[發明專利]無結晶二氧化硅的低生物持久性無機纖維

在審

• 申請號: 201880065896.8
• 申請日: 2018-10-05
• 公開（公告）號: CN111448173A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: D.趙;B.K.佐伊托斯;M.J.安德烈卡克;J.M.哈米爾頓;K.L.漢森
• 申請（專利權）人: 尤尼弗瑞克斯I有限責任公司
• 主分類號: C04B35/622
• 分類號: C04B35/622
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 童春媛;邵長準

一種無機纖維，其含有二氧化硅、氧化鋁、一種或多種堿金屬氧化物和一種或多種堿土金屬氧化物、過渡金屬氧化物或鑭系金屬氧化物。無機纖維在1260℃以上的使用溫度下表現出良好的熱性能，在暴露于使用溫度后保持機械完整性，在失透后不含結晶二氧化硅，耐堿性熔劑，在酸性介質中表現出低的生物持久性，而在中性介質中表現出低的溶解度。還提供了摻入有無機纖維的隔熱產品、制備無機纖維的方法和使用從無機纖維制備的隔熱體來使制品隔熱的方法。

技術領域

可用作隔熱、電絕緣或隔音材料的耐高溫無機纖維，用多根耐高溫無機纖維制備的絕緣材料，制作耐高溫無機纖維的方法，以及在使制品隔音、電絕緣和隔熱的方法中使用耐高溫無機纖維和絕緣材料的方法。

背景

耐火陶瓷纖維，例如以硅酸鋁化學為基礎的纖維，自20世紀40年代其被開發以來，已被廣泛銷售用于隔熱和電絕緣應用。20世紀80年代進行的嚙齒動物吸入研究表明了與生理肺液中生物持久性的耐火陶瓷纖維相關的致癌潛力水平。這些研究促使該行業開發生理肺液可溶性和低生物持久性無機纖維，作為耐火陶瓷纖維的替代品。

吸入某些類型的無機纖維可引起呼吸道疾病的增加。例如，吸入石棉纖維所引起的呼吸道疾病已得到充分的研究和記錄。石棉纖維對人類致癌，因而被歸類為IARC-1材料。已知吸入石棉纖維可引起人的間皮瘤和其它呼吸道疾病，例如石棉沉滯癥和肺癌。

與吸入纖維有關的潛在健康危害一般受三個因素的影響。根據WHO2000，可吸入纖維被定義為長度大于5 μm，直徑小于3 μm，且長徑比(定義為纖維長度除以纖維寬度)大于3的纖維。長度短于20 μm的纖維可被人肺泡巨噬細胞吞噬，然后從肺區清除，而較長的纖維則留在肺中，直到溶解或破碎成較短的碎片。

自20世紀90年代以來，已經開發出一種策略，使用生理肺液中較不耐用的纖維，以減少與吸入無機纖維相關的潛在健康風險。這些纖維目前在本領域稱為低生物持久性纖維(low bio-persistence fibers)。該策略是設計纖維組成，以在生理肺液中表現出較高的溶解速率。較高的纖維溶解速率導致人肺中纖維的清除更快，或停留時間更短，也有助于將較長的纖維分解成短纖維。

與從肺中清除無機纖維有關，人肺中有兩種必須考慮的pH環境。肺中的細胞外液呈近中性pH，即在pH 7.4-7.8范圍內。人肺的肺泡巨噬細胞內的環境是酸性的，具有在pH4.5-5范圍內的pH。已認為在體外測試中在中性或近中性pH的模擬生理肺液(SLF)中表現出低溶解速率的纖維可以在體內動物測試中被快速清除(Bellman and Muhle 等人, 人造礦物纖維和石棉在大鼠肺中的持久性(Persistence of man-made mineral fibers and asbestos in rat lungs), Ann. Occup. Hyg. 31: 693-709 (1987))。雖然纖維可能不溶于中性的細胞外肺液，但在酸性環境中更易溶解的纖維可能會被肺泡巨噬細胞內的酸性攻擊碎裂成較短的長度，被吞噬并從肺中清除。

雖然已提出尋求避免形成結晶二氧化硅的候選纖維，但這些纖維的使用溫度極限還不足以高到適應傳統上使用耐高溫耐火陶瓷纖維的許多應用。例如，與典型耐火陶瓷纖維的性能相比，此類候選的低生物持久性纖維在連續使用溫度下可表現出較高的線性收縮和/或在暴露于1260℃以上的連續使用溫度時的降低的機械性能。如此的低生物持久性纖維也更難以跨寬粘度范圍制造。

概述

提供一種無機纖維，其包含以下物質的纖維化產物：(i) 約15-約50 mol %二氧化硅，(ii) 約10-約35 mol %氧化鋁，(iii) 約10-約35 mol %的至少一種堿金屬氧化物，和(iv)約15-約35 mol %的至少一種堿土金屬氧化物，或至少一種過渡金屬氧化物，或至少鑭系金屬氧化物，或其組合。