JP4615720B2 - 鉱質綿組成物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工鉱質綿の分野に関する。取り分け、断熱および／または防音材、または水耕培養用基体の製造を目的とする鉱質綿を意図とする。
【０００２】
更に、特に、岩綿タイプの鉱質綿、即ち、その綿の化学的組成物が、高い液相線温度とそれらの繊維化温度での高い流動性とを、高いガラス転移温度と併せて有する鉱質綿に関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来、この種類の鉱質綿は、所謂「外部(external)」遠心工程、例えば、EP-0,465,310またはEP-0,439,385の特許に特に記載される通りの静止デリバリー装置によって融解材料を供給する遠心回転盤のカスケードを使用する種類の行程等により繊維化される。
【０００４】
他方、所謂「内部(internal)」遠心繊維化工程、即ち、高速で回転し、且つ穿孔されて穴を有する遠心機を使用する工程は、概して、岩綿よりもアルカリ金属酸化物がより豊富な組成を有し、並びにアルミナ含有量が低く、液相線温度がより低く、および繊維化温度での粘度がより高いガラス綿タイプの鉱質綿を繊維化するために、従来では使用されていた。この工程は、特に、EP-0,189,354およびEP-0,519,797の特許に記載される。
【０００５】
しかしながら、近年、技術的な解決方法が開発され、特に、該遠心機の構成材料の組成物とそれらの操作パラメータとを変更することによって、内部遠心工程を岩綿の繊維化に適合することが可能となった。この問題の更なる詳細に関しては、特にWO93/02977の特許で言及される。特に、この適合は、２つの種類の綿、即ち、岩綿またはガラス綿の１または他方において、これまで、本来備わっていた性質を組み合わせることを可能にする点において有益であることを証明している。従って、内部遠心により得られた岩綿は、ガラス綿に匹敵する品質を有し、従来得られる岩綿よりも非繊維化物質の含有量が低い。しかしながら、その化学的に性質に関連する２つの主な利点、即ち、化学薬品の低費用および高い耐熱性も維持される。
【０００６】
そのため、現在では、岩綿を繊維化できる２つの方法が存在し、１または他方の選択は、目的とする適用に所望される品質程度、並びに産業的および経済的に実行可能な程度を含む多くの判定基準に依存する。
【０００７】
近年、これらの判定基準に、鉱質綿の生物分解性、即ち、吸入による生体内における微小繊維の蓄積可能量に関連する何れかの潜在的な病原性の危険を防止するために、生理学的媒質に迅速に溶解する能力の基準が加えられた。
【０００８】
生物溶解性を有する岩綿タイプの鉱質綿の組成物を選択する場合の問題に対する１つの解決策は、高いアルミナ含有量と中程度のアルカリ含有量を使用することである。
【０００９】
この解決策は、ボーキサイトの使用が好ましいことから、特に、高い原材料費に帰着してしまう。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、岩綿タイプ鉱質綿の化学的組成物を改善することであって、この改善は、特に、有利に内部遠心により繊維化された能力を有し、それらの生物分解性を増加し、同時に、安価な原材料からのこれらの組成物を得ることが可能である改善を行うことである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の対象は、生理学的媒質に溶解することが可能な鉱質綿であって、以下の構成成分を重量パーセントで含有する鉱質綿である：
ＳｉＯ_２ ３９−５５％、好ましくは、４０−５２％
Ａｌ_２Ｏ_３ １６−２７％、好ましくは、１６−２５％
ＣａＯ ３−３５％、好ましくは、１０−２５％
ＭｇＯ ０−１５％、好ましくは、 ０−１０％
Ｎａ_２Ｏ ０−１５％、好ましくは、 ６−１２％
Ｋ_２Ｏ ０−１５％、好ましくは、 ３−１２％
Ｒ_２O(Na₂O+K₂O) １０−１７％、好ましくは、１２−１７％
Ｐ_２Ｏ_５ ０− ３％、好ましくは、 ０− ２％
Ｆｅ_２Ｏ_３ ０−１５％
Ｂ_２Ｏ_３ ０− ８％、好ましくは、 ０− ４％
ＴｉＯ_２ ０− ３％、
［ここで、Ｒ_２Ｏ≦１３．０％のとき、ＭｇＯは、０から５％の間、特に、０から２％の間の範囲である］。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の有利な態様に従うと、該鉱質綿は以下の構成成分を重量パーセントで含有する鉱質綿である：
