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Werkstoff aus künstlich hergestellten mineralischen Fasern Aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Mineralwolle bezeichnet einen weichen Werkstoff aus Mineralfasern (künstlich hergestellten mineralischen Fasern). Je nach Ausgangsmaterial unterscheidet man Schlackenwolle, Glaswolle und Steinwolle.
| Mineralwolle[1] | |
|---|---|
 Mineralwollematten | |
| Herkunft | |
| Rohstoffe | siehe Auflistung links |
| Primärenergieverbrauch (Herstellung) | Steinwolle: 150–400 kWh/m³ Glaswolle: 250–500 kWh/m³ |
| Materialeigenschaften | |
| Wärmeleitfähigkeit λ | 0,030–0,045 W/(m·K) |
| Spezifische Wärmekapazität c | 0,840–1 kJ/(kg·K) |
| Rohdichte ρ | Steinwolle: 22–200 kg/m³ Glaswolle: 20–153 kg/m³ |
| Dampfdiffusionswiderstand μ | 1–2 |
| Baustoffklasse | A1 |
| Einsatz | |
| Einsatzbereiche | vor allem Dachdämmung und Kerndämmung |
| Materialkosten | 45–150 €/m³ |
Mineralwolle wird vorwiegend als nichtbrennbarer Dämmstoff für die Wärmedämmung von Häusern eingesetzt. In der Industrie wird sie insbesondere als Schall- und Brandschutz verwendet, z. B. zum Einhüllen von Tanks, Behältern, Heizkesseln und Turbinen. Mineralwolle wird meist als Vliesstoff hergestellt oder in stärkerer Verdichtung als Platten.
Darüber hinaus wird Steinwolle auch als erdeloses Substrat zur Hydrokultur im industriellen Gemüse- und Zierpflanzenanbau eingesetzt (Hors-Sol-Anbau).
Für die Herstellung von Mineralwolle gibt es drei Grundverfahren, die nachfolgend beschrieben werden. Heute werden die Verfahren auch häufig kombiniert zum Schleuder-Ziehverfahren oder Schleuder-Blasverfahren.
Bei allen Verfahren werden die Rohstoffe zwischen 1.200 und 1.600 Grad Celsius geschmolzen.
Mit dem Ziehverfahren werden Endlosfasern hergestellt, die vorwiegend im Textilbereich zum Einsatz kommen. Besonders zu nennen ist hier das Stabtrommelabziehverfahren, das in den 1930er Jahren patentiert wurde, siehe Glasfaser.
Beim Blasverfahren zerfasert die Schmelze durch Anblasen.
Das Schleuderverfahren ähnelt der Herstellung von Zuckerwatte: die Schmelze aus Glas oder Stein wird zu Fasern versponnen, indem sie tröpfchenweise auf eine sich schnell drehende Schwungscheibe treffen und durch die Drehbewegung zu Fasern geschleudert werden. Dabei werden den Fasern Binde- und Imprägniermittel zugesetzt. Es entsteht ein Faservlies, das auf einem Kettenband durch einen Härteofen bei ungefähr 230 °C transportiert wird.
In einem anderen Verfahren wird die Schmelze über schnell rotierende Walzen geführt oder mit Hochdruckbrennern zerfasert.
Die Herstellung von Mineralwolle benötigt Energie u. a. zum Aufschmelzen der Rohstoffe. Die Gütegemeinschaft Mineralwolle e. V. nennt folgende erforderliche Mengen an Primärenergie:
Zum Vergleich:[2]
In diesen Schaumwerkstoffen ist jedoch ein Großteil der Energie chemisch gebunden weiterhin vorhanden, während Mineralwolle keine chemische Energie enthält.
Die Gesteine werden zumeist im Tagebau gewonnen.
Mineralwolle ist beständig gegen Schimmel, Fäulnis und Ungeziefer.
Während Steinwolle eine hohe Temperaturbeständigkeit von in der Regel 1000 °C hat, liegt diese bei konventioneller Glaswolle üblicherweise bei ca. 700 °C. Diese Eigenschaft hat Auswirkungen auf die Eignung des Dämmstoffes bei Abschottungen (z. B. bei Leitungsdurchführungen) bzw. bei der Dämmung von nicht feuerwiderstandsfähigen Tragwerken (in der Regel Stahl- oder Holztragwerke): aus brandschutztechnischen Gründen kann hier der Einsatz der höher temperaturbeständigen Steinwolle notwendig werden.
Steinwolle hat ein höheres akustisches Dämmvermögen und unter oxidierenden Bedingungen auch eine hohe thermische Stabilität. Unter reduzierenden Bedingungen sintert sie bei ca. 800 °C zusammen, was durch eine Wärmevorbehandlung unterbunden werden kann. Steinwolle und Glaswolle aus neuerer Fertigung sind biolöslich in der menschlichen Lunge[3] und somit keine Gesundheitsgefahr.
