DD300634A5

DD300634A5 - Glass fibers with increased biological compatibility

Info

Publication number: DD300634A5
Application number: DD340960A
Authority: DD
Original assignee: Bayer Ag
Priority date: 1989-05-25
Filing date: 1990-05-23
Publication date: 1992-06-25
Also published as: JPH035344A; EP0399320A1; RU1813077C; ATE131801T1; ES2080766T5; JP3002787B2; EP0399320B1; NO902049D0; DE59009972D1; CA2017344C; NO301322B1; NO902049L; ES2080766T3; DK0399320T4; DE3917045A1; YU102190A; DK0399320T3; EP0399320B2; FI902554A0; DE59009972C5

Abstract

The glass fibres, which have greatly reduced carcinogeneity, have a mean fibre diameter of <8 mu m, preferably <3 mu m, and more than 10% thereof have a diameter of <3 mu m. In addition, the glasses used to produce these fibres are characterised by the following compounds in the proportions indicated in mol%: 55 - 70% of SiO2, 0 - 5% of B2O3, 0 - 3% of Al2O3, 0 - 6% of TiO2, 0 - 2% of iron oxides, 0 - 5% of MgO, 8 - 24% of CaO, 10 - 20% of Na2O, 0 - 5% of K2O and 0 - 2% of fluoride. e

Description

2. Glasfasern nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mittleren Faserdurchmesser < ^m und folgende zusätzliche Bedingungen für die molaren Anteile von AI₂O₃, B₂O₃, CaO und Na₂O:2. Glass fibers according to claim 1, characterized by a mean fiber diameter < ^ m and the following additional conditions for the molar proportions of Al ₂ O ₃ , B ₂ O ₃ , CaO and Na ₂ O:

AI₂O₃ < 1 Mol-% B₂O₃ < 4 Mol-% CaO > 11 Mol-% Na₂O > 4 Mol-%Al ₂ O ₃ <1 mol% B ₂ O ₃ <4 mol% CaO> 11 mol% Na ₂ O> 4 mol%

3. Glasfasern nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen mittleren Faserdurchmesser < 1,0 pm und durch Anteile von TiO₂, BaO, ZnO, SrO, ZrO₂ < 1 Mol-%.3. Glass fibers according to claim 2, characterized by a mean fiber diameter <1.0 pm and by shares of TiO ₂ , BaO, ZnO, SrO, ZrO ₂ <1 mol%.

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Seit dem Ende der fünfziger Jahre ist die krebserzeugende Wirkung von Asbest nachgewiesen. In jüngerer Zeit haben weitere Forschungsaktivitäten zu der Erkenntnis geführt, daß die Kanzerogenität nicht nur auf Asbest beschränkt ist, sondern daß grundsätzlich faserige Stäube, die in der Form von langgestreckten Partikeln vorliegen, krebserzeugende Wirkungsmechanismen in Gang setzen können, die sich nach dem heutigen Stand der Wissenschaft deutlich von der Kanzerogenese anderer chemischer Substanzen oder ionisierender Strahlung unterscheiden.Since the end of the fifties, the carcinogenic effects of asbestos have been proven. More recently, further research has led to the finding that carcinogenicity is not limited to asbestos alone, but that basically fibrous dusts, which are in the form of elongated particles, can initiate carcinogenic mechanisms of action which, according to the current state of the art Science clearly different from the carcinogenesis of other chemical substances or ionizing radiation.

Aus Gründen des Gesundheits- und Arbeitsschutzes beim Umgang mit faserigen Stäuben gibt es seit den sechziger Jahren eine wissenschaftlich anerkannte Definition einer inhalierbaren Faser, die toxikologisch wirksam sein kann. Diese.Definition bezieht sich auf eine unter dem Lichtmikroskop erkennbare Faser mit einem ceometrischen Durchmesser von < 3μιτ), einer Länge > 5μιη und einem Längen-Durchmesserverhältnis von mehr als 3:1. Für diese Definition liegen die Kenntnisse der krebserzeugenden Wirkunj von Asbest zugrunde.For reasons of health and safety at work with fibrous dusts since the sixties there is a scientifically recognized definition of an inhalable fiber, which can be toxicologically effective. This definition refers to a visible under the light microscope fiber with a ceometric diameter of <3μιτ), a length> 5μιη and a length-diameter ratio of more than 3: 1. This definition is based on knowledge of the carcinogenic effects of asbestos.

Künstliche Mineralfasern, wie Glasfasern, Basaltfasern, Schlackenfasern und Keramikfasern, die u.a. in Form von Kurzfasern hergestellt werden, können ebenfalls unter diese Definition fallen. Bei vielen technischen Anwendungen werden bevorzugt solche künstlichen Mineralfasern (KMF) eingesetzt, deren geometrischer Durchmesser noch deutlich kleiner ist als 3Mm, z. B. sogenannte Mikroglasfasern aus C- und Ε-Gläsern, die Faserdurchmesser zwischen 0,1 pm und 5 pm besitzen. Auch KMF für Isolationsiwocke, die nach bekannten Verfahren wie z. B. Schleuderkorbverfahren, Schleuderradverfahren oder Blasverfahren hergestellt wurden, ν eisen Anteile von Fasern mit einer Feinheit von weniger als 3 pm, teilweise weniger als 1 pm, auf. Die hier erwähnten Fasern sind z. B. in [1J beschrieben. Solche Fasern sind für die verschiedensten Zwecke von großem technischen und wirtschaftlichen Interesse.Artificial mineral fibers, such as glass fibers, basalt fibers, slag fibers and ceramic fibers, which i.a. in the form of short fibers may also fall within this definition. In many technical applications, preference is given to using artificial mineral fibers (KMF) whose geometrical diameter is still significantly smaller than 3 μm, eg. B. so-called micro glass fibers of C and Ε glasses, the fiber diameter between 0.1 pm and 5 pm have. Also KMF for Isolationsiwocke, which according to known methods such. B. spin basket method, blower or blow molding process, ν iron portions of fibers with a fineness of less than 3 pm, sometimes less than 1 pm, on. The fibers mentioned here are z. As described in [1J. Such fibers are of great technical and commercial interest for a variety of purposes.

