composição química das fibras quecompreendem as lãs minerais de tipo rocha a fim de lhes conferir acapacidade de serem convertida em fibras por centrifugação interna,propriedades mecânicas e envelhecimento melhorados, uma boa estabilidadetérmica, e boas propriedades de solubilidade em meio fisiológico.
A invenção tem por objeto uma lã mineral, estáveltermicamente, susceptível de se dissolver em um meio fisiológico, quecompreende fibras cujos constituintes são mencionados, a seguir de acordocom as porcentagens ponderais seguintes:
<table>table see original document page 5</column></row><table>
e que compreende igualmente pelo menos um composto do fósforo em umteor, expresso em massa de átomos de fósforo, variando de 0,0005%,notadamente mais de 0,01% para 1%, notadamente menos de 0,5% da massatotal das fibras, susceptível de reagir a uma temperatura inferior a IOOO0Ccom as referidas fibras para formar um revestimento à superfície das referidasfibras, um composto do fósforo é uma molécula na qual o(s) átomo (s)defósforo é(são) ligado(s) a pelo menos a um átomo de carbono, diretamente oupor meio de um átomo de oxigênio.
Preferivelmente, cada composto do fósforo é uma molécula naqual o átomo(s) de fósforo está (estão) ligado(s) a pelo menos um átomo decarbono, diretamente ou por meio de um átomo de oxigênio.
Na acepção da presente invenção, define-se uma lã mineral"estável termicamente" ou "que apresenta uma estabilidade térmica" comosusceptível de apresentar um caráter de resistência em temperatura, ou sejasusceptível de não diminuir de maneira substancial quando é aquecidanotadamente até temperaturas de pelo menos de 1000°C.
Considera-se notadamente que uma lã mineral é termicamenteestável se ela responde aos critérios definidos pelo projeto de norma"Materiais isolantes: estabilidade térmica" (Insulating materiais: Thermalstability) como é proposto por NORDTEST (NT FIRE XX - NORDTESTREMISS N01114-93).
Este teste define um procedimento para determinar aestabilidade térmica de uma amostra de material isolante a uma temperaturade 1000°C. Uma amostra de material isolante (notadamente de 25 mm dealtura e 25 mm de diâmetro) é introduzida em um forno que permite aobservação do abaixamento da amostra em função da temperatura ao contatoda amostra.
A temperatura do forno cresce a 5°C por minuto, a partir datemperatura ambiental, até pelo menos a 1000°C.
Este projeto de norma define um material isolante comoestável termicamente se a amostra deste material não diminui mais de 50% dasua espessura inicial até que a temperatura de IOOO0C seja atingida.
O revestimento formado à superfície das fibras à altatemperatura tem a propriedade notável de ser refratário e retarda assim adepressão de uma amostra de fibras, da composição selecionada, levada atemperaturas que podem atingir 1000°C.
O ou cada composto do fósforo pode ser uma moléculaunitária, ou seja conter apenas um átomo de fósforo.
O composto do fósforo de acordo com a invenção pode entãoser caracterizado pelo fato de que o único átomo de fósforo está diretamenteligado apenas a átomos de oxigênio ou de hidrogênio, ou seja está ligado pelomenos a um átomo de carbono por meio de um átomo de oxigênio. Podetratar-se por exemplo de um mono di - ou tri-éster fosfórico, ou de ésteresfosfônicos ou fosfínicos não-substituídos, os grupos carbonados destes ésteressendo compostos alquilas, arilas, acilas ou hidroxialquilas, podendoeventualmente ser de natureza oligomérica ou polimérica e/ou conter um ouvários heteroátomos escolhidos dentre N, O ou S.
Ele pode de modo alternativo ser caracterizado pelo fato deque o único átomo de fósforo é ligado diretamente a pelo menos um átomo decarbono. Pode tratar-se de ésteres ou de ácidos fosfônicos ou fosfínicos pelomenos parcialmente substituídos (ou seja nos quais pelo menos um dosátomos de hidrogênios ligados ao átomo de fósforo é substituído por umsubstituinte carbonado). O composto do fósforo pode igualmente ser nestecaso um mono-, di- ou tri-óxido de fosfina. Os diferentes grupos carbonadosdestes compostos são compostos alquilas, arilas, acilas ou hidroxialquilas, quepodem eventualmente ser de natureza oligomérica oü polimérica e/ou conterum ou vários heteroátomos escolhidos dentre N, O ou S.
O ou cada composto do fósforo de acordo com a invenção éentretanto preferivelmente uma molécula constituída de vários compostosunitários como descritos precedentemente, idênticos ou diferentes, ligadosentre si por ligações covalentes. O composto do fósforo é entãopreferivelmente uma molécula oligômera ou polímera, ou seja que suaestrutura pode se representar como a repetição de motivos constitutivos. Onúmero destes motivos constitutivos é compreendido vantajosamente entre 2e 100, notadamente 2 e 50, ou mesmo entre 2 e 10. No caso de uma moléculaque contem vários átomos de fósforo, a condição essencial segundo a qual osátomos de fósforo estão ligados a um átomo de carbono deve se compreendercomo significando que a grande maioria dos átomos de fósforo respeitam estacondição, entendendo-se que em uma grande molécula, o fato de umapequena fração dos átomos de fósforo que não respeita esta condição não écapaz de alterar substancialmente a maneira como o problema técnico éresolvido.
