Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Das Projekt hatte das Ziel, neuartige Reiniger auf der Basis von Mikroemulsionen zu entwickeln. Mikroemulsionen vereinen die Stoffeigenschaften von Wasser und \u00d6l. Aufgrund der extrem verringerten Grenzfl\u00e4chenspannung zwischen Wasser und \u00d6l besitzen Mikroemulsionen gute Benetzungseigenschaf-ten und sind f\u00fcr Reinigungszwecke besonders geeignet. Mit Hilfe eines neu entwickelten Verfahrens wurde das Ziel verfolgt, unter Einsatz von Polymeradditiven, den Tensidanteil in den neuen Reinigern deutlich zu minimieren. Aufgrund der besonderen Eignung von Mikroemulsionsreinigern ist au\u00dferdem anzunehmen, dass der Reinigerverbrauch deutlich geringer sein wird, als bei konventionellen Reinigern. Mit Hilfe der neuen Reinigergeneration auf der Grundlage einer Mikroemulsion wird eine 40-60%ige Reduzierung der \u00fcblicherweise erforderlichen organischen L\u00f6sungsmittel m\u00f6glich sein. Der positive Effekt bez\u00fcglich Umweltschutz, Arbeitsschutz und Ressourcenschonung wird durch den Einsatz des Verfahrens zur Effizienzsteigerung von Tensiden nochmals verst\u00e4rkt.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt ist in drei Teilprojekte aufgeteilt. Das erste Teilprojekt diente haupts\u00e4chlich dazu, Tensidsysteme zu finden, die sich f\u00fcr den Einsatz in Mikroemulsionsreinigern eignen. In der zweiten und dritten Phase wurde ein am Forschungszentrum J\u00fclich entwickeltes Verfahren eingesetzt, um den Tensidgehalt der Mikroemulsionen mit Hilfe von Polymeradditiven zu minimieren. Bei den im letzten Teilprojekt durchgef\u00fchrten Arbeiten wurde an der Optimierung der Reinigungsleistung gearbeitet. Zu Beginn steht die Entwicklung einer bei ca. 10 – 40 \u00b0C stabilen Mikroemulsion in Verbindung mit Untersuchungen der Reinigerleistung im Vordergrund. Die Reiniger wurden als bikontinuierliche Mikroemulsionen formuliert. Die Basisformulierungen wurden am FZ-J\u00fclich durch Untersuchung des Phasenverhaltens optimiert. Diese Untersuchungen sind in enger Koordination mit den Praxistests geschehen. Ziel war es, die Mikroemulsionsreiniger so zu optimieren, dass sie in ihrer Reinigungsleistung den l\u00f6sungsmittelbasierenden Reinigern gleichkommen. Diese h\u00e4ngt u. a. vom verwendeten Tensid ab, sie wird andererseits auch durch die Zugabe von Additiven gesteigert, die ihrerseits wiederum die Stabilit\u00e4t der Mikroemulsionen beeinflussen. Als Additive kommen u. a. Fettalkoholethersulfate und Kombinationen aus Fettalkoholpolyalkylenglykolether mit Fetts\u00e4ureestern als Co-Emulgatoren und Alkylpolyalkylenglykolether als Schaumregulatoren und Gluconate als Builder in der Funktion als Reinigungsverst\u00e4rker zum Einsatz. Alternativ zu den Fettalkoholethoxylaten k\u00f6nnen auch Glycerinester als Co-Emulgatoren Verwendung finden. Im Anschluss folgten sofort eine Pr\u00fcfung der Reinigungsleistung u. bei positiven Ergebnissen unmittelbar Tests in Druckereien.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Der Offsetdruck ist das heute dominierende Druckverfahren. Im Offsetdruck fallen kontinuierlich Reini-gungsarbeiten an. Die eingesetzten Reinigungsmittel sind in der Regel L\u00f6sungsmittel auf Kohlenwasserstoffbasis. Da die L\u00f6sungsmittel beim Reinigungsvorgang weitgehend verdampfen, ist der Vorgang mit erheblichen Umweltbelastungen verbunden. Die Reiniger sind auch hinsichtlich des Arbeitsschutzes nicht unbedenklich aufgrund des Einatmens von L\u00f6sungsmitteld\u00e4mpfen und in Bezug auf die Brandgefahr. Zur Reinigung werden teilweise automatische Reinigungsanlagen eingesetzt, ansonsten erfolgt die Reinigung manuell. Etwa 90 % der im Heatsetdruck eingesetzten Reinigungsmittel