Mineralwolle - Mineral wool
Mineralwolle ist jedes faserige Material, das durch Spinnen oder Ziehen von geschmolzenen Mineral- oder Gesteinsmaterialien wie Schlacke und Keramik gebildet wird .
Zu den Anwendungen von Mineralwolle gehören Wärmedämmung (sowohl als strukturelle Isolierung als auch als Rohrisolierung , obwohl sie nicht so feuerbeständig ist wie Hochtemperatur-Dämmwolle ), Filtration , Schalldämmung und hydroponisches Wachstumsmedium.
Benennung
Mineralwolle ist auch als Mineralfaser , Mineralbaumwolle , Mineralfaser , Man-made Mineral Fiber (MMMF) und Man-made Glasseous Fiber (MMVF) bekannt.
Spezifische Mineralwolleprodukte sind Steinwolle und Schlackenwolle . Europa umfasst auch Glaswolle, die zusammen mit Keramikfasern vollständig synthetische Fasern sind.
Geschichte
Schlackenwolle wurde erstmals 1840 in Wales von Edward Parry hergestellt, "aber es scheint keine Anstrengung unternommen worden zu sein, die Wolle nach der Herstellung einzuschränken; folglich schwamm sie bei der geringsten Brise in den Werken und wurde für die Männer so schädlich, dass der Prozess" musste aufgegeben werden". Ein Verfahren zur Herstellung von Mineralwolle wurde in den Vereinigten Staaten im Jahr 1870 von John Player patentiert und ersten kommerziell im Jahr 1871 an produzierte Georgsmarienhütte in Osnabrück Deutschland . Der Prozess beinhaltete das Blasen eines starken Luftstroms über einen fallenden Strom flüssiger Eisenschlacke, der dem natürlichen Vorkommen von feinen Strängen vulkanischer Schlacke aus Kilauea namens Pele's Haar ähnelte, die durch starke Winde erzeugt wurden, die die Schlacke während einer Eruption auseinanderblasen.
Der amerikanische Chemieingenieur Charles Corydon Hall entwickelte 1897 eine Technologie zur Umwandlung von geschmolzenem Gestein in Fasern und begründete die Mineralwolle-Isolationsindustrie in Amerika.
Nach Angaben eines Mineralwolleherstellers wurde die erste Mineralwolle für Hochtemperaturanwendungen 1942 in den Vereinigten Staaten erfunden, war aber erst etwa 1953 kommerziell nutzbar. In den 1970er und 1980er Jahren wurden weitere Formen von Mineralwolle erhältlich.
Hochtemperatur-Mineralwolle
Hochtemperatur-Mineralwolle ist eine Art von Mineralwolle, die für den Einsatz als Hochtemperatur-Dämmung entwickelt wurde und allgemein als temperaturbeständig über 1.000 °C definiert ist. Diese Art der Isolierung wird normalerweise in Industrieöfen und Gießereien verwendet. Da Hochtemperatur-Mineralwolle teuer in der Herstellung und nur begrenzt verfügbar ist, wird sie fast ausschließlich in industriellen Hochtemperaturanwendungen und -prozessen eingesetzt.
Definitionen
Die Klassifikationstemperatur ist die Temperatur, bei der nach einer 24-stündigen Wärmebehandlung in einem elektrisch beheizten Laborofen in neutraler Atmosphäre eine gewisse lineare Kontraktion (in der Regel zwei bis vier Prozent) nicht überschritten wird . Je nach Produktart darf der Wert bei Platten und Formprodukten zwei Prozent und bei Matten und Papieren vier Prozent nicht überschreiten.
Die Klassifizierungstemperatur wird in 50 °C-Schritten von 850 °C bis 1600 °C angegeben. Die Klassifizierungstemperatur bedeutet nicht, dass das Produkt bei dieser Temperatur dauerhaft verwendet werden kann. Im Feld liegt die Daueranwendungstemperatur von amorpher Hochtemperatur-Mineralwolle ( AES und ASW ) typischerweise 100 °C bis 150 °C unter der Klassifikationstemperatur. Produkte aus polykristalliner Wolle sind grundsätzlich bis zur Klassifizierungstemperatur einsetzbar.
