一種生物可溶解纖維氈及其制備方法和使用該氈的真空絕熱板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種絕熱材料及其制備方法和使用該絕熱材料的絕熱產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0002] 真空絕熱板（英文全稱Vacuum Insulation Panel,以下簡稱VIP)主要由芯部材 料（以下簡稱芯材）、阻隔袋和吸氣劑組成，其結(jié)構(gòu)如圖1和圖1-1所示。阻隔袋11主要為 高分子薄膜與特殊鍍層薄膜或鋁箔復合組成的包裝袋，是VIP的關(guān)鍵部件，起著阻隔空氣、 水氣等氣體進入袋內(nèi)，以達到真空絕熱的目的；阻隔袋11的邊緣有封邊10。芯材12是VIP 的核心，它由多層氈121疊置而成，起著骨架支撐、減少傳熱及有利于脫氣等作用；吸氣劑 13主要為氧化鈣型吸氣劑或合金型吸氣劑或氧化鈣與合金型吸氣劑，是VIP的重要部件， 起著吸收袋內(nèi)殘留氣體（包括水氣、空氣等）、包裝袋滲漏入袋內(nèi)的氣體（包括水氣、空氣 等），以維持或進一步提高袋內(nèi)真空度，減少氣體傳熱對VIP整體性能的影響。其中，導熱系 數(shù)是用來衡量VIP整體絕熱性能的關(guān)鍵指標，導熱系數(shù)高則絕熱差，反之，則絕熱好。
[0003] 目前VIP的芯材中，氈由生物不溶解或較難溶解的纖維（主要以人造無機纖維為 主，如玻璃棉、礦（巖）棉等）通過濕式法或干式法制造而成，由于耐溫較高、質(zhì)硬、防火、成 本較低、導熱系數(shù)較好等而得到業(yè)界高度重視及應(yīng)用。尤其以人造礦物質(zhì)纖維（英文全稱 Man Made Mineral Fibres,簡稱MMMF)中傳統(tǒng)的玻璃棉及或傳統(tǒng)的礦（巖）棉為主要骨架 構(gòu)建材料通過濕法成型工藝進行生產(chǎn)制造這種氈。
[0004] 傳統(tǒng)的玻璃棉、礦（巖）棉均屬于非連續(xù)玻璃纖維。非連續(xù)玻璃纖維是指熔融的 玻璃液從熔池或熔爐流出后被外力（如氣吹、輥甩等）作用并最終冷卻成更細的線段式玻 璃態(tài)纖維。然而，從傳統(tǒng)的玻璃棉、礦（巖）棉的制造、二次加工、濕法成型過程、芯材切割、 包裝等工序都產(chǎn)生了大量的纖維粉塵，這些纖維粉塵將在一定時間內(nèi)懸浮在操作區(qū)及附近 的空氣當中。由于這些纖維粉塵的線徑大多在3μπι以下，極有可能被生物體（包括人體） 吸入。這些纖維粉塵也大多在生物體內(nèi)不溶解或較難溶解，很容易引起生物體炎癥及病變 等，隸屬于世界衛(wèi)生組織（WHO)的國際癌癥研究機構(gòu)（IARC)將MMMF分類為致癌危險程度 分組的2B組（可能致癌物）。
[0005] 生物可溶解纖維是指能夠在循環(huán)的生理肺液或體液中較快地發(fā)生溶解、降解等形 為以及這種形為的產(chǎn)物被生物體吸收利用或通過生物體自身循環(huán)體系排除體外而不對生 物體產(chǎn)生危害的一類纖維。生物可溶解纖維可以為生物可溶解有機纖維、生物可溶解無機 纖維及生物可溶解復合纖維等，其存在形式可為棉（絮）狀或短束狀。
[0006] 生物可溶解纖維中無機纖維（包括礦棉、巖棉、玻璃棉、玻璃纖維、耐火纖維、 陶瓷纖維等）各成分的重量百分數(shù)一般存在著（Na20+K20+Ca0+Mg0+Ba0) > 18wt%和/ 或[(Na20+K20+Ca0+Mg0+Ba0+B203) -2* (A1203) ] > 40wt %。這樣的生物可溶解無機纖維 大多生物可溶解性能較好，當進入人體或生物體后能夠較快溶解而被清除，對人體或生 物體產(chǎn)生的危害性會最小。生物可溶解無機纖維（Na20+K20+Ca0+Mg0+Ba0) > 18wt % 在 Regulation (EC) N〇12722008、Directive67/548/EEC、Directive97/69/EC 及德國 RAL 認證機構(gòu)(Gutegemeinschaft Mineralwolle E. V. (GGM)of Frankfurt (Association for the quality of mineral wool, http: //www. ral-mineralwolle. de))均有被提及； (Na20+K20+Ca0+Mg0+Ba0) > 18wt%代表著纖維為非致癌物而是可能致癌物或不分類為致 癌物。