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Rohstoffe und Lösungsmittel
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Die Umweltgesetzgebung und Toxizitätsstandards haben dazu geführt, daß in der Beschichtungsindustrie jetzt deutlich strengere Maßstäbe an Lösemittel gesetzt werden. DBE (Dibasic Ester) von Du Pont entspricht solchen Maßstäben. DBE ist verhältnismäßig umweltschonend und wird heutzutage vielfach in der Beschichtungsindustrie als aktives, reaktionsverzögerndes Lösemittel für Beschichtungen verwendet, als Basislösemittel bei methylenchloridfreien Abbeizern und als aktive Komponente für farblösende Handreinigungsmittel.

Bei DBE (Dibasic Ester) von Du Pont handelt es sich um raffinierte Dimethyl-Ester aus Adipin-, Glutar- und Bernsteinsäure (Abb.1). Das primäre Raffinadeprodukt heißt DBE und läßt sich nach kundenspezifischen Bedürfnissen in weitere Gemische und reine Bestandteile fraktionieren.

Die DBE's sind stabil, haben einen hohen Siede- und Flammpunkt, sind flüssig und preiswert, und verfügen dabei über ausgezeichnete Lösungs- eigenschaften. DBE selbst ist zu einem der führenden hochsiedenden und mit Sauerstoff angereicherten Lösemitteln in der Farbherstellung geworden. Die vor allem für die Beschichtungsindustrie interessanten Eigenschaften von DBE, DBE-2 und DBE-3 sind in Tab. 1 aufgeführt. Aus den Löslichkeitsparametern ist ersichtlich, daß DBE, DBE-2 und DBE-3 ähnliche Lösungseigenschaften haben. Alle eignen sich gut für die in der Farb- und Beschichtungsindustrie verwendeten Harze. Aufgrund ihres guten Lösungsvermögens und der ausgezeichneten Ausgewogenheit aller Eigenschaften werden DBE und DBE-Gemische mit anderen Lösemitteln vorzugsweise in vielen Bereichen der Beschichtungsindustrie eingesetzt. DBE dient als reaktions- verzögerndes Lösemittel für Automobilfertiglacke, als Ersatz für Isophoron in Blechbeschichtungen und als Lösemittel in Polyurethanbeschichtungen für Magnetdraht. DBE-2 und DBE-3 werden als Lösemittel in Abbeizern verwendet. DBE und DBE-2 sind in einigen Handreinigern enthalten.

Umwelt und Gesundheit

Die zweibasischen Adipin-, Bernstein- und Glutarsäuren, aus denen die DBE's abgeleitet sind, kommen auch in der Natur vor. Deshalb stellt DBE vermutlich nur eine geringe Belastung für Umwelt und Gesundheit dar. Trotzdem wurden von Du Pont eingehende Untersuchungen angestellt, um dieses zu beweisen.

Toxizität

Toxizitätsprüfungen wurden sowohl an DBE als auch an seinen Komponenten Dimethylsuccinat, Dimethylglutarat und Dimethyladipat durchgeführt. Die Ergeb- nisse waren wie folgt:

  • DBE zeigte keine Fortpflanzungs- oder Entwicklungstoxizität.
  • DBE verursacht keine Organschädigung, abgesehen von Anzeichen einer leichten Reizung der Nasenschleimhaut beim 90-Tage-Test.
  • Ferner wurde DBE ausgiebig auf eine mögliche mutagene Wirkung hin geprüft. Das Ergebnis war bei Proben von hochsensiblen Bakterienmutationen ein- schließlich AMES-Test und bei der Untersuchung auf Chromosomenschäden bei Tieren negativ. Chromosomenschäden traten lediglich bei Kulturen menschlicher Zellen auf und das auch nur bei relativ hohen Konzentrationen. Derartige Schäden sind bei hohen Konzentrationen nicht ungewöhnlich, nicht einmal bei unschädlichen Verbindungen, und es ist unwahrscheinlich, daraus auf eine potentielle genetische Toxizität des Materials zu schließen.
  • DBE kann leichte Augenreizungen verursachen, jedoch nur minimal und kurzzeitig. Bei übermäßiger Exposition kann es zeitweise zu getrübtem Sehvermögen führen.
  • DBE verursacht keine Hautreizungen. Hautreiztests wurden an Kaninchen durchgeführt, bis leichte bis schwere Reizungen auftraten.
  • Beim Umgang mit DBE - wie mit allen organischen Lösemitteln - ist gute Belüftung erforderlich. Bei bestimmten Arbeitsgängen kann es zu Kontakt mit Aerosolen kommen. DBE war nicht tödlich für Ratten, die einmalig der höchstmöglichen DBE-Konzentration eine Stunde lang ausgesetzt waren. Beim 90-Tage-Test und mehrmaliger Exposition kam es nur zu leichten Reizungen der Nasen- schleimhaut.