sind derzeit leicht fl\u00fcchtige organische Komponenten (VOC, Dampfdruck > 0,01 kPa \/ 20\u00b0C), die \u00fcbrigen 10 % sind h\u00f6her siedende Reinigungsmittel auf Mineral\u00f6l- oder Pflanzen\u00f6lbasis. Laut des Projektberichtes vom Staatlichen Amt f\u00fcr Arbeitsschutz Aachen Reduzierung von L\u00f6semitteln in Offsetdruckereien verwenden 58% der Druckereien Reinigungsprodukte, die brennbare Fl\u00fcssigkeiten mit Flammpunkt < 21 \u00b0C (fr\u00fcher VbF AI) oder im Flammpunktbereich von 21 - 51 \u00b0C (fr\u00fcher VbF AII) enthalten. Aufgrund der Brancheninitiative Offsetdruck ist eine Abkehr von Reinigungsmitteln auf Basis niedrig siedender Kohlenwasserstoffe hin zu Hochsiedern zu verzeichnen. Jedoch ist die Reinigungsleistung hochsiedender Kohlenwasserstoffe deutlich geringer, was mit entsprechenden Akzeptanzproblemen verbunden ist. Au\u00dferdem ist die Verwendung von Hochsiedern mit dem Nachteil eines h\u00f6heren Arbeitsaufwandes (Nachwischen) und erh\u00f6hter Makulatur (Papierverbrauch) verbunden. Die Gesamtmenge der VOC-Emission der deutschen Druckin-dustrie betrug im Jahre 1999 ca. 53.000 Tonnen. Die Reinigungsmittel, die im Offsetdruck w\u00e4hrend des Produktionsbetriebs eingesetzt werden, tragen dazu erheblich bei.\n\nF\u00fcr die Entwicklung der neuen Mikroemulsionsreiniger m\u00fcssen zwei Aspekte ber\u00fccksichtigt werden. Erstens muss die Mikroemulsion \u00fcber einen Temperaturbereich von ca. 10 - 40o C stabil sein. Der zweite Aspekt betrifft die Reinigungsleistung. Es war eine zentrale Aufgabe des Projekts die Mikroemulsionsreiniger so zu optimieren, dass sie in ihrer Reinigungsleistung den l\u00f6sungsmittelbasierenden Reinigern mindestens gleichkommen. Dabei wurde festgestellt, dass die Reinigungsleistung einerseits vom verwendeten Tensid abh\u00e4ngt, sie wird andererseits auch durch die Zugabe von Additiven gesteigert, die ihrerseits wiederum die Stabilit\u00e4t der Mikroemulsionen beeinflussen. Deshalb wurde im Anschluss an die Entwicklung einer Mikroemulsion diese sofort auf ihre Reinigungsleistung hin getestet, um bei positiven Ergebnissen unmittelbar Tests in Druckereien durchzuf\u00fchren. Verschiedene Tensidklassen wurden auf ihre Tauglichkeit f\u00fcr den Einsatz in Mikroemulsionsreinigern getestet: Fettalkoholethoxylate, Zuckertenside sowie nichtionisch-ionische Tensidmischungen. Zus\u00e4tzlich wurden noch Sorbitanester in das Untersuchungsprogramm aufgenommen. Diese Tensidklasse weist ein sehr geringes Gefahrstoffpotential auf und wird weitgehend aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt. Erschwert wurden die Arbeiten da-durch, dass zu Projektbeginn oftmals wenige Informationen \u00fcber die Anwendbarkeit der verwendeten Tenside vorlagen.\n\nGeplant war, das Verfahren zur Effizienzsteigerung von Tensiden mittels Blockcopolymeren einzusetzen, um so den Tensidanteil in den Mikroemulsionen zu reduzieren. In Abbauversuchen am FZ J\u00fclich erwies sich jedoch das Polymer als extrem resistent gegen\u00fcber biologischer Abbaubarkeit. Deshalb wurden alle weiteren Arbeiten zum Einsatz des Blockcopolymers beendet. Stattdessen wurde nach Ersatzstoffen gesucht. Dabei wurde festgestellt, dass sich sehr hydrophile Alkoholethoxylate als gute Alternative zu den Blockcopolymeren erwiesen. Aus der Grundlagenforschung war die effizienzsteigernde Wirkung der neuen Additive unbekannt, sodass dieser Entwicklungsschritt eine Neuerung darstellte. Die neuen Additive weisen gegen\u00fcber den Blockcopolymeren mehrere Vorteile auf. Sie sind kommerziell erh\u00e4ltlich und preisg\u00fcnstiger als die Blockcopolymere. Um die biologische Abbaubarkeit der neuen Additive zu testen, wurde von der Firma Bernd Schwegmann GmbH & Co. KG eine Untersuchung am Institut Fresenius in Auftrag gegeben. Das Ergebnis war \u00fcberaus positiv. Die Abbaurate betrug \u00fcber 90%. Das neue Additiv wurde in Kombination mit den erfolgversprechendsten Tensidsystemen getestet. Es konnten dabei Mikroemulsionsreiniger formuliert werden mit Gesamttensidgehalten zwischen 15% und 10%. In einem Fall konnte in einer Formulierung auf Basis von Zuckertensiden die Tensidmenge auf 5% reduziert werden.