同時，在德國相關(guān)法規(guī)TRGS905, Secti〇n2. 3中指出，生物可溶解無機纖維只要[(Na20+K20+Ca0+Mg0+Ba0+B203)-2*(Al 203)] > 40wt% 即可確認為不分類為致癌物。在 TRGS905 中定義
[0007] KI = [(Na20+K20+Ca0+Mg0+Ba0+B203)_2*(A1 203)]*100,式中各氧化物均為重量百 分數(shù)，故 KI > 40 與[(Na20+K20+Ca0+Mg0+Ba0+B203)-2*(A1 203)] > 40wt% 為同一意思。
[0008] 為了判斷纖維類物質(zhì)是否可能致癌，國際上通行以其是否符合Directi Ve97/69/ EC及歐洲議會和歐洲理事會第1272/2008號法規(guī)（物質(zhì)和混合物的分類、標簽和包裝法 規(guī)）中注解Q的要求和/或符合德國RAL認證要求和/或生物可溶解性效果作為判斷 標準。是否符合歐洲議會和歐洲理事會第1272/2008號法規(guī)（物質(zhì)和混合物的分類、標 簽和包裝法規(guī)）注解 Q 的要求可由 EUCEB(European Certification Board For Mineral Wool Products，礦棉產(chǎn)品歐洲認證委員會）進行認證，如果符合即表示纖維不屬于可 能致癌物，對生物體不構(gòu)成危害。是否符合德國RAL認證要求可由德國RAL認證機構(gòu) GGM(Gutegemeinschaft Mineralwolle E. V. (GGM)of Frankfurt(Association for the quality of mineral wool, http: //www. ral-mineralwolle. de))進行認證，如果通過艮P表 示纖維不屬于可能致癌物，對生物體不構(gòu)成危害。生物可溶解性效果可由溶解速率常數(shù) Kdls (具體如下所述）來判定，當Kdls彡lOOngAcm2. hr)即表示纖維不屬于可能致癌物，對 生物體不構(gòu)成危害。
[0009] 生物可溶解性效果可通過纖維在模擬人體肺液中的溶解速率常數(shù)Kdls來表征，溶 解速率常數(shù)計算公式如下：
[0011] 式中：d。為纖維初始直徑；
[0012] P為纖維初始密度；
[0013] M。為纖維初始質(zhì)量；
[0014] Μ為纖維溶解后剩余的質(zhì)量；
[0015] t為測定時間。
[0016] 溶解速率常數(shù)Kdls(單位：ngACm2.hr))可以通過以上公式（1)用實驗手段獲得， 根據(jù)計算出的Kdls就可以估算纖維在肺液中的停留時間。通過線性回歸法，可得到半消失 期45與11；3的數(shù)學關(guān)系式如下：
[0018] 通過公式（2)計算出半消失期ta5，與歐盟標準中的半消失期比較，評估纖維的生 物可溶解性。
[0019] 模擬人體肺液通常采用Gamble溶液，其組成詳見表1。配制溶液時控制溶液的PH 值為7. 35~7. 45 (人體肺液的PH值），根據(jù)PH值的要求，可以對這種溶液進行適當?shù)母?性。
[0020] 表1標準Gamble溶液的化學組成（1000ml)
[0022] 所選用化學試劑均為化學純
[0023] 纖維在模擬人體肺液（Gamble溶液）的溶解性實驗裝置如圖2所示。盛有水的水 槽中放置盛有模擬人體肺液（Gamble溶液）的容器。第一管道的一端伸入容器的底部，另 一端連通電子蠕動泵的進口，電子蠕動泵的出口連通裝被測纖維（纖維粉）的試管瓶的進 口。試管瓶的出口處設(shè)過濾棉并經(jīng)第二管道連通到容器。
