Mit Propylencarbonat auf Draht

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1 Mit Propylencarbonat auf Draht Lösemittel im Vergleich. Silke Schmidt und Hansjörg Nickel, Ludwigshafen Für lackierte Drähte gibt es unzählige Anwendungen. Der Drahtlack dient als elektrische Isolierung, schützt den Lack aber auch vor thermischen und mechanischen Belastungen, vor Abnutzung sowie chemischen Reaktionen und Zersetzungsprozessen. Das für Drahtlackierungen häufig verwendete Lösemittel Kresol wurde in einer Ökoeffizienz-Analyse mit der Alternative Propylencarbonat verglichen. Das Ergebnis: Propylencarbonat ist im Vergleich zu Kresol ökoeffizienter, d. h. bei gleichen Gesamtkosten wird die Umwelt deutlich weniger belastet. Lackieren von Kupferdrähten Der Lack, der auf einen Kupferdraht aufgebracht wird, besteht aus einem Bindemittel-Lösemittelgemisch, dessen Lösemittelanteil zwischen 60 und 80 Gewichtsprozent liegt. Eines der am häufigsten eingesetzten Bindemittel für die Beschichtung von Kupferdrähten ist Polyesterimid [1]. Es wird verwendet, weil es sehr leicht, mechanisch fest und haltbar ist, sich gut mit Imprägniermitteln verträgt und hervorragende thermische Eigenschaften aufweist. Mit Polyesterimid beschichtete Drähte findet man unter anderem in Haushaltsgeräten, Motoren, Spulen oder Transformatoren. Drahtlacke aus Polyesterimid werden im wesentlichen mit dem Lösemittel Kresol hergestellt, das als toxisch eingestuft ist. Alternativ könnte Propylencarbonat verwendet werden. Dieses Lösemittel wird bislang bereits beim Herstellen von Farben, Lacken, Kunststoffen, Epoxiden, Pharmazeutika und Kosmetika verwendet. Konventionelles Lackierverfahren Die Beschichtung des Drahtes erfolgt nach dem konventionellen Durchlaufverfahren. Dabei wird der Draht durch die Lackiermaschine gezogen (s. Abb. 1), und die Mischung aus Löse- und Bindemittel fließt über den durchlaufenden Draht. Im nächsten Schritt wird der Draht durch einen Einbrennofen geführt. Bei Temperaturen zwischen 300 und 600 C härtet das Bindemittel aus. Das Lösemittel verdampft, wobei geringe Mengen an die Umwelt abgegeben werden. Der Lackierprozess wird sechs bis zehn Mal wiederholt, bis die erforderliche Lackdicke erreicht ist. Beide Lösemittel im Vergleich In einer Ökoeffizienz-Analyse (siehe Kasten) hat die BASF Kresol und Propylencarbonat für die Lackierung von Kupferdrähten miteinander verglichen. Neben der Gewinnung und dem Transport der Rohstoffe wurden die Produktion der beiden Lösemittel und des Lackes sowie der eigentliche Lackierprozess untersucht. Für beide Alternativen identische Produktionsabschnitte wurden nicht in der Analyse berücksichtigt. Ein Sachverständiger der Michigan State University (Prof. David Shonnard) hat die vorgestellte Ökoeffizienz-Analyse im Rahmen eines "Critical Reviews" geprüft und bestätigt. Bewertung mit dem ökologischen Fingerabdruck Die ökologischen Vor- und Nachteile der betrachteten Alternativen werden relativ zueinander dargestellt. Dieser ökologische Fingerabdruck (oder auch Fingerprint; s. Abb. 2) bildet die Ergebnisse der sechs Wirkungskategorien Energieverbrauch, Rohstoffverbrauch, Emissionen, Flächenbedarf, Toxizitätspotenzial und Risikopotenzial ab. Die jeweils schlechtere Alternative der einzelnen