La lana mineral es cualquier material fibroso formado por hilado o estirado de materiales minerales o rocosos fundidos, como escorias y cerámicas . [1]
Las aplicaciones de la lana mineral incluyen aislamiento térmico (como aislamiento estructural y aislamiento de tuberías ), filtración , insonorización y medio de crecimiento hidropónico .
La lana mineral también se conoce como fibra mineral , 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 . Europa [ ¿quién? ] también incluye lana de vidrio que, junto con la fibra cerámica , son fibras enteramente artificiales que pueden adoptar diferentes formas y tienen puntas 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 en la fábrica con la más mínima brisa y se volvía tan perjudicial para los hombres que el proceso tuvo que ser abandonado". [2] Un método para fabricar lana mineral fue patentado en los Estados Unidos en 1870 por John Player [3] y producido comercialmente por primera vez en 1871 en Georgsmarienhütte en Osnabrück , Alemania . El proceso implicó soplar una fuerte corriente de aire a través de un flujo descendente de escoria de hierro líquida que era similar a la aparición natural de finas hebras de escoria volcánica del Kilauea llamadas cabello de Pele creadas por fuertes vientos que desintegran 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 los Estados Unidos en 1942, pero no fue comercialmente viable hasta aproximadamente 1953. En las décadas de 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 su uso como aislamiento de altas temperaturas y generalmente definida 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 una disponibilidad limitada, se utiliza casi exclusivamente en aplicaciones y procesos industriales de alta temperatura. [ cita necesaria ]
La temperatura de clasificación es la temperatura a la que no se excede una cierta cantidad de contracción lineal (generalmente 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. Dependiendo del tipo de producto, el valor no podrá exceder del dos por ciento para tableros y productos moldeados y del cuatro por ciento para tapetes y papeles.
La temperatura de clasificación se especifica en pasos de 50 °C desde 850 °C hasta 1600 °C. La temperatura de clasificación no significa que el producto pueda utilizarse de forma continua a esta temperatura. En el campo, la temperatura de aplicación continua de lana mineral amorfa de alta temperatura (AES y ASW) suele ser de 100 °C a 150 °C por debajo de la temperatura de clasificación. Los productos fabricados con lana policristalina generalmente se pueden utilizar hasta la temperatura de clasificación. [ cita necesaria ]
Existen varios tipos de lana mineral de alta temperatura elaborados a partir de diferentes tipos de minerales. El mineral elegido da como resultado diferentes propiedades del material y temperaturas de clasificación.
La lana AES consiste en fibras de vidrio amorfas que se producen al fundir una combinación de óxido de calcio (CaO-), óxido de magnesio (MgO-) y dióxido de silicio (SiO 2 ). Los productos elaborados 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 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 al fundir una combinación de óxido de aluminio (Al 2 O 3 ) y dióxido de silicio (SiO 2 ), generalmente en una proporción en peso de 50:50 (ver también VDI 3469 partes 1 y 5, [7] así como TRGS 521). Los productos elaborados con lana de silicato de aluminio se utilizan generalmente a temperaturas de aplicación superiores a 900 °C para equipos que operan de forma intermitente y en condiciones críticas de aplicación (ver Norma Técnica TRGS 619). [ cita necesaria ]
La lana policristalina consiste en fibras que contienen óxido de aluminio (Al 2 O 3 ) en más del 70 por ciento del total de 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 químicas y físicas críticas de aplicación.
Kaowool es un tipo de lana mineral de alta temperatura elaborada 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 1.650 °C (3.000 °F). [8]
La lana de roca es un horno elaborado a partir de roca fundida a una temperatura de aproximadamente 1600 °C, a través del 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 giratorios de alta velocidad, algo parecido 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 presionan 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 los convierte en materiales de construcción comunes cuando se requiere protección pasiva contra incendios , utilizándose como ignifugación en aerosol , en montantes. cavidades en ensamblajes de paneles de yeso y como materiales de embalaje en cortafuegos .
Otros usos son en paneles adheridos 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 forma, sin aglutinante. La fibra como tal se utiliza como materia prima para sus fines de refuerzo en diversas aplicaciones, como materiales de fricción, juntas, plásticos y revestimientos .
Los productos de lana mineral pueden diseñarse para contener grandes cantidades de agua y aire que ayuden al crecimiento de las raíces y la absorción de nutrientes en hidroponía ; su naturaleza fibrosa también proporciona una buena estructura mecánica para mantener estable la planta. El pH naturalmente alto de la lana mineral la hace inicialmente inadecuada para el crecimiento de las plantas y requiere un "acondicionamiento" para producir una lana con un pH estable y apropiado. [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 aislamiento y revestimiento de hornos industriales y fundiciones para mejorar la eficiencia y la seguridad. También se utiliza para prevenir 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 su alta capacidad de resistencia al calor por peso, pero tiene la desventaja de ser más cara que otros. métodos.
La Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) examinó la carcinogenicidad de las fibras minerales artificiales en octubre de 2002. [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 humanos" ( Grupo 2B ). Entre ellas se incluyen las fibras cerámicas refractarias, que se utilizan industrialmente como aislamiento en entornos de alta temperatura, como los altos hornos , y determinadas lanas de vidrio para fines especiales que no se utilizan como materiales aislantes. Por el contrario, las lanas de fibra vítrea más utilizadas y producidas desde 2000, incluidas la lana de vidrio aislante, la lana de roca y la lana de escoria, se consideran "no clasificables como cancerígenas en humanos" ( Grupo 3 ).
Se producen fibras altamente biosolubles que no causan daño a la célula humana. Estos materiales más nuevos han sido probados para determinar su carcinogenicidad y se ha descubierto que la mayoría no son cancerígenos. La IARC decidió no hacer una evaluación general de las fibras recientemente desarrolladas y diseñadas para ser menos biopersistentes, como el silicato alcalinotérreo 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 se han probado parecen tener un bajo potencial carcinogénico 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 sustancias peligrosas si cumplen los criterios definidos en su Nota P.
El Consejo 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 del pulmón. La certificación se basa en el asesoramiento de expertos independientes y en un control periódico de la composición química.
Debido al efecto mecánico de las fibras, los productos de lana mineral pueden provocar picazón temporal en la piel. Para disminuir esto y evitar una exposición innecesaria al polvo de lana mineral, en los envases de los productos de lana mineral hay información sobre buenas prácticas disponible con pictogramas o frases. Cada fabricante también dispone de hojas de instrucciones de uso seguro similares a las hojas de datos de seguridad.
Las personas pueden quedar expuestas a las fibras de lana mineral en el lugar de trabajo al inhalarlas, al contacto con la piel y con los ojos. La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) ha establecido el límite legal ( límite de exposición permisible ) para la exposición a la fibra de lana mineral en el lugar de trabajo en 15 mg/m 3 de exposición total y 5 mg/m 3 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/m 3 de exposición total y 3 fibras por cm 3 durante una jornada laboral de 8 horas. [15]
El registro, evaluación, autorización y restricción de sustancias químicas (REACH) es un reglamento de la Unión Europea del 18 de diciembre de 2006. REACH aborda la producción y el uso de sustancias químicas y sus posibles impactos tanto en la salud humana como en el medio ambiente. Se ha creado un Foro de Intercambio de Información sobre Sustancias (SIEF) para varios tipos de lana mineral. AES, ASW y PCW se registraron 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 de las fibras cerámicas refractarias de aluminosilicato y fibras cerámicas refractarias de aluminosilicato de circonio se incluyeron en la lista candidata de Sustancias extremadamente preocupantes . En respuesta a las inquietudes planteadas con la definición y el expediente, se publicaron dos expedientes adicionales en el sitio web de la ECHA para su consulta y dieron lugar a dos entradas adicionales en la lista de candidatos. Esta situación real (tener cuatro entradas para una sustancia/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 de los fabricantes, importadores y proveedores de artículos que contienen 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 aerosoliza mediante un chorro de aire a alta presión o dejando que la corriente incida sobre ruedas giratorias. Las gotitas se convierten en fibras; la masa de ambas fibras y las gotas restantes se enfrían muy rápidamente de modo que no se pueden formar fases cristalinas.
Cuando se instala y utiliza lana mineral amorfa de alta temperatura en aplicaciones de alta temperatura, como hornos industriales, al menos una cara puede quedar expuesta a condiciones que provocan que las fibras se desvitrifiquen parcialmente. Dependiendo de la composición química de la fibra de vidrio y del tiempo y temperatura a la que se exponen los materiales, se pueden formar diferentes fases cristalinas estables.
En la lana mineral de alta temperatura posterior al uso, los cristales de sílice cristalina se incrustan en una matriz compuesta por otros cristales y vidrios. Los resultados experimentales sobre la actividad biológica de la lana mineral de alta temperatura 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 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 sanitario 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 mayor (aislamiento de cáñamo: 0,040 Wm -1 k -1 , aislamiento de lana mineral: 0,030-0,045 Wm -1 k -1 ). [dieciséis]
