Glaspulver in der Herstellung von Stein/Mineralwolle

Mineralwolle ist ein breiter Begriff, der jedes faserige Material umfasst, das aus dem Spinnen oder Ziehen aus geschmolzenen felsähnlichen Materialien wie
Keramik
und
Gläsern
gebildet wird. Typische Anwendungen für Mineralwolle sind Schallschutz (1) und vor allem Wärmedämmung (2). Eine Art von Mineralwolle ist Steinwolle, auch unter dem Namen des führenden Herstellers Rockwool genannt. Mineralwolle tauchte erstmals in den 1840er Jahren auf, doch erst etwa dreißig Jahre später begann die kommerzielle Produktion in Deutschland. Die erste Mineralwolle, die für hochtemperaturdämmende Zwecke geeignet ist, wurde in den 1950er Jahren kommerziell erhältlich gemacht.

roll of rockwool insulation
Steinwolle Rohrisolierung

Typische Kompositionen

Im Großen und Ganzen besteht Mineral-/Steinwolle aus natürlichen Materialien (z. B. entzündende Gesteine wie Basalt) und in der Regel in der Größenordnung von 30 Gewichtsrecycelten wie gemahlenem Glas, Sand oder anderen ähnlichen Aggregaten. Die Waage besteht aus Phenolharzen, die als Bindemittel fungieren, und Mineralöl, das das Kleben verhindert. Kommerzielle Mineralwolle unterliegt strengen EU-Vorschriften EN 13162 und EN 13500(3).

Mineralwolle niert sich, indem die Bestandteile zu einem geschmolzenen glasähnlichen Material zusammengeschmolzen und anschließend in eine wollartige Struktur gesponnen und getrocknet werden. Diese Struktur fängt Luft und es ist dies, die Wärmedämmung bietet, da Luft ein schlechter Leiter der Wärme ist.

Auswirkungen der Zugabe von Glaspulver

Wie bei anderen faserigen Materialien, die aus geschmolzenen glasigen oder glasähnlichen Substanzen hergestellt werden, hat Steinwolle oft eine Vielzahl von Materialien hinzugefügt, um entweder die Eigenschaften zu verbessern, Kosten zu senken, die Produktionseffizienz zu erhöhen - und oft eine Kombination aus allen dreien. Das gängigste Additiv ist gemahlenes Glas
(Glaspulver
)(4). Oft in der Mineralwolleherstellung wird gemahlenes Glas hinzugefügt, um einige der anderen Materialien zu ersetzen, wobei häufig für eine Senkung der erforderlichen Schmelztemperatur verantwortlich ist.

Bei der Herstellung von Stein-Mineralwolle aus gemahlenem Glas liegt die Betriebstemperatur bei ca. 1.500 °C, das ist viel niedriger als der Schmelzpunkt von frischem Kieselsäure. Insgesamt verhält sich die Verwendung von Gemahlenglas wie ein Fluss, der eine niedrigere Gesamtschmelztemperatur sicherstellt und so die Zeit zum Heizen und die benötigte Energiemenge spart(5).

Nahaufnahme von Rockwool

Einer der Vorteile der Verwendung von Glaspulvern in der gesponnenen Wollfaser-Isolierproduktion besteht darin, dass die Ausstreuung der Schmelze abnimmt, was zu einem effizienteren Spinnprozess führt. Darüber hinaus hat zusätzliches Gemahlenglas keine nachteiligen Auswirkungen auf die Alkalibeständigkeit(6).

Glaspulver gilt als preiswertes Material, und während typische Rohstoffe für Steinwolle relativ günstig sind, müssen sie abgebaut werden. Bodenglas wird entweder als Nebenprodukt oder aus Recycling-/Abfallströmen bezogen, wodurch dadurch abfallverschwendend und kostensenkend ist(7,8). Ein gemeinsames Thema unter faserigen Materialien, die zumindest teilweise aus gemahlenem Glas stammen, ist eine zusätzliche Dimension der Festigkeit, die selbst im Laufe der Zeit zu einer dauerhaften Haltbarkeit führen kann(9).

Wenn das Glaspulver, das einer Mineralwollezusammensetzung zugesetzt wird, aus der Borosilikatsorte stammt (d. h. während seiner eigenen Herstellung wurde ein Teil der Kieselsäure durch Boroxide ersetzt), dann kann die resultierende Mineralwolle noch höhere Haltbarkeitsgrade genießen(10). Die Kontamination von gemahlenem Glas darf 10 ppm Eisenmetalle und 20 ppm Nichteisenmetalle für die Verwendung in Stein-/Mineralwolleanwendungen nicht überschreiten(11).

Neben der oben genannten Senkung der Schmelztemperatur ist die Umleitung von Glasabfällen/Scherben von Deponien ein erheblicher Umweltvorteil. Mineralwolle enthält nach Us-Energieministerium durchschnittlich 75 % recycelte Materialien(12). Die Quelle des Hauptaggregatmaterials (Basalt) kann auch aus Abfallströmen stammen, z. B. Minenablagerungen(13).

