Wełna mineralna - Mineral wool

Wełna mineralna to dowolny materiał włóknisty utworzony przez przędzenie lub ciągnienie stopionych materiałów mineralnych lub skalnych, takich jak żużel i ceramika .

Zastosowania wełny mineralnej to izolacja termiczna (zarówno jako izolacja konstrukcyjna jak i izolacja rur , choć nie jest tak ognioodporna jak wełna izolacyjna wysokotemperaturowa ), filtracja , izolacja akustyczna oraz hydroponiczne podłoże wzrostowe.

Nazewnictwo

Wełna mineralna jest znany również jako włókna mineralnego , wełny mineralnej , włókna mineralnego , syntetycznych włókien mineralnych (MMMF) i szklistych włókien syntetycznych (MMV).

Specyficzne produkty z wełny mineralnej to wełna kamienna i wełna żużlowa . Europa obejmuje również wełnę szklaną, która wraz z włóknem ceramicznym jest całkowicie wytworzonym przez człowieka włóknami.

Historia

Wełna żużlowa została po raz pierwszy wyprodukowana w 1840 r. w Walii przez Edwarda Parry'ego, „ale wydaje się, że nie podjęto żadnych wysiłków, aby ograniczyć wełnę po produkcji; w konsekwencji unosiła się ona po pracach przy najmniejszym wietrze i stała się tak szkodliwa dla mężczyzn, że proces musiał zostać porzucony". Metoda wytwarzania wełny mineralnej została opatentowana w Stanach Zjednoczonych w 1870 roku przez Johna Playera i po raz pierwszy wyprodukowana komercyjnie w 1871 roku w Georgsmarienhütte w Osnabrück w Niemczech . Proces ten polegał na wdmuchiwaniu silnego strumienia powietrza przez opadający strumień ciekłego żużla żelaznego, co było podobne do naturalnego występowania drobnych pasm żużla wulkanicznego z Kilauea, zwanych włosami Pele, utworzonych przez silne wiatry rozrywające żużel podczas erupcji.

Amerykański inżynier chemik Charles Corydon Hall w 1897 r. opracował technologię przekształcania stopionej skały we włókna i zainicjował przemysł izolacji z wełny mineralnej w Ameryce.

Według producenta wełny mineralnej, pierwsza wełna mineralna przeznaczona do zastosowań wysokotemperaturowych została wynaleziona w Stanach Zjednoczonych w 1942 r., ale nie była opłacalna do około 1953 r. Więcej form wełny mineralnej stało się dostępnych w latach 70. i 80. XX wieku.

Wysokotemperaturowa wełna mineralna

Wysokotemperaturowa wełna mineralna to rodzaj wełny mineralnej stworzonej do stosowania jako izolacja wysokotemperaturowa i ogólnie definiowana jako odporna na temperatury powyżej 1000 °C. Ten rodzaj izolacji jest zwykle stosowany w piecach przemysłowych i odlewniach. Ponieważ wysokotemperaturowa wełna mineralna jest kosztowna w produkcji i ma ograniczoną dostępność, jest wykorzystywana prawie wyłącznie w wysokotemperaturowych zastosowaniach i procesach przemysłowych.

Definicje

Temperatura klasyfikacyjna to temperatura, w której po 24-godzinnej obróbce cieplnej w elektrycznie ogrzewanym piecu laboratoryjnym w obojętnej atmosferze nie zostaje przekroczona pewna wielkość skurczu liniowego (zwykle od dwóch do czterech procent) . W zależności od rodzaju produktu wartość ta nie może przekroczyć 2 proc. dla płyt i wyrobów kształtowych oraz 4 proc. dla mat i papierów.

Temperatura klasyfikacyjna jest określana w krokach co 50 °C od 850 °C do 1600 °C. Temperatura klasyfikacyjna nie oznacza, że ​​produkt może być używany w sposób ciągły w tej temperaturze. W terenie, temperatura ciągłej aplikacji amorficznej wysokotemperaturowej wełny mineralnej ( AES i ASW ) wynosi zwykle od 100°C do 150°C poniżej temperatury klasyfikacyjnej. Produkty wykonane z wełny polikrystalicznej można generalnie stosować do temperatury klasyfikacji.

Rodzaje

Istnieje kilka rodzajów wysokotemperaturowej wełny mineralnej wykonanej z różnych rodzajów minerałów. Wybrany minerał skutkuje różnymi właściwościami materiału i temperaturami klasyfikacji.

Wełna z krzemianów ziem alkalicznych (wełna AES)

Wełna AES składa się z amorficznych włókien szklanych, które są wytwarzane przez stopienie kombinacji tlenku wapnia (CaO−), tlenku magnezu (MgO−) i dwutlenku krzemu (SiO ₂ ). Produkty wykonane z wełny AES są powszechnie stosowane w urządzeniach pracujących w trybie ciągłym oraz w sprzęcie AGD. Wełna AES ma tę zaletę, że jest biorozpuszczalna — rozpuszcza się w płynach ustrojowych w ciągu kilku tygodni i jest szybko usuwana z płuc.