Glaswolle ist elastisch, Steinwolle dagegen nicht oder kaum. Steinwolle hat eine höhere Rohdichte als Glaswolle – sie wiegt bis zu 200 kg/m³. Das bedeutet:
| Sicherheitshinweise | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Name |
Mineralwolle | ||||||
| |||||||
Die gesundheitliche und arbeitsschutzrechtliche Bewertung von künstlichen Mineralfasern (KMF), zu denen auch Glas- und Steinwollefasern gehören, ist in der Technischen Regel für Gefahrstoffe (TRGS 521) oder in der Gefahrstoffverordnung (GefStoffV) geregelt.
Mineralwolle darf nur noch verkauft oder weitergegeben werden, wenn sie frei von Krebsverdacht ist, das heißt, wenn sie mindestens eine der folgenden Eigenschaften besitzt (Freizeichnungskriterium):
Das auf dem Produkt befindliche RAL-Gütezeichen „Erzeugnisse aus Mineralwolle“ mit Bezug auf die Richtlinie 97/69/EG der Kommission, bestätigt, dass eine Mineralwolle diesen Kriterien genügt.[7]
„Biopersistente Fasern“ (mit geringer Biolöslichkeit) – darunter fallen Glas- oder Steinwollen, die vor etwa 1995 hergestellt oder bis zum 1. Juni 2000 (Herstellungs-, Inverkehrbringungs- und Verwendungsverbot in Deutschland) verbaut wurden und nicht das RAL-Gütezeichen haben – dürfen nach deutscher GefStoffV nicht mehr in Verkehr gebracht, also in Deutschland nicht mehr hergestellt oder verkauft werden. Natürlich sind diese Materialien in vielen Altbauten verbaut. Vor größeren Sanierungs- oder Abbrucharbeiten (siehe TRGS 521) ist daher stets zu prüfen, wie alt das eingebaute Material ist (oder man nimmt vorsichtshalber an, dass es sich um altes Material handelt). Wurde es vor 1995 eingebaut, handelt es sich höchstwahrscheinlich um Material geringerer Biolöslichkeit. Es gelten dann die entsprechenden Arbeitsschutzmaßnahmen gemäß TRGS 521. Handelt es sich dagegen um später eingebautes Material, kann man (zumindest bei Produkten großer Hersteller) davon ausgehen, dass es sich um die neue Generation biolöslicher Mineralwolle handelt. Im Zweifel sollte man den Hersteller fragen, denn der Kanzerogenitätsindex ist nicht das einzige der obengenannten Freizeichnungskriterien.
Aufgrund der hautreizenden Wirkung von Fasern und Staub sollte man beim Zuschneiden und Verbauen von Glas- oder Steinwolle stets Handschuhe und langärmlige Kleidung oder Schutzkleidung (etwa einen Einwegschutzanzug) tragen. Kontaminierte Haut sollte mit kaltem (statt warmem) Wasser gereinigt werden, weil sich die Fasern sonst in den Poren der Haut festsetzen können.
Die Gesteine werden in Steinbrüchen zumeist im Tagebau gewonnen. Das ist mit Eingriffen in Natur und Landschaft verbunden.
Glaswolle und Steinwolle werden in der Regel nicht recycelt, sondern auf Deponien endgelagert.[1] Einzelne Firmen bieten jedoch Systeme nach dem Prinzip Alt-gegen-Neu für sortenreine Mineralwollen an.
Bei der Verwendung von Steinwolle als Kultursubstrat (bei Hydroponik) entstehen große Abfallmengen. Nach einer Saison werden durchwurzelte Steinwolleblöcke oder -säcke deponiert. Für die Niederlande allein fallen (gemäß einer Quelle aus 2008[8]) jährlich etwa 200.000 Kubikmeter Steinwollreste als Abfälle an, die entsorgt werden müssen.
Laut AVV ist zu entsorgen:
In der Industrie werden geschleuderte Fasern zunehmend durch gezogene Fasern mit kontrollierter Geometrie ersetzt, da diese meist neben der gesundheitlichen Unbedenklichkeit auch vibrationsbeständiger sind.
Bedeutende Hersteller von Mineralwolle:
Kleinere Hersteller:
Frühzeitig ist bei der Eisenherstellung beobachtet worden, dass sich beim Durchpressen der Verbrennungsluft an undichten Stellen der Hochofenwand wolleartige Flocken aus Schlackenfasern bildeten.[9] Die Möglichkeit, aus Hochofenschlacke Schlackenwolle herzustellen, ist ab Mitte des 19. Jahrhunderts bekannt.
Erste größere Mengen von Schlackenwolle sind wohl schon 1840 durch Edward Parry in Wales hergestellt worden, aber der Prozess konnte nicht beherrscht werden und wurde deshalb aufgegeben.[10] Laut einer anderen Quelle wurde Schlackenwolle erst 1864 durch George Parry erstmals fabrikmäßig erzeugt, ebenfalls in Wales.[9][11] Die erste kommerzielle Herstellung gelang 1871 im Stahlwerk des Georgs-Marien-Bergwerks- und Hüttenvereins in Georgsmarienhütte.[12][13]
Entgegen kam dieser Art der Verwertung der Schlacke, dass der Bedarf nach hitzeunempfindlichen Dämmstoffen für Rohrleitungs- und Kesseldämmungen in der Industrie ab Mitte des 19. Jahrhunderts stieg, um damit die Wärmeverluste der Maschinen und Apparate zu verringern und somit den Wirkungsgrad zu erhöhen. Gleichzeitig entwickelte sich auch eine Kühlkette in Wirtschaft und Handel, die feuchteunempfindliche Dämmstoffe benötigte.[14] Diesen Anforderungen wurde die Schlackenwolle gerecht.
