ミネラルウール

ミネラルウールは、スラグやセラミックなどの溶融鉱物や岩石材料を紡いだり引き伸ばしたりして形成された繊維材料です。^[1]

ミネラルウールの用途には、断熱材（構造断熱材とパイプ断熱材の両方）、濾過材、防音材、水耕栽培用培地などがあります。

ミネラルウールは、ミネラルコットン、ミネラルファイバー、人造ミネラルファイバー(MMMF)、人造ガラス繊維(MMVF)とも呼ばれます。

ミネラルウールの具体的な製品としては、ストーンウールとスラグウールがあります。ヨーロッパでは^{[誰? ]、}グラスウールも製造されています。グラスウールはセラミックファイバーとともに、さまざまな形に加工でき、触るととがった形をしている完全に人工的な繊維です。

スラグウールは1840年にウェールズでエドワード・パリーによって初めて作られたが、「生産後にウールを閉じ込める努力はなされなかったようで、その結果、ウールはわずかな風でも工場内を漂い、作業員に非常に有害となったため、この工程は断念せざるを得なかった」^[2] 。ミネラルウールの製造方法は、1870年に米国でジョン・プレーヤーによって特許が取得され^{[3] 、1871年に}ドイツのオスナブリュックにあるゲオルグスマリエンヒュッテで初めて商業的に生産された。この工程では、落下する液体鉄スラグの流れに強い空気流を吹き付ける。これは、キラウエア火山の噴火時に強風がスラグを吹き飛ばしてできた、ペレの髪と呼ばれる火山スラグの細い糸の自然発生に似ていた。 ^[3]

ミネラルウール製造業者によると、高温用途向けの最初のミネラルウールは1942年に米国で発明されましたが、1953年頃まで商業的に実現可能ではありませんでした。1970年代と1980年代には、より多くの形態のミネラルウールが利用可能になりました。^[4]

高温ミネラルウールは、高温断熱材として使用するために作られたミネラルウールの一種で、一般的に 1,000 °C を超える温度に耐えられるものとして定義されています。このタイプの断熱材は通常、工業炉や鋳造所で使用されます。高温ミネラルウールは製造コストが高く、入手が限られているため、高温の工業用途やプロセスでのみ使用されています。^{[引用が必要]}

分類温度とは、中性雰囲気の電気加熱実験室オーブンで 24 時間熱処理した後、一定量の線状収縮 (通常 2 ～ 4%) を超えない温度です。製品の種類によっては、ボードや成形品の場合は 2%、マットや紙の場合は 4% を超えない場合があります。

分類温度は、850 °C から 1600 °C まで 50 °C 刻みで指定されます。分類温度は、製品をこの温度で連続的に使用できることを意味するものではありません。現場では、非晶質高温ミネラルウール (AES および ASW) の連続使用温度は、通常、分類温度より 100 °C ～ 150 °C 低い温度です。多結晶ウールで作られた製品は、通常、分類温度まで使用できます。^{[引用が必要]}

耐熱性ミネラルウールには、さまざまな種類の鉱物から作られたいくつかの種類があります。選択した鉱物によって、材料特性と分類温度が異なります。

AESウールは、酸化カルシウム（CaO−）、酸化マグネシウム（MgO−）、二酸化ケイ素（SiO ₂）の組み合わせを溶融して生成される非晶質ガラス繊維で構成されています。AESウールで作られた製品は、通常、連続的に動作する機器や家庭用電化製品に使用されます。AESウールのいくつかの配合は生体溶解性であり、数週間以内に体液に溶解し、肺からすぐに排出されます。^{[5] [6]}

アルミノケイ酸塩ウールは、耐火セラミック繊維（RCF）としても知られ、酸化アルミニウム（Al ₂ O ₃）と二酸化ケイ素（SiO ₂）の組み合わせを溶融して製造される非晶質繊維で、通常は重量比50:50です（VDI 3469パート1および5、^[7] 、およびTRGS 521も参照）。アルミノケイ酸塩ウールで作られた製品は、通常、断続的に動作する機器や重要な適用条件で900℃を超える適用温度で使用されます（技術規則TRGS 619を参照）。^{[引用が必要]}

多結晶ウールは、全原料の70％以上が酸化アルミニウム（Al ₂ O _{3 ）を含む繊維で構成され、水性紡糸溶液から}ゾルゲル法で製造されます。前駆体として得られた水溶性グリーン繊維は、熱処理によって結晶化されます。^[7]多結晶ウールは、通常、1300℃を超える使用温度と、重要な化学的および物理的使用条件で使用されます。