Wełna glinokrzemianowa (ASW)

Wełna glinokrzemianowa, znana również jako ogniotrwałe włókno ceramiczne (RCF), składa się z amorficznych włókien wytwarzanych przez stopienie kombinacji tlenku glinu (Al ₂ O ₃ ) i dwutlenku krzemu (SiO ₂ ), zwykle w stosunku wagowym 50:50 (patrz również VDI 3469 części 1 i 5 oraz TRGS 521). Produkty wykonane z wełny glinokrzemianowej są zwykle stosowane w temperaturach aplikacji wyższych niż 900 °C w urządzeniach, które działają z przerwami i w krytycznych warunkach aplikacji (patrz przepisy techniczne TRGS 619).

Wełna polikrystaliczna (PCW)

Wełna polikrystaliczna składa się z włókien zawierających tlenek glinu (Al ₂ O ₃ ) w ponad 70 procentach wszystkich materiałów i jest wytwarzana metodą zol-żel z wodnych roztworów przędzalniczych. Rozpuszczalne w wodzie zielone włókna otrzymane jako prekursor są krystalizowane za pomocą obróbki cieplnej. Wełna polikrystaliczna jest zwykle stosowana w temperaturach aplikacji powyżej 1300 °C oraz w krytycznych warunkach chemicznych i fizycznych.

Kaowool

Kaowool to rodzaj wysokotemperaturowej wełny mineralnej wykonanej z kaolinu mineralnego . Był to jeden z pierwszych wynalezionych rodzajów wysokotemperaturowej wełny mineralnej, który był używany w XXI wieku. Może wytrzymać temperatury bliskie 1650 °C (3000 °F).

Produkcja

Wełna kamienna to produkt piecowy ze stopionej skały o temperaturze około 1600 °C, przez który wdmuchiwany jest strumień powietrza lub pary. Bardziej zaawansowane techniki produkcji opierają się na przędzeniu stopionej skały w szybkoobrotowych głowicach przędzalniczych, podobnie jak w procesie produkcji waty cukrowej . Produkt finalny to masa drobnych, splecionych włókien o typowej średnicy od 2 do 6 mikrometrów . Wełna mineralna może zawierać spoiwo , często terpolimer , oraz olej zmniejszający pylenie.

Posługiwać się

Choć poszczególne włókna bardzo dobrze przewodzą ciepło , po sprasowaniu w rolki i arkusze, ich zdolność do rozdzielania powietrza czyni je doskonałymi izolatorami i pochłaniaczami dźwięku . Chociaż nie jest odporny na działanie wystarczająco gorący płomień, odporność na ogień włókien szklanych , wełny mineralnej i ceramicznych włókien umożliwia ich wspólne materiałów budowlanych podczas biernej ochrony przeciwpożarowej wymagana jest w ogóle wykorzystywane jako natryskowego ognioodporne w kołków przestrzenie płyt gipsowych zespołów, jak materiały do pakowania w ogniochronne .

Inne zastosowania znajdują się w panelach wiązanych żywicą , jako wypełniacz w mieszankach do uszczelek , w klockach hamulcowych , w tworzywach sztucznych w przemyśle motoryzacyjnym , jako medium filtrujące i jako medium wzrostowe w hydroponice .

Włókna mineralne produkowane są w ten sam sposób, bez spoiwa. Włókno jako takie jest wykorzystywane jako surowiec do celów wzmacniających w różnych zastosowaniach, takich jak materiały cierne, uszczelki, tworzywa sztuczne i powłoki .

Odporność termiczna wełny mineralnej

Materiał	Temperatura
Wełna szklana	230–260 °C
Wełna kamienna	700–850 °C
Wełna z włókien ceramicznych	1200 °C

Hydroponika

Produkty z wełny mineralnej mogą być tak zaprojektowane, aby zatrzymywały duże ilości wody i powietrza, które wspomagają wzrost korzeni i pobieranie składników odżywczych w hydroponice ; ich włóknisty charakter zapewnia również dobrą strukturę mechaniczną, która utrzymuje roślinę w stanie stabilnym. Naturalnie wysokie pH wełny mineralnej sprawia, że ​​początkowo nie nadają się one do wzrostu roślin i wymagają „kondycjonowania” w celu wytworzenia wełny o odpowiednim, stabilnym pH.

Wysokotemperaturowa wełna mineralna

Wysokotemperaturowa wełna mineralna stosowana jest przede wszystkim do izolacji i wykładania pieców przemysłowych i odlewni w celu poprawy wydajności i bezpieczeństwa. Służy również do zapobiegania rozprzestrzenianiu się ognia.

