Kohlenwasserstoffe

Eigenschaften

Zusammensetzung

• aliphatische Kohlenwasserstoffe
• aromatische Kohlenwasserstoffe
• Alkohole
• Aldehyde
• Ketone
• Ester
• Ether
• Terpene

Einteilung

Spezialbenzine: Flammpunkt unter 21 °C
Testbenzine: Flammpunkt 21 °C bis 100 °C
Hochsieder: kein Flammpunkt

Trocknung

Physikalische Daten einiger Lösemittel

Lösemittel	Polarität	Flammpunkt (°C)	Verdunstungszahl	Siedepunkt (°C)	Viskosität 20 °C (cP)	Dichte 20 °C
Aceton	5,1	< - 20	2,1	56,2	0,32	0,790
Benzol	2,7	- 11	3	80,1	0,65	0,879
Dichlormethan	3,1	-	1,8	39,7	0,43	1,324
Diethylether	2,8	- 40	1,0	34,5	0,23	0,713
1,4-Dioxan	4,8	12	7,3	101,1	1,54	1,034
Ethanol	4,3	12	8,3	78	1,20	0,789
Ethylacetat	4,4	- 4	2,9	77,1	0,45	0,900
Toluol	2,4	6	6,1	110,6	0,59	0,59
Wasser	10,2			100	1,00	1,00

Einsatzgebiete

Der Haupteinsatz unpolarer kohlenwasserstoffbasierter Oberflächenreiniger ist die allgemeine Metallentfettung in der Industrie. Sie wird standardmäßig mit entaromatisierten paraffinischen oder naphtenischen Kohlenwasserstoffen betrieben, die den VbF-Klassen AI bis AIII angehören. Sie weisen ein sehr gutes Lösevermögen für tierische, pflanzliche und mineralische Fette und Öle auf. Auch im Lösemittel unlösliche Partikel (Späne) werden zusammen mit Ölen und Fetten entfernt, da sie die Haftung zur Oberfläche verlieren. Direkt am Grundwerkstoff haftende polare Verschmutzungen, z. B. Salze, können mit unpolaren KW hingegen nicht entfernt werden (Polarität eines Lösemittels). Außer Schaumkunststoffen, Moosgummidichtungen und Weich-PVC sind praktisch alle Werkstoffe für die Entfettung auf Basis unpolarer Kohlenwasserstoffe geeignet.

Oft werden KW für die manuelle Reinigung benutzt, die diskontinuierlich und kalt erfolgt, wenn die geringe Häufigkeit der erforderlichen Reinigung die Anschaffung eines speziellen Reinigungsautomaten unwirtschaftlich macht, beispielsweise bei Reparatur- und Instandhaltungsarbeiten. Außerdem sind die zu reinigenden Teile oft so groß und schwer demontierbar, dass Sonderanlagen nötig wären. Die Reinigung ausgebauter Aggregate findet in der Werkstatt üblicherweise an Waschtischen statt, deren Größe dem Reinigungsgut angepasst ist. Meist sind es einfache Metallbehälter, deren Reinigungsflüssigkeit (häufig KW-Reiniger der Gefahrklasse AIII nach VbF) durch einen Deckel vor Verdunstung geschützt wird. Die manuelle Teilereinigung mit KW wird ebenso zur Zwischenkontrolle in der Fertigung verwendet. Dies geschieht insbesondere bei Präzisionsteilen, die vor der Qualitätsprüfung von Bearbeitungsöl befreit werden müssen.

Außerdem werden Kohlenwasserstoffe auch in Reinigungsmaschinen für den seriellen Betrieb eingesetzt. Zum Einsatz kommen geschlossene Reinigungsanlagen, die mit Tauchbadverfahren oder Dampfentfettung arbeiten. Letztere müssen allerdings aufgrund der Entflammbarkeit speziell für die Verwendung von KW-Reinigern ausgelegt werden. Auch die Spritzverfahren mit Lösemitteln der VbF-Klassen AI bis AIII müssen aufgrund der Brand- und Explosionsgefahr als sehr kritisch betrachtet werden.

KW-Lösemittel können - je nach Anwendungszweck - in verschiedenen Zusammensetzungen mit Wasser als Dispersion in Form von Emulsionen eingesetzt werden. Dabei verteilen sich die von den Bauteilen entfernten Verschmutzungen in Abhängigkeit von ihrer Polarität zwischen den beiden Reinigerphasen.

Arbeitsschutz

Organische Lösungsmittel sind in der Regel leicht flüchtig und verdampfen auch bei niedrigen Temperaturen rasch. Unter ungünstigen Ventilationsbedingungen können daraus höhere Konzentrationen in der Atemluft resultieren. Über die Atemluft gelangen Lösemittel in die Lunge, wo sie mit dem Blut in die einzelnen Organe und ins Gewebe transportiert werden und ihre Giftwirkung entfalten. Direkter Hautkontakt kann gegebenenfalls die Lösungsmittelaufnahme steigern. Die Toxizität nichthalogenierter organischer Lösemittel ist jedoch meist wesentlich geringer als die der CKW.

