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Mineral wool

Mineral wool close-up Mineral wool pipe covering applied to a steel pipe for a fire test Mineral wool is any fibrous material formed by spinning or drawing molten mineral or roc...

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Mineral wool close-up
Mineral wool pipe covering applied to a steel pipe for a fire test

Mineral wool is any fibrous material formed by spinning or drawing molten mineral or rock materials such as slag and ceramics.[1] It was first manufactured in the 19th century.[2] Applications include thermal insulation (as both structural insulation and pipe insulation), filtration, soundproofing, and hydroponic growth medium. Mineral wool can cause irritation to the eyes, skin and lungs, especially during its manufacture and installation.[3]

Naming

Mineral wool is also known as stone wool, mineral cotton, mineral fiber, man-made mineral fiber (MMMF), and man-made vitreous fiber (MMVF).

Specific mineral wool products are stone wool and slag wool. Europe also includes glass wool, which together with ceramic fiber, are entirely artificial fibers that can be made into different shapes and are spiky to touch.

History

Slag wool was first made in 1840 in Wales by Edward Parry, "but no effort appears to have been made to confine the wool after production; consequently it floated about the works with the slightest breeze, and became so injurious to the men that the process had to be abandoned".[2] A method of making mineral wool was patented in the United States in 1870 by John Player[4] and first produced commercially in 1871 at Georgsmarienhütte in OsnabrückGermany. The process involved blowing a strong stream of air across a falling flow of liquid iron slag which was similar to the natural occurrence of fine strands of volcanic slag from Kilauea called Pele's hair created by strong winds blowing apart the slag during an eruption.[4]

Common insulation applications in an apartment building

In 1936 Spun Rock Wools Limited of Thorold Ontario Canada registered a trademark for Spun Rock Wool, a “Fibrous Insulating Material manufactured from rock and in loose, sheet, or pad form.” Using rock to produce wool insulation material was started in Thorold in 1934. November 1, 1934 according to the registration document UCA8090.

Spun stone wool was made by heating natural dolomite shale to 3000°F and pouring the white hot liquid onto a whirling disc known as a “spinner.”

An article from the Niagara Districts Post-War Series published by The Standard in October 1946. The article is focused on Spun Rock Wools Limited in Thorold, Ontario. The plant used stone wool to manufacture thermal insulation.

According to a mineral wool manufacturer, the first mineral wool intended for high-temperature applications was invented in the United States in 1942 but was not commercially viable until approximately 1953. More forms of mineral wool became available in the 1970s and 1980s.[5]

High-temperature mineral wool

Industrial furnace equipped with high-temperature mineral wool modules
Industrial furnace in operation, equipped with high-temperature mineral wool

High-temperature mineral wool is a type of mineral wool created for use as high-temperature insulation and generally defined as being resistant to temperatures above 1,000 °C. This type of insulation is usually used in industrial furnaces and foundries. Because high-temperature mineral wool is costly to produce and has limited availability, it is almost exclusively used in high-temperature industrial applications and processes.

Definitions

Classification temperature is the temperature at which a certain amount of linear contraction (usually two to four percent) is not exceeded after a 24-hour heat treatment in an electrically heated laboratory oven in a neutral atmosphere. Depending on the type of product, the value may not exceed two percent for boards and shaped products and four percent for mats and papers.

The classification temperature is specified in 50 °C steps starting at 850 °C and up to 1600 °C. The classification temperature does not mean that the product can be used continuously at this temperature. In the field, the continuous application temperature of amorphous high-temperature mineral wool (AES and ASW) is typically 100 °C to 150 °C below the classification temperature. Products made of polycrystalline wool can generally be used up to the classification temperature.

Types

There are several types of high-temperature mineral wool made from different types of minerals. The mineral chosen results in different material properties and classification temperatures.

