Glass fiber dissolution in a physiological saline solution

Abstract

A technique developed to measure the dissolution rate of glass fibers in the laboratory under conditions approximating those thought to exist in the lung has been applied to 30 glass compositions in the SiO2-Al2O3-B2O3-CaO-MgO-BaO-Na2O system. Dissolution rates show an Arrhenius dependence on temperature with an activation energy near 64 kJ/mol. The rate increases with the pH value. Glass fiber dissolution is a leaching process which leaves behind a mechanically-weak layer consisting of SiO2 and Al2O3 . Dissolution morphology changes with dissolution rate, suggesting a change in dissolution mechanism. Dissolution rates vary with composition from 0.9 to 887 ng/(cm2h). Al2O3 strongly decreases the dissolution rate, B2O3, BaO, CaO, MgO, and Na2O increase the rate to about the same degree, and SiO2 has little effect. In Anlehnung an Bedingungen, deren Vorliegen in der Lunge man annimmt, wurde ein Verfahren zur Auflösung von Glasfasern entwickelt und auf 30 Glaszusammensetzungen des Systems SiO2-Al2O3-B2O3-CaO-MgO-BaO-Na2O angewendet. Die Auflösungsgeschwindigkeiten zeigen eine Arrhenius-Abhängigkeit von der Temperatur mit einer Aktivierungsenergie von etwa 64 kJ/mol. Die Geschwindigkeit nimmt mit dem pH-Wert zu. Die Glasfaserauflösung ist ein Auslaugprozeß, der eine mechanisch instabile Schicht aus SiO2 und Al2O3 zurückläßt. Die bei der Auflösung an der Glasoberfläche sich ausbildende Morphologie hängt von der Auflösungsgeschwindigkeit ab, was die Annahme nahelegt, daß sich der Auflösungsmechanismus ändert. Die Auflösungsgeschwindigkeiten variieren mit der Zusammensetzung von 0,9 bis 887 ng/(cm2h). Al2O3 reduziert die Auflösungsgeschwindigkeit deutlich, während B2O3, BaO, CaO, MgO und Na2O diese in etwa gleichem Maße beschleunigen. SiO2 zeigt nur einen geringen Einfluß.