Die Wirkungsschwellen für Lösemittel sind sehr unterschiedlich. Neben einer narkoseähnlichen Wirkung treten je nach Substanz Schleimhautreizungen, Schwindelgefühl, Müdigkeit, Benommenheit und bei höherer Dosis auch Übelkeit und Kopfschmerzen auf. Bei einer Langzeitbelastung können neben psychoorganischen Störungen Leber- und Nierenschädigungen hinzukommen. Erhöhte Lösemittelkonzentrationen in der Raumluft sind oftmals durch den charakteristischen Geruch zu erkennen. Grundsätzlich sind Lösemittel in ihren gesundheitlichen Auswirkungen auf den Menschen schwer zu beurteilen, weil sie in unterschiedlichen Kombinationen vorkommen und hierfür keine Richt- oder Grenzwerte vorliegen. Alle sicherheitsrelevanten Kenndaten können den von den Lösemittelherstellern bereitgestellten Sicherheitsdatenblättern entnommen werden. Allgemeine Richtlinien für den Umgang mit organischen Reinigern enthält die Verordnung zur Umsetzung der Richtlinie 1999/13/EG über die Begrenzung von Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen (Zusammenfassung). Richtlinien für die zulässigen Immissionen in die Umwelt können dem Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) entnommen werden.

Beim Umgang mit Lösemitteln sind folgende Schutzmaßnahmen zu beachten: Dicht verschlossen, kühl, an gut belüftetem Ort lagern. Arbeiten unter Abzug vornehmen. Schutzbrille mit Seitenschutz und oberer Augenraumabdeckung tragen.

Erste-Hilfe-Maßnahmen:

Hautkontakt: mit viel Wasser abwaschen

Augenkontakt: mehrere Minuten bei gespreizten Lidern unter fließendem Wasser mit Augendusche ausspülen. Augenarzt konsultieren!

Einatmen: Frischluft. Ggf. Atemspende oder Gerätebeatmung

Verschlucken: Viel Wasser trinken lassen. Erbrechen vermeiden. Einen Arzt konsultieren.

Anlagen

Bei brennbaren Lösemitteln muss die Anlagentechnik darauf ausgerichtet sein, Brände und Explosionen auszuschließen. Explosionsschutzmaßnahmen müssen nicht ergriffen werden, wenn das Lösemittel bei Temperaturen von maximal 15 °C unter seinem Flammpunkt verwendet wird oder eine Explosionsgefährdung dadurch unterdrückt wird, dass die Anwendung bei entsprechendem Unterdruck erfolgt. Explosionen der Lösemittel/Luft-Gemische führen zu einer bis zu achtfachen Druckerhöhung. Dies bedeutet, dass eine Explosion, die in einer geschlossenen Kammer bei einem Druck < 125 mbar stattfindet, keine Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck von 1 bar erzeugt und somit relativ ungefährlich ist.

Aus der Sicht des Umweltschutzes erweist sich die KW-Oberflächenreinigung bei erhöhten Lösemittelverlusten als problematisch. Das betrifft in erster Linie Großanlagen mit Heißlufttrocknung zur seriellen Reinigung. Bei derartigen Anlagen sind Maßnahmen zur Emissionsminderung, wie z. B. eine Kondensationsabscheidung, erforderlich. Lösemittelverluste können durch die Realisierung eines geschlossenen Kreislaufes mit destillativer Badpflege minimiert werden.

Die Wasserlöslichkeit der meisten Kohlenwasserstoffe ist gering, was sich in ihrer Einordnung in die Wassergefährdungsklasse 1 (kaum wassergefährdend) äußert.

Der Einsatz von Teile-Reinigungsgeräten ohne Absaugung ist nur zulässig, wenn das verwendete Lösemittel

• im Sinne der Gefahrstoffverordnung nicht kennzeichnungspflichtig ist

• einen Flammpunkt über 55 °C aufweist

• der Massenanteil von halogenorganischen Verbindungen nicht mehr als 1 % beträgt.

Werden in Teile-Reinigungsgeräten Lösemittel verwendet, die diesen Anforderungen nicht entsprechen, muss - zusätzlich zur natürlichen Lüftung - eine technische Lüftung (Absaugeinrichtung) vorhanden sein.

