La lana mineral es cualquier material fibroso formado mediante hilado o estirado de materiales minerales o rocosos fundidos, como escoria y cerámica . [1]
Las aplicaciones de la lana mineral incluyen aislamiento térmico (tanto como aislamiento estructural como de tuberías ), filtración , insonorización y medio de crecimiento hidropónico .
La lana mineral también se conoce como algodón mineral , fibra mineral , fibra mineral sintética (MMMF) y fibra vítrea sintética (MMVF).
Los productos específicos de lana mineral son la lana de roca y la lana de escoria . En Europa [¿ quién? ] también se incluye la lana de vidrio que, junto con la fibra cerámica , son fibras completamente artificiales que se pueden fabricar en diferentes formas y son puntiagudas al tacto.
La lana de escoria fue fabricada por primera vez en 1840 en Gales por Edward Parry, "pero no parece que se haya hecho ningún esfuerzo para confinar la lana después de la producción; en consecuencia, flotaba por las fábricas con la más mínima brisa y se volvió tan perjudicial para los trabajadores que el proceso tuvo que abandonarse". [2] Un método para fabricar lana mineral fue patentado en los Estados Unidos en 1870 por John Player [3] y se produjo por primera vez comercialmente en 1871 en Georgsmarienhütte en Osnabrück, Alemania . El proceso implicaba soplar una fuerte corriente de aire a través de un flujo descendente de escoria de hierro líquido que era similar a la aparición natural de finas hebras de escoria volcánica del Kilauea, llamadas cabello de Pele, creadas por fuertes vientos que soplan en pedazos la escoria durante una erupción. [3]
Según un fabricante de lana mineral, la primera lana mineral destinada a aplicaciones de alta temperatura se inventó en Estados Unidos en 1942, pero no fue comercialmente viable hasta aproximadamente 1953. En los años 1970 y 1980 estuvieron disponibles más formas de lana mineral. [4]
La lana mineral de alta temperatura es un tipo de lana mineral creada para usarse como aislamiento de alta temperatura y que generalmente se define como resistente a temperaturas superiores a 1000 °C. Este tipo de aislamiento se suele utilizar en hornos industriales y fundiciones. Debido a que la lana mineral de alta temperatura es costosa de producir y tiene disponibilidad limitada, se utiliza casi exclusivamente en aplicaciones y procesos industriales de alta temperatura. [ cita requerida ]
La temperatura de clasificación es la temperatura a la que no se supera una determinada cantidad de contracción lineal (normalmente del dos al cuatro por ciento) después de un tratamiento térmico de 24 horas en un horno de laboratorio calentado eléctricamente en una atmósfera neutra. Según el tipo de producto, el valor no puede superar el dos por ciento para los tableros y productos moldeados y el cuatro por ciento para los tapetes y papeles.
La temperatura de clasificación se especifica en pasos de 50 °C, comenzando en 850 °C y hasta 1600 °C. La temperatura de clasificación no significa que el producto pueda usarse de manera continua a esta temperatura. En el campo, la temperatura de aplicación continua de la lana mineral amorfa de alta temperatura (AES y ASW) es típicamente de 100 °C a 150 °C por debajo de la temperatura de clasificación. Los productos hechos de lana policristalina generalmente pueden usarse hasta la temperatura de clasificación. [ cita requerida ]
Existen varios tipos de lana mineral de alta temperatura fabricados a partir de distintos tipos de minerales. El mineral elegido da como resultado diferentes propiedades del material y temperaturas de clasificación.