Typen
Es gibt verschiedene Arten von Hochtemperatur-Mineralwolle, die aus verschiedenen Arten von Mineralien hergestellt werden. Durch das gewählte Mineral ergeben sich unterschiedliche Materialeigenschaften und Klassifikationstemperaturen.
Erdalkali-Silikatwolle (AES-Wolle)
AES-Wolle besteht aus amorphen Glasfasern, die durch Schmelzen einer Kombination von Calciumoxid (CaO–), Magnesiumoxid (MgO–) und Siliziumdioxid (SiO 2 ) hergestellt werden. Produkte aus AES-Wolle werden in der Regel in Geräten mit Dauerbetrieb und in Haushaltsgeräten verwendet. AES-Wolle hat den Vorteil, dass sie biolöslich ist – sie löst sich innerhalb weniger Wochen in Körperflüssigkeiten auf und wird schnell aus der Lunge entfernt.
Alumosilikatwolle (ASW)
Alumosilikatwolle, auch als feuerfeste Keramikfaser (RCF) bekannt, besteht aus amorphen Fasern, die durch Schmelzen einer Kombination von Aluminiumoxid (Al 2 O 3 ) und Siliziumdioxid (SiO 2 ) in der Regel im Gewichtsverhältnis 50:50 hergestellt werden (siehe auch VDI 3469 Blatt 1 und 5, sowie TRGS 521). Produkte aus Alumosilikatwolle werden in der Regel bei Einsatztemperaturen größer 900 °C für intermittierend arbeitende Geräte und bei kritischen Einsatzbedingungen eingesetzt (siehe Technische Regeln TRGS 619).
Polykristalline Wolle (PCW)
Polykristalline Wolle besteht aus Fasern, die zu mehr als 70 Prozent des Gesamtmaterials Aluminiumoxid (Al 2 O 3 ) enthalten und wird im Sol-Gel-Verfahren aus wässrigen Spinnlösungen hergestellt. Die als Precursor erhaltenen wasserlöslichen Grünfasern werden mittels Wärmebehandlung kristallisiert. Polykristalline Wolle wird im Allgemeinen bei Anwendungstemperaturen über 1300 °C und unter kritischen chemischen und physikalischen Anwendungsbedingungen verwendet.
Kaowool
Kaowool ist eine Art Hochtemperatur-Mineralwolle, die aus dem Mineral Kaolin hergestellt wird . Es war eine der ersten Arten von Hochtemperatur-Mineralwolle, die erfunden wurde und bis ins 21. Jahrhundert hinein verwendet wurde. Es kann Temperaturen nahe 1.650 °C (3.000 °F) standhalten.
Herstellung
Steinwolle ist ein Ofenprodukt aus geschmolzenem Gestein bei einer Temperatur von etwa 1600 °C, durch das ein Luft- oder Dampfstrom geblasen wird. Fortgeschrittenere Produktionstechniken basieren auf dem Spinnen von geschmolzenem Gestein in Hochgeschwindigkeits-Spinnköpfen, ähnlich wie bei der Herstellung von Zuckerwatte . Das Endprodukt ist eine Masse feiner, ineinander verschlungener Fasern mit einem typischen Durchmesser von 2 bis 6 Mikrometern . Mineralwolle kann ein Bindemittel , oft ein Terpolymer , und ein Öl enthalten , um die Staubbildung zu reduzieren.