Im Umgang mit und bei der Herstellung von künstlichen Mineralfasern können Fasern in der Umgebungsluft im Mittel kürzer und dünner sein als in den Fertigprodukten. In [2] werden Transportmechanismen, Verteilungsform und Transformation von KMF-Stäuben dargestellt. Hier werden auch Angaben gemacht über die Exposition von lungengängigen Fasern bei der Herstellung und Verarbeitung von KMF. Weitere Informationen können auch aus [3] entnommen werden. Insgesamt liegen heute aufgrund der vielfältigen weltweiten wissenschaftlichen Untersuchungen über die krebserzeugende Wirkung von KMF detaillierte Erkenntnisse vcr. In Betracht kommen u.a. tierexperimentelle Untersuchungen, wie Inhalationstests, intratracheale und intraperitoneale Experimente, sowie zellbiologische und andere in vitro-Studien. In zusammengefaßter Form werden solche Ergebnisse in [4] diskutiert. Die krebserzeugende Wirkung wird hier durch das Zusammenwirken der beiden folgenden Faktoren bestimmt:In the handling and production of artificial mineral fibers, fibers in the ambient air may on average be shorter and thinner than in the finished products. In [2] transport mechanisms, distribution form and transformation of KMF dusts are presented. It also provides information on the exposure of respirable fibers in the manufacture and processing of CMF. Further information can also be found in [3]. All in all, detailed knowledge of the carcinogenic effects of KMF is now available on the basis of the diverse worldwide scientific studies. Can be considered u.a. Animal studies such as inhalation, intratracheal and intraperitoneal experiments, as well as cell biology and other in vitro studies. In summary, such results are discussed in [4]. The carcinogenic effect is determined by the interaction of the following two factors:

1. durch die faserige Form, z. B. entsprechend der oben erwähnten Definition1. by the fibrous form, z. B. according to the definition mentioned above

2. durch die Persistenz (Verweildauer) in der Lunge.2. by the persistence (length of stay) in the lung.

Die aussagekräftigsten Ergebnisse im Vergleich zwischen natürlichen und künstlichen Mineralfasern ergeben sich bei Tierexperimen\en mit intraperitonealer oder intrapleuraler Verabreichung der Stäube, da hierbei Spontan-Tumore induziert werden können. Gemäß [5] und [6] wird vom IARC eine Einteilung von künstlichen Mineralfasern in krebserzeugende bzw. nicht krebserzeugende vorgenommen. Hiernach können neben vielen Asbestarten künstliche Mineralfasern, wie dünne Glasfasern, Steinfasern und Keramikfasern krebserzeugend sein. Nicht krebserzeugend sind dicke Glasfasern und unbeständige Glasfasern. Die Beständigkeit von KMF hängt wesentlich von ihrer chemischen Zusammensetzung ab. Die Verweildauer in der Lunge (Persistenz) hängt von der Zusammensetzung und der Größe der faserigen Stäube ab.The most meaningful results in comparison between natural and artificial mineral fibers result in animal experiments with intraperitoneal or intrapleural administration of the dusts, since spontaneous tumors can be induced. According to [5] and [6], the IARC classifies artificial mineral fibers into carcinogenic and non-carcinogenic, respectively. After this, in addition to many types of asbestos, artificial mineral fibers such as thin glass fibers, stone fibers and ceramic fibers can be carcinogenic. Non-carcinogenic are thick glass fibers and unstable glass fibers. The durability of KMF depends essentially on its chemical composition. The length of stay in the lung (persistence) depends on the composition and size of the fibrous dusts.

Die Persistent wird umso größer sein, je höher die chemische Beständigkeit und je größer der geometrische Durchmesser der Faser ist.The higher the chemical resistance and the larger the geometric diameter of the fiber, the greater will be the persistent.

In [4) werden Ergebnisse neuerer Intraporitoneal-Experimente dargestellt, in denen die krebserzeugende Wii'iung verschiedener KMF, wie Basaltfasern und spezielle Mikroglasfasern eindeutig nachgewiesen ist. Überraschenderweise sind auch Glasfasern, deren mittlerer Faserdurchmesser sehr viel kleiner als 1 pm ist, sehr kanzerogen. Bekannt ist, daß solche Fasern aufgrund ihrer Glaszusammensetzungen eine hohe chemische Beständigkeit besitzen. Wichtige Anhaltspunkte bezüglich der Löslichkeit von KMF in vivo und in vitro gehen ferner aus (7) hervor. Die Bedeutung der chemischen Zusammensetzung für die Kresberzeugung wird in [8] untersucht, wonach Fasern, die intensiv mit einer Säure vorbehandelt wurden, keine tumorerzeugende Wirkung mehr besaßen im Vergleich zu unbehandelten Fasern.In [4], results of recent intrapor- tationeal experiments are presented, in which the carcinogenic growth of various KMF, such as basalt fibers and special micro-glass fibers, is clearly demonstrated. Surprisingly, glass fibers whose average fiber diameter is much smaller than 1 pm are also very carcinogenic. It is known that such fibers have a high chemical resistance due to their glass compositions. Important indications regarding the solubility of KMF in vivo and in vitro are also given (7). The importance of the chemical composition for the crescent production is investigated in [8], according to which fibers which had been pretreated intensively with an acid no longer had a tumorigenic effect compared to untreated fibers.

