DE69500553T2 - Glasfaserzusammensetzungen - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Glasfaserzusammensetzung, die biologisch abbaubar ist.
• Es sind im Stande der Technik einige Glasfaserzusammensetzungen beschrieben, von denen angegeben wird, daß sie biologisch abbaubar sind.
• Die biologische Abbaubarkeit von Glasfaserzusammensetzungen ist von großer Bedeutung, weil verschiedene Untersuchungen darauf hinweisen, daß einige Glasfasern mit sehr kleinen Durchmessern im Bereich von kleiner 3 µm kanzerogen sein können, biologisch abbaubare Glasfasern solcher Dimensionen aber keine Kanzerogenität zeigen.
• Neben der biologischen Abbaubarkeit sind jedoch auch die mechanischen und thermischen Eigenschaften der Glasfasern bzw. der daraus hergestellten Produkte, die Beständigkeit der Glasfasern sowie die Verarbeitbarkeit der Glasfaserzusammensetzung von ausschlaggebender Bedeutung. Glasfasern werden beispielsweise in großem Umfang zu Dämmzwecken eingesetzt. Für diese Zwecke ist eine ausreichende Feuchtigkeitsbeständigkeit erforderlich.
• Ferner muß die Glasfaserzusammensetzung eine Verarbeitbarkeit nach bekannten Verfahren zur Herstellung von Glasfasern mit kleinem Durchmesser, wie beispielsweise der Zentrifugaltechnik, insbesondere der Innerzentrifugaltechnik, ermöglichen (diese Technik ist beispielsweise in der US-PS 4 203 745 beschrieben).
• EP-A-0 019 600 beschreibt Glasfaserzusammensetzungen für Glaswolldämmungen, die aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Erdalkalioxiden, Natriumoxid, Boroxid, Zinkoxid und geringen Mengen Eisenoxid bestehen.
• Die Zusammensetzungen gemäß FR-A-2 518 081 enthalten Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Boroxid, Natrium- und Kaliumoxid, Calciumoxid, Zinkoxid und Zirkoniumoxid.
• Der in "Glastechnische Berichte" Vol 64, Nr. 1(1991) veröffentlichte Bericht stellt Zusammensetzungen vor, die aus SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3;, CaO, MgO, Na&sub2;O, B&sub2;O&sub3; und anderen Oxiden als optionale Zusatzstoffe bestehen und deren Auflöseraten den Bedingungen entsprechen, von denen man annimmt, daß sie in der Lunge existieren.
• Abbaubare oder in physikalischen Medien biolösliche anorganische Fasern, sind in EP-A-0 412 878 und EP-A-0 588 251 bekanntgemacht. Diese Fasern bestehen aus aus Siliciumdioxid, Erdalkalioxid, Alkalioxid und Boroxid. Diese Fasern gemäß EP-A-0 588 251 enthalten weiterhin Zirkoniumoxid als obligatorischen Zusatzstoff Die Erfindung basiert auf dem Problem, eine neue Glasfaserzusammensetzung zu erhalten, die durch biologische Abbaubarkeit gekennzeichnet ist, gute Stabilität oder Feuchtigkeitsbeständigkeit hat und leicht herzustellen ist.
• Die Erfindung basiert auf der Feststellung, daß dieses Problem durch eine Glasfaserzusammensetzung gelöst werden kann, die aus großen Mengen Alkalioxiden und Boroxid besteht und Titanoxid, Zirkoniumoxid, Zinkoxid, Manganoxid oder Gemische aus zwei oder mehreren dieser Oxide enthält.
• Es hat sich gezeigt, daß eine solche Glasfaserzusammensetzung die Kombination der nötigen Eigenschaften, nämlich biologische Abbaubarkeit, gute Feuchtigkeitsbeständigkeit und gute Verarbbeitbarkeit, erfüllt.
• Gegenstand der Erfindung ist eine Glasfaserzusammensetzung, die biologisch abbaubar ist und durch folgende Bestandteile in Gewichtsprozent gekennzeichnet ist:
• SiO&sub2; 50 bis 60
• Al&sub2;O&sub3; weniger als 2
• CaO + MgO 10 bis 16
• Na&sub2;O+K&sub2;O 14 bis 19
• B&sub2;O&sub3; 7 bis 16
• TiO&sub2; 0 bis 4
• ZrO&sub2; 0 bis 5
• ZnO 0 bis 5
• MnO 0 bis 4
• TiO&sub2;, ZrO&sub2;, ZnO, MnO 1 bis 6
• Fe&sub2;O&sub3;, SrO 0 bis 2
• F, Li&sub2;O 0 bis 2
• P&sub2;O&sub5; 0 bis 4, unter der Bedingung, daß, wenn die Zusammensetzung Zirkonoxid enthält, 0,5 bis 2 Gewichtsprozent Fluor und/oder Lithiumoxid ebenfalls enthalten sind.
• Die erfindungsgemäßen Glasfaserzusammensetzungen sind mit der Zentrifugaltechnik verarbeitbar. Die erhaltenen Fasern haben gute Beständigkeit gegen Feuchtigkeit. Überraschenderweise zeigen die Glasfaserzusammensetzungen biologische Abbaubarkeit. Der mittlere Faserdurchmesser ist vorzugsweise 10 µm oder weniger und insbesondere zwischen 2,5 und 5 ≤m.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Glasfaserzusammensetzung 1 bis 4 Gewichtsprozent Titanoxid.
• Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform enthält die Zusammensetzung 1 bis 4 Gewichtsprozent Manganoxid.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Zusammensetzung 1 bis 4 Gewichtsprozent Zinkoxid.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Zusammensetzung 0,5 bis 5, insbesondere 0,5 bis 3 Gewichtsprozent Zirkonoxid.
• Insbesondere wird es bevorzugt, Mischungen der Oxide Zirkonoxid, Zinkoxid, Titanoxid und Manganoxid zu verwenden, insbesondere Mischungen aus zwei oder drei dieser Oxide.
• Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen sind Zinkoxid mit Titanoxid und ge gebenenfalls zusätzlich Zirkonoxid gemischt, wobei die Bestandteile jeweils in Mengen von 1 bis 3 Gewichtsprozent vorliegen können.
• Mischungen von Zirkonoxid mit Zinkoxid, Titanoxid oder Manganoxid, wobei die Bestandteile in Mengen von 0,5 bis 4 Gewichtsprozent, insbesondere 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent vorliegen, sind weitere bevorzugte Ausführungsformen Aluminiumoxid kann in einer Menge von mindestens 0,1 und insbesondere mindestens 0,5 Gewichtsprozent vorliegen.
• Phosphorpentoxid erhöht die biologische Abbaubarkeit. Die Zusammensetzungen enthalten vorzugsweise 0,1 bis 2 Gewichtsprozent P&sub2;O&sub5;.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Zusammensetzung weniger als 2 Gewichtsprozent Magnesiumoxid.
• Die Feuchtigkeitsbeständigkeit der erfindungsgemäßen Glasfaserzusammensetzungen wurde mittels einer Standardmethode, die als "DGG-Methode" bekannt ist, ermittelt. Bei der DGG-Methode werden 10 g feingemahlenes Glas mit einer Korngröße zwischen etwa 360 und 400 µm in 100 ml Wasser beim Siedepunkt 5 Stunden gehalten. Nach schneller Abkühlung des Materials wird die Lösung flitriert und ein bestimmtes Volumen des Filtrats zum Trockenen eingedampft. Das Gewicht des so erhaltenen trokkenen Materials erlaubt es, die Menge an im Wasser gelöstem Glas zu berechnen. Die Menge ist in Milligramm per Gramm des untersuchten Glases angegeben.
• Die biologische Abbaubarkeit der erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen wurde untersucht, indem 1 g des Glaspulvers, wie bei der DGG-Methode beschrieben, in eine physiologische Lösung der nachstehenden Zusammensetzung mit einem pH 10 Wert von 7,4 eingebracht wurde:
• NaCl 6,78
• NH&sub4;Cl 0,535
• NaHCO&sub3; 2,268
• NaH&sub2;PO&sub4;H&sub2;O 0,166
• Na&sub3;citrat)2H&sub2;O 0,059
• Glycin 0,450
• H&sub2;SO&sub4; 0,049
• CaCl&sub2; 0,022
• Es wurden dynamische Versuchsbedingungen gewählt, wie sie bei Scholze und Conradt beschrieben sind. Die Fließgeschwindigkeit betrug 300 ml/Tag. Die Versuchsdauer betrug 14 Tage. Die Ergebnisse sind als Prozent SiO&sub2; in der Lösung x100 nach 14 Tagen angegeben.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher beschrieben.
• Beispiele
• Es wurden Gläser mit den in Tabelle I und II angegebenen Zusammensetzungen geschmolzen.
• Alle Glaszusammensetzungen konnten mit der Zentrifugaltechnik zufriedenstellend verarbeitet werden.
• In der vorletzten Zeile sind die mit der DGG-Methode ermittelten Werte aufgelistet. In der letzten Zeile sind die Werte der biologischen Abbaubarkeit gemäß der vorstehend beschriebenen Bestimmungsmethode angegeben. Tabelle I Tabelle II