Verwenden
Obwohl die einzelnen Fasern sehr gut Wärme leiten , werden sie zu Rollen und Platten gepresst, aber ihre Fähigkeit, Luft zu verteilen, macht sie zu hervorragenden Isolatoren und Schallabsorbern . Glasfasern , Steinwolle und Keramikfasern sind zwar nicht immun gegen die Auswirkungen eines ausreichend heißen Feuers, aber aufgrund ihrer Feuerbeständigkeit zu gängigen Baustoffen, wenn ein passiver Brandschutz erforderlich ist, als Spritzbrandschutz , in Ständerhöhlen in Trockenbaukonstruktionen und als Verpackungsmaterial in Feuerschutzwänden .
Weitere Verwendungen finden sich in kunstharzgebundenen Platten , als Füllstoff in Dichtungsmassen , in Bremsbelägen , in Kunststoffen in der Automobilindustrie , als Filtermedium und als Wachstumsmedium in der Hydrokultur .
Mineralfasern werden auf die gleiche Weise ohne Bindemittel hergestellt. Die Faser als solche wird als Rohmaterial für ihre Verstärkungszwecke in verschiedenen Anwendungen wie Reibmaterialien, Dichtungen, Kunststoffen und Beschichtungen verwendet .
| Material | Temperatur |
|---|---|
| Glaswolle | 230–260 °C |
| Steinwolle | 700–850 °C |
| Keramikfaserwolle | 1200 °C |
Hydrokultur
Mineralwolleprodukte können so konstruiert werden, dass sie große Mengen an Wasser und Luft aufnehmen, die das Wurzelwachstum und die Nährstoffaufnahme in der Hydrokultur unterstützen ; ihre faserige Natur bietet auch eine gute mechanische Struktur, um die Pflanze stabil zu halten. Der natürlich hohe pH-Wert von Mineralwolle macht sie für das Pflanzenwachstum zunächst ungeeignet und erfordert eine "Konditionierung", um eine Wolle mit einem geeigneten, stabilen pH-Wert herzustellen.
Hochtemperatur-Mineralwolle
Hochtemperatur-Mineralwolle wird hauptsächlich zur Isolierung und Auskleidung von Industrieöfen und Gießereien verwendet, um die Effizienz und Sicherheit zu verbessern. Es wird auch verwendet, um die Ausbreitung von Feuer zu verhindern.
Die Verwendung von Hochtemperatur-Mineralwolle ermöglicht im Vergleich zu anderen Verfahren wie Schamottesteinen aufgrund ihrer hohen Wärmeformbeständigkeit pro Gewicht eine leichtere Konstruktion von Industrieöfen und anderen technischen Geräten, hat jedoch den Nachteil, dass sie teurer ist als andere Methoden.
Materialsicherheit
Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) überprüfte im Oktober 2002 die Karzinogenität von künstlichen Mineralfasern. Die Arbeitsgruppe der IARC-Monographie kam zu dem Schluss, dass nur die biobeständigeren Materialien von der IARC weiterhin als "möglicherweise krebserregend für den Menschen" ( Gruppe 2B ) eingestuft werden. Diese umfassen feuerfeste Keramikfasern, die industriell als Isolierung verwendet werden in Umgebungen mit hohen Temperatur , wie beispielsweise Hochöfen , und bestimmte Spezialglaswolle nicht als Isoliermaterialien verwendet. Im Gegensatz dazu gelten die seit dem Jahr 2000 häufiger verwendeten Glasfaserwollen, darunter Isolierglaswolle, Steinwolle und Schlackenwolle, als „nicht krebserzeugend für den Menschen einstufbar“ ( Gruppe 3 ).
Es werden hoch biolösliche Ballaststoffe produziert, die die menschliche Zelle nicht schädigen. Diese neueren Materialien wurden auf Karzinogenität getestet und die meisten haben sich als nicht krebserregend erwiesen. Die IARC hat sich entschieden, keine Gesamtbewertung der neu entwickelten Fasern vorzunehmen, die weniger biobeständig sind, wie etwa Erdalkalisilikat oder Wolle mit hohem Aluminiumoxidgehalt und niedrigem Siliciumdioxidgehalt. Diese Entscheidung wurde unter anderem getroffen, weil keine Humandaten verfügbar waren, obwohl solche Fasern, die getestet wurden, bei Versuchstieren ein geringes kanzerogenes Potenzial zu haben scheinen, und weil die Arbeitsgruppe Schwierigkeiten hatte, diese Fasern aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung in sinnvolle Gruppen einzuteilen.