Ele pode assim ser um composto no qual a maioria (ou mesmoa totalidade) dos átomos de fósforo estão ligados entre si por um átomo deoxigênio, por exemplo dos compostos do tipo poliéster fosfórico ou fosfônico.
Entretanto é mais vantajoso que a maioria (ou mesmo atotalidade) dos átomos de fósforo sejam ligados entre si através de umaentidade carbonada. O composto do fósforo contém então preferivelmenteuma maioria de átomos de fósforo ligados entre si por um grupo quecompreende pelo menos um átomo de carbono, este último podendo estarligado diretamente ou por meio de um átomo de oxigênio pelo menos a umdos átomos de fósforo. Tal composto preferido pode ser representado deacordo com a fórmula geral (1) seguinte:
<formula>formula see original document page 8</formula>
onde
n está compreendido entre 1 e 100, preferivelmente entre 1 e50, notadamente entre 2 e 10,
- os substituintes Ri a R4 são entidades majoritariamentecarbonadas idênticas ou diferentes, preferivelmente do tipo alquila, arila, acilaou hidroxialquila eventualmente ramificados, podendo eventualmente ser denatureza oligomérica ou polimérica e/ou conter um ou vários heteroátomosescolhidos dentre N, O, S ou P. É preferível que pelo menos um destessubstituintes, notadamente o substituinte Ri, contenha um átomo de oxigênioligado ao átomo de fósforo da cadeia principal.
No caso onde dois substituinte contêm um átomo de oxigênioligado ao átomo de fósforo da cadeia principal, o composto do fósforo évantajosamente um oligômero ou um polímero do tipo poliéster fosfônico defórmula geral (2) seguinte:
<formula>formula see original document page 9</formula>
Quando todos os substituintes contêm um átomo de oxigênioligado ao átomo de fósforo da cadeia principal, uma outra família decompostos do fósforo preferidos é constituída pelos polímeros ou poroligômeros do tipo poliácido ou poliéster fosfórico de fórmula geral (3)seguinte:
<formula>formula see original document page 9</formula>
Para estes dois últimos tipos de compostos:
- o comprimento n da cadeia é compreendido entre 1 e 100,preferivelmente entre 1 e 50, notadamente entre 2 e 10.
- os substituintes R2 e R5 a R8 são entidades majoritariamentecarbonadas idênticas ou diferentes, preferivelmente do tipo alquila, arila, acilaou hidroxialquila eventualmente ramificados, podendo eventualmente ser denatureza oligomérica ou polimérica e/ou conter um ou vários heteroátomosescolhidos dentre N, O, S ou P. O número de átomos de carbono em cadasubstituinte é compreendido vantajosamente entre 1 e 15, notadamente entre 2e 10. Um grande número de átomos de carbono tem com efeito porinconveniente gerar uma grande quantidade de resíduos carbonados duranteuma subida em temperatura, enquanto que um número de átomos de carbonomuito baixo pode provocar uma hidrólise demasiada fácil. Os substituintes R6a R8 podem igualmente ser átomos de hidrogênio ou uma base deneutralização do ácido fosfórico.
Quando o comprimento n da cadeia é igual a 1, é possível queos grupos R5 e R6 estejam ligados entre si de maneira covalente, formandoassim uma molécula cíclica. Quando n é superior a 1, certos grupos R5, R6 ouR7 podem ser ligados entre si de maneira covalente. Um composto do fósforopreferido é assim o produto comercializado sob a marca AMGARD® TC ouCU pela empresa Rhodia. Trata-se de uma mistura dos dois ésteres fosfônicoscíclicos de números CAS respectivos 41203-81-0 e 42595-45-9. O primeirodentre eles é um éster fosfônico de acordo com a fórmula (2) com n = 1, todosos grupos R2 e R7 grupos metila, os grupos R5 e R6 ligados entre si paraformar um grupo alquila único que possui 6 átomos de carbono. O segundo éum éster do mesmo tipo, entretanto com n = 2, todos os grupos R2 gruposmetila, os 2 grupos R5 respectivamente ligado aos grupos R6 e R7 para formardois grupos alquilas em Ce-
Os compostos oligoméricos ou poliméricos do fósforo,apresentados até agora sob a forma de cadeias lineares ou cíclicas, podemigualmente ser de redes reticuladas, as diferentes que substituemmajoritariamente carbonados que podem ser eles mesmos ligados a pelomenos um outro átomo de fósforo, por exemplo quando estes substituintes sãopolióis ou poliácidos.