ＳｉＯ_２ ３９−５５％、好ましくは、４０−５２％
Ａｌ_２Ｏ_３ １６−２５％、好ましくは、１７−２２％
ＣａＯ ３−３５％、好ましくは、１０−２５％
ＭｇＯ ０−１５％、好ましくは、 ０−１０％
Ｎａ_２Ｏ ０−１５％、好ましくは、 ６−１２％
Ｋ_２Ｏ ０−１５％、好ましくは、 ３−１２％
Ｒ_２O(Na₂O+K₂O) １３．０−１７％、好ましくは、１２−１７％
Ｐ_２Ｏ_５ ０− ３％、好ましくは、 ０− ２％
Ｆｅ_２Ｏ_３ ０−１５％
Ｂ_２Ｏ_３ ０− ８％、好ましくは、 ０− ４％
ＴｉＯ_２ ０− ３％。
【００１３】
本文において、該組成物の構成成分の何れのパーセントも重量パーセントを示すと解されるべきであり、且つ本発明の組成物は、この種の組成物において知られる通り、非分析不純物として見なされるべき化合物を２または３％まで含んでいてもよい。
【００１４】
そのような組成物の選択は、特に、これら多くの特異的な構成成分が果たす多数且つ複雑な役割を多様化することによって、多くの利点を組み合わせることが可能である。
【００１５】
実際、１６から２７％の間、好ましくは１７％よりも多く、および／または好ましくは２５％未満、特に２２％未満の高いアルミナの含有量と、５７から７２％の間、好ましくは６０％より多くおよび／または好ましくは７２％未満、特に７０％未満の網目形成成分、即ち、シリカとアルミナとの和と、１０から１７％の間の高いアルカリ(R₂O：炭酸ナトリウムおよび炭酸カリウム)量とを有し、Ｒ_２≦１３．０％のとき、０から５％の間、特に０から２％の間のＭｇＯ含有量を有する組み合わせが、非常に広範な温度範囲に亘って繊維化できる顕著な特性と、酸性ｐＨで生物溶解性の得られた繊維に寄与する顕著な特性とを有するガラス組成物が得れれることが示されている。本発明の態様に従って、該アルカリ含有量は、好ましくは１２％よりも多く、特に１３％よりも多く、更に１３．３％であってもよく、および／または好ましくは１５％未満、特に１４．５％未満である。
【００１６】
この範囲の組成物は、一般的に知られる見解に反し、アルカリ含有量の増加に伴い、融解したガラスの粘性は顕著に低下しないことが観察されることから、特に有益であることが証明された。この顕著な効果は、繊維化のための粘性に対応する温度と、結晶化する相の液相線温度との間の差を大きくすることを可能にし、それにより、繊維化条件を大きく改善し、且つ、特に、内部遠心により新しい種類の生物可溶性ガラスを繊維化することを可能にする。
【００１７】
本発明の１つの態様に従うと、該組成物は、０から５％、特に０．５％よりも多くおよび／または３％未満、特に２．５％未満の酸化鉄を含む。もう１つの態様は、５から１２％の間、特に５から８％の間の酸化鉄を含む組成物で獲得され、これは耐火性を示す鉱質綿の断熱材を可能にする。
【００１８】
有利には、本発明の該組成物は以下の関係：
（Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３≧０．５、
好ましくは（Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３≧０．６、
特に（Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３≧０．７
を満たし、これは、液相線温度よりも高い繊維化のための粘性に相当する温度の獲得に有利であるようである。
【００１９】
本発明の変形に従うと、本発明の組成物は、好ましくは１０から２５％の間、特に１２％よりも多く、好ましくは１５％よりも多く、および／または好ましくは２３％未満、特に２０％未満、並びに１７％未満の石灰含有量を、０から５％のマグネシア含有量と、好ましくは２％未満のマグネシアと、特に１％未満のマグネシアおよび／または０．３％よりも多くのマグネシア含有量、特に０．５％よりも多いマグネシア含有量と組み合わせて含有する。
【００２０】
本発明のもう１つの変形に従うと、５から１５％の間の石灰含有量、好ましくは５から１０％の石灰含有量には、マグネシアの含有量は５から１０％の間である。
【００２１】