Die Europäische Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 über die Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen, aktualisiert durch die Verordnung (EG) Nr. 790/2009, stuft Mineralwollefasern nicht als gefährliche Stoffe ein, wenn sie die in ihrer Verordnung festgelegten Kriterien erfüllen Hinweis Q.
Die Europäische Zertifizierungsstelle für Mineralwolleprodukte, EUCEB, zertifiziert Mineralwolleprodukte aus Fasern, die die Note Q erfüllen, um sicherzustellen, dass sie eine geringe Biopersistenz aufweisen und schnell aus der Lunge entfernt werden. Die Zertifizierung basiert auf der Beratung durch unabhängige Sachverständige und der regelmäßigen Kontrolle der chemischen Zusammensetzung.
Aufgrund der mechanischen Wirkung von Fasern können Mineralwollprodukte vorübergehend zu Hautjucken führen. Um dies zu verringern und eine unnötige Exposition gegenüber Mineralwollestaub zu vermeiden, sind auf den Verpackungen von Mineralwolleprodukten mit Piktogrammen oder Sätzen Informationen zu bewährten Verfahren verfügbar. Gebrauchsanweisungsblätter ähnlich dem Sicherheitsdatenblatt sind auch von jedem Hersteller erhältlich.
Menschen können am Arbeitsplatz Mineralwollfasern durch Einatmen, Haut- und Augenkontakt ausgesetzt werden. Die Occupational Safety and Health Administration (OSHA) hat den gesetzlichen Grenzwert ( zulässiger Expositionsgrenzwert ) für die Mineralwollefaser-Exposition am Arbeitsplatz auf 15 mg/m 3 Gesamtexposition und 5 mg/m 3 Atemwegsexposition über einen 8-Stunden-Arbeitstag festgelegt. Das National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) hat einen empfohlenen Expositionsgrenzwert (REL) von 5 mg/m 3 Gesamtexposition und 3 Fasern pro cm 3 über einen 8-Stunden-Arbeitstag festgelegt.
Die Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe (REACH) ist eine Verordnung der Europäischen Union vom 18. Dezember 2006. REACH befasst sich mit der Herstellung und Verwendung chemischer Stoffe und ihren möglichen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt. Für mehrere Arten von Mineralwolle wurde ein Forum zum Austausch von Stoffinformationen (SIEF) eingerichtet. AES, ASW und PCW wurden vor dem ersten Stichtag 1. Dezember 2010 registriert und können somit auf dem europäischen Markt verwendet werden.
- ASW/RCF ist als krebserregend Kategorie 1B . eingestuft
- AES ist von der Einstufung als krebserregend ausgenommen, basierend auf kurzfristigen In-vitro-Studienergebnissen
- PCW-Wolle ist nicht klassifiziert; Selbsteinstufung führte zu dem Schluss, dass PCW nicht gefährlich sind
Am 13. Januar 2010 wurden einige der feuerfesten Aluminiumsilikat-Keramikfasern und feuerfesten Zirkonoxid-Aluminosilikat-Keramikfasern in die Kandidatenliste der besonders besorgniserregenden Stoffe aufgenommen . Als Reaktion auf Bedenken bezüglich der Definition und des Dossiers wurden zwei zusätzliche Dossiers zur Konsultation auf der ECHA-Website veröffentlicht und führten zu zwei zusätzlichen Einträgen auf der Kandidatenliste. Diese tatsächliche Situation (mit vier Einträgen für einen Stoff/eine Stoffgruppe) widerspricht dem beabsichtigten REACH-Verfahren. Abgesehen von dieser Situation bleiben die Bedenken, die während der beiden Konsultationsperioden geäußert wurden, gültig.
