Минеральная вата — это любой волокнистый материал, образованный путем прядения или вытягивания расплавленных минеральных или каменных материалов, таких как шлак и керамика . [1]
Минеральная вата применяется в качестве теплоизоляции (как структурной изоляции , так и изоляции труб ), фильтрации , звукоизоляции и в качестве среды для гидропонного выращивания.
Минеральная вата также известна как минеральная вата , минеральное волокно , искусственное минеральное волокно (ИМВ) и искусственное стекловидное волокно (ИСВ).
Конкретные продукты из минеральной ваты — это каменная вата и шлаковая вата . Европа [ кто? ] также включает в себя стекловату , которая вместе с керамическим волокном представляет собой полностью искусственные волокна, которым можно придавать различные формы и которые на ощупь колючие.
Шлаковая вата была впервые произведена в 1840 году в Уэльсе Эдвардом Парри, «но, по-видимому, не было предпринято никаких усилий, чтобы ограничить шерсть после производства; следовательно, она плавала по заводу при малейшем ветерке и становилась настолько вредной для людей, что процесс пришлось прекратить». [2] Метод изготовления минеральной ваты был запатентован в Соединенных Штатах в 1870 году Джоном Плеером [3] и впервые произведен в коммерческих целях в 1871 году в Георгсмариенхютте в Оснабрюке, Германия . Процесс включал в себя продувание сильной струи воздуха через падающий поток жидкого железного шлака, который был похож на естественное возникновение тонких нитей вулканического шлака из Килауэа, называемых волосами Пеле, созданных сильными ветрами, раздувающими шлак во время извержения. [3]
По данным производителя минеральной ваты, первая минеральная вата, предназначенная для применения при высоких температурах, была изобретена в Соединенных Штатах в 1942 году, но не была коммерчески жизнеспособной до примерно 1953 года. Другие формы минеральной ваты стали доступны в 1970-х и 1980-х годах. [4]
Высокотемпературная минеральная вата — это тип минеральной ваты, созданный для использования в качестве высокотемпературной изоляции и обычно определяемый как устойчивый к температурам свыше 1000 °C. Этот тип изоляции обычно используется в промышленных печах и литейных цехах. Поскольку высокотемпературная минеральная вата является дорогостоящей в производстве и имеет ограниченную доступность, она почти исключительно используется в высокотемпературных промышленных приложениях и процессах. [ необходима цитата ]
Температура классификации — это температура, при которой не превышается определенная величина линейного сжатия (обычно от двух до четырех процентов) после 24-часовой термообработки в лабораторной печи с электрическим подогревом в нейтральной атмосфере. В зависимости от типа продукта значение не может превышать двух процентов для плит и формованных изделий и четырех процентов для матов и бумаг.
Температура классификации указывается с шагом 50 °C, начиная с 850 °C и до 1600 °C. Температура классификации не означает, что продукт может использоваться непрерывно при этой температуре. В полевых условиях температура непрерывного применения аморфной высокотемпературной минеральной ваты (AES и ASW) обычно на 100 °C-150 °C ниже температуры классификации. Изделия из поликристаллической ваты обычно могут использоваться вплоть до температуры классификации. [ необходима цитата ]
Существует несколько типов высокотемпературной минеральной ваты, изготовленной из различных типов минералов. Выбор минерала приводит к различным свойствам материала и классификационным температурам.
Шерсть AES состоит из аморфных стеклянных волокон, которые производятся путем плавления комбинации оксида кальция (CaO−), оксида магния (MgO−) и диоксида кремния (SiO 2 ). Изделия из шерсти AES обычно используются в оборудовании, которое работает непрерывно, и в бытовых приборах. Некоторые формулы шерсти AES являются биорастворимыми, то есть они растворяются в жидкостях организма в течение нескольких недель и быстро выводятся из легких. [5] [6]
Алюмосиликатная вата, также известная как огнеупорное керамическое волокно (RCF), состоит из аморфных волокон, полученных путем плавления комбинации оксида алюминия (Al 2 O 3 ) и диоксида кремния (SiO 2 ), обычно в весовом соотношении 50:50 (см. также VDI 3469 Части 1 и 5, [7] , а также TRGS 521). Изделия из алюмосиликатной ваты обычно используются при температурах применения выше 900 °C для оборудования, которое работает с перерывами и в критических условиях применения (см. Технические правила TRGS 619). [ необходима цитата ]
Поликристаллическая шерсть состоит из волокон, содержащих оксид алюминия (Al 2 O 3 ) в количестве более 70 процентов от общего количества материалов, и производится золь-гель методом из водных прядильных растворов. Водорастворимые зеленые волокна, полученные в качестве прекурсора, кристаллизуются посредством термической обработки. [7] Поликристаллическая шерсть обычно используется при температурах применения более 1300 °C и в критических химических и физических условиях применения.
