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Rohstoffe und Lösungsmittel
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Wenn es um Verbesserung des Umweltschutzes, der Arbeitsplatzsicherheit und der Produkteigenschaften geht, muß man Lösemittel hinsichtlich ihrer Risikofaktoren systematisch bewerten. Dieser Beitrag beschreibt hierzu exemplarisch eine praxisorientierte Vorgehensweise. Darin einbezogen werden die Dicarbonsäuremethylester (DBE, Dibasische Ester) von DuPont, die toxikologisch unbedenklich sind und ein ökologisch vertretbares Risiko aufweisen.

 

Das gestiegene Bewußtsein über Umwelt- und Gesundheitsschutz sowie Arbeitsplatzsicherheit führt auf dem Lösemittelsektor verstärkt zu Diskussionen. Gesucht werden Alternativen für diejenigen Lösemittel, die heute als umwelt- und gesundheitsgefährdend gelten. In der Regel sind dies halogenierte Lösemittel wie das als ozonschädigend erkannte 1,1,1-Trichlorethan, das seit Ende 1995 nicht mehr hergestellt werden darf (Quelle: Europäische Regulierung 3093-94 vom 15. Dezember 1994). Oder es sind Lösemittel, die im Verdacht stehen, krebserzeugend zu wirken, wie dies bei Methylenchlorid gemäß der Einstufung der EU der Fall ist. Hierüber wird allerdings noch konträr diskutiert, was aber bei den meisten Anwendern eher zu einer Verstärkung der bereits durch die aktuelle Umweltgesetzgebung bestehenden Verunsicherung beiträgt.

Grundsätzlich haben daher Lösemittel gute Marktchancen, die ein geringes Risiko-potential aufweisen. Aus Verunsicherung halten aber viele Anwender an ihren einmal eingestellten Lösemittelformulierungen fest, wenn diese die gesetzlichen Forderungen grundsätzlich erfüllen. Dieser Beitrag zeigt daher einen praxisorientierten Weg auf, wie man verschiedene Lösemittel unter Berücksichtigung der existierenden Richtlinien hinsichtlich ihres Gefährdungspotentials bewerten kann. In diese Betrachtung einbe-zogen wird DBE (Dibasische Ester) von DuPont, ein ökologisch verträgliches und toxikologisch unbedenkliches Lösemittel auf der Basis von Glutar-, Adipin- und Bernsteinsäureestern.

DBE, Lösemittel mit bestechenden Eigenschaften

Dibasische Ester sind klare und farblose Flüssigkeiten und werden biologisch leicht abgebaut. Weitere Kennzeichen sind eine hohe Lösekraft und gute Mischbarkeit mit anderen Lösemitteln, hoher Siede- und Flammpunkt sowie ein milder Eigengeruch. DBE benötigt keine Kennzeichnung als Gefahrstoff (Entzündbarkeit, Gesundheits-gefährdung), was eine einfache Handhabung gewährleistet.

DBE fällt als ein Gemisch der Dimethylester der auch in der Natur vorkommenden Adipin-, Bernstein- und Glutarsäre an. Das begründet die gute biologische und ökologische Verträglichkeit von DBE. Gewonnen wird es aus einem Säuregemisch, das ein Nebenprodukt der Adipinsäureherstellung ist (Adipinsäure ist Ausgangsstoff für Nylon). DuPont gewinnt daraus in einer ersten Veredlungsstufe das äußerst wertvolle Gemisch aus Glutar-, Adipin-, und Bernsteinsäureester und bietet es als Standardprodukt DBE an. Daraus können sechs weitere Fraktionen erzeugt werden, die nur die Einzelkomponenten oder nur zwei Ester beinhalten (Tabelle 1). Alle Fraktionen lösen sich vollständig in Alkoholen, Ketonen, Estern und Kohlenwasser-stoffen, in Wasser und höheren paraffinischen Kohlenwasserstoffen dagegen nur wenig. Um eine gute Versorgung zu gewährleisten, produziert DuPont DBE nach einer globalen Spezifikation, die alle weltweiten Produktionsstätten erfüllen.

DBE hat ein breit gefächertes Einsatzspektrum. Es ist Lösemittel in Lacken, Reinigern, Abbeizern, Gußformverfestigern und sogar in Agrarchemikalien. Gleichzeitig kann es chemischer Baustein oder Zwischenprodukt sein, z. B. für Polyesterharze, Polyurethanschäume und Weichmacher. Aber auch im Boden-verfestiger im Bausektor, als Naßfestmittel für Papier oder bei der Herstellung von Farbstoffen, Insektiziden und Pharmazeutika kommt das gute Eigenschaftsprofil von DBE zum tragen. Dennoch ist das Potential an Einsatzmöglichkeiten bei weitem nicht ausgeschöpft.

