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Während ausgehärtete Kunststoffe nach heutigem Erkenntnisstand weitgehend inert und gesundheitlich unbedenklich sind, können Gefahrstoffe bei der Herstellung von Kunststofferzeugnissen auf vielfältige Weise eine Rolle spielen.

Beispielsweise können sie als Ausgangskomponente erforderlich sein wie z. B. Isocyanat bei der Herstellung von Polyurethan, oder als unerwünschtes Zersetzungsprodukt bei der Heißverarbeitung von Thermoplasten oder Duroplasten entstehen.

Viele Gefahrstoffe wie Weichmacher, Stabilisatoren, Flammschutz- oder Treibmittel bestimmen im Herstellungsprozess die Eigenschaften der Produkte. Auch kommen sie als Hilfsmittel zum Einsatz wie Formentrennmittel und sind als bleihaltige Reinigungsgranulate oder lösemittelhaltige Oberflächenreiniger für Reinigungsarbeiten erforderlich.

Darüber hinaus kommen Gefahrstoffe bei der Endfertigung der Produkte zum Einsatz, so in Arbeitsschritten zum Konditionieren, Beschichten oder Bedrucken.1)

Durch Einatmen der Gefahrstoffe aus der Luft wird die Gesundheit der Mitarbeiter in der Produktion gefährdet.

Um diese Gefährdung zu vermeiden, werden generell „technische Lüftungsmaßnahmen“ vorgeschlagen oder auch, diese Gefahrstoffe abzusaugen, idealerweise an der Emissionsquelle. Die Empfehlung wird seitens der Berufsgenossenschaft zur Pflicht, wenn Arbeitsplatzgrenzwerte überschritten sind.

Das nicht nur „abgesaugt“, sondern in der Folge der Gefahrstoff / Schadstoff auch abgeschieden wird, impliziert sich zumeist im realen Produktionsumfeld.

Dabei ist in der Regel ein Abluftbetrieb der Produktionsanlagen notwendig, z.B. wegen Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) wie Pentan, Aceton und Styrol oder Ozon) und für Deutschland ist die TA Luft verbindlich zu beachten .

Die bisherigen technischen Lösungen

Als Filtersysteme für Aerosole und Partikel kommen bislang häufig mechanische Filtersysteme oder Nasswäscher zum Einsatz.

In filternden Abscheidern (dem sog. „Mechanischen Filter“) wird die zu reinigende Luft durch ein poröses Medium geleitet, in dem die dispergierten Feststoff- oder Aerosolpartikel aufgrund verschiedener Mechanismen wie z.B. Siebwirkung, Trägheit, Diffusion oder Elektrostatik zurückgehalten werden.

Ein gravierender Nachteil der mechanischen Filtersysteme im Bereich der Kunststoff-Produktion liegt in der Tatsache, dass sich die Filtermedien bei viskosen Schadstoffen schnell zusetzen. In der Folge kommt es zu einem massiven Anstieg des Druckverlustes, so dass eine ausreichende Absaugleistung nicht mehr gegeben ist und ein häufiger und kostenintensiver Wechsel der Filtermedien notwendig wird. Die zugesetzten Filterelemente müssen sodann häufig kostenintensiv als Sondermüll entsorgt werden.

Nassabscheider werden zum Entfernen fester, flüssiger oder gasförmiger Verunreinigungen aus Gasen eingesetzt – insbesondere bei klebrigen, adhäsiven oder leicht entzündlichen Stäuben. In Nassabscheidern werden die abzuscheidenden Partikeln oder Aerosole zu der Waschflüssigkeit hin bewegt und dort angelagert. In einem weiteren Schritt müssen die dabei gebildeten Agglomerate – bestehend aus Tropfen und Partikeln – aus dem Gasstrom entfernt werden.

Nachteile der Nasswäscher sind ihre Wartungsintensität und der Fakt, dass eine Abscheideleistung für Partikel < 1 µm (z.B. Rauch) physikalisch begrenzt ist.

Beide Lösungen belasten den Anwender mit hohen Betriebskosten infolge der hohen Druckverluste der Filtersysteme mit entsprechendem Energieverbrauch oder auch, weil teilweise die Schadstoffe in der Produktionshalle zwar abgesaugt, jedoch nicht abgeschieden sondern nur in die Umwelt „verlagert“ werden. Je nach Schadstoffmengen und Volumenströmen wird noch eine Nachverbrennung der Schadstoffe eingerichtet. Diese Anlagen arbeiten aber in der Regel nur bei hohen Konzentrationen und Volumina wirtschaftlich.

Die Alternative

Es gibt jedoch Alternativen zu den herkömmlichen, energie-intensiven Lösungen: Die Absaugung und Filtration der Aerosole wie z.B. Rauch, Nebel oder Partikeln mit elektrostatischen Filtersystemen, allen voran den SmogHog®-Systemen von UAS.