Kaowool — это тип высокотемпературной минеральной ваты, изготовленной из минерала каолина . Это был один из первых типов высокотемпературной минеральной ваты, изобретенный и используемый в 21 веке. [4] Он может выдерживать температуры, близкие к 1650 °C (3000 °F). [8]
Каменная вата — это продукт печи из расплавленной породы при температуре около 1600 °C, через которую продувается поток воздуха или пара. Более продвинутые методы производства основаны на прядении расплавленной породы в высокоскоростных прядильных головках, что-то вроде процесса, используемого для производства сахарной ваты . Конечный продукт представляет собой массу тонких переплетенных волокон с типичным диаметром от 2 до 6 микрометров . Минеральная вата может содержать связующее вещество , часто терполимер , и масло для уменьшения пыления.
Хотя отдельные волокна очень хорошо проводят тепло , при прессовании в рулоны и листы их способность разделять воздух делает их отличными изоляторами и звукопоглотителями . [9] [10] Хотя стекловолокно , каменная вата и керамические волокна не защищены от воздействия достаточно сильного огня, их огнестойкость делает их распространенными строительными материалами , когда требуется пассивная противопожарная защита , например, их используют в качестве аэрозольной огнезащиты , в полостях стоек в гипсокартонных конструкциях и в качестве упаковочных материалов в противопожарных преградах .
Другие области применения: панели на основе смолы, наполнитель в составах для прокладок , тормозные колодки , пластмассы в автомобильной промышленности, фильтрующая среда и среда для выращивания в гидропонике .
Минеральные волокна производятся таким же образом, без связующего вещества. Волокно как таковое используется в качестве сырья для армирования в различных приложениях, таких как фрикционные материалы, прокладки, пластмассы и покрытия .
Изделия из минеральной ваты могут быть спроектированы для удержания большого количества воды и воздуха, что способствует росту корней и усвоению питательных веществ в гидропонике ; их волокнистая природа также обеспечивает хорошую механическую структуру для поддержания устойчивости растения. Естественно высокий pH минеральной ваты делает ее изначально непригодной для роста растений и требует «кондиционирования» для получения ваты с соответствующим, стабильным pH. [12] : 16 Методы кондиционирования включают предварительное замачивание минеральной ваты в питательном растворе, отрегулированном до pH 5,5, до тех пор, пока он не перестанет пузыриться.
Высокотемпературная минеральная вата используется в основном для изоляции и футеровки промышленных печей и литейных цехов для повышения эффективности и безопасности. Она также используется для предотвращения распространения огня. [5]
Использование высокотемпературной минеральной ваты позволяет сделать промышленные печи и другое техническое оборудование более легкими по сравнению с другими методами, такими как огнеупорный кирпич, благодаря ее высокой термостойкости на единицу веса, но имеет тот недостаток, что она дороже других методов.
Международное агентство по изучению рака (МАИР) рассмотрело канцерогенность искусственных минеральных волокон в октябре 2002 года. [13] Рабочая группа монографии МАИР пришла к выводу, что только более биостойкие материалы остаются классифицированными МАИР как «возможно канцерогенные для человека» ( группа 2B ). К ним относятся огнеупорные керамические волокна, которые используются в промышленности в качестве изоляции в высокотемпературных средах, таких как доменные печи , и некоторые специальные виды стекловаты, не используемые в качестве изоляционных материалов. Напротив, более широко используемые стекловолоконные ваты, производимые с 2000 года, включая изоляционную стекловату, каменную вату и шлаковую вату, считаются «не подлежащими классификации по канцерогенности для человека» ( группа 3 ).
Производятся высокобиорастворимые волокна, которые не наносят вреда клеткам человека. Эти новые материалы были проверены на канцерогенность, и большинство из них оказались неканцерогенными. МАИР решило не проводить общую оценку недавно разработанных волокон, разработанных с целью снижения биостойкости, таких как щелочноземельный силикат или высокоглиноземистая, низкокремнеземистая шерсть. Это решение было принято отчасти из-за отсутствия данных по человеку, хотя такие волокна, которые были проверены, по-видимому, имеют низкий канцерогенный потенциал у подопытных животных, и потому, что Рабочая группа столкнулась с трудностями при классификации этих волокон в значимые группы на основе химического состава. [14]
Европейский регламент (CE) № 1272/2008 о классификации, маркировке и упаковке веществ и смесей, обновленный Регламентом (CE) № 790/2009, не классифицирует минеральные ватные волокна как опасное вещество, если они соответствуют критериям, определенным в примечании Q.