Estes últimos compostos podem ser em particular ser obtidospor reações de esterificação ou transesterificação entre ácidos ou ésteresrespectivamente fosfônicos e fosfóricos e polióis (em particular dióis),poliácidos (em particular diácidos) ou ainda compostos epóxi. Neste quadro, omelaço (subproduto da refinação do açúcar) é uma fonte polióis ou dióisparticularmente atrativa pelo seu baixo custo. Parece que compostos dofósforo de acordo com a invenção poderiam ser obtidos por reação entremelaço e ácidos ou ésteres fosfóricos ou fosfônicos, esta reação que pode atémesmo se produzir por pulverização simultânea dos dois produtos sobre asfibras.
A lã mineral de acordo com a invenção pode vantajosamentecompreender uma mistura de vários compostos do fósforo tal como descritoprecedentemente.
O ponto comum a estes compostos que poderiam se qualificarde "compostos organofosforados" é a presença de compostos carbonados aoseio mesmo da cadeia fosforada, que parece ser a origem do "bloqueio" doscompostos ácidos, tais como o ácido fosfórico, para temperaturas inferiores a200°C e então a estabilidade destes compostos contra os efeitos datemperatura e a umidade.
O composto do fósforo de acordo com a invenção estápresente de preferência em um teor superior ou igual a 0,05%, notadamente0,1% e inferior ou igual a 2%, notadamente 1%. Esta quantidade correspondeà massa de compostos do fósforo trazida à massa total das fibras.
Levando-se em conta a massa de fósforo neste tipo decompostos, o teor mássico em átomos de fósforo é compreendido entre0,0005% a 1%, notadamente superior ou iguais a 0,01% e mesmo 0,1% einferiores ou iguais a 0,5%.
O revestimento observado pode ser contínuo sobre a superfíciede uma fibra e a sua espessura é compreendida notadamente entre 0,01 e 0,05jim. Cristalizações de uma composição próxima desta do revestimento podemigualmente ser observadas localmente à superfície das fibras, e podem atingirespessuras da ordem de 0,1 a 0,5 |im.
De acordo com um modo de realização vantajoso da invenção,o revestimento susceptível de se formar à superfície das fibras da lã mineral éconstituído essencialmente de fosfato de alcalino-terrosos.Obtêm-se assim revestimentos cuja composição está próximadesta dos cristais de tipos ortofosfato ou pirofosfato de alcalino-terroso cujoponto de fusão é conhecido como sendo superior a IOOO0C.
Vantajosamente, o fosfato de alcalino-terroso que é susceptívelde se formar à superfície das fibras da lã mineral é um fosfato de cais.
Os fosfatos de cais, notadamente ortofosfato (Ca3(PO4)2,pirofosfato (Ca2P2O7) são conhecidos por serem refratários e estes compostostêm temperaturas de fusão respectivamente de 1670°C e 123O0C.
Como descrito no pedido WO 01/68546, um efeito cooperativoé destacado entre as fibras que foram objeto da seleção de constituintes acimae dos compostos do fósforo. Pode-se pensar que o composto do fósforo liberaà elevada temperatura (mas abaixo de IOOO0C) o ácido fosfórico e/ou oanidrido fosfórico que começa a reagir com as fibras da composição deacordo com a invenção. No caso destas composições, a taxa elevada dealcalinos que elas compreendem pode desempenhar um papel decompensador de carga do alumínio, igualmente presente a taxas elevadas.Teriam-se assim composições onde a mobilidade atômica do alcalino-terrososé superior a esta destes elementos em outras composições de vidro. Estesalcalino-terrosos relativamente móveis, seriam então susceptíveis de reagircom o ácido fosfórico ou o anidrido fosfórico para formar um compostorefratário, notadamente um fosfato de alcalino-terrosos, e permitiriam assimassegurar excelente uma estabilidade térmica às lãs minerais de acordo com ainvenção.
Obtém-se assim lãs minerais susceptíveis de se dissolveremem meio fisiológico e estáveis termicamente.
Na seqüência do texto, nomear-se-á "composição" as gamasdos constituintes das fibras da lã mineral, ou do vidro destinado a serconvertido em fibra para produzir as referidas fibras. Toda percentagem deum constituinte da composição deve se compreender como uma porcentagemponderai e as composições de acordo com a invenção podem comportar até5%, notadamente 3% de compostos a considerar como impurezas nãoanalisadas, como é conhecido neste gênero de composições.
De acordo com uma variante da invenção, a composição da lãmineral se apresenta do seguinte modo:
SiO2 39-55%, de preferência 40-52%
Al2O3 16-27%, - 16-25%
Cão 3-35%, - 10-25%
MgO 0-15%, - 0-10%
Na2O 0-15%, - 6-12%
K2O 0-15%, - 3-12%
R2O (Na2O+ K2O) 10-17%, - 12-17%
P2O5 0-5%, - 0-2%
Fe2O3 0-15%,
B2O3 0-8%, - 0-4%
TiO2 0-3%,
MgO sendo compreendido entre 0 e 5%, notadamente entre 0 e2% quando R2O < 13,0%.
A seleção de tal composição permitiu acumular toda uma sériede vantagens, notadamente atuando sobre múltiplos papéis, complexos, quejogam com um certo número desses constituintes específicos.