Ungeachtet der geäußerten Bedenken löst die Aufnahme eines Stoffes in die Kandidatenliste sofort die folgenden rechtlichen Verpflichtungen von Herstellern, Importeuren und Lieferanten von Erzeugnissen aus, die diesen Stoff in einer Konzentration von mehr als 0,1 % (w/w) enthalten:
- Notifizierung zur ECHA -REACH-Verordnung Art.-Nr. 7
- Bereitstellung des Sicherheitsdatenblattes - REACH-Verordnung Art.-Nr. 31.1
- Pflicht zur Übermittlung von Informationen zur sicheren Verwendung oder Reaktion auf Kundenanfragen -REACH-Verordnung Art. 33
Kristallines Siliciumdioxid
Amorphe Hochtemperatur-Mineralwolle (AES und ASW) werden aus einem geschmolzenen Glasstrom hergestellt, der durch einen Hochdruckluftstrahl oder durch Auftreffen des Strahls auf sich drehende Räder vernebelt wird. Die Tröpfchen werden zu Fasern gezogen; die Masse sowohl der Fasern als auch der verbleibenden Tröpfchen kühlt sehr schnell ab, so dass sich keine kristallinen Phasen bilden können.
Wenn amorphe Hochtemperatur-Mineralwolle eingebaut und in Hochtemperaturanwendungen wie Industrieöfen verwendet wird, kann mindestens eine Seite Bedingungen ausgesetzt sein, die eine teilweise Entglasung der Fasern bewirken. Je nach chemischer Zusammensetzung der Glasfaser und Zeit und Temperatur, denen die Materialien ausgesetzt sind, können sich unterschiedliche stabile kristalline Phasen ausbilden.
Bei der Nachverwendung von Hochtemperatur-Mineralwolle werden kristalline Kieselsäurekristalle in eine Matrix aus anderen Kristallen und Gläsern eingebettet. Experimentelle Ergebnisse zur biologischen Aktivität von Hochtemperatur-Mineralwolle nach dem Gebrauch haben keine gefährlichen Aktivitäten gezeigt, die mit irgendeiner Form von Kieselsäure in Verbindung gebracht werden könnten.
Ersatzstoffe für Mineralwolle im Bauwesen
Aufgrund der Nichtabbaubarkeit der Mineralwolle und potenzieller Gesundheitsrisiken werden Ersatzmaterialien entwickelt: Hanf- , Flachs- , Woll- , Holz- und Korkisolierungen sind die bekanntesten. Biologische Abbaubarkeit und Gesundheitsprofil sind die Hauptvorteile dieser Materialien. Ihre Nachteile gegenüber Mineralwolle sind ihre wesentlich geringere Schimmelbeständigkeit, höhere Brennbarkeit und etwas höhere Wärmeleitfähigkeit (Hanf-Dämmung: 0,040 Wm -1 k -1 , Mineralwolle-Dämmung: 0,030-0,045 Wm -1 k -1 ).
Siehe auch
- Asbest , ein Mineral, das von Natur aus faserig ist
- Basaltfaser , eine Mineralfaser mit hoher Zugfestigkeit
- Glaswolle
- Peles Haare
- Risiko- und Sicherheitshinweise
Verweise
Externe Links
- Dokumente von Statistics Canada über Lieferungen von Mineralwolle in Kanada
- Überprüfung der veröffentlichten Daten zur Exposition gegenüber Mineralwolle während der Installationsarbeiten von A. Jones und A. Sanchez Jimenez, Forschungsbericht des Instituts für Arbeitsmedizin TM/11/01
- Bewertung von luftgetragenen Mineralwollfasern in Wohnhäusern von J. Dodgson und anderen. Institut für Arbeitsmedizin Forschungsbericht TM/87/18