Claims (7)

1. Glasfaserzusammensetzung, die biologisch abbaubar ist, gekennzeichnet durch die folgenden Bestandteile in Gewichtsprozent:

SiO&sub2; 50 bis 60

Al&sub2;O&sub3; weniger als 2

CaO + MgO 10 bis 16

Na&sub2;O+K&sub2;O 14 bis 19

B&sub2;O&sub3; 7bis 16

TiO&sub2; 0 bis 4

ZrO&sub2; 0 bis 5

ZnO 0 bis 5

MnO 0 bis 4

TiO&sub2;, ZrO&sub2;, ZnO, MnO 1 bis 6

Fe&sub2;O&sub3;, SrO 0 bis 2

F, Li&sub2;O 0 bis 2

P&sub2;O&sub5; 0 bis 4

mit der Bedingung, daß, wenn die Zusammensetzung Zirkonoxid enthält, sie ferner 0.5 bis 2 Gewichtsprozent Fluor und/oder Lithiumoxid enthält.

2. Glasfaserzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Titandioxid 1 bis 4 Gewichtsprozent beträgt.

3. Glasfaserzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Manganoxid 1 bis 4 Gewichtsprozent beträgt.

4. Glasfaserzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Zinkoxid 1 bis 4 Gewichtsprozent beträgt.

5. Glasfaserzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Zirkonoxid 0.5 bis 3 Gewichtsprozent beträgt.

6. Glasfaserzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung Zirkonoxid gemischt mit Zinkoxid, Titanoxid und/oder Manganoxid enthält.

7. Glasfaserzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung weniger als 2 Gewichtsprozent Magnesiumoxid enthält.