Pôde-se constatar com efeito que a associação de uma taxa dealumina elevada, compreendida entre 16 e 27%, preferivelmente superior a17% e/ou preferivelmente inferior a 25%, notadamente a 22%, para uma somade elementos formadores, sílica e alumina, compreendida entre 57 e 75%,preferivelmente superior a 60% e/ou preferivelmente inferior a 72%,notadamente a 70%, com uma quantidade de alcalinos (R2O: soda e potássio)elevada compreendida entre IOe 17%, com MgO compreendido entre 0 e 5%,notadamente entre 0 e 2%, quando R2O < 13.0%, permite obter composiçõesde vidro que possuem a propriedade notável de serem conversíveis em fibraem um vasto domínio de temperatura e que conferem um caráter biossolúvel apH ácido às fibras obtidas. De acordo com modos de realização da invenção,a taxa de alcalino é preferivelmente notadamente superior a 12%,notadamente a 13,0% e mesmo 13,3% e/ou preferivelmente inferior a 15%,notadamente inferior a 14,5%.
Este domínio de composições se revela particularmenteinteressante porque se pôde observar, que contrariamente às opiniõesrecebidas, a viscosidade do vidro fundido não abaixa significativamente como aumento da taxa de alcalinos. Este efeito notável permite aumentar o desvioentre a temperatura correspondente à viscosidade da conversão em fibra e atemperatura de líquidos da fase que cristaliza e assim melhorarconsideravelmente as condições de conversão em fibra e torna notadamentepossível a conversão em fibra em centrifugação interna de uma nova famíliade vidros biossolúveis.
De acordo com um modo de realização da invenção, ascomposições possuem taxas de óxido de ferro compreendidas entre 0 e de 5%,notadamente superiores a 0,5% e/ou inferiores a 3%, notadamente inferior a2,5%. Outro modo de realização é obtido com composições que possuemtaxas de óxido de ferro compreendidas entre 5 e 12%, notadamente entre 5 e8%, o que pode permitir obter uma resistência ao fogo dos colchões de lãsminerais.
Vantajosamente, as composições de acordo com a invençãorespeitam o ratio:
( Na2O + K2O )/Al203 > 0,5 , de preferência ( Na2O + K2O
/Al2O3 > 0,6, notadamente ( Na2O + K2O )/Al203 > 0,7 que parece favorecer aobtenção de uma temperatura com viscosidade de conversão em fibra superiorà temperatura de líquidos.
De acordo com uma variante da invenção, as composições deacordo com a invenção têm preferivelmente uma taxa de cais compreendidaentre 10 e 25%, notadamente superior a 12%, preferivelmente superiores a15% e/ou preferivelmente inferiores a 23%, notadamente inferiores a 20%, emesmos inferior a 17% associada a uma taxa de magnésia compreendida entreOe 5%, com preferivelmente menos de 2% de magnésia, notadamente menosde 1% de magnésia e/ou uma taxa de magnésia superior a 0,3%, notadamentesuperior 0,5%.
De acordo com outra variante, a taxa de magnésia écompreendida entre 5 e 10% para uma taxa de cal compreendida entre 5 e15% e de preferência entre 5 e 10%.
Adicionar o P2O5, que é opcional, a teores compreendidosentre 0 e 3%, notadamente superior a 0,5% e/ou inferior a 2%, pode permitiraumentar o biossolubilidade a pH neutro. Opcionalmente, a composição podetambém conter o óxido de boro que pode permitir melhorar as propriedadestérmicas da lã mineral, notadamente tendendo a baixar seu coeficiente decondutividade térmica na componente radiativa e igualmente aumentar abiossolubilidade com pH neutro. Pode-se igualmente incluir o TiO2 nacomposição, de maneira opcional, por exemplo até 3%. Outros óxidos taiscomo BaO, SrO, MnO, Cr2O3, ZrO2, SO3 podem estar presentes nacomposição, em um teor total que não ultrapasse 5%, de preferência de cercade 3% ou 2%, e mesmo 1%. Estes diferentes óxidos podem ser acrescentadosvoluntariamente na composição de acordo com a invenção, mas estão emgeneral presentes a título de impurezas inevitáveis que provêm das matériasprimas, dos materiais refratários em contacto com o vidro, ou dos agentes querefinam empregados para diminuir a quantidade de inclusões gasosas namassa de vidro fundido.
De acordo com um modo da invenção particularmentepreferido, a lã mineral compreende fibras cujos constituintes são mencionadosa seguir, de acordo com as porcentagens ponderais seguintes:<table>table see original document page 16</column></row><table>
Estas composições apresentam por si mesmas umcomportamento a temperatura bastante elevadas notavelmente melhorada.
Pareceria que este domínio de composição permite fazernuclear de germes de cristalização a baixas temperaturas, que provocarão osurgimento/ crescimento de cristais a uma temperatura suficientemente baixaonde o amolecimento ou a sinterização do material ainda não tenham podidoser efetivado. Pode-se pensar que, fazendo cristalizar os componentes maisfundíveis que a composição vítrea global, a viscosidade do vidro residualaumenta e as forças de superfície ao emprego para a sinterização não são maistão importantes para o conduzir sobre as forças de coesão viscosa.