Европейский совет по сертификации изделий из минеральной ваты EUCEB сертифицирует изделия из минеральной ваты, изготовленные из волокон, соответствующих примечанию Q, гарантируя, что они имеют низкую биостойкость и быстро выводятся из легких. Сертификация основана на рекомендациях независимых экспертов и регулярном контроле химического состава.
Из-за механического воздействия волокон изделия из минеральной ваты могут вызывать временный зуд кожи. Чтобы уменьшить это и избежать ненужного воздействия пыли из минеральной ваты, информация о надлежащей практике доступна на упаковке изделий из минеральной ваты с пиктограммами или предложениями. Инструкции по безопасному использованию, аналогичные паспорту безопасности, также доступны у каждого производителя.
Люди могут подвергаться воздействию минеральных волокон ваты на рабочем месте при вдыхании, контакте с кожей и контакте с глазами. Управление по охране труда и промышленной гигиене (OSHA) установило допустимый предел ( допустимый предел воздействия ) для воздействия минеральных волокон ваты на рабочем месте в размере 15 мг/м 3 общего воздействия и 5 мг/м 3 респираторного воздействия в течение 8-часового рабочего дня. Национальный институт охраны труда и промышленной гигиене (NIOSH) установил рекомендуемый предел воздействия (REL) в размере 5 мг/м 3 общего воздействия и 3 волокна на см 3 в течение 8-часового рабочего дня. [15]
Регистрация, оценка, разрешение и ограничение химических веществ (REACH) — это регламент Европейского союза от 18 декабря 2006 года. REACH касается производства и использования химических веществ и их потенциального воздействия как на здоровье человека, так и на окружающую среду. Форум по обмену информацией о веществах (SIEF) был создан для нескольких типов минеральной ваты. AES, ASW и PCW были зарегистрированы до первого крайнего срока 1 декабря 2010 года и, следовательно, могут использоваться на европейском рынке.
13 января 2010 года некоторые огнеупорные керамические волокна из алюмосиликата и огнеупорные керамические волокна из циркония были включены в список кандидатов на особо опасные вещества . В ответ на обеспокоенность, высказанную в отношении определения и досье, на веб-сайте ECHA для консультаций были размещены два дополнительных досье, что привело к появлению двух дополнительных записей в списке кандидатов. Эта фактическая ситуация (имеющая четыре записи для одного вещества/группы веществ) противоречит предполагаемой процедуре REACH. Помимо этой ситуации, обеспокоенность, высказанная в течение двух периодов консультаций, остается в силе.
Независимо от высказанных опасений включение вещества в список кандидатов немедленно влечет за собой следующие правовые обязательства производителей, импортеров и поставщиков изделий, содержащих это вещество в концентрации более 0,1% (по массе):
Аморфная высокотемпературная минеральная вата (AES и ASW) производится из расплавленного потока стекла, который распыляется струей воздуха высокого давления или путем попадания потока на вращающиеся колеса. Капли втягиваются в волокна; масса как волокон, так и оставшихся капель охлаждается очень быстро, так что кристаллические фазы не могут образоваться.
При установке и использовании аморфной высокотемпературной минеральной ваты в высокотемпературных приложениях, таких как промышленные печи, по крайней мере одна сторона может подвергаться воздействию условий, приводящих к частичному расстекловыванию волокон. В зависимости от химического состава стекловолокна, а также времени и температуры, которым подвергаются материалы, могут образовываться различные стабильные кристаллические фазы.
В после использования высокотемпературной минеральной вате кристаллические кристаллы кремнезема встроены в матрицу, состоящую из других кристаллов и стекол. Экспериментальные результаты биологической активности после использования высокотемпературной минеральной ваты не продемонстрировали какой-либо опасной активности, которая могла бы быть связана с любой формой кремнезема, который она может содержать.
Из-за неразлагаемости минеральной ваты и потенциальных рисков для здоровья разрабатываются материалы-заменители: наиболее известны изоляция из пеньки , льна , шерсти , дерева и пробки . Биоразлагаемость и гигиенический профиль являются основными преимуществами этих материалов. Их недостатками по сравнению с минеральной ватой являются их существенно более низкая устойчивость к плесени, более высокая горючесть и немного более высокая теплопроводность (изоляция из пеньки: 0,040 Вт ·м-1· к -1 , изоляция из минеральной ваты: 0,030-0,045 Вт·м -1 ·к -1 ). [16]