La lana AES está compuesta por fibras de vidrio amorfas que se producen fundiendo una combinación de óxido de calcio (CaO−), óxido de magnesio (MgO−) y dióxido de silicio (SiO 2 ). Los productos fabricados con lana AES se utilizan generalmente en equipos que funcionan de forma continua y en electrodomésticos. Algunas formulaciones de lana AES son biosolubles, lo que significa que se disuelven en los fluidos corporales en unas pocas semanas y se eliminan rápidamente de los pulmones. [5] [6]
La lana de silicato de aluminio, también conocida como fibra cerámica refractaria (RCF), consiste en fibras amorfas producidas mediante la fusión de una combinación de óxido de aluminio (Al2O3 ) y dióxido de silicio (SiO2 ) , generalmente en una relación de peso de 50:50 (consulte también VDI 3469 Partes 1 y 5, [7] así como TRGS 521). Los productos hechos de lana de silicato de aluminio se utilizan generalmente a temperaturas de aplicación superiores a 900 °C para equipos que funcionan de manera intermitente y en condiciones de aplicación críticas (consulte las Reglas técnicas TRGS 619). [ cita requerida ]
La lana policristalina está formada por fibras que contienen óxido de aluminio (Al2O3 ) en más del 70 por ciento 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. [7] La lana policristalina se utiliza generalmente a temperaturas de aplicación superiores a 1300 °C y en condiciones de aplicación químicas y físicas críticas.
Kaowool es un tipo de lana mineral de alta temperatura hecha 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. [4] Puede soportar temperaturas cercanas a los 1650 °C (3000 °F). [8]
La lana de roca es un producto de horno de roca fundida 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 el hilado de roca fundida en cabezales de hilado de alta velocidad, de manera similar al proceso utilizado para producir algodón de azúcar . El producto final es una masa de fibras finas 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 la formación de polvo.
Aunque las fibras individuales conducen muy bien el calor, cuando se prensan en rollos y láminas, su capacidad para dividir el aire las convierte en excelentes aislantes y absorbentes de sonido . [9] [10] Aunque no son inmunes a los efectos de un incendio suficientemente caliente, la resistencia al fuego de la fibra de vidrio , la lana de roca y las fibras cerámicas las convierte en materiales de construcción comunes cuando se requiere protección pasiva contra incendios , y se utilizan como ignifugante en aerosol , en cavidades de montantes en conjuntos de paneles de yeso y como materiales de embalaje en cortafuegos .
Otros usos son en paneles unidos con resina, como relleno en compuestos para juntas , en pastillas de freno , en plásticos en la industria automotriz , como medio filtrante y como medio de crecimiento en hidroponía .
Las fibras minerales se producen de la misma manera, sin aglutinante. La fibra como tal se utiliza como materia prima para fines de refuerzo en diversas aplicaciones, como materiales de fricción, juntas, plásticos y revestimientos .
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 hidroponía ; su naturaleza fibrosa también proporciona una buena estructura mecánica para mantener estable a la planta. El pH naturalmente alto de la lana mineral hace que inicialmente no sea adecuada para el crecimiento de las plantas y requiere "acondicionamiento" para producir una lana con un pH apropiado y estable. [12] : 16 Los métodos de acondicionamiento incluyen remojar previamente la lana mineral en una solución nutritiva ajustada a un pH de 5,5 hasta que deje de burbujear.
La lana mineral de alta temperatura se utiliza principalmente para el aislamiento y revestimiento de hornos industriales y fundiciones para mejorar la eficiencia y la seguridad. También se utiliza para evitar la propagación del fuego. [5]
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 sus altas capacidades de resistencia al calor por peso, pero tiene la desventaja de ser más costoso que otros métodos.
En octubre de 2002, la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) revisó la carcinogenicidad de las fibras minerales artificiales. [13] El grupo de trabajo de la Monografía de la IARC concluyó que sólo los materiales más biopersistentes siguen clasificados por la IARC como "posiblemente cancerígenos para los seres humanos" ( Grupo 2B ). Entre ellos se incluyen las fibras cerámicas refractarias, que se utilizan industrialmente como aislantes en entornos de alta temperatura, como los altos hornos , y ciertas lanas de vidrio para usos especiales 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 carcinogenicidad en seres humanos" ( Grupo 3 ).