Es ist wissenschaftlich begründet, daß die krebserzeugende Wirkung von KMF in hohem Maße von der Fähigkeit des Abtransportes in der Lunge abhängt. Diese Fähigkeit wird im folgenden als „Lungenclearance" bezeichnet. Sie wird durch Tierversuche ermittelt. Die Lungenclearance wird durch zwei Faktoren bestimmt und zwarIt is scientifically proven that the carcinogenic effect of KMF is highly dependent on the ability to carry it out in the lungs. This ability is referred to below as "lung clearance." It is determined by animal experiments, and lung clearance is determined by two factors

1. durch die sogenannte Translokation, z.B. durch Makrophagen und1. by the so-called translocation, e.g. by macrophages and

2. durch die Löslichkeit der Faser.2. by the solubility of the fiber.

Bei Inhalationsexperimenten kommt möglicherweise noch eine alveoläre Clearance hinzu. Clearance-Untersuchungen bei Rattenlungen nach intratrachealer Instillation von Fasern werden in [9] beschrieben. Hierfür werden auch Halbwertszeiten der Lungenclearance für verschiedene Mineralfasern, insbesondere Glasfasern, angegeben.Inhalation experiments may add an alveolar clearance. Clearance studies in rat lungs following intratracheal instillation of fibers are described in [9]. For this purpose, half-lives of the lung clearance for various mineral fibers, in particular glass fibers, are given.

Von diesem Kenntnisstand geht die Erfindung aus. Ziel der Erfindung war die Entwicklung von toxikologisch unbedenklichen Glasfasern, d. h. Glasfasern, die kein kanzerogenes Potential zeigen.From this state of knowledge, the invention proceeds. The aim of the invention was the development of toxicologically harmless glass fibers, d. H. Glass fibers that show no carcinogenic potential.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Glasfasern mit der im Hauptanspruch angegebenen chemischen Zusammensetzung und Durchmessercharakterisierung gelöst.This object is achieved by glass fibers with the specified in the main claim chemical composition and diameter characterization.

Bevorzugte Auswahlbereiche sind in den Unteransprüchen 2 und 3 angegeben.Preferred selection ranges are given in subclaims 2 and 3.

Glasfasern dieser Zusammensetzung zeigen eine hervorragende physiologische Löslichkeit. Es wurde gefunden, daß die physiologische Löslichkeit mit einer guten chemischen Löslichkeit in Säuren und Basen einhergoht.Glass fibers of this composition show excellent physiological solubility. It has been found that physiological solubility is accompanied by good chemical solubility in acids and bases.

Solche Glasfasern zeigen im Vergleich zu Asbest und Glasfasern mit einer von der erfindungsgemüßen Lehre abweichenden Zusammensetzung kein kanzerogenes Potential.Such glass fibers show no carcinogenic potential in comparison to asbestos and glass fibers with a deviating from the teaching of the invention.

Bei den Glasfasern nach Anspruch 2 wurde gefunden, daß nach einer intratrachealen Instillation in Rattenlungen eine Abnahme der Faserzahl auf die Hälfte der Ursprungszahl innerhalb von weniger als 115 Tagen erfolgt und daß nach einer intraperitonealen Instillation in Rattenlungen nach einer Zeit von 2 Jahren eine Tumorrate von weniger als 10% vorliegt. Beiden Glasfasernder Zusammensetzung nach Anspruch 3 betrug die Halbwertszeit nur noch 42 Tage und die nach einer Zeit von 2 Jahren gemessene Tumorrate weniger als 5%. Solche Glasfasern können daher als nicht kanzerogen eingestuft werden.In the case of the glass fibers according to claim 2, it has been found that after intratracheal instillation in rat lungs, the number of fibers decreases to half the original number within less than 115 days, and after intraperitoneal instillation in rat lungs after a period of 2 years, a tumor rate of less than 10%. For both glass fibers of the composition according to claim 3, the half-life was only 42 days and the tumor rate measured after a period of 2 years less than 5%. Such glass fibers can therefore be classified as non-carcinogenic.

Ausführungsbeispieleembodiments

example 1

Zur Untersuchung der physiologischen Verträglichkeit in vivo (Biobeständigkeit) wurden Glasfasern A und B mit den in Fig. 1 dargestellten Ausgangsdurchmesserverteilungen hergestellt. Zur Herstellung wurde das in EP-A 279286 beschriebene Ziehdüsenverfahren verwendet. Die Durchmesserverteilungen wurden mit Hilfe eines Rasterelektronenmikrdskops (REM) gemessen. Die beiden Fasertypen A, B unterschieden sich nur hinsichtlich ihres mittleren Durchmessers. Die chemische Zusammensetzung der Gläser war in beiden Fällen gleich:To investigate the physiological compatibility in vivo (bio-resistance), glass fibers A and B were prepared with the starting diameter distributions shown in FIG. For preparation, the drawing die method described in EP-A 279286 was used. The diameter distributions were measured by means of a scanning electron microscope (SEM). The two fiber types A, B differed only in terms of their average diameter. The chemical composition of the glasses was the same in both cases:

SiO₂ = 60,7%; B₂O₃ = 3,3%; Na₂O = 15,4%; Eisenoxide = 0,2%; K₂O = 0,7%; CaO = 16,5%; MgO = 3,2%. (Alle Angaben in Gew.-%).SiO ₂ = 60.7%; B ₂ O ₃ = 3.3%; Na ₂ O = 15.4%; Iron oxides = 0.2%; K ₂ O = 0.7%; CaO = 16.5%; MgO = 3.2%. (All data in% by weight).