Preferivelmente, a alumina está presente a razão de 17 a25,5%, notadamente 20 a 25%, em particular de 21 a 24,5% em pesos,notadamente da ordem de 22 a 23 ou 24%.
Vantajosamente, uma boa refratariedade pode ser obtidaajustando o teor de magnésia, notadamente a pelo menos 1,5%, em particular2%, notadamente superior ou igual a 2,5% ou 3%. Um teor elevado demagnésia é favorável a um efeito cristalizante a baixa temperatura que seopõe a baixa de viscosidade geralmente observada à temperatura elevada, eimpede então a sinterização do material.
Uma seleção de composição vantajosa consiste em prever umaquantidade mínima requerida de magnésia ainda maior quando a quantidadede alumina é baixa.
Assim, quando a alumina está presente a razão de pelo menos22% em peso, a quantidade de magnésia é preferivelmente de pelo menos 1%,vantajosamente da ordem de 1 a 4%, preferivelmente de 1 a 2%, em particularde 1,2 a 1,6%. O teor de alumina está de preferência limitado a 25% paraconservar uma temperatura de líquidos suficientemente baixa. Quando aalumina está presente em quantidade menor, por exemplo da ordem de 17 a22%, a quantidade de magnésia é preferivelmente de pelo menos 2%,notadamente da ordem de 2 a 5%.
A cal está vantajosamente presente a teores compreendidosentre 9,5 e 20%, preferivelmente entre 10 e 18%, e de maneira ainda maispreferida um lia 16%.
A quantidade total de cal e magnésia pode ser vantajosamenteda ordem de 14 a 20%, notadamente de 15 a 19%.
A quantidade total de óxidos alcalino-terrosos (cal, magnésia,óxidos de bário e de estrôncio) está de preferência compreendida entre 10 e20%, notadamente de 12 a 18%.
A quantidade de sílica é vantajosamente da ordem de 35 a 50%em pesos, notadamente 37 a 48%, mais particularmente de 39 a 44%.
De acordo com modos de realização da invenção, a taxa dealcalino é de preferência inferior ou igual a 13,2%, até 13,0%, notadamente daordem de 10 a 12,5%, em particular 10,2 a 12% ou menos. A soda, como opotássio, pode estar cada um presente à razão de 3 a 9% em peso.
Nesta gama de teor de alcalinos, revela-se vantajoso escolheruma relação de proporções entre os alcalinos e a alumina, tal como a relaçãomolar R2OZAl2O3 for inferior a 1, em particular a 0,9, notadamente de nomáximo 0,8, em particular de no máximo 0,75.
Quando a relação molar for superior a 0,9, é preferível que oteor de magnésia seja suficientemente elevado para produzir um efeitocristalizante a baixa temperatura, por exemplo de pelo menos 2%, ou de pelomenos 2,5%, falta do que se obteriam temperaturas de transição vítrea muitobaixas, com um efeito nefasto sobre o comportamento a temperatura muitoelevada.
Uma relação molar R2OZAl2O3 inferior a 0,9 produz um efeitofavorável sobre o refratário, em particular a baixa temperatura, então sobre oponto de amolecimento e a temperatura de sinterização.
Neste domínio de composições, conserva-se no entanto umdesvio suficientemente grande entre a temperatura que corresponde àviscosidade da conversão em fibra e a temperatura de líquidos da fase quecristaliza e assim de boas condições de conversão em fibra.
O óxido de ferro presente na composição tem um impactopositivo na nucleação ou no crescimento de germes a baixa temperatura aomesmo tempo limitando o líquido. Entretanto, sua quantidade é,preferivelmente, limitada para não prejudicar a biossolubilidade em meioácido. De acordo com um modo de realização preferido da invenção, ascomposições possuem taxas de óxido de ferro compreendidas entre 2 e 6%,preferivelmente da ordem de 3 a 6%.
O óxido de titânio procura um efeito bastante sensível sobre anucleação à alta e baixa temperatura de espinélios na matriz vítrea. Um teorda ordem de 1% ou menos pode se revelar vantajoso.
P2O5 pode ser utilizado, a teores compreendidos entre 0 e 3%,notadamente entre 0,1 e 1,2% para aumentar o biossolubilidade com pHneutro.
Outros óxidos tais como BaO, SrO, MnO, Cr2O3, ZrO2, podemestar presentes na composição, em um teor total máximo 5%, ou mesmo 2% emesmo 1%.
A diferença entre a temperatura que corresponde A umaviscosidade de IO2,5 peso (decipascal.segundo), denotado T]og 2,5 e de líquidosda fase que cristaliza, denotada Tuq é de preferência de pelo menos 10°C. Estadiferença, Tjog 2,5 - Tyq define o "patamar de trabalho" das composições dainvenção, ou seja, a gama de temperaturas na qual se pode converter em fibra,por centrifiigação interna muito particularmente. Esta diferença se estabelecede preferência a pelo menos 20 ou 30°C, e mesmo mais de 50°C, notadamentemais de 1000°C.
As composições de acordo com a invenção têm temperaturasde transição vítrea elevadas, notadamente superiores a 600°C. Suatemperatura de annealing (denotada TAnneaIing5 conhecida igualmente sob onome de "temperatura de recozimento") é notadamente superior a 600°C.