Steinwolle-Isolierung wird installiert

Überlegungen/Anwendungen

Die häufigste Verwendung für Steinwolle ist in der Gebäudeisolierung, wo es als überlegen in der Leistung zu Glasfaser (Glaswolle) Isolierung in der Größenordnung von etwa 30% betrachtet wird, was bedeutet, dass weniger pro Einheit der Fläche der Isolierung erforderlich verwendet werden muss.

Harzgebundene Platten werden zu einer häufigen Verwendung für faserige Dämmstoffe. Ein Pad aus Steinwolle wird zwischen Stücken von Spanplatten, Blech oder anderen Brettern eingeklemmt und mit einem Harz gesetzt. Diese Strukturen können, je nach Wahl des Boards, strukturell sein. Bemerkenswert ist jedoch, dass sie im Vergleich zu einfacher Steinwolle weit überlegene Isolationseigenschaften aufweisen(14). Darüber hinaus verringerte die Verwendung von Steinwolle die Entflammbarkeit - obwohl eine verminderte Zündbarkeit mit einer Abnahme der mechanischen Festigkeitverbunden ist(15).

Unter seinen Faserstoffen wird Steinwolle aufgrund ihrer geringen Brennbarkeit häufig als feuerbeständiges Material(16) und auch als Ofenisolierung/-auskleidung verwendet(17).

Steinwolle hat eine schöne, aber wachsende Verwendung im Gartenbau als Medium für den Anbau von Pflanzen gefunden. Die poröse Natur des Gesamtmaterials wird als nützlich für die effiziente Bewässerung und Entwässerung verschiedener blühender und fruchtproduzierender Pflanzen angegeben(18).

Steinwolle ist ein faseriges Material und unter bestimmten Bedingungen können Fasern von der Masse gelöst werden und durch die Luft gehen und in die Lunge gelangen. Bei der Herstellung und Montage von Steinwolle ist es daher zwingend erforderlich, sicherzustellen, dass keine Fasern in die Atemwege der Arbeiter gelangen dürfen, die größer als eine Spurmenge sind.

Gießerei mit Kohlestaub

Beratung von Manganoxid

  • Mineralwolle (Steinwolle) ist ein weit verbreitetes Material für die Isolierung
  • Steinwolle besteht aus gemahlenen Mineralien (Basalt) und Glas, die eingeschmolzen und zu einem Wollmaterial gesponnen wurden
  • Das Hinzufügen von Glas in die Mischung senkt nicht nur die Kosten, sondern senkt auch die Gesamtschmelztemperatur, reduziert das materialgebundene Material und erhöht die Haltbarkeit
  • Bodenglas wird Steinwolle-Produktionsmischungen in der Regel etwa 30 Gewichtsprozent zugesetzt
  • Steinwolle übertrifft Glasfaserisolierung; bis zu 75% der Steinwolle kann aus recycelten Quellen stammen
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Verweise

1 P. H. Parkin et al., Acoustics, Noise and Buildings, Faber and Faber, London, 1979

2 J. A. Schaeffer, Ind. Eng. Chem.Transportjahr 1935, 27, 1298

3 R. Gellert, Anorganische mineralische Materialien zur Isolierung in Gebäuden, in: M. R. Hall (Ed.) Materialien für Energieeffizienz und thermischen Komfort in Gebäuden, CRC Press, Boston, 2010

4 T. K. Pavulshkina und N. G. Kisilenko, Glas und Keramik, 2011, 68, 5

5 R. Farel et al., Ressourcen Conserv. Recycl., 2013, 74, 54

6 V. I. Onishchuk et al., Glas und Keramik, 1999, 56, 5

7 P. W. Johnson and J. A. Barclay, Economic Studies of Uses of the Glass' Fractions from Municipal Incinerator Residues, Bureau of Mines, US Department of the Interior, Washington DC, 1973

8 R. K. Collings et al., Mineralabfallnutzungsstudien, in: Fourth Mineral Waste Utilisation Symposium, Chicago, 1974

9 K. Sonsakul und W. Boongsood, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2017, 273, 12006

10 H. Sieben et al., Abfallendekriterien für Glasscherben: technische Vorschläge, GFS-IPTS, Europäische Kommission, Sevilla, 2011

11 Glas für Europa, Recycling von Glas aus Bau- und Abbruchabfällen, Europäische Kommission, Luxemburg, 2005

12 US Department of Energy (online), Insulation Materials, abgerufen 16 Mar 2020, https://www.energy.gov/energysaver/weatherize/insulation/insulation-materials

13 M. Pelino et al. Int. J. Mineralprozess.Transportjahr 1998, 53, 121

14 M. Vacula et al., Adv. Mater. Res., 2014, 923, 195

15 P. Borysiuk et al., Eur. J. Wood und Wood Prod., 2011, 69, 337

16 A. Tugnoli et al., Int. J. Thermal Sci., 2019, 136, 107

17 A. K. Bose und M. R. K. Rao, Faserisolierungs-Feuerfeste in Wiedererwärmungsöfen, in: Proc. Indische Keramik Soc, Jamshedpur, Indien, 1978

18 C. Sonneveld und G. W. H. Welles, Pflanze und Boden, 1988, 111, 37