Als Ausgangsmaterialien für die Glasherstellung werden üblicherweise Quarzsand, Borsäure, Dolomit, Kalk, Soda, Pottasche und gegebenenfalls andere übliche Rohstoffe wie z. B. Kryolith, Titandioxid und Natriumfluorid benutzt. Mittels einer Messermühle o. ar einer Kugelmühle wurden die Faserproben dann zerkleinert und jeweils 1 mg der Proben in Wassersuspendiert, auf ein Kiter aufgesaugt und im Rasterelektronenmikroskop bei 500- bis 1500facher Vergrößerung untersucht. Eine Längen- und Dickenbestimmung der Einzelfaser erfolgte halbautomatisch anhand rasterelektronenmikroskopischer Bilder (REM) mittels Grafiktableau und rechnergestützter Datenerfassung. Aus den Längen- und Dickenverteilungen wurden Faservolumina und Faserzahlen pro Masseneinheit bestimmt. Besondere Aufmerksamkeit wurde dabei dem Faseranteil mit einer Länge größer als δμιη, einem Durchmesser kleiner als 3μπι und einem Längen-Durchmesser-Verhältnis von größer als 3 als biologisch wirksame Fasern geschenkt. Die Untersuchungsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle dargestellt.As starting materials for the glass production are usually quartz sand, boric acid, dolomite, lime, soda, potash and possibly other conventional raw materials such. As cryolite, titanium dioxide and sodium fluoride used. The fiber samples were then comminuted by means of a knife mill or a ball mill, and in each case 1 mg of the samples were suspended in water, absorbed onto a kiter and examined in a scanning electron microscope at 500 to 1500 times magnification. A length and thickness determination of the single fiber was semi-automated on the basis of scanning electron microscopic images (SEM) by means of a graphics tablet and computer-aided data acquisition. Fiber volumes and fiber counts per unit mass were determined from the length and thickness distributions. Particular attention has been given to the fiber content with a length greater than δμιη, a diameter smaller than 3μπι and a length-diameter ratio of greater than 3 as biologically active fibers. The test results are shown in the following table.

Probesample Faserlänge [(im) 10% < 50 %<Fiber length [(im) 10% <50% < 8,0 4,68.0 4.6 90 %<90% < Faserdurchmesser [μητι] 10%< 50%< 90%<Fiber diameter [μητι] 10% <50% <90% < 2,56 0,882.56 0.88 Faseranteil % ί>5μηπ D<3pmFiber content% ί> 5μηπ D <3pm Volumen [μηι³]Volume [μηι ³ ] Fasern/ng L> 5μπι D< 3μmFibers / ng L> 5μπι D <3μm A BA B 4,3 1,64.3 1.6 18,3 14,018.3 14.0 0,89 1,68 • 0,26 0,480.89 1.68 • 0.26 0.48 80,7 46,980.7 46.9 45 3,245 3.2 6,4·10^β 58· 10"6.4 x 10 ^β 58 × 10 "

Die Einzelmeßwerte der Faserlänge und -dicke liegen bei logarithmischer Auftragung in guter Näherung auf einer Geraden (Fig.2,3); d.h. siegehorchen einer Normalverteilung.The Einzelmeßwerte the fiber length and thickness are in logarithmic plot in a good approximation on a straight line (Fig.2,3); i.e. they obey a normal distribution.

In der nachfolgenden Tabelle ist jeweils für eine bestimmte Faserklasse die berechnete Zahl der biologisch kritischen Fasern pro ng angegeben.The following table shows the calculated number of biologically critical fibers per ng for a particular fiber class.

Probe Def.1 Def.2 Def.3Sample Def.1 Def.2 Def.3

ί>3μπι L>3pm L>3pmί> 3μπι L> 3pm L> 3pm

ϋ<3μηι D<1pm 0<1μπιϋ <3μηι D <1pm 0 <1μπι

L/D>3 L/D>3 L/D>5L / D> 3 L / D> 3 L / D> 5

A 7,316 0,623 0,534A 7,316 0,623 0,534

B 85,119 79,457 75,834B 85,119 79,457 75,834

Die Faserproben A und B wurden jeweils bei 35 weiblichen Wistarratten mit 2 mg Fasermaterial suspendiert in 0,4 ml physiologischer Kochsalzlösung intratracheal instilliert. Nach 1 Tag, 1,6,12 und 24 Monaten wurden dann jeweils 6 Tiere pro Fasergruppe seziert, die Lungen herauspräpariert, getrocknet und bei 300⁰C plasmaverascht. Zur Abtrennung der Fasern von Salzbestandteilen wurde jeweils ein Teil der Lungenasche in 1 N Salzsäure suspendiert und einige Minuten mit Ultraschall behandelt. Die Fasern wurden anschließend auf einen Filter isoliert. Die so präparierten Fasern wurden ebenso wie die Ausgangsfaserproben im REM untersucht.The fiber samples A and B were each intratracheally instilled on 35 female Wistar rats with 2 mg of fiber material suspended in 0.4 ml of physiological saline. After 1 day, 1,6,12 and 24 months in each case 6 animals were then dissected per fiber group, excised lungs, dried and plasmaverascht at 300 ⁰ C. To separate the fibers from salt components, a portion of the lung ash was suspended in 1 N hydrochloric acid and treated with ultrasound for a few minutes. The fibers were then isolated on a filter. The fibers thus prepared were examined in the same way as the starting fiber samples in the SEM.