０から３％、特に０．５よりも多く、および／または２％未満の含有量での任意のＰ_２Ｏ_５の添加は、中性のｐＨでの生物溶解性の増加を可能にする。また、該組成物は、任意に酸化ホウ素を含有してもよく、これは、特に、放射性組成物におけるその熱伝導率のより低くする傾向により、鉱質綿の熱性特性を改良することが可能であり、また、中性のｐＨでの生物溶解性を増加することも可能である。また、ＴｉＯ_２も、例えば、３％までで該組成物に任意に含まれてもよい。他の酸化物、例えば、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＭｎＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３およびＺｒＯ_２等も、各々、約２％の含有量までで該組成物中に存在させてもよい。
【００２２】
１０^２．６ポアズ(decipascal.second)(Ｔ_{ｌｏｇ２．５}で示される)の粘度に相当する温度と、結晶化相の液相線(Ｔ_ｌｉｑで示される)との間の差は、好ましくは少なくとも１０℃である。この差、即ち、Ｔ_{ｌｏｇ２．５}−Ｔ_ｌｉｑは、本発明の該組成物の「作用範囲(work range)」、即ち、繊維化が可能な温度の範囲、最も詳細には内部遠心による繊維化が可能な温度の範囲を限定する。この差は、好ましくは少なくとも２０または３０℃であり、更に５０℃よりも高くてもよく、特に１００℃よりも高くてもよい。
【００２３】
本発明に従う組成物は、高いガラス転移温度、特に６００℃よりも高いガラス転移温度を有する。それらのアニーリング温度(Ｔ_{アニーリング}で示される)は、特に６００℃よりも高い。
【００２４】
上述した通り、該鉱質綿は、特に、酸性ｐＨでの十分な生物溶解性レベルを有する。従って、それらは一般的に、特にシリカに関して測定され、ｐＨ４．５で測定されたとき、１時間当たり少なくとも３０、および好ましくは少なくとも４０または５０ｍｇ／ｃｍ^２の溶解速度を有している。
【００２５】
本発明のもう１つの非常に重要な利点は、これらのガラスの組成物の獲得のために安価な原材料を使用できることに関する。これらの組成物は、特に、例えば、フォノライトタイプ等の岩石を、例えば、石灰石またはドロマイト等のアルカリ土類担体と共に、所望に応じて鉄鉱石を補充して融解することにより生じることが可能である。この方法により、安価な費用のアルミナ担体が得られる。
【００２６】
アルミナの高含有量およびアルカリの高含有量を有するこの種類の組成物は、燃焼または電気ガラス炉内で有利に融解することが可能である。
【００２７】
更なる詳細および有用な特徴は、以下の非限定的な好ましい態様の記載から明らかであるだろう。
【００２８】
以下の表１に、重量パーセントで、５つの例の化学組成物を挙げる。
【００２９】
全部の組成物の全含有量の総計は、１００％よりも若干少ないまたは若干多いが、１００％からのその差は、分析されない少量の不純物／成分に相当するものであり、および／または使用された分析方法における本分野での許容される単なる誤差に起因すると理解されるべきである。
【００３０】
【表１】

【００３１】
これらの例に従う組成物は、内部遠心により、特に、前述の特許WO93/02977の技術に従い繊維化された。
【００３２】
Ｔ_{ｌｏｇ２．５}−Ｔ_ｌｉｑの差により定義される作用範囲は、十分に正である。全て、約１７から２０％の高いアルミナ含有量のために０．７よりも大きい(Na₂O+K₂O)/Al₂O₃比を、非常に高い(SiO₂+Al₂O₃)の和と少なくとも１３．０％のアルカリ含有量とを伴って有する。
【００３３】
本発明の更なる組成物の例(例６から例４０と称す)も有益であると証明され、表２に列挙する。
【００３４】
全ては、０．５よりも大きな、特に０．６よりも大きな、更に０．７よりも大きな(Na₂O+K₂O)／Al₂O₃比を有する。
【００３５】
該アルミナ含有量は高く、１７％から２５％以上の間であり、非常に高い(SiO₂+Al₂O₃)の和、特に６０％よりも高い和を伴う。
【００３６】
更なる組成物のアルカリ含有量は、特に１１．５％未満から１４％よりも高い量の間である。
【００３７】
それらの作用範囲が非常に広く、特に５０℃よりも高く、実際に１００℃よりも高く、更に１５０℃よりも高いことに注目されたい。
【００３８】
液相線温度は余り高くなく、特に１２００℃以下、および１１５０℃であってもよい。
【００３９】
１０^２．５ポアズの粘度に相当する温度(Tlog_2.5)は、高温繊維化皿の使用に適合し、特に、出願WO93/02977に記載される使用の条件下で適合する。
【００４０】
好ましい組成物は、特に、Ｔｌｏｇ_２．５が１３５０℃未満、好ましくは１３００℃未満の組成物である。
【００４１】
０から５％の間のマグネシアＭｇＯを含む組成物では、特に、少なくとも０．５％のＭｇＯおよび／または２％未満または１％未満のＭｇＯと、１０から１３％のアルカリであれば、極めて十分な生理学的特性、特に作用範囲および溶解速度が得られることが示された(以下の例では；例１８、例３１、例３２、例３３および例３５から例４０)。
