Trocknung/Entgasung Kunststoff ohne VOCs: Plastik ohne Gesundheitsgefahr als Frage der Trocknung

Von Dominik Stephan

Vom Spielzeug bis zum Wohnaccessoire: Ein Großteil unserer alltäglichen Gebrauchsgegenstände enthalten sog. VOC (volatile organic compounds), also flüchtige organische Verbindungen bzw. Gas- und dampfförmige Stoffe mit z. T. extremem Geruch und gesundheitsschädlichen Auswirkungen für Mensch und Umwelt. Damit diese nicht aus dem Kunststoff austreten, können Sie mit Hilfsmitteln gebunden werden - aber ist das sicher? Besser wäre es, die flüchtigen Schadstoffe direkt beim Trocknen abzufangen,bevor Sie überhaupt in die Luft gelangen können.

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Entgasungstrockner eVOC für VOC-freie Luft und schadstofffreies Kinderspielzeug
Entgasungstrockner eVOC für VOC-freie Luft und schadstofffreies Kinderspielzeug
(Bild: Simar)

In der Kunststoffverarbeitung spielt ausgerechnet Wasser eine entscheidende Rolle: Viele Kunststoffe sind hygroskopisch, also wasseranlagernd, oder enthalten Füll- und Verstärkungsstoffe, die Wasser aufnehmen können. Sowohl die Verarbeitung als auf die Produktqualität hängen also direkt von der Produktfeuchte ab, insbesondere, da Wasser während des Aufschmelzens zur Hydrolyse des Material führen kann. Daher folgt in aller Regel auf das Granulieren des Rohmaterials ein Trockenprozess, bei dem die Restfeuchte exakt eingestellt werden kann. Generell lautet dabei Anforderung „höchste Trocknungseffizienz bei minimalem Energieaufwand“ – zunehmend ergänzt um die Notwendigkeit, VOCs (volatile organic compounds) zu vermeiden oder zu reduzieren. Diese bezeichnen flüchtige organische Verbindungen, wie kohlenstoff- und wasserstoffhaltige Substanzen, die durch Verdunsten in die Dampf- oder Gasphase übergehen und in einem relevanten Maß Einfluss auf die Luftreinheit nehmen.

In der Kunststoff-produzierenden und -verarbeitenden Industrie treten diese Substanzen beispielsweise in Lösemitteln und Kunststoffbausteinen (Monomeren) auf. Ebenso sind sie in Hilfsmitteln wie beispielsweise Weichmachern, Stabilisatoren, Katalysatoren, Flammschutz- oder Antioxidationsmitteln enthalten. So weit, so gut - allerdings führen VOCs entsprechend Ihrer Konzentration in der Luft zu Beeinträchtigungen und gesundheitlichen Schädigungen. Diese reichen von Geruchsbelästigung über Reizungen der Atemwege und Augen bis hin zu Krebserzeugung und Erbgutschädigung. Des Weiteren leisten die Emissionen einen maßgeblichen Beitrag zur Zerstörung der stratosphärischen Ozonschicht und sind mitverantwortlich für den Treibhauseffekt und die CO2-Intensivität.

Kampf den Krankmachern: Industrie und Verbraucher wollen weg von VOCs

Für die Lack- und Chemieindustrie wurde bereits vor Jahren durch die Bundes-Immissionsschutzverordnung eine verbindliche Vorgabe zur Begrenzung der VOC-Emissionen eingeführt. Seitdem erfahren lösemittelfreie Lacke und Farben eine wachsende Verbreitung. Dieser Paradigmenwechsel im Bereich des Umweltschutzes wirkt sich auch auf andere Industriezweige, wie z. B. die Automobilindustrie aus. Hier gelten derzeit Empfehlungen und Richtwerte zur Emissionsverringerung namhafter Hersteller wie z. B. VW oder BMW. Ein Inkrafttreten verbindlicher Verordnungen mit definierten Grenzwerten ist für die nahe Zukunft absehbar. Neben den geltenden Anforderungen für Innenräume von Fahrzeugen zählen niedrige VOC-Werte für viele andere Bereiche und Gegenstände des Alltags zu den wichtigsten Materialeigenschaften. So begegnet man immer häufiger Begriffen wie „Wohngesundheit“ oder „VOC-freies Spielzeug“, was verdeutlicht, dass der Endkunde vermehrt Wert auf gesunde Ausstattung von Wohn- und Arbeitsbereichen sowie der bedenkenlosen Nutzung von Kinder- und Babyspielzeugen legt.