Alkaline earth silicate wool (AES wool)

La lana AES se compone de fibras de vidrio amorfas que se producen mediante la fusión de una combinación de óxido de calcio (CaO−), óxido de magnesio (MgO−) y dióxido de silicio (SiO₂ ) . Los productos fabricados con lana AES se utilizan generalmente en equipos de funcionamiento continuo y en electrodomésticos. Algunas formulaciones de lana AES son biosolubles, lo que significa que se disuelven en los fluidos corporales en pocas semanas y se eliminan rápidamente de los pulmones. [ 6 ] [ 7 ]

Lana de aluminosilicato (ASW)

La lana de aluminosilicato, también conocida como fibra cerámica refractaria (FCR), se compone de fibras amorfas producidas por fusión de una combinación de óxido de aluminio (Al₂O₃ ) y dióxido de silicio (SiO₂ ) , generalmente en una proporción en peso de 50:50 (véase también VDI 3469 Partes 1 y 5, [ 8 ] así como TRGS 521). Los productos fabricados con lana de aluminosilicato se utilizan generalmente a temperaturas de aplicación superiores a 900 °C para equipos que funcionan de forma intermitente y en condiciones de aplicación críticas (véase Reglas Técnicas TRGS 619). 

Lana policristalina (PCW)

La lana policristalina se compone de fibras que contienen óxido de aluminio (Al₂O₃ ) en una proporción superior al 70 % del total de los materiales y se produce mediante el método sol-gel a partir de soluciones acuosas de hilado. Las fibras verdes solubles en agua obtenidas como precursor se cristalizan mediante tratamiento térmico. [ 8 ] La lana policristalina se utiliza generalmente a temperaturas de aplicación superiores a 1300 °C y en condiciones químicas y físicas críticas. 

Caoba

La lana de caolín es un tipo de lana mineral de alta temperatura fabricada a partir del mineral caolín . Fue uno de los primeros tipos de lana mineral de alta temperatura inventados y se ha utilizado hasta el siglo XXI. [ 5 ] Puede soportar temperaturas cercanas a los 1650 °C (3000 °F) . [ 9 ]  

Fabricar

La lana de roca es un producto de horno que consiste en fundir roca a una temperatura de aproximadamente 1600 °C, a través de la cual se sopla una corriente de aire o vapor. Las técnicas de producción más avanzadas se basan en hacer girar la roca fundida en cabezales giratorios de alta velocidad, de forma similar al proceso utilizado para producir algodón de azúcar . El producto final es una masa de fibras finas y entrelazadas con un diámetro típico de 2 a 6 micrómetros . La lana mineral puede contener un aglutinante , a menudo un terpolímero , y un aceite para reducir el desprendimiento de polvo.

Usar

Aunque las fibras individuales conducen muy bien el calor, cuando se prensan en rollos y láminas, su capacidad para separar el aire las convierte en excelentes aislantes y absorbentes de sonido . [ 10 ] [ 11 ] Si bien no son inmunes a los efectos de un fuego suficientemente caliente, la resistencia al fuego de las fibras de fibra de vidrio , lana de roca y cerámica las convierte en materiales de construcción comunes cuando se requiere protección pasiva contra incendios , utilizándose como protección contra incendios por pulverización , en cavidades de montantes en ensamblajes de paneles de yeso y como materiales de relleno en sellos cortafuegos .

Otros usos incluyen paneles unidos con resina , como relleno en compuestos para juntas , en pastillas de freno , en plásticos para la industria automotriz , como medio filtrante y como medio de cultivo en hidroponía .

Las fibras minerales se producen de la misma manera, sin aglutinante. La fibra en sí se utiliza como materia prima para fines de refuerzo en diversas aplicaciones, como materiales de fricción, juntas, plásticos y recubrimientos .

Hidroponia

Los productos de lana mineral pueden diseñarse para retener grandes cantidades de agua y aire que favorecen el crecimiento de las raíces y la absorción de nutrientes en la hidroponía ; su naturaleza fibrosa también proporciona una buena estructura mecánica para mantener la planta estable. El pH naturalmente alto de la lana mineral hace que inicialmente no sea adecuada para el crecimiento de las plantas y requiere un "acondicionamiento" para producir una lana con un pH adecuado y estable. [ 13 ] : 16 Los métodos de acondicionamiento incluyen remojar previamente la lana mineral en una solución nutritiva ajustada a pH 5,5 hasta que deje de burbujear .