[0024] 被測纖維（纖維粉）在模擬人體肺液（Gamble溶液）的測試過程為：將被測纖維 (纖維粉）（為較長纖維經(jīng)研磨成臨界粒度為1〇〇 μ m粉末狀后）取lg放入試管瓶中，使纖 維浸在Gamble溶液中，控制溶液溫度為36. 5~37. 5°C，流速控制在15ml/h進行纖維的溶 解性實驗。實驗時間分別為72h。溶解過程中每隔24h收集Gamble溶液10ml，用電感耦合 等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-AES)測定溶液中的離子濃度。實驗結(jié)束后，將試管瓶中的纖維 經(jīng)過濾煅燒后，精確測定溶解后的質(zhì)量。
[0025] 生物可溶解纖維在Gamble溶液中浸泡后表現(xiàn)出明顯的溶解性能，圖3和圖4顯示 了溶解前、后的真實效果。
[0026] 生物可溶解纖維是否符合德國RAL認證要求是由德國RAL認證機構(gòu)GGM按照GGM 礦棉產(chǎn)品質(zhì)量認證與測試程序第2. 1部分（Quality assurance and test specifications of the Gtitegemeinschaft Mineralwolle e.V.for products made of mineral wool, section2. 1)要求進行石角認的?！础碤uality assurance and test specifications of the Gtitegemeinschaft Mineralwolle e. V. for products made of mineral wool》可在其官方網(wǎng) 站 http: //www. ral-mineralwolle. de 查得。
[0027] 歐洲議會和歐洲理事會第1272/2008號法規(guī)（RE⑶LATION (EC) N〇1272/20080F THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL)(物質(zhì)和混合物的分類、標簽和包裝法規(guī)）注解 Q(Note Q)的要求：只要符合以下四種情況之一即可確認所測物為非致癌物。
[0028] -、吸入性短期生物持久性試驗顯示長度20 μ m以上的纖維的半消失期小于10 天；
[0029] 二、氣管滴注法短期生物持久性試驗顯示長度20 μ m以上的纖維的半消失期小于 40天；
[0030] 三、合適的腹腔內(nèi)試驗顯示無額外的致癌性；
[0031] 四、合適的長期吸入性試驗顯示無相關(guān)致病性或癌變。
[0032] 上述情況二具體可采取肺部注入殘留實驗法：通過氣管內(nèi)滴注法將2mg長度 20 μ m以上的纖維或WHO纖維（L > 5 μ m，D < 3 μ m，L/D > 3/1)注入每只老鼠體內(nèi)，收集 滴注后3個月內(nèi)的殘留纖維相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析，即可得到纖維在實驗鼠肺中的半消失期。 (注：WHO為世界衛(wèi)生組織的英文縮寫，L為纖維長度，D為纖維直徑）
[0033] 由此可見，這些被人體吸入的纖維粉塵極有可能對人體健康構(gòu)成潛在風險，及導 致呼吸道、肺部及其它臟器或組織發(fā)生病變的可能性增加。因而，尋找一種健康環(huán)保的纖維 氈，既可做為VIP用的芯材，又能在其制造過程、應(yīng)用過程及回收拆解過程中所產(chǎn)生的纖維 粉塵均能有效避免或有效減少對人體健康造成危害，將是該行業(yè)以人為本、大規(guī)模生產(chǎn)面 臨的較為凸出的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0034] 本發(fā)明旨在提供一種生物可溶解纖維氈，能有效避免或有效減少在制造過程、應(yīng) 用過程及回收拆解過程中所產(chǎn)生的纖維粉塵對人體健康造成的危害，又能達到降低成本、 提1?性能的效果。
[0035] 本發(fā)明另一目的是提供上述生物可溶解纖維氈的制備方法。
[0036] 本發(fā)明再一目的是