Zusätzlich wurde mit Hilfe der Zahl der ausgemessenen Fasern und ausgewerteten Bilder sowie der Filteroinwaag6 die Faserzahl pro Lunge rechnerisch ermittelt. Die Fasermasse wurde dabei aus dem mittleren Faservolumen und der Dichte bestimmt. Die Auswertung ist in der nachfolgenden Tabelle dargestellt.In addition, the number of fibers measured and the images evaluated, and the filteroin balance6 were used to calculate the number of fibers per lung. The fiber mass was determined from the mean fiber volume and the density. The evaluation is shown in the following table.

Probesample ZeitTime Fasernfibers Std.Hours. Fasern [L> 5(jFibers [L> 5 (j im]in the] Std.Hours. Fasermassefiber mass Std.Hours. [mon)[Mon) [10^e/Lunge][10 ^e / lung] 1,3811,381 |10^e/Lunge]| 10 ^e / lung] 0,5860.586 (Mg)(Mg) 168,60168.60 Mittelmedium 1,7541.754 Mittelmedium 1,2911,291 Mittelmedium 70,4370.43 AA 1Tag1 day 8,5308,530 0,3160.316 6,2176,217 0,3090.309 793,92793.92 28,2228.22 11 11,84311.843 0,1690.169 8,7238.723 0,1320.132 351,49351.49 5,805.80 66 3,0153,015 0,0020,002 1,7981,798 0,0090.009 66,1266.12 2,202.20 1212 0,8430.843 15,18815.188 0,6600,660 13,31713.317 19,7919,79 166,41166.41 2424 0,0770.077 5,7745,774 0,0640.064 5,7295,729 5,645.64 24,2924,29 BB 1Tag1 day 110,380110.380 1,6261,626 44,14144.141 0,7810.781 649,59649.59 7,427.42 11 59,75859.758 0,0370.037 27,00327.003 0,0100,010 265,84265.84 3,073.07 «5"5 4,1754.175 0,0070,007 1,5511,551 0,0040,004 17,6917.69 0,180.18 1212 0,1200,120 0,0650,065 5,095.09 2424 0,0220,022 0,0100,010 0,170.17

Aus diesen Untersuchungen wird klar, daß sowohl die Anzahl als auch die Masse der Fasern rasch abgebaut wird (gute Lungenclearance). Mit einem rechnerischen Ansatz einer Kinetik 1. Ordnung ergeben sich für dio Lungenclearance sogenannte Halbwertszeiten, innerhalb der entweder die Zahl oder die Masse der Fasern auf die Hälfte des Ursprungswertes abgefallen ist. Die so berechneten Halbwertszeiten in Tagen sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt, wobei rechts und links vom Mittelwert jeweils 95%ige statistische Vertrauenswerte stehen, „Statistischer Vertrauenswert von 95%" bedeutet dabei, daß die jeweils rechts oder links vom Mittelwert stehende Halbwertszeit mit einer Wahrscheinlichkeit von 5% auftritt.From these studies, it is clear that both the number and the mass of the fibers are rapidly degraded (good lung clearance). With a mathematical approach of first-order kinetics, so-called half-lives result for the lung clearance, within which either the number or the mass of the fibers has fallen to half the original value. The half-lives in days thus calculated are summarized in the following table, with the right and left of the mean each having 95% statistical confidence values. "Statistical confidence value of 95%" means that the half-life standing to the right or left of the mean value is probable of 5% occurs.

Probe Faserzahl Faserzahl FasermasseSample fiber number fiber number fiber mass

>Mittel< |L>5Mm] )Mittel<> Medium <| L> 5Mm]) Medium <

>Mittel(> Central (

A 96 102 109 98 106 115 88 10& 133A 96 102 109 98 106 115 88 10 & 133

B 35 37 39 36 39 42 42 51 65B 35 37 39 36 39 42 42 51 65

Ein Vergleich mit den nach dem Stand 'der Technik in |9) angegebenen Halbwertszeiten für KMF anderer chemischer Zusammensetzungen ist in folgender Tabelle zusammengestellt. DA mit abnehmendem Faserdurchmesser theoretisch die Halbwertszeit geringer werden muß, ist ein absoluter Vergleich der Lungenclearance nur mit Berücksichtigung des medianen Faserdurchmessers möglich. Dies ist durch den in der Tabelle angegebenen Wert - gemessene Halbwertszeit bezogen auf Medianwert des Durchmessers- erreicht. Der große Unterschied der Faserproben A und B zu den in [9] dargestellten Werten ist ersichtlich.A comparison with the half-lives for KMF of other chemical compositions given in the prior art in FIG. 9) is summarized in the following table. Since theoretically the half-life must decrease with decreasing fiber diameter, an absolute comparison of the lung clearance is possible only with consideration of the median fiber diameter. This is achieved by the value given in the table - measured half-life in relation to the median value of the diameter. The large difference of fiber samples A and B to the values shown in [9] can be seen.