Kategorien erhält den Wert 1, die andere Alternative wird relativ dazu bewertet. Der ökologische Fingerprint liefert somit eine Übersicht über die Umweltbelastung der einzelnen Alternativen bezogen auf das Gesamtsystem. Kaum Unterschiede beim Rohstoff- und Energieverbrauch Der ökologische Fingerprint zeigt, dass die beiden Alternativen sich sowohl im Energie- als auch im Rohstoffverbrauch nur geringfügig unterscheiden. Da der Energieaufwand für den Lackierprozess unabhängig vom verwendeten Lösemittel ist, sind die Hauptunterschiede der einzelnen Wirkkategorien fast ausschließlich auf die Herstellung der Lösemittel sowie die Zusammensetzung des Lackes zurückzuführen. Toxizitätspotenzial von Propylencarbonat ist niedriger Ein wesentlicher Vorteil von Propylencarbonat gegenüber Kresol ist das geringere Toxizitätspotenzial. Für die Ermittlung des Toxizitätspotenzials wurden Bestimmungen der europäischen Gefahrstoffverordnung hinsichtlich der Einstufung und Kennzeichnung, die so genannten R-Sätze, berücksichtigt [3]. Kresol ist mit einem T (toxisch), sowie den R-Sätzen R24/25 (giftig bei Berührung mit der Haut und bei Verschlucken) und R34 (verursacht Verätzungen) gekennzeichnet; Propylencarbonat mit Xi (reizend) und dem R-Satz R36 (reizt die Augen). Kresol hat ein deutlich höheres Toxizitätspotenzial als Propylencarbonat (s. Abb. 3). Zum Tragen kommt dies bei dessen Herstellung, Handhabung und beim Verdampfen des Lösemittels während des Lackierprozesses. Außerdem wird beim Einsatz von Kresol mehr Co-Lösemittel (Solvent Naphtha) verwendet und damit auch frei gesetzt. Risikopotenzial: Signifikante Nachteile für Kresol Die Informationen zur Bestimmung des Risikopotenzials (s. Abb. 4) stammen im Wesentlichen aus den Sicherheitsdatenblättern der beiden Lösemittel. Es zeigt sich, dass Kresol gegenüber Propylencarbonat signifikante Nachteile hat. So darf Kresol zum Beispiel auf Grund seiner Einstufung nicht bei Eis- und Schneeglätte transportiert werden. Kresol wurde bislang hauptsächlich als Nebenprodukt der Koksherstellung gewonnen. Heute wird jedoch immer weniger Koks benötigt. Das liegt an der Umstellung der Gasversorgung von Stadtgas auf Erd- bzw. Spaltgas und an verfahrenstechnischen Verbesserungen der Hochofenverhüttung. Außerdem werden die Aromaten, die früher aus Koks hergestellt wurden, heute meist aus Erdöl gewonnen. Durch diese Entwicklung besteht ein Risiko der Rohstoffverknappung für Kresol. Die synthetische Herstellung von Kresol ist zwar möglich, aber vergleichsweise teuer. Ein weiterer Nachteil von Kresol: Da es toxisch ist, wird für die Berechnung des Risikopotenzials auch der MAK-Wert herangezogen. Das ist die maximale Arbeitsplatzkonzentration, die für Kresol mit 22 mg/m 3 angegeben ist (siehe Tabelle). Für Propylencarbonat gibt es keine Angaben zum MAK-Wert, da dieses Lösemittel nicht toxisch ist. Auch die Entsorgung der Lackreste wurde im Risikopotenzial berücksichtigt, ebenso eine mögliche Gefährdung der Umwelt durch ein eventuelles Verschütten der Substanzen: Während Kresol als wassergefährdend (Wassergefährdungsklasse 2) eingestuft ist, ist Propylencarbonat nur schwach wassergefährdend (WGK 1). Gesamtkosten sind fast gleich Die Kosten setzen sich aus den Anschaffungskosten der