Se producen fibras altamente biosolubles que no causan daño a las células humanas. Estos materiales más nuevos han sido probados para determinar su carcinogenicidad y la mayoría ha demostrado no ser cancerígenos. El IARC decidió no hacer una evaluación general de las fibras recientemente desarrolladas diseñadas para ser menos biopersistentes, como las lanas de silicato alcalinotérreo o las lanas con alto contenido de alúmina y bajo contenido de sílice. Esta decisión se tomó en parte porque no había datos disponibles en humanos, aunque las fibras que se han probado parecen tener un bajo potencial cancerígeno en animales de experimentación, y porque el Grupo de Trabajo tuvo dificultades para categorizar estas fibras en grupos significativos según su composición química. [14]
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 que tienen una baja biopersistencia y que se eliminan rápidamente de los pulmones. La certificación se basa en el asesoramiento de expertos independientes y en un control regular de la composición química.
Debido al efecto mecánico de las fibras, los productos de lana mineral pueden provocar picores temporales en la piel. Para reducir este efecto y evitar una exposición innecesaria al polvo de lana mineral, en los envases de los productos de lana mineral se incluye información sobre buenas prácticas con pictogramas o frases. También se encuentran disponibles en cada fabricante hojas de instrucciones de uso seguro similares a las hojas de datos de seguridad.
Las personas pueden estar expuestas a las fibras de lana mineral en el lugar de trabajo al respirarlas, por contacto con la piel y 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 de 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. [15]
El Reglamento REACH ( Registro, evaluación, autorización y restricción de sustancias y preparados químicos ) es un reglamento de la Unión Europea de 18 de diciembre de 2006. El REACH aborda la producción y el uso de sustancias químicas y sus posibles efectos sobre la salud humana y el medio ambiente. Se ha creado un foro de intercambio de información sobre sustancias (SIEF) para varios tipos de lanas minerales. Las lanas minerales AES, ASW y PCW se han registrado antes de la primera fecha límite del 1 de diciembre de 2010 y, por lo tanto, pueden utilizarse en el mercado europeo.
El 13 de enero de 2010, algunas fibras cerámicas refractarias de aluminosilicato y fibras cerámicas refractarias de aluminosilicato de circonio se incluyeron en la lista de sustancias candidatas extremadamente preocupantes . En respuesta a las preocupaciones planteadas con respecto a la definición y el expediente, se publicaron dos expedientes adicionales en el sitio web de la ECHA para su consulta, lo que dio lugar a dos entradas adicionales en la lista de sustancias candidatas. Esta situación actual (con cuatro entradas para una sustancia o grupo de sustancias) es contraria al procedimiento REACH previsto. Aparte de esta situación, las preocupaciones planteadas durante los dos períodos de consulta siguen siendo válidas.
Independientemente de las preocupaciones planteadas, la inclusión de una sustancia en la lista de candidatos desencadena inmediatamente las siguientes obligaciones legales para los fabricantes, importadores y proveedores de artículos que contengan esa sustancia en una concentración superior al 0,1 % (p/p):
La lana mineral amorfa de alta temperatura (AES y ASW) se produce a partir de una corriente de vidrio fundido que se pulveriza mediante un chorro de aire a alta presión o al dejar que la corriente incida sobre ruedas giratorias. Las gotitas se absorben en las fibras; la masa de las fibras y las gotitas restantes se enfrían muy rápidamente, de modo que no se pueden formar fases cristalinas.
Cuando se instala lana mineral amorfa de alta temperatura y se utiliza en aplicaciones de alta temperatura, como hornos industriales, al menos una de sus caras puede quedar expuesta a condiciones que provoquen 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 expongan los materiales, pueden formarse diferentes fases cristalinas estables.
En la lana mineral resistente a altas temperaturas después de su uso, los cristales de sílice cristalinos están incrustados en una matriz compuesta por otros cristales y vidrios. Los resultados experimentales sobre la actividad biológica de la lana mineral resistente a altas temperaturas después de su uso no han demostrado ninguna actividad peligrosa que pueda estar relacionada con cualquier forma de sílice que pueda contener.
Debido a la no degradabilidad de la lana mineral y los riesgos potenciales 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, mayor combustibilidad y conductividad térmica ligeramente mayor (aislamiento de cáñamo: 0,040 Wm -1 k -1 , aislamiento de lana mineral: 0,030-0,045 Wm -1 k -1 ). [16]