Faserfiber dp»dp " HalbwertszeitHalf-life Halbwertszeit/d_F60 Half-life / d _F60 pmpm nach Faserzahlby number of fibers (L > 5 μνη) [Tage](L> 5 μνη) [days] (L>5pm)[Tage/pm](L> 5pm) [days / pm] AA 1,551.55 106106 6868 BB 0,6 ·0.6 · 3939 6565 CrokydolitCrokydolit 0,150.15 10001000 66676667 Glasfaserglass fiber 104/E104 / E 0,10.1 5555 550550 104/475104/475 0,180.18 35003500 1944419444 104/753104/753 0,200.20 165165 825825 Glaswolleglass wool 0,910.91 272272 299299 Steinwollerock wool 1,81.8 283 -283 - 157157 Keramikwolleceramic wool 0,80.8 780780 975975

Aus [4] und [10) können die tatsächlich induzierten Tumorraten nach intraperitonealer Injektion entnommen werden. Faser Tumorrate [%]From [4] and [10) the actually induced tumor rates can be taken after intraperitoneal injection. Fiber tumor rate [%]

CrokidoliteCrokidolite 56,3-87,556.3 to 87.5 0,20.2 Chrysotilchrysotile 33-8333-83 0,03-0,110.03-0.11 Glasfaser 104/475Glass fiber 104/475 6464 0,150.15 Basaltfaserbasalt fiber 5757 1,11.1 Keramikfaserceramic fiber 7070 0,890.89

Die Ergebnisse zeigen eindeutig, daß künstliche und natürliche Mineralfasern mit einer hohen Halbwertszeit der Lungenclearance bei hoher Faserfeinheit (hoher Wert von Halbwertszoit/d_f6o) ein hohes kanzerogenes Potential besitzen. Das kanzerogene Potential ist dabei umso größer, je größer die relative, auf den Durchmesser bezogene, Halbwertswert ist.The results clearly show that artificial and natural mineral fibers having a high half-life of lung clearance at high fiber fineness (high value of half-value _zoit / d _f6o ) have a high carcinogenic potential. The carcinogenic potential is greater, the greater the relative, to the diameter-related, half-value is.

Example 2

Eine Faserprobe C, deren Durchmesserverteilung in Fig. 1 dargestellt ist, wurde ebenfalls nach dem Blasdüsenverfahren gemäß EP-A-279286 mit folgender chemischer Zusammensetzung hergestellt:A fiber sample C, the diameter distribution of which is shown in FIG. 1, was also produced by the tuyere method according to EP-A-279286 having the following chemical composition:

SiO₂ = 58,5%; B₂O₃ = 11,0%; Na₂O = 9,8%; AI₂O₃ = 5,8%; Eisenoxide = 0,1%; BaO = 5,0%; ZnO = 3,9%; K₂O = 2,90%; CaO = 3,0%.SiO ₂ = 58.5%; B ₂ O ₃ = 11.0%; Na ₂ O = 9.8%; Al ₂ O ₃ = 5.8%; Iron oxides = 0.1%; BaO = 5.0%; ZnO = 3.9%; K ₂ O = 2.90%; CaO = 3.0%.

Nach dem Mahlen ergaben sich analog zu Beispiel 1 folgende Fasermeßwerte:After milling, the following fiber readings were obtained analogously to Example 1:

Faserlänge [pm] Faserdurchmesser [pm] Faseranteil [%] Volumen Fasern/ngFiber length [pm] fiber diameter [pm] fiber content [%] volume fibers / ng

Probe 10%< 50%< 90%< 10%< 50%< 90%< L>5pm [pm³] L>5pmSample 10% <50% <90% <10% <50% <90% <L> 5pm [pm ³ ] L> 5pm

D<3pm D<3pmD <3pm D <3pm

C 1,3 5,6 31,5 0,15 0,39 0,98 52,5 21 9,4· 10^e C 1.3 5.6 31.5 0.15 0.39 0.98 52.5 21 9.4 · 10 ^e

In der nachfolgenden Tabelle ist jeweils für eine bestimmte Faserklasse die berechnete Zahl der biologisch kritischen Fasern angegeben:The following table gives the calculated number of biologically critical fibers for a particular fiber class:

³robe Def. 1 ³ robe Def. 1 Def. 2Def. 2 Def. 3Def. 3 L> 3pmL> 3pm L> 3pmL> 3pm L>3pmL> 3pm D<3pmD <3pm D< 1pmD <1pm D< 1pmD <1pm L/D>3L / D> 3 L/D>3L / D> 3 L/D>5L / D> 5

C 11,475 9,734 9,734C 11,475 9,734 9,734

Anschließend wurden diese Fasern wiederum in 35 Wistarratten intratracheal instilliert. Ebenso wie in Beispiel 1 wurden dann die Faserproben nach 1 Tag, 1,6,12 und 24 Monaten isoliert und bezüglich der Lungenclearance untersucht. Die Untersuchungsergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt.Subsequently, these fibers were again instilled intratracheally in 35 Wistar rats. As in Example 1, the fiber samples were then isolated at 1 day, 1, 6, 12 and 24 months and examined for lung clearance. The test results are shown in the following table.

Probesample ZeitTime Fasernfibers Std.Hours. Fasern [L>Fibers [L> 5 pm]5 pm] Std.Hours. Fasermassefiber mass Std.Hours. [Mon][Mon] [10^e/Lunge][10 ^e / lung] 15,56115.561 MOVLunge]MOVLunge] 10,74210.742 lug)lug) 195,88195.88 Mittelmedium 16,02716.027 Mittelmedium 13,177-13,177- Mittelmedium 409,17409.17 CC 1Tag1 day 51,13051.130 4,2644,264 . 32,091, 32.091 3,9203,920 994,50994.50 139,14139.14 11 62,71262.712 1,2081,208 38,82038.820 0,5220.522 1 039,201 039,20 3,973.97 66 21,69821.698 2,1812,181 11,77811.778 1,7371,737 340,88340.88 29,8929.89 1212 10,47410.474 7,2317.231 215,80215,80 2424 7,0777,077 5,0115,011 200,30200.30

