Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Grundlegende Untersuchungen zur Zerkleinerung von faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen im Hinblick auf die verfahrenstechnische Prozessauslegung unter Berücksichtigung von entstehenden gesundheitsgefährdenden Staubbelastungen

Zur Realisierung werkstofflicher Recyclingstrategien für faserverstärkte thermoplastische Kunststoffe (FVK) ist eine Zerkleinerung dieser unumgänglich. Während der Zerkleinerung von FVK treten große Mengen an einatembaren und an lungengängigen (alveolengängigen) Stäuben auf, die im Sinne des Arbeitsschutzes berücksichtigt werden müssen. Der Wissensstand in diesen Bereichen ist sehr begrenzt, obwohl die Thematik aufgrund der aktuellen gesetzlichen Recyclingvorschriften von großer Wichtigkeit ist. Darum sollen in dem hier beschriebenen Projekt grundlegende Untersuchungen zur Zerkleinerung von FVK durchgeführt werden. Der Fokus liegt neben der optimalen Prozessführung für eine gute Mahlgutqualität auch auf einer weiteren zentralen Thematik, dem Arbeitsschutz. Es wird erfasst, welche Menge an einatembaren und lungengängigen Stäuben während der Zerkleinerung entsteht. Um darüber hinaus eine Aussage über die Relevanz der Stäube für den Arbeitsschutz treffen zu können, werden diese näher auf ihre stoffliche Zusammensetzung und den Entzündungseffekt untersucht. Durch den Vergleich der Stärke des Entzündungseffektes mit den Ergebnissen bekannter und auch im Menschen und im Tierexperiment ausführlich untersuchter Fasern (z. B. Asbest) lassen sich Bewertungen hinsichtlich der Gefährdung der Beschäftigten am Arbeitsplatz bei Exposition gegenüber diesen Stäuben vornehmen. Potenziell können die Forschungsergebnisse von KMUs genutzt werden, die im Bereich der Zerkleinerungstechnik und im Bereich der Rezyklierung von hochwertigen faserverstärkten Kunststoffen arbeiten. Das Wissen über mögliche Risiken bei der Verarbeitung von faserverstärkten Kunststoffen dient zur Auslegung präventiver Arbeitsschutzmaßnahmen, die sowohl vom Anlagenhersteller wie auch vom Verarbeiter zu treffen sind. Insgesamt wird durch die Aufklärung auch die Akzeptanz der KMUs gegenüber dem Recycling von FVK erhöht, indem die aktuelle Unsicherheit bezüglich des Gesundheitsrisikos der Stäube genommen wird.

Ergebniszusammenfassung:

Es sind unterschiedliche faserverstärkte Thermoplaste mit einer Schneidmühle und mit einem Einwellenzerkleinerer zerkleinert worden, dabei sind die Zerkleinerungsparameter Drehzahl, Aufgabegröße, Durchsatz und Siebmaschenweite variiert worden. Eine steigende Drehzahl hat in allen Untersuchungen zu einer Erhöhung der Faserstaubmasse bzw. der Faserkonzentration geführt. Der Anteil an kurzen, einatembaren Fasern erhöht sich, jedoch führt eine Erhöhung der Drehzahl nicht zu einer weiteren, signifikanten Verkürzung der Fasern. Eine Reduzierung der Siebmaschenweite führt ebenfalls zu einer Erhöhung der Faserstaubmasse und der -konzentration. Als weiterer universeller Parameter konnte das Bruchverhalten des Materials ermittelt werden. Bei der Zerkleinerung in der Schneidmühle zeigte sich darüber hinaus, dass die Aufgabemenge keinen signifikanten Einfluss auf die Faserstaubentstehung im Mahlgut hat. Hingegen ist der Einfluss der Aufgabegröße materialspezifisch.

Unabhängig von der Art der Zerkleinerung entstehen Bruchstücke unterschiedlicher Dimensionen aber von geringer Toxizität und entsprechend mit sehr geringen Auswirkungen auf die Zellmigration. Es zeigte sich keine erkennbare Zytotoxizität im relevanten Konzentrationsbereich und keine nennenswerte Induktion der Zellmigration. Dies deutet auf geringe entzündlich Effekte der entstehenden Stäube nach inhalativer Aufnahme hin. Das bedeutet, dass die Optimierung der Verfahren hauptsächlich auf die Partikelmenge und deren Dimensionen ausgerichtet sein sollte. Die biologischen Daten sprechen demnach dafür, dass die durch das Schreddern entstandenen WHO Fasern nur in geringem Maße gesundheitsgefährdend sind. Die meisten dieser Fasern sind wahrscheinlich zu dick, um nennenswerte Toxizität aufzuweisen. Formal erfüllen die nachgewiesenen CF-Bruchstücke allerdings die Faserdefinition des Gesetzgebers. Carbonfasern haben allerdings zurzeit keinen konkreten Grenzwert. Die Prävention lehnt sich an die Regelungen der TRGS 521 an.