Die eingesetzte Technologie hat sich zur Abscheidung von Ölnebel/-rauch und Emulsionsnebel in metallverarbeitenden Betrieben seit Jahrzenten bewährt und kann auf den Betrieb von über 10.000 erfolgreichen Anlagen allein in Europa verweisen.
 
Das Funktionsprinzip:

Für die hohen Abscheideleistungen selbst ultrafeiner Partikel < 0.001mm zwischen 96 - 99% sorgt ein einfacher, aber umso effektiverer Aufbau. Die verunreinigte Luft wird von einem Ventilator angesaugt und trifft zunächst auf einen mechanischen Vorfilter, der größere Schadstoffpartikel abscheidet und für eine gleichmäßige Verteilung des Luftstromes sorgt.

Dem Vorfilter folgt der so genannte Ionisator. Hier werden die verbliebenen feinen Schadstoffpartikel durch Elektronen und ionisierte Luftmoleküle in Sekundenbruchteilen kontinuierlich positiv aufgeladen.

Der Kollektor übernimmt die eigentliche Reinigung der Luft. Er besteht aus einer Reihe senkrechter Metallplatten, die parallel zum Schadstoffstrom stehen. Innerhalb des
Kollektors werden positiv aufgeladene Schadstoffpartikel in einem induzierten elektrischen Feld in Richtung der geerdeten Platte abgelenkt.

Der senkrechte Einbau der metallischen Platten gewährleistet ein ausgezeichnetes Ablaufverhalten, da die abgeschiedenen Schadstoffe einfach durch einen Siphon ablaufen können.

Die Kollektorplatten, auf denen sich die Verunreinigungen abscheiden, können gereinigt und wiederverwendet werden, wobei die Schadstoffe bei Zusammenarbeit mit einem Fachpartner selbstverständlich umweltgerecht entsorgt werden.

Vorgenannte Abscheideleistungen sind keine „Behauptungen“, sondern wurden durch das ILK Dresden gemessen und bestätigt. Smog-Hog®-Systeme und Anlagen können in Varianten von 500 – 40.000 m³/h Betriebsvolumenstrom zur Verfügung gestellt werden.

Die Verwendungsmöglichkeiten für Elektrofilter sind im Bereich der Kunststoff- und Kunststoff-Produkte-Herstellung vielfältig. Die folgende Auflistung gibt einen Überblick.

Absaugung von Extrudern und Extrusionsanlagen
Es werden Schadstoffe entfernt, die beim Mischen, Aufbereiten und der Extrusion von Thermoplasten entstehen z.B. Weichmacher wie Phthalate und Rauche aus Polyolefinen, PVC, PVC-P, PE-LD, PE-HD, PP, ASA/ABS/PA.

Absaugung von Laminierungsmaschinen
Es werden Schadstoffe entfernt, die beim Beschichten von Folien und Verpackungen entstehen insbesondere beim Heißlaminieren, wie Rauche aus Polypropylen.

Absaugung von Kalanderanlagen
Zur Entfernung von Schadstoffen, die beim Herstellen von Flachfolien mittels einer Serie von Walzen entstehen – insbesondere bei Folien aus PVC die Rauche der Weichmacher-Phthalate

Absaugung von Granuliervorrichtungen und Mischern
Gegen Schadstoffe, die als Rauche oder Stäube beim Granulieren und Mischen entstehen

Absaugung von Umluft- bzw. Industrieöfen
Zur Entfernung von Schadstoffen, die bei der Wärmebehandlung der Produkte entstehen – insbesondere in Temper- und Durchlauföfen, in denen Nebel und Dämpfe von Korrosionsschutzmitteln, Weichmachern oder Silikonölen freigesetzt werden

Herstellung von Polyurethan-Schäumen
Gegen Schadstoffe, die bei der Herstellung und Verarbeitung von Polyurethan entstehen wie die Rauche von Trennmitteln

Absaugung von Spritzgießmaschinen (teilweise)
In der Regel handelt es sich bei Spritzgußmaschinen um gekapselte Maschinen, an denen eine Gefährdung durch inhalative Gefahrstoffe insbesondere bei Umrüst- und Instandhaltungsarbeiten oder Leckagen auftreten können.2)

Übergreifend lässt sich sagen, dass elektrostatische Filtersysteme sehr gut geeignet sind, um ein breites Schadstoffspektrum mit in der Praxis oft undefinierten Eigenschaften wie z.B. thermische Zersetzungsprodukte und Stoffgemische abzusaugen und abzuscheiden.

Als weiterer Pluspunkt lässt sich festhalten, dass bei Absaugung/Filtration mittels Elektrofiltern aufgrund der Konstruktion der Filterzellen der Volumenstrom und somit die Fördergeschwindigkeit der Schadstoffe im Betrieb nahezu konstant bleiben. So wird die Kondensation von Schadstoffen in der Rohrleitung und damit der Wartungsaufwand maßgeblich reduziert. Eine weitere Kostenersparnis gegenüber bisherigen Lösungen, bei denen über die Reinigung der Rohrleitungen oder die Notwendigkeit, Dächer zu sanieren, häufig geklagt wurde.