Jules de Brunfaut entwickelte ab 1849 Glasfasern, die von erhitzten Glasstäben ausgezogen und auf eine Rolle gewickelt wurden.[15] Beim Ablösen von der Rolle zogen sie sich zu spiralförmigen Fasern zusammen. Diese als Glaswolle bezeichneten Fasern wurden ursprünglich zur Textilherstellung entwickelt und u. a. für Textilien und in der Chemie als Filtermaterial verwendet.[15]
Demgegenüber wurde die industrielle Herstellung von Glaswolle ab 1931 durch das Hager-Verfahren von Friedrich Rosengarth und Fritz Hager möglich.[16] Es ähnelt der Herstellung von Zuckerwatte, indem flüssige Glasschmelze über eine rotierende Scheibe zu dünnen Fäden geschleudert und so ein Vlies erzeugt wird. Das Produkt dieses Verfahrens nannte Rosengarth Glaswolle.[17][18] Diese Erfindung machte er in den Jahren 1928/30.[19] Ihm fehlte aber das Kapital, um seine Erfindung zu nutzen. So trat er am 15. Oktober 1931 seine Rechte für „ein Verfahren zum Herstellen von Fasern oder Gespinsten aus Glas, Schlacke und ähnlichen in der Hitze plastischen Stoffen“ an die niederländische Firma Naamlooze Vennootschap Maatschappij tot Beheer en Exploitatie van Octoien N.V. in den Haag ab. An dieser Patentverwertungsgesellschaft war die Firma Saint Gobain beteiligt. Die Erfindung wurde am 30. November 1930 in Deutschland unter der Nummer 539738 patentiert.[20] Zum Verfahren erklärt die Patentschrift unter anderem:
„Die Herstellung von Fäden oder Gespinst aus geschmolzenem Glas (sogenannte Glaswolle) erfolgte bisher auf Spinnmaschinen, auf denen die Fäden von vorbereiteten Glasstäben oder durch Düsen aus der Schmelzmasse gezogen werden, während bei der Herstellung von Schlackenwolle durch Dampf oder Windgebläse die Fäden erzeugt werden. Bei der vorliegenden Erfindung wird ein anderer Weg eingeschlagen, und zwar wird nach dem neuen Verfahren die heiße flüssige Glas- oder Schlackenmasse in möglichst gleichmäßigem dünnem Strome auf eine zweckmäßig waagerechte, schnell rotierende Scheibe aus geeignetem Material geleitet. Die flüssige Masse zerspritzt hierbei in feinste Tropfen, die durch die Fliehkraft abgeschleudert werden und gleichzeitig dünne, feine Fäden bilden, die im Umkreis der umlaufenden Scheibe niedersinken und in gleichmäßiger Schicht aufgetragen werden können.“
Erste Glaswolleprodukte wurden um 1936 in zwei Werken in Deutschland produziert. Das langfaserige Gespinst wurde anfänglich auch Glaswatte genannt.[21] Der Tag der Bekanntmachung über die Erteilung des Patents für tot Beheer war der 26. November 1931. Der Erfinder wurde dabei nicht erwähnt.[20]
Ein ähnliches Verfahren wurde 1933 von Games Slayter bei Owens-Illinois entwickelt.[22]
Carl Grünzweig erfand 1880 die Korkdämmplatte. Bereits zehn Jahre später beschäftigte die Firma Grünzweig & Hartmann in Ludwigshafen 100 Mitarbeiter (siehe auch ISOVER).
1909 entdeckte Max Grünzweig, der Sohn des Gründers, dass Korkgranulat bei Erwärmung ohne Luftzufuhr sein Volumen um ein Mehrfaches vergrößert. Damit konnte das Gewicht der Kork-Dämmmaterialien erheblich reduziert werden.
Mit der Erfindung der Glaswatte in Bergisch Gladbach entstand ein ernsthaftes Konkurrenzprodukt. Man begann daher, intensiv einen Faserstoff aus Materialien zu entwickeln, die dauerhaft zur Verfügung standen. Außerdem sollte das Produkt der Glaswatte überlegen sein.
Nach vielen Schmelzversuchen gelang es 1939 nach vierjähriger Forschungsarbeit aus den Grundbestandteilen Mergel und Kalk einen neuen Dämmstoff aus Mineralfaser zu produzieren, die Steinwolle. Der neue Dämmstoff wurde unter dem Produktnamen „Sillan“ gefertigt als ungeharzte Wolle in loser Form, als Bahn auf Papierunterlage, als Zopf und als Wellmatte.[23]
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