Zur Verminderung von Emissionen setzen Rezyklatverarbeiter und Hersteller von Kunststoffgranulaten häufig Hilfsmittel oder Additive ein, die die VOC adsorbieren. Damit sind diese zwar gebunden, bleiben aber trotzdem im Kunststoff enthalten. Es ist daher nicht auszuschließen, dass sie unter bestimmten Bedingungen wieder freigesetzt werden, beispielsweise an heißen Sommertagen in Fahrzeuginnenräumen oder bei direkter Sonneneinstrahlung auf ein Kinderspielzeug. Ebenso widerspricht dieser Vorgang auch dem „Circular-Economy-Gedanken“. Denn wird der „veränderte“ Kunststoff am Ende seines Produktkreislaufes recycelt, beeinträchtigen - neben den herkömmlichen bedenklichen Inhaltsstoffen - zudem die hinzugefügten Additive den Recyclingprozess.

Ein alternatives Verfahren ist die direkte Einspeisung eines Schleppmittels in die Kunststoff-Schmelze. Über eine geeignete Entgasung in der Extrusion lassen sich dann unerwünschte Gerüche, VOC bzw. SVOC aus dem Prozess entfernen. Nachteil dieses Verfahrens ist der hohe technische Aufwand und die damit verbundenen, zusätzlichen Investitionen in die Maschinentechnik für das Unternehmen.

Sicher ist sicher: Trocknung und Entgasung in einem Verfahrensschritt

Mit der Kombination aus Trocknungsverfahren und Entgasunganlage will der Spezialanlagenbauer Simar eine zuverlässige Lösung für die kontinuierliche Entfernung von VOC, SVOC und / oder Geruch während der Trocknungsphase des Kunststoff-Granulates gefunden haben. Selbst für die Nachrüstung von bestehenden „Alt-Anlagen“ soll das um Patent angemeldete Evoc-Verfahren attraktive Lösungsmöglichkeiten zur Reduzierung ungewollter und schädlicher Emissionen bieten.

Auf den Einsatz von Schleppmitteln oder Additiven kann dank so verzichtet werden. Grundlage des Trockners ist die patentierte Edry-Luftentfeuchtung, die bei einem reduzierten Energiebedarf einen hohen Wirkungsgrad bieten soll. Der Taupunkt der Prozessluft, die dem Kunststoffgranulat zugeführt wird, bewegt sich dauerhaft nahezu konstant in einem Bereich zwischen -60°C und -80 °C. Umgebungseinflüsse und klimatische Bedingungen haben keinen Einfluss auf das Trocknungsergebnis, sodass ein konstanter Trocknungsprozess sichergestellt ist.

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Die Prozessluft, die in der Regel innerhalb des Kunststoff-Herstellungsprozesses ohnehin zum Trocknen benötigt wird, dient zugleich als Trägerfluid zum Abtransport der Schadstoffe aus dem Kunststoffgranulat. Die VOC-beladene Abluft wird anschließend in einer Kältefalle gezielt abgekühlt, wodurch sich die VOC als Kondensat niederschlagen und so ausgeschieden und separiert werden. Um den Verflüchtigungsprozess effizient zu gestalten, wird mittels einer speziellen Vakuum- und Ventiltechnik ein zusätzlicher Entgasungsprozess während der Trocknung durchgeführt. Ein VOC-Sensor mit integriertem Photoionisationsdetektor überwacht hierbei kontinuierlich die Entgasung und regelt bedarfsgerecht die Prozesstechnik. Da beim Evoc Trocknung und Entgasung in einem Verfahrensschritt zusammengefasst sind, verspricht Simar (seit 2020 Teil der Rembe-Allianz für den Spezialanlagenbau) kurze Amortisationszeiten bei Einführung des Verfahrens.

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