【００４２】
それらのアニーリング温度が特に６００℃よりも高く、６２０℃よりも高く、更に６３０℃よりも高くてもよいことに注目されたい。
【００４３】
【表２】

【００４４】
【表３】

【００４５】
【表４】

【００４６】
【表５】

Claims (12)

1. 以下の構成成分を重量パーセントで含むことを特徴とする生理的媒質への溶解が可能な鉱質綿：
   ＳｉＯ_２ ３９−５５％、
   Ａｌ_２Ｏ_３ １６−２７％、
   ＣａＯ １０−２５％、
   ＭｇＯ ０−２％（０を除く）、
   Ｎａ_２Ｏ ０−１５％、
   Ｋ_２Ｏ ０−１５％、
   Ｒ_２Ｏ(Na₂O+K₂O) １０−１７％、
   Ｐ_２Ｏ_５ ０−３％
   Ｆｅ_２Ｏ_３ ５−１５％、
   Ｂ_２Ｏ_３ ０− ８％、
   ＴｉＯ_２ ０− ３％。
2. ＳｉＯ _２ ４０−５２％
   Ａｌ _２ Ｏ _３ １６−２５％
   ＣａＯ １０−２５％
   ＭｇＯ ０−２％（０を除く）
   Ｎａ _２ Ｏ ６−１２％
   Ｋ _２ Ｏ ３−１２％
   Ｒ _２ Ｏ(Na ₂ O+K ₂ O) １２−１７％
   Ｐ _２ Ｏ _５ ０−２％
   Ｆｅ _２ Ｏ _３ ５−１５％
   Ｂ _２ Ｏ _３ ０−４％
   ＴｉＯ _２ ０−３％
   の構成成分を重量パーセントで含む請求項１に記載の鉱質綿。
3. 以下の構成成分を重量パーセントで含むことを特徴とする請求項１に記載の鉱質綿：
   ＳｉＯ_２ ３９−５５％、
   Ａｌ_２Ｏ_３ １６−２５％、
   ＣａＯ １０−２５％、
   ＭｇＯ ０−２％（０を除く）、
   Ｎａ_２Ｏ ０−１５％、
   Ｋ_２Ｏ ０−１５％、
   Ｒ_２Ｏ(Na₂O+K₂O) １３．０−１７％、
   Ｐ_２Ｏ_５ ０−３％、
   Ｆｅ_２Ｏ_３ ５−１５％
   Ｂ_２Ｏ_３ ０−８％、
   ＴｉＯ_２ ０−３％。
4. ＳｉＯ _２ ４０−５２％、
   Ａｌ _２ Ｏ _３ １７−２２％、
   ＣａＯ １０−２５％、
   ＭｇＯ ０−２％（０を除く）、
   Ｎａ _２ Ｏ ６−１２％、
   Ｋ _２ Ｏ ６−１２％、
   Ｒ _２ Ｏ(Na ₂ O+K ₂ O) １３．０−１７％、
   Ｐ _２ Ｏ _５ ０−２％
   Ｆｅ _２ Ｏ _３ ５−１５％
   Ｂ _２ Ｏ _３ ０−４％
   ＴｉＯ _２ ０−３％
   の構成成分を重量パーセントで含む請求項１に記載の鉱質綿。
5. (Na₂O+K₂O)アルカリ含有量が以下の範囲であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の鉱質綿：
   １３．０≦Ｒ_２Ｏ≦１５。
6. (Na ₂ O+K ₂ O)アルカリ含有量が以下の範囲であることを特徴とする請求項５の何れか１項に記載の鉱質綿
   １３．３≦Ｒ _２ Ｏ≦１４．５
7. 以下の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の鉱質綿：
   （Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３≧０．５。
8. 以下の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の鉱質綿：
   （Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３≧０．６。
9. 以下の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の鉱質綿：
   （Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３≧０．７。
10. ｐＨ４．５で測定したときに、１時間当り少なくとも３０ｎｇ／ｃｍ^２の溶解速度を有することを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の鉱質綿。
11. 岩石およびアルカリ土類担体を融解することにより生成されたガラスを繊維化することにより得られることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の鉱質綿。
12. 相当するガラスが内部遠心により繊維化されることを特徴とする請求項１〜１１に記載の鉱質綿。