As lãs minerais, como mencionadas acima, apresentam umnível de biossolubilidade satisfatório notadamente com pH ácido. Elasapresentam assim geralmente uma velocidade de dissolução, notadamentemedida sobre a sílica, de pelo menos 30, preferivelmente de pelo menos 40 ou50 ng/cm2 por hora medida a pH 4,5 de acordo com um método similar aodescrito na norma NF T 03-410.
Outra vantagem muito importante da invenção tratou com apossibilidade de utilizar matérias primas baratas para obter a composiçãodestes vidros. Estas composições podem notadamente resultar da fusão derochas, por exemplo do tipo das fonolitas, com um portador de alcalino-terrosos, por exemplo calcário ou dolomita, completados se necessário porminério de ferro. Obtém-se por este meios um portador de alumina com customoderado.
Este tipo de composição, com taxas de alumina e taxas dealcalinos elevados pode ser fundido vantajosamente em fornos vítreos comchama ou com energia elétrica.A invenção tem igualmente por objeto um processo deobtenção das lãs minerais de acordo com a invenção, compreendendo umaetapa de formação das fibras e depois uma etapa de aporte, notadamente porpulverização ou impregnação de uma solução, de pelo menos de um compostodo fósforo sobre a superfície das referidas fibras.
A invenção tem ainda por objeto um produto de isolamentotérmico e/ou acústico que compreende pelo menos uma lã mineral de acordocom a invenção.
A invenção refere-se igualmente à utilização da lã mineraldescrita acima em sistemas construtivos resistentes ao fogo.
Denomina-se "sistemas construtivos resistentes ao fogo" dossistemas, compreendendo geralmente agrupamento de materiais, notadamenteà base de lã mineral e de placas metálicas, susceptíveis de retardar de maneiraeficaz a propagação do calor bem como assegurar uma proteção às chamas egases quentes e de conservar uma resistência mecânica durante um incêndio.
Testes normalizados definem o grau de resistência ao fogo,expresso notadamente como o tempo necessário para que uma temperaturadada seja atingida do lado oposto do sistema construtivo submetido a umfluxo de calor, libertado por exemplo pela chama de um queimador ou umforno elétrico.
Considera-se que um sistema construtivo apresenta umacapacidade de resistir ao fogo satisfatória, notadamente se é susceptível deresponder às exigências de um dos ensaios seguintes:
- Teste para porta corta-fogo: ensaios sobre placas de fibrasminerais tal como definida na norma alemã DIN 18 089 - Teil 1 (ouequivalente).
- Comportamento ao fogo de material e de elementos para aconstrução tal como foi definido na norma alemã DIN 4102 (ou equivalente).Considera-se notadamente a norma DIN 4102 - Teil 5 para os testes emgrandeza natural a fim de determinar a classe de resistência ao fogo, e/ou anorma DIN 4102 - Teil 8 para os testes sobre amostras com um pequenobanco de ensaio.
- Teste de acordo com o ensaio normalizado OMI A 754 (18)(ou equivalente) que descreve as exigências gerais de ensaios de resistênciaao fogo para as aplicações do tipo "marinho", notadamente ascompartimentações de embarcações. Estes ensaios são praticados sobreamostras de grande tamanho, com fornos de 3 m por 3 m. Pode-se citar, porexemplo, o caso de uma ponte de aço onde o desempenho requerido no casode um fogo do lado isolante é satisfazer o critério de isolamento térmicodurante pelo menos 60 minutos.
Outros detalhes e características vantajosas surgirão dadescrição a seguir de modos realização preferidos não limitativos.
A tabela 1 a seguir agrupa as composições de fibras, emporcentagens ponderais, de 60 exemplos.
A linha "impurezas" corresponde às impurezas inevitáveis queprovêm das matérias primas, dos agentes refinadores os materiais resistentesao calor em contacto com o vidro fundido, tratados globalmente. Somente seuteor total é indicado, este título meramente indicativo, pois nem seu teor, emgeral inferior 2%, até a 1%, nem sua natureza, não afetam a maneira cujosexemplos de acordo com invenção resolvem o problema colocado.
As composições de acordo com estes exemplos são adaptadasà conversão em fibra por centrifugação interna, em particular de acordo com oensinamento da patente WO 93/02977 pré-citada.
Seus patamares de trabalho, definidos pela diferença T Log2,5 -TLiq são largamente positivos notadamente superior a 50°C, até mesmo IOO0C,e mesmo superiores a 150°C.
As temperaturas de líquidos são pouco elevadas, notadamenteinferiores ou iguais a 1200°C e mesmas 1150°C.As temperaturas que correspondentes às viscosidades de 10 'peso (TL0g2s5) são compatíveis com a utilização de equilíbrio de conversão emfibra elevada de temperatura notadamente nas condições de uso descritas nopedido WO 93/02977.
As composições preferidas são notadamente aquelas ondeTLog2,5 é inferior a 1350°C, de preferência inferior a 1300°C.