Lana mineral de alta temperatura

La lana mineral de alta temperatura se utiliza principalmente para el aislamiento y revestimiento de hornos industriales y fundiciones con el fin de mejorar la eficiencia y la seguridad. También se utiliza para prevenir la propagación del fuego. [ 6 ]

El uso de lana mineral de alta temperatura permite una construcción más ligera de hornos industriales y otros equipos técnicos en comparación con otros métodos, como los ladrillos refractarios, debido a su alta resistencia al calor por peso, pero tiene la desventaja de ser más caro que otros métodos.

Seguridad

Lana mineral bajo el microscopio

La Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) revisó la carcinogenicidad de las fibras minerales artificiales en octubre de 2002. [ 14 ] El grupo de trabajo de la Monografía de la IARC concluyó que solo los materiales más biopersistentes siguen clasificados por la IARC como "posiblemente carcinógenos para los humanos" ( Grupo 2B ). Estos incluyen fibras cerámicas refractarias, que se utilizan industrialmente como aislante en entornos de alta temperatura como los altos hornos , y ciertas lanas de vidrio de uso especial que no se utilizan como materiales aislantes. Por el contrario, las lanas de fibra vítrea más utilizadas producidas desde el año 2000, incluidas la lana de vidrio aislante, la lana de roca y la lana de escoria, se consideran "no clasificables en cuanto a su carcinogenicidad en humanos" ( Grupo 3 ).

Se producen fibras altamente biosolubles que no dañan las células humanas. Estos nuevos materiales se han sometido a pruebas de carcinogenicidad y la mayoría han resultado no ser cancerígenos. La IARC optó por no realizar una evaluación general de las fibras de reciente desarrollo diseñadas para ser menos biopersistentes, como el silicato de metales alcalinotérreos o las lanas con alto contenido de alúmina y bajo contenido de sílice. Esta decisión se tomó en parte porque no se disponía de datos en humanos, aunque las fibras que sí se han probado parecen tener un bajo potencial carcinogénico en animales de experimentación, y porque el Grupo de Trabajo tuvo dificultades para clasificar estas fibras en grupos funcionales según su composición química. [ 15 ]

El Reglamento europeo (CE) n.° 1272/2008 sobre clasificación, etiquetado y envasado de sustancias y mezclas, actualizado por el Reglamento (CE) n.° 790/2009, no clasifica las fibras de lana mineral como sustancia peligrosa si cumplen los criterios definidos en su Nota Q.

El organismo europeo de certificación de productos de lana mineral, EUCEB, certifica los productos de lana mineral fabricados con fibras que cumplen la Nota Q, garantizando así su baja persistencia biológica y su rápida eliminación de los pulmones. La certificación se basa en el asesoramiento de expertos independientes y en el control periódico de la composición química.

Debido al efecto mecánico de las fibras, los productos de lana mineral pueden causar picazón temporal en la piel. Para minimizarla y evitar la exposición innecesaria al polvo de lana mineral, el envase incluye información sobre buenas prácticas mediante pictogramas o frases. Cada fabricante también proporciona hojas de instrucciones de uso seguro, similares a las fichas de datos de seguridad.

Las personas pueden estar expuestas a las fibras de lana mineral en el lugar de trabajo por inhalación, contacto con la piel y contacto con los ojos. La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) ha establecido el límite legal ( límite de exposición permisible ) para la exposición a las fibras de lana mineral en el lugar de trabajo en 15 mg/m³ de exposición total y 5 mg/m³ de exposición respiratoria durante una jornada laboral de 8 horas. El Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 5 mg/m³ de exposición total y 3 fibras por cm³ durante una jornada laboral de 8 horas. [ 3 ]

El Reglamento REACH ( Registro, Evaluación, Autorización y Restricción de Sustancias Químicas ) de la Unión Europea, vigente desde el 18 de diciembre de 2006, regula la producción y el uso de sustancias químicas, así como sus posibles repercusiones en la salud humana y el medio ambiente. Se ha creado un Foro de Intercambio de Información sobre Sustancias (SIEF) para diversos tipos de lana mineral. AES, ASW y PCW se registraron antes del primer plazo, el 1 de diciembre de 2010, por lo que pueden comercializarse en el mercado europeo.