カオウールは、カオリン鉱物から作られた高温ミネラルウールの一種です。これは最初に発明された高温ミネラルウールの一種であり、21世紀まで使用されています。^[4] 1,650℃（3,000℉）近くの温度に耐えることができます。^[8]

ストーンウールは、約 1600 °C の温度の溶融岩石を炉で加熱し、空気または蒸気の流れを吹き込むことで作られる製品です。より高度な製造技術では、高速回転ヘッドで溶融岩石を回転させますが、これは綿菓子の製造に似たプロセスです。最終製品は、通常直径 2 ～ 6マイクロメートルの、細かく絡み合った繊維の塊です。ミネラルウールには、バインダー(多くの場合、ターポリマー)と、粉塵の発生を抑えるオイルが含まれている場合があります。

個々の繊維は熱伝導性が非常に高いのですが、ロールやシートに圧縮すると、空気を仕切る能力により、優れた断熱材や吸音材になります。^{[9] [10]}十分に高温の火災の影響を受けないわけではありませんが、グラスファイバー、ロックウール、セラミックファイバーは耐火性があるため、受動的な防火が必要な場合には一般的な建築材料となり、スプレー防火材、乾式壁アセンブリのスタッドキャビティ、防火壁の梱包材として使用されます。

その他の用途としては、樹脂結合パネル、ガスケットの化合物の充填材、ブレーキパッド、自動車産業のプラスチック、濾過媒体、水耕栽培の培地などがあります。

鉱物繊維も同様の方法で製造されますが、結合剤は使用されません。この繊維は、摩擦材、ガスケット、プラスチック、コーティングなど、さまざまな用途で強化目的の原料として使用されます。

ミネラルウール製品は、水耕栽培において根の成長と養分吸収を助ける大量の水と空気を保持するように設計することができる。また、その繊維質の性質は、植物を安定に保つための優れた機械的構造を提供する。ミネラルウールはもともとpHが高いため、最初は植物の成長に適さず、適切で安定したpHのウールを生成するために「コンディショニング」が必要である。^{[12] : 16}コンディショニング方法には、ミネラルウールをpH 5.5に調整した栄養溶液に泡立ちが止まるまで事前に浸す方法がある。

耐熱ミネラルウールは主に工業炉や鋳造所の断熱材やライニングとして使用され、効率性と安全性を向上させます。また、火災の延焼を防ぐためにも使用されます。^[5]

耐熱ミネラルウールを使用すると、重量あたりの耐熱性が高いため、耐火レンガなどの他の方法に比べて工業用炉やその他の技術設備をより軽量に構築できますが、他の方法よりも高価であるという欠点があります。

国際がん研究機関（IARC）は、2002年10月に人工鉱物繊維の発がん性について検討した^。[13] IARCモノグラフの作業部会は、より生体残留性の高い材料のみがIARCによって「ヒトに対しておそらく発がん性がある」（グループ2B ）と分類されたままであると結論付けた。これらには、高炉などの高温環境で断熱材として工業的に使用される耐火セラミック繊維や、断熱材としては使用されない特定の特殊用途のグラスウールが含まれる。対照的に、断熱グラスウール、ストーンウール、スラグウールなど、2000年以降に生産されたより一般的に使用されているガラス繊維ウールは、「ヒトに対する発がん性については分類できない」（グループ3）と見なされている。

生体溶解性の高い繊維が生産され、人間の細胞にダメージを与えない。これらの新しい素材は発がん性試験が行われ、そのほとんどは非発がん性であることがわかった。IARCは、アルカリ土類ケイ酸塩や高アルミナ、低シリカウールなど、生体への持続性が低いように設計された新開発の繊維の総合評価を行わないことを選択した。この決定は、試験された繊維は実験動物で発がん性が低いように見えるが、ヒトのデータが入手できなかったこと、およびワーキンググループが化学組成に基づいてこれらの繊維を意味のあるグループに分類することが困難であったことなどから行われた。^[14]

規則 (CE) n° 790/2009 によって更新された物質および混合物の分類、表示、包装に関する欧州規則 (CE) n° 1272/2008 では、注記 Q で定義された基準を満たすミネラルウール繊維は危険物質として分類されません。

ミネラルウール製品の欧州認証機関である EUCEB は、ノート Q を満たす繊維で作られたミネラルウール製品を認証し、低い生物学的残留性があり、肺からすぐに除去されることを保証します。この認証は、独立した専門家のアドバイスと化学組成の定期的な管理に基づいています。

繊維の機械的作用により、ミネラルウール製品は一時的な皮膚のかゆみを引き起こす可能性があります。これを軽減し、ミネラルウールの粉塵への不必要な曝露を避けるために、ミネラルウール製品のパッケージには、絵文字や文章で推奨される使用方法に関する情報が記載されています。安全データシートに類似した安全使用説明書も各メーカーから入手できます。