Risikopotentiale werden transparent

Der MAK-Wert (maximale Arbeitsplatzkonzentration in mg/m³) gilt heute als Richt-wert für die Gefährlichkeit eines Stoffes. Ein hoher MAK-Wert heißt aber nicht in jedem Fall, daß für dieses Lösemittel nur geringe Arbeitschutzmaßnahmen erfor-derlich wären. In Tabelle 2 sind daher gängige Lösemittel unter Einbeziehung ihrer Sättigungskonzentration miteinander verglichen. Der darin als Vergleichsmaß ge-wählte „Flüchtigkeits-Gefahrenquotient“ QF ergibt sich als Quotient aus Sättigungs-konzentration und MAK-Wert. Er ist identisch mit der „Gefährdungszahl“ Gz in den Technischen Richtlinien der Deutschen Gefahrstoffverordnung (TRGS 420).

Angemerkt sei noch, daß zur Berechnung von QF der MAK-Wert für DBE auf einer Empfehlung von DuPont basiert, da in Europa kein Wert hierfür festgelegt ist. Der empfohlene Wert wurde mit 10 mg/m³ (1,5 ppm) absichtlich so klein gewählt, um ein Risiko von vornherein so gering wie möglich zu halten.

Ein Computerprogramm erleichtert die Auswahl optimaler, risikoarmer Lösemittel-Formulierungen

Anwendern, die nach Alternativen zu ihren bisher verwendeten LösemittelFormulierungen suchen, bietet DuPont eine besondere Dienst-leistung an: die Nutzung eines Computer-Formulierungs-Programms. Eine Datenbank mit rund 180 verschiedenen Lösemitteln kalkuliert die „Hansen-Löslichkeitsparameter“ ( Wasserstoff-Bindungsstärke, polare und unpolare Bindungsstärke) dieser Lösemittel und von deren Mischungen. Das Programm berechnet außerdem den Löslichkeitsbereich von Poly-meren und Lösemitteln aus experimentellen Ergebnissen. Diese Infor-mationen dienen dazu, DBE beinhaltende Formulierungen zu entwickeln und ihre Löseeigenschaften auf das vom Kunden gewünschte Profil abzu-stimmen. Grundsätzlich gibt es dabei zwei Vorgehensweisen:

Fall A: Eine bestehende Lösemittel-Formulierung soll durch Formulierungen mit DBE ersetzt werden

Bild 1 zeigt dazu die mit dem Computerprogramm kalkulierten Hansen-Löslichkeitsparameter für die bestehende Formulierung (Parameter sind die polare und die Wasserstoff-Bindungsstärke). Die Parameter für zulässige Alternativen zur bestehenden Lösemittel-Formulierung müssen innerhalb der in Bild 1 nur der Teilkreis dargestellten Kreisfläche liegen; eine Lage auf dem Kreisumfang ist ebenfalls zulässig. Liegen alternative Formulierungen fest, folgt zur endgültigen Klärung üblicherweise ein praktischer Test beim Kunden.

Fall B: Ein neues Bindemittel beispielsweise benötigt eine geeignete Lösemittel-Formulierung

DuPont bestimmt im Labor zunächst den Lösebereich des Bindemittels (Löslichkeitskreis im Hansen-Parameter-Diagramm). Anschließend wird DBE als alleiniges Lösemittel gewählt. Reichen dessen Löseeigenschaften nicht aus, berechnet man im nächsten Schritt das Löslichkeitsprofil von Mischungen aus DBE und anderen Lösemitteln, die im Lösebereich (Kreisfläche in Bild 1) des Bindemittels liegen müssen. Der praktische Test beim Kunden entscheidet nun wieder über den Einsatz der so ermittelten Lösemittel-Formulierung.

Aus Anschaulichkeitsgründen sind die vorstehenden Beispiele zum Computer-Formulierungsprogramm vereinfacht wiedergegeben. Zusätzliche, individuelle Parameter wie Kosten, Viskosität und Verdunstungsprofil der Lösemittel, die für den Anwender sehr wichtig sind, ermittelt das Programm bei der Kalkulation ebenfalls. Da diese Löseprobleme noch von Land zu Land unterschiedlich sein können, hat DuPont seine lokalen Händler mit dem Programm ausgestattet und anwendungsorientiert geschult. Ziel ist es, die Kunden von DuPont bei der Suche nach kosten- und produktoptimalen Lösemittel-Formulierungen bei gleichzeitig minimiertem Risikopotential effizient zu unterstützen. In Deutschland und Österreich wird DBE von der LEMRO Chemieprodukte Michael Mrotzyk KG, Grevenbroich vertrieben.

Dr. Gerald Altnau ist Product-Manager im Geschäftsbereich Nylon Specialities der Du Pont de Nemours (Deutschland) GmbH, Bad Homburg, Norbert Granderath ist Sales und Marketing Manager bei der LEMRO Chemieprodukte Michael Mrotzyk KG, Grevenbroich.