Bedarfsgegenstände aus Elastomeren für den Lebensmittelkontakt Zusammensetzung, Verarbeitung und Prüfung

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1 Bedarfsgegenstände aus Elastomeren für den Lebensmittelkontakt Zusammensetzung, Verarbeitung und Prüfung 8. Lebenswissenschaftliches Seminar von BLC und TUD 12./13. März 2013 Volker Krings wdk Wirtschaftsverband der deutschen Kautschukindustrie e. V. Einleitung Bedarfsgegenstände aus Elastomeren Dichtungen für Rohrleitungen in der Lebensmittelindustrie Zusammensetzung einer Kautschukmischung - Kautschuke - weitere Mischungsbestandteile Herstellung der Kautschukmischung Verarbeitung der Kautschukmischung - Kalandrieren - Spritzgiessen - Vulkanisation Elastomer-Produkt - Prüfung Lebensmittelwis. Seminar BLC u. TUD, Volker Krings 2 1

2 Einleitung Der Lebensweg eines Lebensmittels Kontakt zu Elastomeren Anbau auf dem Feld (Umwelt, Pflanzenschutz, etc.) Landwirtschaftliche Maschinen beim Anbau und Ernte Lebensmittelindustrie mit verschiedenen Fertigungsprozessen Verpackung Transport Verbraucher Lebensmittelwis. Seminar BLC u. TUD, Volker Krings 3 Einleitung Bedarfsgegenstände aus Elastomeren im Lebensmittelkontakt in der industriellen Verarbeitung sind u. a. : Schläuche Dichtungen Kompensatoren Schieber Walzenbeschichtungen Behälterauskleidungen Förderbänder und -riemen Lebensmittelwis. Seminar BLC u. TUD, Volker Krings 4 2

3 Dichtungen für Rohrleitungen Lebensmittelwis. Seminar BLC u. TUD, Volker Krings 5 Dichtungen für Rohrleitungen Was muss eine Dichtung in einer Rohrleitung leisten? Sie soll die Verbindungsstelle von 2 Rohrteilen abdichten, d.h. dass zu fördernde Medium darf nicht austreten und gleichzeitig muss die Umwelt draußen bleiben. Dazu werden Festlegungen für den Werkstoff getroffen bzgl. seiner mechanischen Werte, seiner Abmaße und Toleranzen. Üblicherweise erfolgen diese Festlegungen in Normen. Weiterhin gelten für Lebensmittel-Kontaktmaterialien z. B. die Anforderungen der BfR Empfehlung XXI: Bedarfsgegenstände auf Basis von Natur- und Synthesekautschuk Lebensmittelwis. Seminar BLC u. TUD, Volker Krings 6 3

4 Dichtungen für Rohrleitungen Exemplarisch aufgeführt eine Norm für O-Ringe und eine für Flachdichtungen: DIN EN 681-1: ; Elastomer-Dichtungen - Werkstoff- Anforderungen für Rohrleitungs-Dichtungen für Anwendungen in der Wasserversorgung und Entwässerung Teil 1: Vulkanisierter Gummi DIN EN : ; Flansche und ihre Verbindungen - Maße für Dichtungen für Flansche mit PN-Bezeichnung Teil 1: Flachdichtungen aus nichtmetallischem Werkstoff mit oder ohne Einlagen Lebensmittelwis. Seminar BLC u. TUD, Volker Krings 7 Dichtungen für Rohrleitungen Tabelle 2 aus DIN EN 681-1: Anforderungen an die physikalischen Eigenschaften von Werkstoffen für kaltes Wasser Eigenschaft Einheit Prüfverfahren Zulässige Toleranz auf Nennhärte IRHD ISO 48 ±5 Zugfestigkeit, min. MPa ISO 37 9 Reißdehnung, min. ISO Druckverformungsrest, max. 72 h bei 23 C 24 h bei 70 C 70 h bei 10 C Alterung, 7 d bei 70 C Änderung der Anfangswerte von Härte, Zugfestigkeit und Reißfestigkeit Spannungsrelaxation, max. 7 d bei 23 C 100 d bei 23 C Volumenänderung in Wasser, max. 7 d bei 70 C IRHD ISO 815 ISO 815 ISO 815 ISO 188 ISO 48 ISO 37 ISO 37 ISO 3384 Anforderung für Härtekategorie / / ISO /-1 Ozonbeständigkeit - ISO Bei Betrachtung ohne Vergrößerung kein Riss Lebensmittelwis. Seminar BLC u. TUD, Volker Krings 8 4

5 Kautschuke Name Kurzzeichen DIN ISO 1629 NR IR polar Gesättigte Hauptkette Naturkautschuk Isopren-Kautschuke Isobuten-Isopren-Kautschuk (Butylkautschuk) IIR Brom-Isobuten-Isopren-Kautschuke (Brom-Butylkautschuke) BIIR Chlor-Isobuten-Isopren-Kautschuk (Chlor-Butylkautschuk) CIIR Fluorkautschuk FKM/FPM P G Styrol-Butadien-Kautschuk SBR Butadienkautschuk BR Silikonkautschuk VMQ p G Chloriertes Polyethylen CM P G Chlorsulfoniertes Polyethylen CSM P G Ethylen-Vinylacetat- Mischpolymerisate EVM/EVA P G Copolymer aus Ethen und Propen EPM G Terpolymer aus Ethen, Propen und Dienkomponente EPDM G Lebensmittelwis. Seminar BLC u. TUD, Volker Krings 9 Herstellung der Kautschukmischung Lebensmittelwis. Seminar BLC u. TUD, Volker Krings 10 5