Zastosowanie wysokotemperaturowej wełny mineralnej umożliwia lżejszą konstrukcję pieców przemysłowych i innych urządzeń technicznych w porównaniu z innymi metodami, takimi jak cegły szamotowe, ze względu na jej wysoką odporność na ciepło w przeliczeniu na wagę, ale ma tę wadę, że jest droższa niż inne metody.

Bezpieczeństwo materiału

Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem (IARC) przeglądu rakotwórczość włókien mineralnych człowieka w październiku 2002 roku grupa robocza IARC monografii jest zawierane tylko bardziej biopersistent materiały są klasyfikowane przez IARC jako „prawdopodobnie rakotwórcze dla ludzi” ( grupa 2B ). Należą do nich ogniotrwałe włókna ceramiczne, które są wykorzystywane przemysłowo jako izolacja w środowiskach o wysokiej temperaturze, takich jak wielkie piece , oraz niektóre specjalne wełny szklane, które nie są używane jako materiały izolacyjne. W przeciwieństwie do tego, powszechniej stosowane wełny z włókien szklistych produkowane od 2000 r., w tym izolacyjna wełna szklana, wełna kamienna i wełna żużlowa, są uważane za „nie podlegające klasyfikacji pod względem rakotwórczości u ludzi” ( Grupa 3 ).

Produkowane są wysoko biorozpuszczalne włókna, które nie powodują uszkodzeń komórek ludzkich. Te nowsze materiały zostały przetestowane pod kątem rakotwórczości i większość z nich okazała się nierakotwórcza. IARC postanowiła nie dokonywać ogólnej oceny nowo opracowanych włókien zaprojektowanych tak, aby były mniej trwałe pod względem biologicznym, takich jak krzemiany ziem alkalicznych lub wełny o wysokiej zawartości tlenku glinu io niskiej zawartości krzemionki. Ta decyzja została podjęta po części dlatego, że nie były dostępne żadne dane dotyczące ludzi, chociaż takie włókna, które zostały przetestowane, wydają się mieć niski potencjał rakotwórczy u zwierząt doświadczalnych, a także dlatego, że Grupa Robocza miała trudności z kategoryzacją tych włókien na znaczące grupy na podstawie składu chemicznego.

Rozporządzenie europejskie (WE) nr 1272/2008 w sprawie klasyfikacji, oznakowania i pakowania substancji i mieszanin zaktualizowane rozporządzeniem (WE) nr 790/2009 nie klasyfikuje włókien wełny mineralnej jako substancji niebezpiecznych, jeżeli spełniają kryteria określone w jego Uwaga Q.

Europejska Rada Certyfikująca produkty z wełny mineralnej, EUCEB, certyfikuje produkty z wełny mineralnej wykonane z włókien spełniających Notę Q zapewniając, że mają niską biotrwałość i że są szybko usuwane z płuc. Certyfikacja opiera się na doradztwie niezależnych ekspertów i regularnej kontroli składu chemicznego.

Ze względu na mechaniczne działanie włókien wyroby z wełny mineralnej mogą powodować tymczasowe swędzenie skóry. Aby to zmniejszyć i uniknąć niepotrzebnego narażenia na pył wełny mineralnej, informacje o dobrych praktykach są dostępne na opakowaniach produktów z wełny mineralnej za pomocą piktogramów lub zdań. Arkusze Instrukcji Bezpiecznego Użytkowania podobne do Karty Charakterystyki są również dostępne u każdego producenta.

Ludzie mogą być narażeni na włókna wełny mineralnej w miejscu pracy poprzez ich wdychanie, kontakt ze skórą i kontakt wzrokowy. Podawanie BHP (OSHA) ustaliła wartość graniczną prawnego ( dopuszczalna ekspozycji ) do mineralnego ekspozycja włókien wełny w miejscu pracy, w dawce 15 mg / m ³ całkowitej ekspozycji i 5 mg / m ³ narażenia układu oddechowego dla 8-godzinnego dnia pracy. Narodowy Instytut Zdrowia i Bezpieczeństwa Pracy (NIOSH) ustalił dopuszczalnych zalecanych ekspozycji (REL), 5 mg / m ³ całkowitej ekspozycji i 3 włókien na cm ³ dla 8-godzinnego dnia pracy.

Rejestracja, ocena, autoryzacja i ograniczanie chemikaliów (REACH) to rozporządzenie Unii Europejskiej z dnia 18 grudnia 2006 r. Rozporządzenie REACH dotyczy produkcji i stosowania substancji chemicznych oraz ich potencjalnego wpływu zarówno na zdrowie ludzkie, jak i środowisko. Dla kilku rodzajów wełny mineralnej utworzono forum wymiany informacji o substancjach (SIEF). AES, ASW i PCW zostały zarejestrowane przed pierwszym terminem, tj. 1 grudnia 2010 r., dzięki czemu mogą być stosowane na rynku europejskim.

