Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Labormethode zum Nachweis der chemischen Verträglichkeit von Behälterwerkstoffen aus Polyethylen gegenüber Pflanzenschutzformulierungen

Einleitung und Problemstellung

Für Verpackungen und Großpackmittel (IBC) aus Polyethylen (PE-HD) für den Transport flüssiger Gefahrstoffe wird für die deutsche und internationale Zulassung ein Nachweis der „ausreichenden chemischen Verträglichkeit“ gefordert (Bauartprüfung). Für Pflanzenschutzformulierungen ist in Deutschland wegen der enorm hohen Kosten der Bauartprüfung mit der Gefahrgutregel GGR 015 ein für Zulassungen anerkanntes verkürztes Laborverfahren („Flaschentest“) entwickelt worden. Viele deutsche KMU nutzen es jedoch nicht, da es aufgrund fehlender Normen international nicht zugelassen ist und danach geprüfte Güter nicht exportiert werden dürfen.

Zielstellung, Lösungsweg und Ergebnisse

Ziel des Projektes ist es, durch systematische Untersuchungen an PE-HD-Werkstoffen die Akzeptanz des „Flaschentests“ erst auf nationaler und dann auf internationaler Ebene zu steigern und damit die Voraussetzung für die Überführung der GGR 015 in Normen zu schaffen. In Deutschland wird eine Normung bereits in Fachkreisen diskutiert. Hierzu sollen die Prüfergebnisse der GGR 015 anhand des international anerkannten Full Notch Creep Test (FNCT) evaluiert werden. Der FNCT prüft das Spannungsrissverhalten von PE-HD, mit einem speziellen Aufbau auch unter Medieneinfluss, und erlaubt Rückschlüsse auf Schädigungsverlauf und -mechanismus. Nachzuweisen ist nun, dass auch die Ergebnisse des „Flaschentests“ maßgeblich durch den Versagensmechanismus Spannungsriss geprägt sind und er damit als Zulassungsverfahren sinnvoll ist.

Nutzen für die kmU

Eine hohe Akzeptanz der Prüfverfahren und Prüfflüssigkeiten der GGR 015 und die angestrebte Normung sollen den Marktzugang für Pflanzenschutzmittel- und Behälterhersteller auf europäischer und internationaler Ebene deutlich erleichtern. Dies nutzt vor allem den exportorientierten deutschen KMU, die derzeit oft nicht den Aufwand leisten können, um z. T. länderspezifische Zulassungen zu erfüllen, was eine erhebliche wirtschaftliche Hürde darstellt.

Ergebniszusammenfassung:

Mit den Prüfmethoden Flaschentest, Stifteindrückprüfung und Full Notch Creep Test (FNCT) wurde das Spannungsrissverhalten von PE-HD-Behälterwerkstoffen unter Einwirkung von Prüfflüssigkeiten für Pflanzenschutzmittel, deren Einzelkomponenten sowie von Teilgemischen untersucht. Die Schädigungswirkung und die zugrundeliegenden Schädigungsmechanismen wurden in Abhängigkeit der angewandten Prüfmethode bestimmt. Die generelle Eignung der Prüfflüssigkeiten PFL-FR2344 und PFL-FR2323 für Spannungsrissprüfungen wurde bestätigt und die Grenzen ihrer methodenspezifischen Anwendbarkeit aufgezeigt.

Der FNCT ergibt wegen der Variationsmöglichkeit der mechanischen Spannung während des Versuchs in Kombination mit der nachfolgenden Bruchflächenanalyse die differenzierteste Aussage zum Schädigungsmechanismus. Der hohe Aufwand schränkt den Einsatz des FNCT ein.

Die Stifteindrückprüfung erweist sich als praxistauglich, da die etablierten Prüfkörper und -bedingungen für PE-HD für beide Prüfflüssigkeiten Risswachstum hervorrufen und eine Differenzierung zwischen verschiedenen PE-HD-Typen möglich ist. Die Methode ist wegen des hohen Grades an Parallelisierung effizient.

Der Flaschentest ist die einzige der betrachteten Prüfmethoden, die eine einseitige Beaufschlagung der Behälterwandung mit dem flüssigen Prüfmedium ermöglicht, um oberflächenmodifizierte bzw. mehrschichtig aufgebaute Behälterwerkstoffe zu prüfen. Dies ist im Bereich von Pflanzenschutzmitteln wichtig. Die Eignung des Flaschentests wurde gezeigt, wobei Einschränkungen bei der Bestimmung der Schlagzugzähigkeit bestehen, die durch eine plastische Verformung der Prüfkörper bedingt sind. Zur Verbesserung der Praxistauglichkeit dieses Verfahrens sind Optimierungen bei Lagerungsbedingungen und Probengeometrie (Testflaschen) sowie der Charakterisierung der aufgetretenen Schädigung sinnvoll. Ein Vorteil des Flaschentests ist dessen einfache Durchführbarkeit.

Das Ziel des Projektes wurde erreicht.