Biologische Abbaubarkeit

DBE wurde sowohl in einem schubbelüfteten Behälter als auch in einem Elektrolyt-Respirometer geprüft. Dabei stellte sich heraus, daß DBE bis zu einer Höchstmenge von 300ppm sowohl biologisch abbaubar als auch nicht angriffsverhütend ist. Wenn sich DBE akklimatisieren konnte, so ließ es sich problemlos im Klärschlamm der örtlichen Kläranlage abbauen (bis zu 1OOOppm). Auch im nicht-akklimatisiertem Schlamm ließ sich DBE gut abbauen (bis zu 300ppm). Außerdem wurde DBE erfolgreich nach dem europäischen OECD-Prüfver- fahren auf seine biologische Abbaubarkeit überprüft. Die Schlußfolgerungen aus den Prüfergebnissen sind:

  • Selbst bei Verfahren mit anschließendem, aussetzendem Zufluß in eine Kläranlage wäre DBE auch für die Behandlung dort geeignet.
  • Bei DBE-Verunreinigung könnte man (nach der Reinigung) einen eventuellen Rest abspülen und so (mit Genehmigung der zuständigen Behörde) durch den Kanal in die örtliche Kläranlage leiten.
  • Bei Verwendung von DBE in einem Verfahren mit anschließender Dauerbe- schickung zu einer biologischen Kläranlage (wo der Schlamm dann akklimatisiert wird) würde damit die erfolgreiche Behandlung des Abflusses bereits vorweggenommen (bis zu 1OOOppm).

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Entflammbarkeit

DBE wird nicht als entflammbar eingestuft, weder bei amerikanischen noch bei internationalen Aufsichtsbehörden. Im Tag-Flammpunktsprüfer kommt es auf 10O°C und hat eine Selbstent- zündungstemperatur von 370°C. Angesichts dieser hohen Werte und des geringen Dampfdruckes von DBE ist es äußerst unwahrscheinlich, daß es sich unter normalen Anwendungsbedingungen als Reinigungslösemittel selbst entzündet. In der Praxis hat es sich jedoch als sinnvoll erwiesen, bei der Anwendung des Lösemittels den betroffenen Bereich gut zu belüften, damit sich keine Dampftaschen bilden und ansammeln, die dann mit offenem Feuer oder sehr heißen Oberflächen in Berührung kommen könnten.

Beschichtungen

Durch den Einsatz von DBE's in Anstrichen könnten bereits vielfach erhebliche Kosten gespart bzw. die Qualität verbessert werden. DBE's und ihre Gemische mit anderen preiswerten Lösemitteln werden erfolgreich anstelle von Lösemitteln wie Äthylenglykoläther und deren Acetate, Isophoron, Kresolsäure und weiteren Lösemitteln eingesetzt, die im Hinblick auf Entsorgung, Toxizität und Geruch bedenklich sind. Ersetzt man solche Lösemittel durch DBE, führt ein einfacher Austausch meist nicht zu einem befriedigenden Ergebnis. Um die gewünschte Ausgewogenheit von Lösungseigenschaften, Flüchtigkeit und Viskosität zu erlangen, ist häufig ein Gemisch von DBE und einem oder mehreren preiswerten Lösemitteln vonnöten. Um jeweils die geeignete Mischung anbieten zu können, hat Du Pont ein Computerprogramm für die Rezeptierung von Lösemitteln entwickelt.

Epoxydharze

DBE ist als Lösemittel für die meisten Epoxydharze bestens geeignet. DBE-Lösemittelgemische sind ein preiswerter Ersatz für Glykoläther, Glykolätheracetate und Isophoron in den Rezepturen für Epoxydharzbeschichtungen von Geräten, Containern und Coil Coatings. So hat sich beispielsweise eine Epoxydharzrezeptur für Coil Coatings mit einem Gemisch aus 25/50/25 DBE/n-Butanol/Xylol als befriedigender Ersatz für EGA erwiesen. Dieses gute Lösungsvermögen und die Verdunstungs- rate von DBE gewährleisten die Harzlöslichkeit während der Aushärtungs- phase und sorgen so für eine gleichmäßige Beschichtung. Aufgrund seines aktiven Lösungsvermögens eignet sich DBE auch für Phenolharze und aminumsetzende Harze.

Acrylharze

Bei einer der ersten industriellen Anwendungen von DBE wurde es als reaktionsverzögerndes Lösemittel in Acryllacken für Autos verwendet. Diese Lacke fließen gut, glänzen und zeigen keine "Ausfällung". Außerdem wird es in der Automobilindustrie noch häufig als Lösemittel in Acrylbeschichtungen verwendet.

Polyester und Alkydharze

Rezepturen für Polyesterbeschichtungen mit DBE-haltigen Lösemittelgemischen zeigen ausgezeichnete Fließ- und Verlaufeigenschaften. Eine kürzlich durchgeführte Untersuchung hat ergeben, daß ein Polyesterharzgemisch mit Titandioxydpigmenten durch DBE eine bessere Deckkraft bekommt als mit anderen EGA- und dimethoxypropanol-haltigen Lösemitteln.