• ASW/RCF jest sklasyfikowany jako rakotwórczość kategorii 1B
• AES jest zwolniony z klasyfikacji czynników rakotwórczych na podstawie wyników krótkoterminowych badań in vitro
• Wełny PCW nie są klasyfikowane; samoklasyfikacja doprowadziła do wniosku, że PCW nie są niebezpieczne

W dniu 13 stycznia 2010 r. niektóre z glinokrzemianowych ogniotrwałych włókien ceramicznych i glinokrzemianowych ogniotrwałych włókien ceramicznych z tlenku cyrkonu zostały umieszczone na liście kandydackiej substancji wzbudzających szczególnie duże obawy . W odpowiedzi na obawy zgłoszone w związku z definicją i dokumentacją na stronie internetowej ECHA opublikowano dwie dodatkowe dokumentacje do konsultacji, co zaowocowało dwoma dodatkowymi wpisami na liście kandydackiej. Ta rzeczywista (cztery wpisy dla jednej substancji/grupy substancji) jest sprzeczna z zamierzoną procedurą REACH. Poza tą sytuacją, obawy zgłoszone podczas dwóch okresów konsultacji pozostają aktualne.

Niezależnie od zgłoszonych obaw, umieszczenie substancji na liście kandydackiej natychmiast pociąga za sobą następujące obowiązki prawne producentów, importerów i dostawców wyrobów zawierających tę substancję w stężeniu powyżej 0,1% (m/m):

• Zgłoszenie do ECHA-REACH art. 7
• Dostarczenie karty charakterystyki – rozporządzenie REACH art. 31,1
• Obowiązek przekazywania informacji dotyczących bezpiecznego użytkowania lub odpowiadania na prośby klientów – rozporządzenie REACH art. 33

Krzemionka krystaliczna

Amorficzna, wysokotemperaturowa wełna mineralna (AES i ASW) jest wytwarzana ze strumienia roztopionego szkła, który jest aerozolowany strumieniem powietrza pod wysokim ciśnieniem lub poprzez uderzanie strumienia w obracające się koła. Kropelki są wciągane we włókna; zarówno masa włókien, jak i pozostałe kropelki ochładzają się bardzo szybko, tak że nie mogą tworzyć się fazy krystaliczne.

Gdy amorficzna, wysokotemperaturowa wełna mineralna jest instalowana i wykorzystywana w zastosowaniach wysokotemperaturowych, takich jak piece przemysłowe, co najmniej jedna strona może być wystawiona na warunki powodujące częściową dewitryzację włókien. W zależności od składu chemicznego włókna szklistego oraz czasu i temperatury, na jakie wystawione są materiały, mogą tworzyć się różne stabilne fazy krystaliczne.

Po użyciu wysokotemperaturowej wełny mineralnej kryształy krzemionki krystalicznej są osadzane w matrycy złożonej z innych kryształów i szkieł. Wyniki eksperymentalne aktywności biologicznej wysokotemperaturowej wełny mineralnej po użyciu nie wykazały żadnej niebezpiecznej aktywności, która mogłaby być związana z jakąkolwiek formą krzemionki, jaką mogą one zawierać.

Zamienniki wełny mineralnej w budownictwie

Ze względu na niedegradowalność wełny mineralnej i potencjalne zagrożenie dla zdrowia opracowywane są materiały zastępcze: izolacje z konopi , lnu , wełny , drewna i korka są najbardziej widoczne. Biodegradowalność i profil zdrowotny to główne zalety tych materiałów. Ich wadą w porównaniu z wełną mineralną jest znacznie mniejsza odporność na pleśń, wyższa palność oraz nieco wyższa przewodność cieplna (izolacja konopna: 0,040 Wm ^-1 k ^-1 , izolacja z wełny mineralnej: 0,030-0,045 Wm ^-1 k ^-1 ).

Zobacz też

• Azbest (minerał naturalnie włóknisty)
• Włókno bazaltowe, włókno mineralne o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie
• Wełna szklana
• Włosy Pele
• Oświadczenia dotyczące ryzyka i bezpieczeństwa

Bibliografia

Zewnętrzne linki

• Dokumenty Statistics Canada dotyczące dostaw wełny mineralnej w Kanadzie
• Przegląd opublikowanych danych na temat narażenia na wełnę mineralną podczas prac instalacyjnych przez A Jonesa i A Sancheza Jimeneza, Raport z badań Instytutu Medycyny Pracy TM/11/01
• Ocena włókien wełny mineralnej unoszących się w powietrzu w budynkach mieszkalnych wg J Dodgsona i innych. Raport z badań Instytutu Medycyny Pracy TM/87/18