2 Lösemittel, den Kosten für die Produktion des Lacks und des Co-Lösemittels sowie den Entsorgungskosten der anfallenden Lackreste zusammen. Das Auftragen des Lackes auf den Draht verursacht bei beiden Alternativen die gleichen Kosten und geht somit nicht in die Berechnung ein. Der Preisvorteil des Propylencarbonats wird durch dessen leicht erhöhte Einsatzmenge aufgehoben. Geringe Kostenunterschiede zeigen sich bei der Entsorgung der kresolhaltigen Lackreste, die unwesentlich teurer ist als die Entsorgung der Lackreste mit Propylencarbonat. Insgesamt zeigt sich, dass die Gesamtkosten bei beiden Alternativen vergleichbar sind. Propylencarbonat ist ökoeffizienter als Kresol Das Ergebnis der Analyse wird in einem Ökoeffizienz-Portfolio abgebildet, das die Kosten und die Umwelteinflüsse der Alternativen darstellt (s. Abb. 5). In dieser Ökoeffizienz-Analyse liegen die Unterschiede hauptsächlich in der Umweltverträglichkeit der beiden Lösemittel. Propylencarbonat ist in dieser Anwendung die ökoeffizientere Alternative, da es eine geringere Umweltbelastung bei vergleichbaren Gesamtkosten aufweist. Für die hier vorgestellte Ökoeffizienz-Analyse wurde eine Software entwickelt, die es dem Anwender ermöglicht, individuelle Angaben in die Berechnung einzubeziehen. Hierdurch kann die Ökoeffizienz der beiden Lösemittel mit firmenbezogenen Daten eigenständig ermittelt werden. beschäftigt sie sich schwerpunktmäßig mit der Durchführung und Weiterentwicklung von Ökoeffizienz-Analysen. Hansjörg Nickel, BASF AG, Ludwigshafen, studierte an den Universitäten Marburg und Münster Betriebswirtschaftslehre mit Schwerpunkt Marketing. Im September 1985 begann er seine Tätigkeit bei der BASF AG, wo er im Bereich Zwischenprodukte verschiedene Marketing-Gruppen leitete. Von 1994 bis 1998 wurde er zur BASF Corp. in New Jersey/USA delegiert, dort war er im Bereich Spezielle Amine tätig. Seit 1998 leitet Hansjörg Nickel in Ludwigshafen eine Marketing-Gruppe in der Einheit Diole und Polyalkohole, in welcher u.a. auch die zyklischen Carbonate betreut werden. Literatur [1] Dr. Beck, "Electrical Insulation - from Wire Enamel to Enamelled Wire", Beck Information, July 1992 [2] Saling, P. et al., "Eco-efficiency Analysis by BASF: The Method", The International Journal of Life Cycle Assessment, Vol 7, No. 4, 2002 [3] European Directive 67/546/EEC Die Ökoeffizienz-Analyse misst Nachhaltigkeit von Produkten Die Ökoeffizienz-Analyse ist ein Instrument, mit dem die BASF die Nachhaltigkeit ihrer Produkte und Verfahren nach ökologischen und ökonomischen Kriterien untersucht. Die Methode, die 1996 von der BASF in Zusammenarbeit mit der Unternehmensberatung Roland Berger entwickelt wurde, geht über die isolierte Betrachtung des firmeneigenen Produktes hinaus: Prozessstufen, welche der eigenen Produktion vor- oder nachgelagert sind, werden gleichrangig mit den unternehmensinternen Prozessen analysiert. Im Mittelpunkt der Ökoeffizienz-Analyse steht immer der Kundennutzen, wobei mindestens zwei Produkte oder Verfahren miteinander verglichen werden. Ökoeffizient sind solche Problemlösungen, welche die konkreten Kundenanforderungen aus Kosten- und Umweltsicht besser erfüllen als andere [2] wurde die Methode vom TÜV Rheinland Berlin Brandenburg geprüft und gemäß ISO 2015 zertifiziert. Die Ökoeffizienz-Analyse der BASF ist somit die erste zertifizierte Methode zur Messung der Nachhaltigkeit von Produkten und Prozessen. Mittlerweile wurden mehr als 180 Ökoeffizienz-Analysen für BASF-Einheiten, aber auch für externe Kunden erstellt (mehr zur dazu im Internet unter Silke Schmidt, BASF AG, Ludwigshafen, studierte Biologie mit Schwerpunkt Ökologie an der Ruprecht-Karls-Universität in Heidelberg trat sie in die BASF AG Ludwigshafen in den Bereich Experimentelle Toxikologie und Ökologie ein. Hier hat sie im Rahmen eines Projektes das Verhalten von Tensiden in der Umwelt untersucht. Ende 2000 wechselte sie in den Bereich Umwelt, Sicherheit und Energie. Dort

3 Quelle/Publication: Farbe & Lack 01/2004 Ausgabe/Issue: 60 Seite/Page: Abb. 1: Der Draht wird im Durchlaufverfahren beschichtet Bild: EKS Isodraht GmbH & Co. KG.

4 Abb. 2: Der ökologische Fingerprint liefert eine Übersicht über die Umweltbelastung der einzelnen Alternativen: Schlechteste Alternative = 1; alle anderen werden relativ dazu bewertet.

5 Abb. 3: Toxizitätspotenziale von Propylencarbonat und Kresol im Vergleich: Hauptgrund für das höhere Toxizitätspotential von Kresol ist die Lösemittelfreisetzung während des Lackierprozesses.

6 Abb. 4: Das höhere Risikopotenzial von Kresol ist hauptsächlich auf die Freisetzung des Lösemittels bei der Lackierung zurückzuführen.

7 Abb. 5: Das Ökoeffizienzportfolio zeigt die Kosten und Umwelteinflüsse der Alternativen. Der Abstand von der Diagonalen ist ein Maß für die Ökoeffizienz. Das Ergebnis: Propylencarbonat ist ökoeffizienter als Kresol..

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