職場では、吸入、皮膚接触、眼接触によってミネラルウール繊維にさらされる可能性がある。労働安全衛生局（OSHA）は、職場におけるミネラルウール繊維への暴露の法的制限（許容暴露限界）を、8時間労働で総暴露量15 mg/m ^{3 、呼吸暴露量5 mg/m 3と定めている。}国立労働安全衛生研究所（NIOSH）は、8時間労働で総暴露量5 mg/m ³、繊維3本/cm ^3の推奨暴露限界（REL）を定めている。^[15]

化学物質の登録、評価、認可および制限に関する規則 (REACH) は、2006 年 12 月 18 日の欧州連合の規制です。REACH は、化学物質の製造と使用、およびそれらが人間の健康と環境に及ぼす潜在的な影響について規定しています。数種類のミネラル ウールについて、物質情報交換フォーラム (SIEF) が設立されました。AES、ASW、PCW は、最初の期限である 2010 年 12 月 1 日までに登録されているため、欧州市場で使用できます。

• ASW/RCF は発がん性物質カテゴリー 1B に分類されています。
• AES は、短期間の in vitro 研究結果に基づいて発がん性物質分類から免除されています。
• PCW ウールは分類されていません。自己分類により、PCW は危険ではないという結論に至りました。

2010 年 1 月 13 日、アルミノケイ酸塩耐火セラミック繊維およびジルコニアアルミノケイ酸塩耐火セラミック繊維の一部が、非常に懸念される物質の候補リストに追加されました。定義および書類に関して提起された懸念に応えて、協議のために 2 つの追加書類が ECHA の Web サイトに掲載され、候補リストに 2 つの項目が追加されました。この実際の状況 (1 つの物質/物質グループに対して 4 つの項目がある) は、REACH の手順の意図に反しています。この状況を除けば、2 回の協議期間中に提起された懸念は依然として有効です。

提起された懸念にかかわらず、候補リストに物質が含まれると、その物質を 0.1% (w/w) を超える濃度で含む製品の製造業者、輸入業者、および供給業者には、直ちに以下の法的義務が発生します。

• ECHAへの通知 -REACH規則第7条
• 安全データシートの提供 - REACH規則第31.1条
• 安全使用情報の伝達または顧客の要求への対応義務 - REACH規則第33条

非晶質高温ミネラルウール (AES および ASW) は、高圧空気のジェットによってエアロゾル化された溶融ガラス流、または流れを回転ホイールに衝突させることによって生成されます。液滴は繊維に引き込まれ、繊維と残りの液滴の両方の塊が非常に急速に冷却されるため、結晶相は形成されません。

非晶質高温ミネラルウールを工業炉などの高温用途に設置して使用すると、少なくとも 1 つの面が繊維が部分的に失透する条件にさらされる可能性があります。ガラス繊維の化学組成と、材料がさらされる時間と温度に応じて、さまざまな安定した結晶相が形成される可能性があります。

使用後の高温ミネラルウールでは、結晶性シリカ結晶が他の結晶とガラスで構成されたマトリックスに埋め込まれています。使用後の高温ミネラルウールの生物学的活性に関する実験結果では、そこに含まれるシリカの形態に関連する可能性のある有害な活性は示されていません。

ミネラルウールは分解されず、健康に害を及ぼす可能性があるため、代替素材が開発されています。麻、亜麻、羊毛、木材、コルク断熱材が最も有名です。これらの素材の主な利点は、生分解性と健康プロファイルです。ミネラルウールと比較した場合の欠点は、耐カビ性が大幅に低いこと、可燃性が高いこと、熱伝導率がわずかに高いことです（麻断熱材：0.040 Wm ^-1 k ^-1、ミネラルウール断熱材：0.030-0.045 Wm ^-1 k ^-1）。^[16]

• アスベストは天然繊維状の鉱物である。
• 玄武岩繊維、高い引張強度を持つ鉱物繊維
• グラスウール
• ペレの髪
• リスクと安全性に関する声明

ウィキメディア・コモンズには、ミネラルウールに関連するメディアがあります。

Wikisource には、 1905 年の新国際百科事典の「ミネラルウール」に関する記事のテキストがあります。

• カナダ統計局によるカナダのミネラルウールの出荷に関する文書
• A Jones と A Sanchez Jimenez による設置作業中のミネラルウールへの曝露に関する公開データのレビュー、職業医学研究所研究レポート TM/11/01
• J Dodgson らによる住宅内の空気中のミネラルウール繊維の評価。職業医学研究所研究報告書 TM/87/18