Im Vergleich zu Beispiel 1 werden die Fasern in Anzahl und Masse deutlich langsamer abgebaut. So ist insbesondere die Abnahme zwischen 12 und 24 Monaten sehr gering, was wohl auf eine hohe Beständigkeit dieser Fasern aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung zurückzuführen istCompared to Example 1, the fibers are degraded much slower in number and mass. In particular, the decrease between 12 and 24 months is very low, which is probably due to a high resistance of these fibers due to their chemical composition

Die aus den Daten der vorhergehenden Tabelle berechneten Halbwertszeiten ergeben sich wie folgt: The half-lives calculated from the data in the previous table are as follows:

Probe Faserzahl Faserzahl FasermasseSample fiber number fiber number fiber mass

)Mittel( [L>5pm] >Mittel<) Mean ([L> 5pm]> mean <

)Mittel()Medium(

C 184 233 317 190 254 380 213 306 542C 184 233 317 190 254 380 213 306 542

Messung der TumorratenMeasurement of tumor rates

Bei den Fasern gemäß den Ausführungsbeispielen 1 und 2 wurden die Tumorraten systematisch untersucht. Zu diesem Zweck wurden die in den Ausführungsbeispielen 1 und 2 beschriebenen Faserproben A, B und C intraperitoneal in Wisterratten injiziert und die Tumorrate nach einer Zeit von 2 Jahren untersucht. Die Probenvorbereitung erfolgte durch Mahlen der Ausgangsfaserproben mittels Messer- und Kugelmühle. Die Größenverteilungen der so gewonnenen Faserproben sind aus der nachfolgenden Tabelle ersichtlich:In the case of the fibers according to embodiments 1 and 2, the tumor rates were systematically examined. For this purpose, the fiber samples A, B and C described in Examples 1 and 2 were intraperitoneally injected into Wister rats and the tumor rate examined after a period of 2 years. The sample preparation was carried out by grinding the starting fiber samples by means of knife and ball mill. The size distributions of the fiber samples thus obtained are shown in the following table:

Probesample Faserlänge (μητ) 10% <Fiber length (μητ) 10% < 50% <50% < 90 %<90% < Faserdurchmesser [pm] 10%<% 50 %<Fiber diameter [pm] 10% <% 50% < 1,67 1,671.67 1.67 90% <90% < A1 A2A1 A2 4,1 4,14.1 4.1 7,7 7,77.7 7.7 18,0 18,018.0 18.0 0,88 0,880.88 0.88 0,47 0,470.47 0.47 2,57 2,572.57 2.57 B1 B2B1 B2 1,4 1,41.4 1.4 4,4 4,44.4 4.4 14,1 14,114,1 14,1 0,25 0,250.25 0.25 0,90 0,900,90 0,90

1,2 1,21,2 1,2

5,5 5,55.5 5.5

32,1 32,132.1 32.1

0,38 0,380.38 0.38

0,99 0,990,99 0,99

Die Faserproben wurden in Form einer Suspension in 2 ml NaCI-Lösung in verschiedenen Dosen intraperitoneal injiziert, wobei eine möglichst hohe Anzahl an kritischen Fasern mit einer Länge > 5 pm angestrebt wurde, um die tumorerzeugende Wirkung zu verstärken. Die nach einer Versuchsdauer von 2 Jahren gemessenen Untorsuchungsergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:The fiber samples were injected intraperitoneally in the form of a suspension in 2 ml NaCl solution at various doses, aiming for the highest possible number of critical fibers> 5 pm in length in order to increase the tumorigenic effect. The results of the investigation after a test period of 2 years are summarized in the following table:

Probesample Dosis intraperitoneal [mg]Dose intraperitoneally [mg] Faserzahl IL>5pm]*10⁶ Fiber number IL> 5pm] * 10 ⁶ Anzahl TiereNumber of animals Tiere mitTumorenAnimals with tumors Tumorrate l%]Tumor rate l%] A1 A2A1 A2 1 x 20 3x201 x 20 3x20 144 432144 432 48 4848 48 0 00 0 0 00 0 B1 B2B1 B2 1x6,7 1 x 201x6.7 1 x 20 395 1180395 1180 48 4748 47 0 00 0 0 00 0 C1 C2C1 C2 1 x 6,7 1 χ 201 x 6.7 1 χ 20 66 19666 196 48 4848 48 14 2514 25 29,2 52,129.2 52.1

Trotz der relativ geringen Zahl an kritischen Fasern (L > 5pm) zeigt sich, daß die Faser C stark kanzerogen ist, während bei den Proben A, B keine Kanzerogenität festgestellt werden konnte. Es ergibt sich, daß die in den Beispielen 1 und 2 dargestellten Ergebnisse für die Lungenclearance mit den Kanzerogenitätsergebnissen eindeutig korrelieren.Despite the relatively small number of critical fibers (L> 5 pm), it can be seen that the fiber C is strongly carcinogenic, whereas in the samples A, B no carcinogenicity could be detected. It can be seen that the lung clearance results presented in Examples 1 and 2 clearly correlate with the carcinogenicity results.