A tabela 1 indica igualmente a temperatura de annealing(expressa em 0C) e a velocidade de dissolução das fibras com pH 4,5(expresso em ng/cm2.h). Esta última grandeza, medida de acordo com oprotocolo indicado na norma NF T 03- 410, é superior a 30 ng/cm .h.
Para ilustrar a presente invenção, diferentes compostos dofósforo foram acrescentados durante o processo de conversão em fibra, porpulverização, em uma zona situada após a zona de estiramento das fibras apartir do vidro fundido, e antes da zona de recepção da lã mineral. Denomina-se "adjuvantes", os compostos adicionados nesta zona de pulverização, osquais adjuvantes podem ser trazidos simultaneamente ou de maneira separada.
A composição do exemplo 45 da tabela 1 foi convertida emfibra por centrifiigação interna em ou sem presença de diversos compostos àbase de fósforo, para obter colchões de lã mineral e os resultados de ensaiosmecânicos e de estabilidade térmica são apresentados na tabela 2. e
Nestes ensaios, o adjuvante compreende um ligante a base deresina e para alguns exemplos um composto do fósforo adicionado a esteligante e pulverizado no mesmo tempo que ele.
Os ligantes, a base de resina, bem conhecidos no domínio daslãs minerais, têm por função dar uma resistência mecânica desejada aoscolchões de fibras. No quadro dos presentes ensaios um ligante padrão a basede resina formofenólica e de uréia foi empregada. Outros tipos decomposições de encolamento, em particular isentos formaldeído, podemnaturalmente ser igualmente empregadas, sozinhas ou em mistura. Podetratar-se por exemplo:
- de composições a base de resina epóxi do tipo éter glicídico ede um endurecedor aminado não volátil (descritos no pedido EP-A-O 369848), que podem igualmente compreender um acelerador escolhido dentre asimidazolas, as imidazolinas e as suas misturas,
- de composições que compreendem um poliácido carboxílicoe um poliol, de preferência associado a um catalisador do tipo sal de metalalcalino de ácido orgânico fosforado (descritos no pedido EP-A - 0.990 727),
- composições que compreendem um ou vários compostos quecontêm uma função carboxílica e/ou uma função P-hidroxialquilamida(descritas no pedido WO-A-93/36368),
- composições que encerram sejam um ácido carboxílico euma alcanolamina, seja uma resina de previamente sintetizada a partir de umácido carboxílico e de um alcanolamida, e um polímero que contém um grupocarboxílica (descritos no pedido EP-A-I 164 163),
- composições de encolamentos preparadas em duas etapas queconsistem em misturar um anidrido e uma amina em condições reativas atéque este anidrido esteja solubilizado substancialmente na amina e/ou reagidocom ela, e depois acrescentar água e terminar a reação (descritos no pedidoEP-A-I 170 265),
- composições que contêm uma resina que compreende oproduto de reação não polimérico de uma amina com um primeiro anidrido eum segundo anidrido diferente do primeiro (descritos no pedido EP-A-I 086 932),
- composições que contêm pelo menos um poliácidocarboxílico e pelo menos uma poliamina,
- composições que compreendem copolímeros de ácidocarboxílico e monômeros que contêm funções álcool tais como descritas nopedido US 2005/038193,- composições que compreendem polióis e poliácidos oupolianidridros como o ácido maleico, descritas por exemplo no pedido WO2005/87837 ou na patente US 6706808.
Estes pedidos ou patentes EP-A-O 369 848, EP-A- 0 990 727,WO-A- 93/36368, EP-A-I 164 163, EP-A-I 170 265, EP-A-I 086 932, US2005/038193, WO 2005/87837, US 6706808 são incorporados por referênciaao presente pedido, bem como os pedidos WO 04/007395, WO 2005/044750,WO 2005/121191, WO 04/094714, WO 04/011519, US 2003/224119, US2003/224120.
Resinas do tipo aminoplástico (melamina-formol ou uréia-formol) podem igualmente ser empregadas no quadro da invenção.
O exemplo comparativo A não compreende compostos dofósforo e não compreende senão o ligante à base de resina a título deadjuvante.
Para os outros exemplos, os compostos do fósforo empregadossão em número de seis. Os três primeiros são fosfatos ou polifosfatos mineraisbastante similares aos descrito no pedido WO 01/68546 e são empregados nosexemplos comparativos B, C e D. Estes são: - o metafosfato de sódio; oexemplo comparativo B o contém em um teor de 0,2%.
- um agente ignífugo de nome comercial "Exolit AP 462" eproduzido pela empresa Clariant GmbH. A base de polifosfato de amônio e demelamina é empregada notadamente para melhorar a resistência ao fogo depolímeros (poliuretanos, resinas epóxi) e apresenta uma solubilidade à águamuito baixa; o exemplo comparativo C o contém em um teor de 0,2%.
- um agente ignífugo de nome comercial "R.F. CROS 489"comercializado pela empresa Buddenheim (n° CAS 68333-79-9). Esteproduto é um polifosfato de amônio que contém 64% de fosfato expresso sobforma P2O5. O exemplo comparativo D o contém em 0,2%.