Es ist dabei sicher verständlich, dass die Systeme und Anlagen nicht „von der Stange“ sein können, sondern durch das Engineering auf die Anwendung abgestimmt werden müssen, um die Zuverlässigkeit des Filtersystems im Betrieb zu gewährleisten und das Investitionsrisiko zu minimieren.

In der Zusammenarbeit mit Fachanbietern wie UAS hat sich eine Herangehensweise bewährt, die mit Sichtung des Sicherheitsdatenblattes beginnt, gefolgt von der Analyse einer Schadstoffprobe im Labor, um z.B. das Temperaturverhalten oder den Stockpunkt zu ermitteln, und gegebenenfalls einer Validierung durch Testfilter im Teillastbetrieb vor Ort.

Hiernach wird die Gesamtanlage ausgelegt und errichtet, wobei UAS als Partner auch in der Lage ist, schlüsselfertige Anlagen anzubieten. Hersteller wie TetraPak, Erwepa, Lanxess, Mondi Coating, Ineos, Leipa, EloPak uvm. verlassen sich nicht nur auf die Errichter-Leistungen, sondern stimmen auch die Wartung mit dem Fachpartner ab, was von der reinen turnusmäßigen Reinigung der Filterzellen in der UAS-Ultraschallwaschanlage bis zur fachgerechten Wartung und Reinigung des kompletten Systems und Schulung der Mitarbeiter gehen kann.

Eine Kombination aus Anlage und Serviceleistungen, die den Herstellern auch Sicherheit und Transparenz der Betriebskosten bietet.

Infokasten

Weichmacher sind Stoffe, deren Aufgabe es ist, andere Materialien weich, biegsam, dehnbar und geschmeidig für den Gebrauch und die weitere Verarbeitung zu machen. Ihr Haupteinsatzgebiet ist die Kunststoffherstellung weltweit.

Häufig verwendete Weichmacher sind z.B. die Phtalate, schwerflüchtige Ester, fette Öle, Weichharze und Campher.

Nachdem die Weichmacher den Materialien hinzugefügt wurden, dienen sie als eine Art Schmiermittel und sorgen für eine bewegliche Anordnung der Moleküle, wodurch das vorher starre Material weich wird. Gleichzeitig wird der thermoplastische Temperaturbereich in das gewünschte Fenster verschoben.

Die Einsatzbereiche für Weichmacher sind zum Beispiel Kunststoffe, Farben, Lacke und Gummi, wobei 87% aller Weichmacher für die Verarbeitung von Kunststoff zu Weich- Kunststoff eingesetzt werden.

Weich-Kunststoff besteht zu ca. 30-35% aus Weichmachern und begegnet uns überall im täglichen Leben wie z.B. in Bodenbelägen, Tapeten, Verpackungen, Dach- und LKW-Folien oder Kabeln.

Den größten Anteil hierunter nimmt nach wie vor das Polyvinylchlorid (PVC) ein mit den Phtalaten als meistverwendetem Weichmacher. Gerade den Phtalaten wird jedoch eine Gesundheitsgefährdung speziell unter Fortpflanzungsaspekten zugeschrieben, sie gelten als Gefahrstoffe.3)

Solange also keine ungefährlicheren Ersatzstoffe in großem Umfang zum Einsatz kommen, muss eine Respiration des Gefahrstoffes durch Absaugung und Filtration vermieden werden.

 

Autoren:
Carlo Saling, Norbert Jedrzejak, Alwin Braun,
Jörn Jacobs, Dipl.-Kfm., Fachjournalist IHW

Quellen:

1) Berufsgenossenschaft BGR 223 „Sicheres Arbeiten in der Kunststoffindustrie“
2) Zitat aus der Expositionsbeschreibung der Berufsgenossenschaft
3) Zusammenfassung aus Wikipedia, Ceresana, Unterlagen des Bundesumweltamtes.

 
Bildlegende

Bild 1: Absaugung Extruder mit Elektrofilter aus Edelstahl (8000 m³/h)
Bild 2: Absaugung Extruder mit Elektrofilter und Luftvorwärmung - Vollständiges Filtersystem nach der Inbetriebnahme
Bild 3: Erfassung Ölrauch aus Extruderg
Bild 4: Absaugung Extruder mit Elektrofilter und Luftvorwärmung - Steuer- und Regeleinheit
Bild 5: Absaugung Ölrauch aus Wärmelinie
Bild 6: Absaugung Ölrauch aus Wärmeofen
Bild 7: Funktionsprinzip
Bild 8: Absaugung Extruder mit Elektrofilter (8000 m³/h)
Bild 9: Absaugung Extruder mit Elektrofilter aus Edelstahl (8000 m³/h)
Bild 10: Absaugung Kalanderbeschichtung mit Wärmerückgewinnung
Bild 11: Absaugung Extruder mit Elektrofilter und Luftvorwärmung - Flexible Absaughauben (Teleskophauben)
Bild 12: CAD-Konstruktionszeichnung

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