  • ASW/RCF está clasificado como carcinógeno de categoría 1B.
  • El AES está exento de la clasificación como carcinógeno según los resultados de un estudio in vitro a corto plazo.
  • Las lanas PCW no están clasificadas; la autoclasificación llevó a la conclusión de que las PCW no son peligrosas.

El 13 de enero de 2010, algunas fibras cerámicas refractarias de aluminosilicato y de aluminosilicato de circonio se incluyeron en la lista de sustancias candidatas de muy alta preocupación . En respuesta a las inquietudes suscitadas por la definición y el expediente, se publicaron dos expedientes adicionales en el sitio web de la ECHA para consulta, lo que dio lugar a dos entradas adicionales en la lista de sustancias candidatas. Esta situación actual (con cuatro entradas para una misma sustancia o grupo de sustancias) contraviene el procedimiento REACH previsto. Aparte de esta situación, las inquietudes planteadas durante los dos periodos de consulta siguen siendo válidas.

Independientemente de las preocupaciones suscitadas, la inclusión de una sustancia en la lista de candidatas desencadena de inmediato las siguientes obligaciones legales para los fabricantes, importadores y proveedores de artículos que contengan dicha sustancia en una concentración superior al 0,1 % (p/p):

  • Notificación a la ECHA - Reglamento REACH, art. 7
  • Suministro de la ficha de datos de seguridad - Reglamento REACH, art. 31.1
  • Obligación de comunicar información sobre el uso seguro o de responder a las solicitudes de los clientes - Reglamento REACH, art. 33

Sílice cristalina

La lana mineral amorfa de alta temperatura (AES y ASW) se produce a partir de una corriente de vidrio fundido que se aerosoliza mediante un chorro de aire a alta presión o al incidir sobre ruecas. Las gotas se estiran formando fibras; la masa de las fibras y las gotas restantes se enfría muy rápidamente, impidiendo la formación de fases cristalinas.

Cuando se instala y utiliza lana mineral amorfa de alta temperatura en aplicaciones como hornos industriales, al menos una de sus caras puede quedar expuesta a condiciones que provocan la desvitrificación parcial de las fibras. Dependiendo de la composición química de la fibra vítrea y del tiempo y la temperatura a los que se expone el material, pueden formarse diferentes fases cristalinas estables.

En la lana mineral de alta temperatura usada, los cristales de sílice cristalina se encuentran incrustados en una matriz compuesta por otros cristales y vidrios. Los resultados experimentales sobre la actividad biológica de la lana mineral de alta temperatura usada no han demostrado ninguna actividad peligrosa que pueda estar relacionada con la sílice que pueda contener.