Vinyllösungsharze

DBE-Gemische mit Diisobutylketon, Methylisobutylketon oder Butyrolaceton eignen sich für die meisten Vinyllösungsharze. Geringe Mengen DBE können in Organosol-Dispersionsbe- schichtungen als Dispergens oder zur Verringerung der Fusionstemperatur dienen. Man könnte DBE auch als temporären Weichmacher mit extrem hohem Lösungsvermögen bei Vinylchloridharzen anstelle von zweiestrigen Weichmachern mit hohem Molekulargewicht einsetzen. Drahtemailharze Im Austausch gegen Kresolsäure in Polyurethanbeschichtungen für Magnetspulen weist DBE eine geringe Lösungsviskosität auf und ermöglicht Rezepturen mit höheren Feststoffgehalt, hat einen angenehmen Geruch und ist nicht ätzend. In Polyester und Polyesterimid- gemischen reicht DBE allein nicht aus, liefert aber gute Eigenschaften in Verbindung mit Kresolsäure.

Abbeizer

Früher wurde Methylenchlorid als Primärstoff für die chemische Farb- entfernung verwendet. In jüngster Zeit geht man in der Industrie jedoch von Methylenchlorid ab, weil Tierversuche(*1) Anlaß zum Verdacht auf mögliche Gesundheitsschäden bei Menschen, die ständig Umgang damit haben, gegeben haben, und weil es als stark belastend für die Abwasserentsorgung eingestuft wurde(*2). DBE-haltige Gemische, vor allem die mit DBE-2 und DBE-3, sind ein beliebter Ersatz für methylenchloridhaltige Abbeizer. In der Verbraucherzeitschrift "Consumer Reports"(*2) wurden kürzlich chemische Abbeizer ohne Methylenchlorid verglichen, wobei die vier besten DBE, enthalten. Sowohl nichtwässrige(*2,3) als auch wasserhaltige(*2,4) Abbeizer mit DBE sind jetzt im Handel.

Mit DBE selbst lassen sich zwar einige Anstricharten abbeizen, am besten wirkt es aber in Verbindung mit anderen ausgewählten Lösemitteln, wie das auch bei Methylenchlorid und N-Methylpyrrolidon (NMP) der Fall ist. Für interessierte Kunden hat Du Pont DBE-haltige Abbeizer zusammengestellt und getestet. Diese Rezepturen wurden der Industrie als Starthilfe zu Verfügung gestellt, damit sie dort von den Fachleuten in der Abbeizbranche optimiert werden(*5).

Für die meisten Farben eignet sich am besten eine Mischung aus 70-80% DBE und 30-20% NMP. Bei Du Pont zeigten solche Gemische eine bessere Wirkung als jeder Bestandteil allein. Ferner tragen solche Gemische zur Kostenersparnis bei, denn das verhältnismäßig preiswerte DBE ist der Hauptbestandteil und es wird weniger teueres NMP gebraucht. In diesen Gemischen werden DBE-2 und DBE-3 wegen ihres sehr geringen Dampfdruckes bevorzugt.

Handreiniger

Die DBE's finden auch in einem anderen Bereich der Beschichtungsindustrie Anwendung - nämlich bei der Entfernung von Farben und anderen Beschichtungs- stoffen. Es kommen jetzt mehrere DBE-haltige Handreiniger auf dem Markt, sowohl wasserhaltige(*4) und nicht- wässrige(*6). Neben DBE bestehen diese Handreiniger meist aus Tensiden, Erdöldestillaten, Emulgatoren und häufig einem Verdickungsmittel bzw. einem Gitterstoff wie Bims.

Schlußfolgerungen

Im Bereich Beschichtungen gibt es immer mehr Verwendungsmöglichkeiten für DBE (Dibasic Ester) von Du Pont. Das ist darauf zurückzuführen, daß im Hinblick auf Umwelt und Gesundheitsschutz unbe- denklich sind und ein ausgewogenes Verhältnis von chemischen und physikalischen Eigenschaften aufweisen.

Quellen

  1. D.M. Maynard und H.L. Jackson:Effects of Slow Solvents on Performance Properties of Industrial Coatings", Pitture Vern. 65, (12), 51-8 (1989)
  2. "Paint Removers: New Products Eliminate Old Hazards", Consumer Reports, 565 340-3 (1991)
  3. Europäische Patentanmeldung von BASF Nr. 389, 829A vom 10.3.1990
  4. R. J. Pokorny, US-Patent 4.927.556 an 3M vom 22.5.1990
  5. H.L. Jackson: "DBE-based Stripper Formulations" zur Gefahrenverringerung beim Abbeizen, Protokoll einer internationalen Konferenz in Washington DC vom 12.-13.2.1991, S. 173-176
  6. 6. R.R. Dean, US-Patent 4.673.524 vom 16.6.1987

Dr. Harold L. Jackson arbeitet im Du Pont Versuchslabor in Wilmington, Delaware, USA