Messung der SäurebeständigkeitMeasurement of acid resistance

Zur Untersuchung der chemischen Beständigkeit wurden Glasfasern der Zustimmung nach Beispiel 1 mit einem mittleren, elektronenmikroskopisch (REM-Messung) bestimmten Faserdurchmeser von 0,5μιη in 37%iger Schwefelsäure bei Raumtemperatur bzw. 60°C nach folgender Vorschrift behandelt:To investigate the chemical resistance, glass fibers of the approval according to Example 1 were treated with a mean electron micrograph (SEM measurement) of 0.5 μm in 37% sulfuric acid at room temperature or 60 ° C. according to the following procedure:

Zunächst wurden die zu untersuchenden Glasfasern in einem Umluft-Trockenschrank bei 110⁰C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Nach Abkühlung und Konditionierung in einem Exsikkator wurden 2,0g Glasfasern exakt abgewogen, in einen 250-ml-Teflon-Erlenmeyerkolben gegeben und anschließend mit der lOOfachen Gewichtsmenge 37%lger Schwefelsäure versetzt. Sodann wurden die zu untersuchenden Proben auf die jeweilige Prüftemperatur aufgeheizt und während der Behandlungsdauer auf dieser Temperatur mit einer Abweichung von ±1⁰C gehalten. Nach diener Aufheizung wurde die Glasfaser der Schwefelsäurelösung entnommen, in eine vorher exakt ausgewogene Giasfritte der Porosität Nr.4 gegeben und dann mit 51 vollentsalztem Wasser bis zur Neutralität des ablaufenden Filtrats gespült. Anschließend wurde die Glasfaserprobe 4 Stunden bei 110°C getrocknet und dann nach Abkühlung und Konditionierung im Exsikkator ausgewogen. In den nachstehenden Tabellen ist der jeweilige Gewichtsverlust in Gew.-% angegeben, a) Behandlung in 37%iger Schwefelsäure bei Raumtemperatur Gewichtsverlust nach einer Verweildauer in Stunden:First, the glass fibers to be examined were dried in a circulating air drying oven at 110 ⁰ C to constant weight. After cooling and conditioning in a desiccator, 2.0 g of glass fibers were weighed exactly, placed in a 250 ml Teflon Erlenmeyer flask, and then mixed with 100 times the amount by weight of 37% sulfuric acid. Then the samples to be examined were heated to the respective test temperature and kept at this temperature during the treatment period with a deviation of ± 1 ⁰ C. After heating, the glass fiber was taken from the sulfuric acid solution, added to a previously exactly balanced porosity No. 4 porosity, and then rinsed with 51% deionized water to neutrality of the effluent filtrate. Subsequently, the glass fiber sample was dried for 4 hours at 110 ° C and then weighed after cooling and conditioning in a desiccator. In the tables below the respective weight loss in wt .-% is given, a) treatment in 37% sulfuric acid at room temperature weight loss after a residence time in hours:

Verweildauerlength of stay Gewichtsverlustweight loss lh] .lh]. (%](%] 11 3,93.9 22 4,04.0 44 7,17.1 88th 11,811.8 1616 16,016.0 2424 17,117.1 4848 19,119.1 7272 17,817.8

b) Behandlung in 37%iger H₂SO₄ bei 6O⁰Cb) treatment in 37% H ₂ SO ₄ at 6O ⁰ C

Verweildauerlength of stay Gewichtsverlustweight loss lh]lh] [%][%] 11 20,820.8 22 20,420.4 44 22,122.1 88th 22,822.8 1616 24,124.1 2424 26,426.4 4848 22,722.7 7272 25,825.8

Messung der LaugenbestfindlgkeltMeasurement of Laugenbestfindlgkelt

Glasfasern der Zusammensetzung nach Beispiel 1 mit einem mittleren, elektronenmikroskopisch bestimmten Faserdurchmesser von 2,0Mm werden analog dem bei der Prüfung auf Säurebeständigkeit beschriebenen Verfahren in einer wäßrigen 0,1 N NaOH-Lösung bei Raumtemperatur bzw. 6O⁰C behandelt. Der jeweilige Gewichtsverlust nach unterschiedlichen Behandlungszeiten ist in den nachstehenden Tabellen angegeben:Glass fibers of the composition according to Example 1 with a mean, determined by electron microscopy fiber diameter of 2.0 mm are treated analogously to the method described in the test for acid resistance in an aqueous 0.1 N NaOH solution at room temperature or 6O ⁰ C. The respective weight loss after different treatment times is given in the following tables:

a) Behandlung in 0,1 N NaOH-Lösung bei Raumtemperatura) Treatment in 0.1 N NaOH solution at room temperature

Verweildauerlength of stay Gewichtsverlustweight loss lh]lh] [%][%] 11 2,12.1 22 2,32.3 44 3,13.1 88th 3,03.0 1616 4,74.7 2424 5,95.9 4848 8,88.8 7272 11,111.1 Behandlung in 0,1Treatment in 0.1 N NaOH-Lösung beN NaOH solution be Verweildauerlength of stay Gewichtsverlustweight loss lh]lh] l%]l%] 11 5,65.6 22 13,413.4 44 17,117.1 88th 26,826.8 1616 38,238.2 2424 34,534.5 4848 36,936.9 7272 41,141.1

Claims

1. glass fibers with increased biological compatibility, characterized in that the fibers have a mean diameter <8pm, preferably <3μηι and a proportion of more than 10% with a diameter < 3μπ \, and that the glasses used to prepare the fibers have the following compounds containing the proportions indicated in mol%:

SiO ₂ 55-70, preferably 58-65

B ₂ O ₃ 0-5, preferably 0-4

Al ₂ O ₃ 0-3, preferably 0-1

TiO ₂ 0-6, preferably 0-3
Iron oxides 0-2, preferably 0-1

MgO 0-5, preferably 1-4

CaO 8-24, preferably 12-20

Na ₂ O 10-20, preferably 12-18

K ₂ O 0-5, preferably 0.2-3

Fluoride 0-2, preferably 0-1