[发明专利]无结晶二氧化硅的低生物持久性无机纤维

说明书

一种无机纤维，其含有二氧化硅、氧化铝、一种或多种碱金属氧化物和一种或多种碱土金属氧化物、过渡金属氧化物或镧系金属氧化物。无机纤维在1260℃以上的使用温度下表现出良好的热性能，在暴露于使用温度后保持机械完整性，在失透后不含结晶二氧化硅，耐碱性熔剂，在酸性介质中表现出低的生物持久性，而在中性介质中表现出低的溶解度。还提供了掺入有无机纤维的隔热产品、制备无机纤维的方法和使用从无机纤维制备的隔热体来使制品隔热的方法。

技术领域

可用作隔热、电绝缘或隔音材料的耐高温无机纤维，用多根耐高温无机纤维制备的绝缘材料，制作耐高温无机纤维的方法，以及在使制品隔音、电绝缘和隔热的方法中使用耐高温无机纤维和绝缘材料的方法。

背景

耐火陶瓷纤维，例如以硅酸铝化学为基础的纤维，自20世纪40年代其被开发以来，已被广泛销售用于隔热和电绝缘应用。20世纪80年代进行的啮齿动物吸入研究表明了与生理肺液中生物持久性的耐火陶瓷纤维相关的致癌潜力水平。这些研究促使该行业开发生理肺液可溶性和低生物持久性无机纤维，作为耐火陶瓷纤维的替代品。

吸入某些类型的无机纤维可引起呼吸道疾病的增加。例如，吸入石棉纤维所引起的呼吸道疾病已得到充分的研究和记录。石棉纤维对人类致癌，因而被归类为IARC-1材料。已知吸入石棉纤维可引起人的间皮瘤和其它呼吸道疾病，例如石棉沉滞症和肺癌。

与吸入纤维有关的潜在健康危害一般受三个因素的影响。根据WHO2000，可吸入纤维被定义为长度大于5 µm，直径小于3 µm，且长径比(定义为纤维长度除以纤维宽度)大于3的纤维。长度短于20 µm的纤维可被人肺泡巨噬细胞吞噬，然后从肺区清除，而较长的纤维则留在肺中，直到溶解或破碎成较短的碎片。

自20世纪90年代以来，已经开发出一种策略，使用生理肺液中较不耐用的纤维，以减少与吸入无机纤维相关的潜在健康风险。这些纤维目前在本领域称为低生物持久性纤维(low bio-persistence fibers)。该策略是设计纤维组成，以在生理肺液中表现出较高的溶解速率。较高的纤维溶解速率导致人肺中纤维的清除更快，或停留时间更短，也有助于将较长的纤维分解成短纤维。

与从肺中清除无机纤维有关，人肺中有两种必须考虑的pH环境。肺中的细胞外液呈近中性pH，即在pH 7.4-7.8范围内。人肺的肺泡巨噬细胞内的环境是酸性的，具有在pH4.5-5范围内的pH。已认为在体外测试中在中性或近中性pH的模拟生理肺液(SLF)中表现出低溶解速率的纤维可以在体内动物测试中被快速清除(Bellman and Muhle 等人, 人造矿物纤维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))。虽然纤维可能不溶于中性的细胞外肺液，但在酸性环境中更易溶解的纤维可能会被肺泡巨噬细胞内的酸性攻击碎裂成较短的长度，被吞噬并从肺中清除。

虽然已提出寻求避免形成结晶二氧化硅的候选纤维，但这些纤维的使用温度极限还不足以高到适应传统上使用耐高温耐火陶瓷纤维的许多应用。例如，与典型耐火陶瓷纤维的性能相比，此类候选的低生物持久性纤维在连续使用温度下可表现出较高的线性收缩和/或在暴露于1260℃以上的连续使用温度时的降低的机械性能。如此的低生物持久性纤维也更难以跨宽粘度范围制造。

概述

提供一种无机纤维，其包含以下物质的纤维化产物：(i) 约15-约50 mol %二氧化硅，(ii) 约10-约35 mol %氧化铝，(iii) 约10-约35 mol %的至少一种碱金属氧化物，和(iv)约15-约35 mol %的至少一种碱土金属氧化物，或至少一种过渡金属氧化物，或至少镧系金属氧化物，或其组合。