Os três outros compostos do fósforo são compostos"organofosforados" empregados no âmbito da presente invenção. São:
- um agente ignífugo de nome comercial "Exolit OP 550" eproduzido pela empresa Clariant GmbH. A base de oligômero do tipopoliéster fosfórico, é sobretudo empregada como agente de proteção dospoliuretanos contra o fogo. Os exemplos de acordo com a invenção E, F, e Gcontêm respectivamente 0,3%, 0,5% e 0,7% em relação massa à total dasfibras.
- um agente ignífugo de nome comercial "Exolit OP 560" eproduzido pela empresa Clariant GmbH. A base de oligômero do tipopoliéster fosfônico, sobretudo é empregada como agente de proteção dospoliuretanos contra o fogo. O exemplo de acordo com a invenção H o contémem 0,5%.
- um agente ignífugo de nome comercial "Fyrol PNX"comercializado pela empresa Akzo Nobel, contendo 19% de P2O5. Trata-se deum oligômero do tipo poliéster fosfórico de fórmula (3) no qual n varia entre2 e 20, R6, R7 e R8 são grupos etila, e R5 é um grupo etileno (número CAS184538-58-7). O exemplo de acordo com a invenção I o contém em 0,8%.
Estes 3 compostos compreendem em sua cadeia principalátomos de fósforo e de entidades carbonadas, em particular de tipo alquila.
Dentre outros exemplos de compostos do fósforo de acordocom a invenção figuram os produtos Budit 341 ou 3118F comercializadospela empresa Buddenheim. A mistura de ésteres fosfônicos cíclicoscomercializada sob a marca AMGARD® TC e CU pela empresa Rhodia é demodo igual particularmente interessante. Este produto, utilizado comoretardador de fogo para os têxteis à base de poliéster, apresenta com efeitouma estabilidade mais elevada que o produto Exolit OP 550 à temperatura deestufa, e permite assim obter melhores propriedades mecânicas antes deenvelhecimento. O seu teor de P2O5 é de cerca de 20%.
A tabela 2 apresenta para o conjunto destes ensaios aresistência mecânica inicial dos produtos de lã mineral obtidas bem como aperda da sua resistência mecânica (em porcentagens relativas) apósenvelhecimento em autoclave a 105°C sob uma pressão de 1,5 bars durante 15minutos, e para alguns destes ensaios ao abaixamento em IOOO0C, de acordocom o projeto de norma "Materiais isolantes: estabilidade térmica"(Insulatingmateriais: Thermal stability) pré-citado.
A resistência mecânica é medida antes e após envelhecimentoem autoclave por ensaios de tração realizados sobre amostras na forma deanéis recortados nos produtos fibrosos de uma densidade de 14kg/m . Deacordo com este teste, dois pinos são introduzidos no centro do anel eafastados à velocidade constante até a ruptura da amostra. Esta resistência,expressa em N/g, corresponde à força de ruptura trazida à massa da amostra.O teste é repetido nas 20 amostras, a média dos resultados obtidos sendoindicada na tabela.
Tabela 2
<table>table see original document page 26</column></row><table>
Estes resultados mostram claramente que as adições decompostos do fósforo como esses descritos na técnica anterior (exemplos B, Ce D) não melhoram ou degradam as propriedades de resistência mecânicainicial (em saída da estufa) e além disso degrada fortemente a variação destaspropriedades no tempo em relação ao caso onde nenhum composto fosforadoé acrescentado (exemplo A).
Em contrapartida, a utilização de compostos do fósforo noquadro da presente invenção por um lado melhora as propriedades mecânicasiniciais do produto e por outro lado não degradam a evolução destaspropriedades após envelhecimento acelerado (exemplos F, H e I) nem mesmoas melhora (exemplos E e G).
Sem querer estar ligado a qualquer teoria científica, o efeitobenéfico da adição dos compostos de acordo com a invenção parece serdevido à ausência de liberação de compostos ácidos, tais como o ácidofosfórico e/ou o anidrido fosfórico durante o tratamento em estufa depolimerização da resina do ligante e durante o tratamento de envelhecimentoacelerado do produto acabado. Parece com efeito que a liberação decompostos ácidos provoca uma diminuição da adesão entre o ligante e asfibras de vidro e/ou um ataque da superfície das fibras. De resto foidemonstrado independentemente da presente invenção que a adição de umabase (como MgO) como adjuvante suplementar permite neutralizar os ácidosformados durante esta etapa de polimerização do ligante e procura vantagenssobre a evolução das propriedades mecânicas no tempo dos produtos assimformados.
O efeito benéfico dos tipos de fosfato (exemplos comparativosB ou de acordo com a invenção, E e I) sobre a estabilidade térmica éigualmente confirmado, a diminuição a IOOO0C sendo pelo menos divididapor dois em relação a esta das fibras sem compostos do fosfato.<table>table see original document page 28</column></row><table><table>table see original document page 29</column></row><table><table>table see original document page 30</column></row><table><table>table see original document page 31</column></row><table><table>table see original document page 32</column></row><table><table>table see original document page 33</column></row><table>