6 Herstellung der Kautschukmischung Lebensmittelwis. Seminar BLC u. TUD, Volker Krings 11 Beispiel einer Mischerei Lebensmittelwis. Seminar BLC u. TUD, Volker Krings 12 6

7 Vulkanisation Die plastische Kautschukmischung wird durch Vulkanisation in den gummielastischen Zustand überführt. Dabei unterscheidet man: Kontinuierliche Verfahren Diskontinuierliche Verfahren Beide Verfahren sind bei der Herstellung von Dichtungen für Rohrleitungen gebräuchlich Lebensmittelwis. Seminar BLC u. TUD, Volker Krings 13 Kontinuierliche Vulkanisation Rotationsvulkanisation (AUMA) Vulkanisation von Gummibahnen Gleichbleibende thermische Bedingungen Vulkanisation zwischen Druckband und Heiztrommel Lebensmittelwis. Seminar BLC u. TUD, Volker Krings 14 7

8 Kontinuierliche Vulkanisation Rotationsvulkanisiermaschine Lebensmittelwis. Seminar BLC u. TUD, Volker Krings 15 Diskontinuierliche Vulkanisation CM Kompressionsverfahren - älteste Methode zur Herstellung von Formartikeln - Entgratung erforderlich - Kurze Inkubationszeit - Lange Heizzeiten bei kalten Rohlingen TM Transfer Moulding - dreiteilige Form - Kolben "transferiert" die Mischung in die Form - Geringere Temperaturdifferenz innerhalb der Matrix, höhere Gleichmäßigkeit der Produkte IM Spritzgussverfahren - Kolben- Spritzgussmaschine - Schnecken- Spritzgussmaschine - Schnecken-Kolben- Spritzgussmaschine - sehr kurze Heizzeiten - hohes Automatisierungspotential Lebensmittelwis. Seminar BLC u. TUD, Volker Krings 16 8

9 Prüfungen an Dichtungen Kautschukmischung Die rheologischen Daten werden als Information benötigt zur Mischungsaufbereitung und Mischungsverarbeitung. Viskosität t 5 (Mooney-Scorch, ein Maß für die Standzeit in der Maschine), (t 5 bei 140 C > 10 min) t 90 (Zeit in der bei vorgegebener Temperatur eine Vernetzung von min. 90 stattgefunden hat) Lebensmittelwis. Seminar BLC u. TUD, Volker Krings 17 Prüfungen an Dichtungen Elastomer-Produkt Bestimmt werden die wesentlichen Daten zur Charakterisierung des Produktes, z. B.: Physikalische Eigenschaft Prüfnorm Zugfestigkeit, Reißdehnung DIN 53504, ISO 37 Weitereißwiderstand DIN ISO34-1 Druck-Verformungsrest DIN ISO 815-1, -2 Härte (Shore, IRHD) DIN ISO , -2 Alterung DIN 53508, ISO 188 Ozonbeständigkeit DIN ISO Medienbeständigkeit DIN ISO Lebensmittelwis. Seminar BLC u. TUD, Volker Krings 18 9

10 Prüfungen an Dichtungen Elastomer-Produkt Bedarfsgegenstände wie Dichtungen, die in Deutschland in der Lebensmittelindustrie zum Einsatz gelangen werden nach den Regularien der BfR-Empfehlung XXI geprüft. Für Dichtungen sind dies in der Regel Anforderungen für Kategorie 4-Produkte, eher seltener Kategorie 3-Produkte. Kategorie 3: Kurzzeitkontakt von 10 Minuten Kategorie 4: Unbedeutender Kontakt, weil die Kontaktfläche im Vergleich zum Rohr sehr gering ist und ebenfalls die Kontaktzeit sehr kurz ist Lebensmittelwis. Seminar BLC u. TUD, Volker Krings 19 Prüfungen an Dichtungen Elastomer-Produkt Prüflebensmittel für alle Kategorien: (dest. Wasser, 10ige EtOH, 3ige Essigsäure) Wichtig: Die Simulanzmittel, die für Prüfungen von Kunststoffen nach Verordnung (EU) Nr. 10/2011 vorgesehen sind, sind in aufwendigen Laboruntersuchungen auf Kunststoffe optimiert worden. Bei der Anwendung auf Elastomere sind sie in der Regel ungeeignet. Mit 50igem EtOH wird bei einem Elastomer keine Migration mehr durchgeführt, sondern es erfolgt schon eine Extraktion der Mischungsbestandteile Lebensmittelwis. Seminar BLC u. TUD, Volker Krings 20 10

11 Danksagung Unterstützung in Form von Bildern und Zeichnungen: Dr. Thomas, Gigowski, Firma Geberit Herr Berthold Weidenfeller, Firma Harburg-Freudenberger Dr. Christian Thomas, Firma Meteor Lebensmittelwis. Seminar BLC u. TUD, Volker Krings 21 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT! Volker Krings 11