Entwicklung und chemische Analytik eines glycerinbasierten Kühlschmierstoffs für die Metallbearbeitung

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1 Entwicklung und chemische Analytik eines glycerinbasierten Kühlschmierstoffs für die Metallbearbeitung Von der Fakultät für Lebenswissenschaften der Technischen Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig zur Erlangung des Grades eines Doktors der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.) genehmigte Dissertation von Heiko Stäche aus Goslar

2 1 EINLEITUNG 1 2 ZIELSETZUNG DER ARBEIT 3 3 KÜHLSCHMIERSTOFFE IN DER METALLBEARBEITUNG Systematik der Kühlschmierstoffe Nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe Wassermischbare Kühlschmierstoffe Wirtschaftliche Bedeutung von Kühlschmierstoffen Nachteile der Verwendung konventioneller ölbasierter Kühlschmierstoffe Gesundheitliche Gefahren Ökologische Gefahren Ökonomische Faktoren Ökologisch nachhaltige Metallbearbeitung Bestandteile wassermischbarer Kühlschmierstoffe Basisflüssigkeit Verschleißinhibitoren (EP/AW-Additive) Korrosionsinhibitoren Biozide Weitere Additive Entsorgung von Kühlschmierstoffen, Spänen und Waschflüssigkeiten Entsorgung der Kühlschmierstoffe Verwertung der Metallspäne Werkstückreinigung und Entölung der Schleifschlämme 29 4 GLYCERIN Physikalische Eigenschaften 31

3 4.2 Vorkommen und Gewinnung Toxizität Entwicklung der Produktionsmengen von Glycerin biologischen Ursprungs Verwendung 35 5 MATERIAL UND METHODEN Verwendete Chemikalien Zusammensetzung desglycerinbasierten Kühlschmierstoffs Bestimmung der Konservierungseigenschaften von Glycerin Biozide Wirksamkeit von Glycerin/Wasser-Mischungen Ermittlung der bioziden Wirksamkeit des Glycerin-KSS Bestimmung des Mikroorganismenwachstums in der Schleifmaschine Chemische Analytik des Glycerin-KSS Enzymatische Glycerinquantifizierung mittels UV-Test Glycerinquantifizierung mittels Dichtemessung Bestimmung von Aminen mittels Ionenchromatographie Bestimmung von MSAHS und DMTD Bestimmung von Carbonsäuren mittels GC/FID Bestimmung von Polyethylenglykol-Monooleat Analytik volatiler Verbindungen beim Einsatz des Glycerin-KSS Konzentrationsbestimmung volatiler Carbonylverbindungen im Innenraum der Schleifmaschine und der Raumluft Bestimmung flüchtiger Carbonylverbindungen in flüssigen Proben Screening volatiler Verbindungen mittels SPME- Passivprobenahme 80 II

4 5.5.4 Screening unpolarer volatiler Verbindungen unter der Verwendung von Aktivkohle-Adsorbern Screening polarer volatiler Verbindungen unter Verwendung von XAD-7-Adsorbern Chemische Analyse verschiedener Glycerinqualitäten Probenmaterial Sensorische Prüfung Bestimmung der Elementgehalte mittels ICP-OES Anreicherung und Nachweis flüchtiger organischer Substanzen mittels Headspace-SPME-GC/MS Nachweis flüchtiger organischer Substanzen mittels Headspace- GC/MS Korrosionssch utzeigenschaften des Glycerin -KSS Recycling, Entsorgung, Umweltverträglichkeit Reinigung von Metallspänen für die stoffliche Verwertung Behandlung und Entsorgung von Waschwässern Ökotoxikologische Untersuchung des Glycerin-KSS 97 6 ERGEBNISSE UND DISKUSSION Bestimmung der Konservierungseigenschaften von Glycerin Biozide Wirksamkeit von Glycerin/Wasser-Mischungen Biozide Wirksamkeit des Glycerin-KSS Mikroorganismenwachstum in der Schleifmaschine Chemische Analytik des Glycerin-KSS Enzymatische Glycerinbestimmung mittels UV-T est Glycerinbestimmung mittels Dichtemessung Bestimmung von Aminen mittels lonenchromatographie Bestimmung von MSAHS und DMTD mittels HPLC 129 III

5 6.2.5 Bestimmung organischer Carbonsäuren mittels GC/FID Bestimmung von Polyethylenglykol-Monooleat Volatiie Verbindungen im wasserbasierten KSS und in der Luft am Arbeitsplatz Konzentrationsbestimmung volatiler Carbonylverbindungen im Innenraum der Schleifmaschine und der Raumluft Bestimmung von Carbonylverbindungen in flüssigen Proben SPME-Passivprobenahmen zur Übersichtsanalyse volatiler Verbindungen Screening unpolarer volatiler Verbindungen unter Verwendung von Aktivkohle-Adsorbern Screening polarer volatiler Verbindungen unter Verwendung von XAD-7-Adsorbern Chemische Analyse unterschiedlicher Glycerinqualitäten Sensorische Prüfung Bestimmung der Elementgehalte mittels ICP-OES Anreicherung und Nachweis flüchtiger organischer Substanzen mittels Headspace-SPME-GC/MS Nachweis flüchtiger organischer Substanzen mittels Headspace- GC/MS Bewertung der Analysen Korrosionsschutzeigenschaften des Glycerin-KSS Recycling, Entsorgung, Umweltverträglichkeit Reinigung von Metallspänen für die stoffliche Verwertung Behandlung und Entsorgung von Waschwässern Werkstückreinigung Ökotoxikologische Untersuchung des Glycerin-KSS Vorversuche 179 IV

6 6.7.2 Hauptversuche Toxikologische Wirkung einzelner Verschleißinhibitoren Bewertung der Ergebnisse ZUSAMMENFASSUNG LITERATUR ONLINE-QUELLEN 203 V

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