Sustitutos

Debido a la no degradabilidad de la lana mineral y a los posibles riesgos para la salud, se están desarrollando materiales sustitutos: los aislamientos de cáñamo , lino , lana , madera y corcho son los más destacados. La biodegradabilidad y el perfil de salud son las principales ventajas de estos materiales. Sus desventajas en comparación con la lana mineral son su resistencia al moho sustancialmente menor, su mayor combustibilidad y su conductividad térmica ligeramente superior ( aislamiento de cáñamo: 0,040 Wm⁻¹k⁻¹ , aislamiento de lana mineral : 0,030-0,045 Wm⁻¹k⁻¹ ) . [ 16 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ "La fibra mineral artificial (MMMF) es un nombre genérico que se utiliza para describir un material fibroso inorgánico fabricado principalmente a partir de vidrio, roca, minerales, escoria y materiales inorgánicos procesados. La MMMF producida no es cristalina (es vítrea, amorfa)."Recomendación del Comité Científico sobre Límites de Exposición Ocupacional para fibras minerales artificiales (MMMF) sin indicación de carcinogenicidad y no especificada en otra parte.
  2. 1 2 Spon, Ernest. Recibos del taller ... Londres: E. & FN Spon, 1883-1892. Página 439
  3. 1 2 "CDC – NIOSH Guía de bolsillo sobre riesgos químicos – Fibra de lana mineral" . www.cdc.gov . Consultado el 27 de noviembre de 2015 .
  4. 1 2 "Lana mineral o algodón mineral", Appleton's Annual Cyclopedia and Register of Important Events of the Year 1891. Nueva serie vol. 16. Nueva York: 1892. 528. Impreso.
  5. 1 2 "HISTORIA DE LOS PRODUCTOS HTIW" . Archivado del original el 19 de agosto de 2018. Consultado el 8 de agosto de 2018 .
  6. 1 2 "Lana aislante de alta temperatura: producción, propiedades y clasificación" . insulatioNet.com . Consultado el 24 de junio de 2018 .
  7. ↑ "Preguntas frecuentes sobre biosutilidad" . ICANZ . Consultado el 19 de enero de 2019 .
  8. 1 2 Directriz VDI: VDI 3469 Parte 1 - Descripción general Parte 5 – Lana aislante de alta temperatura
  9. ↑ "Cerámica térmica" (PDF) .
  10. ↑ Weiner, Ethan. Tratamiento acústico y diseño para estudios de grabación y salas de escucha. "Sin duda, el absorbente más eficaz para frecuencias medias y altas es la fibra de vidrio rígida." https://www.ethanwiner.com/acoustics.html#rigid%20fiberglass .
  11. ↑ Houghton, Matt. Sound On Sound. "¿Cuál es la mejor densidad para un buen absorbedor de espectro bastante amplio? ...intenta buscar lana mineral en el rango de 45-75 kg/m³." https://www.soundonsound.com/sos/oct10/articles/qa-1010-2.htm
  12. ↑ "Rollo de aislamiento de aluminio SuperFOIL de 0,6 m x 25 m - Lámina de aluminio burbuja para bricolaje que ahorra energía - Aislamiento térmico sostenible 3 en 1, barrera radiante reflectante y barrera de vapor - Multiusos para el hogar y el automóvil : Amazon.co.uk: Bricolaje y herramientas" . Amazon Reino Unido . 
  13. ↑ Tom Alexander; Don Parker (1994). Lo mejor de Growing Edge . New Moon Publishing, Inc. ISBN 978-0-944557-01-3.
  14. ↑ Monografías de la IARC sobre la evaluación de los riesgos carcinogénicos para los seres humanos, Volumen 81 (2002), Fibras vítreas artificiales (NOTA: Algunos fabricantes de productos aislanteshan citado este volumen al afirmar erróneamente que "los científicos de la IARC confirman la seguridad del aislamiento de lana mineral". Estas afirmaciones son falsas. Las conclusiones de este volumen no constituyen una determinación de no carcinogenicidad ni de seguridad general).
  15. ↑ Monografías de la IARC sobre la evaluación de los riesgos carcinogénicos para los seres humanos, Volumen 81 (2002), Fibras vítreas artificiales , Evaluación general, pág. 339
  16. ↑ Lekavicius, V.; Shipkovs, P.; Ivanovs, S.; Rucins, A. (2015-02-01). "Propiedades termoaislantes de productos a base de cáñamo" . Latvian Journal of Physics and Technical Sciences . 52 (1): 38– 51. Bibcode : 2015LatJP..52a..38L . doi : 10.1515/lpts-2015-0004 . ISSN 0868-8257 . 
  • Documentos de Statistics Canada sobre envíos de lana mineral en Canadá.
  • Revisión de datos publicados sobre la exposición a la lana mineral durante trabajos de instalación por A. Jones y A. Sánchez Jiménez, Informe de investigación del Instituto de Medicina Ocupacional TM/11/01
  • Evaluación de las fibras de lana mineral en suspensión en el aire de viviendas, realizada por J. Dodgson y otros. Informe de investigación del Instituto de Medicina Ocupacional TM/87/18.