Aufbereitung

Anwender von Gefahrstoffen sind gesetzlich verpflichtet, recyclingfähige Wertstoffe getrennt zu sammeln und diese entweder selbst nach Gebrauch zu regenerieren oder sie einer Wiederverwendung zuzuführen. Die Verwertung von Abfällen hat Vorrang vor der Entsorgung, wenn:

• sie technisch möglich ist

• die hierbei entstandenen Kosten im Vergleich zu anderen Verfahren der Entsorgung nicht unzumutbar sind

• für die gewonnenen Stoffe ein Markt vorhanden ist.

Bei der Reinigung gebrauchter Lösemittel besteht die Aufgabe entweder darin, Verunreinigungen abzutrennen, oder Gemische wieder in die Einzelkomponenten zu zerlegen. Die Rückgewinnung verunreinigter, flüssiger Lösemittel erfolgt in der Regel durch Destillation. Unter Destillation (destillare, lat. = herabtropfen) wird die Trennung einer Lösung durch Verdampfen und anschließendes räumlich getrenntes Kondensieren verstanden. Die Trennung beruht auf der unterschiedlichen Siedetemperatur von Lösemittel und Lösestoff. Am Ende des Destillationsvorganges kann das gereinigte Lösemittel wiederverwendet werden. Übrig bleibt ein Konzentrat in Form von Schlamm oder Feststoffen, das entsorgt werden muss. Im einfachsten Fall besteht eine Destillationsanlage aus einem indirekt beheizten Verdampfungsbehälter mit einem nachgeschalteten Kondensator.

Praxiserfahrungen zeigen, dass die zentrale Aufarbeitung vom Lösemittel auch Nachteile mit sich bringt, weil nicht alle Nutzer die unbedingt notwendige sortenreine Sammlung beachten. Bereits kleine Beimengungen von anderen Stoffen können die aufwendige Aufarbeitung zunichte machen. Aus diesem Grund wird in erster Linie eine dezentrale Aufarbeitung direkt am Entstehungsort unterstützt.

Inzwischen können relativ saubere halogenfreie Lösemittel kostengünstig der Energiegewinnung zugeführt werden. Aus diesem Grund werden die Abfallerzeuger gebeten, geeignete Lösemittel getrennt zu sammeln. Es handelt sich insbesondere um brennbare Stoffe, wie z. B. Alkohole (Methanol, Ethanol, Isopropanol), Ketone (Aceton), Ester, Xylol, Benzol, Toluol u. ä. Die Flüssigkeiten dürfen keine Feststoffe, störenden Reaktionsprodukte und nach Möglichkeit kein oder nur wenig Wasser enthalten. Regenerierungsfähige Lösemittel fallen nicht unter diese Kategorie von Abfällen.

Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Forschungsprojektes zur ganzheitlichen Bilanzierung von Verfahren der industriellen Teilereinigung wurde ein Vergleich der drei am häufigsten eingesetzten Verfahren - Reinigung mit CKW, nichthalogenierten Kohlenwasserstoffen nach VbF AIII und wässrigen Systemen - sowie eine ökologisch-ökonomische Schwachstellenanalyse der Einzelverfahren durchgeführt (Ökobilanz).

Allgemeine Richtlinien für den Umgang mit organischen Reinigern enthält die Verordnung zur Umsetzung der Richtlinie 1999/13/EG über die Begrenzung von Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen (Zusammenfassung). Richtlinien für die zulässigen Immissionen in die Umwelt können dem Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) entnommen werden.

Referenzen

T. W. Jelinek

Reinigen und Entfetten in der Metallindustrie

Eugen G. Leuze Verlag, 1999

Online-Magazin "JOT - Journal für Oberflächentechnik"
http://www.jot-oberflaeche.de/

• Ausgabe 01/00: Reinigung von Kugellagern

• Ausgabe 06/99: KW- Reinigung bei großen Chargen und komplizierten Teilen

• Ausgabe 07/99: Reinigen mit Kohlenwasserstoffen - Stand der Technik und neue Trends

• Ausgabe 12/99: Industrielle Reinigung - Noch höhere Standzeiten und niedrigere Restschmutzgehalte

• Ausgabe 03/98: Präzisionsreiniger für Metall-, Elektronik- und Optikanwendungen

• Ausgabe 11/98: Reinigen mit nicht-VOC-relevanten Lösemitteln

• Ausgabe 08/98: Reinigung mit halogenfreien Lösemitteln: Anwendungstrends und VOC-Richtlinie

N. N.

Guide to Vapor Degreasing and Solvent Cold Cleaning

ASM Handbook, Volume 5, Surface Engineering, ASM International, 1996

Peterson, D.

Practical Guide to Industrial Metal Cleaning

Hanser Gardner Publications, 1997

Weiner, R.

Metall-Entfettung und -Reinigung

Eugen G. Leuze Verlag, 1969

US-Amerikanische Wissensbasis "Sage: Solvent Alternatives Guide"

http://sage.rti.org