\n\nBei den Tests der Reinigereigenschaften stellte sich heraus, dass das Reinigungsverhalten der Mikroemulsionen in mancher Hinsicht grunds\u00e4tzlich anders ist als bei den L\u00f6sungsmittel-Reinigern. So sind Mikroemulsionen oft deutlich viskoser als die extrem niedrig viskosen L\u00f6sungsmittelreiniger. Dies f\u00fchrte zu signifikant schlechteren Reinigungsleistungen. Hier war deshalb eine enge Verzahnung der Stabilit\u00e4tsuntersuchungen und der Reinigertests notwendig, um hinreichend niederviskose Mikroemulsionen zu formulieren. Die Praxistests beinhalteten erste Reinigungstests im Labor, nebst Stabilit\u00e4tsuntersuchun-gen unter Praxisbedingungen sowie Materialtests. Wurden bei den Praxistests M\u00e4ngel entdeckt, flossen die Ergebnisse unmittelbar in die vorangehenden Optimierungsschritte ein. Bei positiver Gesamtbeurteilung wurden in Druckereien erste Praxistest direkt an der Maschine durchgef\u00fchrt. Insbesondere f\u00fcr die Optimierung des \u00d6lanteils in den Reinigern waren sofortige Praxistests zwingend n\u00f6tig. Einerseits ist die Reduktion des \u00d6lanteils w\u00fcnschenswert, andererseits wurde aber festgestellt, dass eine zu starke Reduktion die Reinigungswirkung negativ beeinflusst. Die Tests in den Druckereien wurden durch die Firma Bernd Schwegmann Gmbh & Co. KG durchgef\u00fchrt. Sie wurden in folgenden Druckereien durchgef\u00fchrt: M. Brimberg Druck- und Verlags GmbH \/ Aachen, Bonner Zeitungsdruckerei & Verlagsanstalt H. Neusser GmbH \/ Bonn, Dieter Berghoff Druckerei \/ K\u00f6ln, Bonner Universit\u00e4ts-Buchdruckerei \/ Bonn und dem Mittelrhein-Verlag GmbH \/ Koblenz. Zus\u00e4tzlich wurden umfangreiche Untersuchungen mit Hilfe folgender Waschanlagen-Hersteller durchgef\u00fchrt: technotrans AG, Oxy-Dry Maschinen GmbH und Baldwin Germany GmbH.\n\nDie besten Ergebnisse hinsichtlich Minimierung des Tensideinsatzes und Optimierung der Reinigungsleistung konnte mit einer Formulierung auf Basis von Zuckertensiden erreicht werden. Das neue, biologisch leicht abbaubare Additiv zur Steigerung der Tensideffizienz war dabei von zentraler Bedeutung. Der Gesamttensidgehalt von Reinigern, die sehr gute Reinigungsleistungen erbrachten, konnte auf 10 % gesenkt werden. In einem Fall konnte sogar ein Tensidgehalt von 5 % erreicht werden, jedoch war die Reinigungsleistung nicht ausreichend. Die tensidischen Komponenten dieser Formulierungen bestehen weitgehend aus nachwachsenden Rohstoffen, verbunden mit sehr geringem Gefahrstoffpotential. Die tensidische Hauptkomponente ist sogar kennzeichnungsfrei und nicht als Gefahrstoff klassifiziert. In den Labortests als auch im Praxiseinsatz zeigte der neue Mikroemulsionsreiniger eine h\u00f6here Reinigungswirkung als die konventionellen l\u00f6sungsmittelbasierten Reiniger. Dadurch verringert sich der Verbrauch pro Reinigungsvorgang. Es erscheint m\u00f6glich, mit dem neuen Mikroemulsionsreiniger den L\u00f6sungsmittelverbrauch zu halbieren. Mit einem Flammpunkt von ca. 100\u00b0C liegt der neue Reiniger im Bereich eines Hochsieders. Durch die gute Wassermischbarkeit bis zu 1:10 ergibt sich ein breites Anwendungsspekt-rum.\n\n\n\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation\n\n\u00dcber die erzielten Ergebnisse wurde in einem Artikel in Chemische Rundschau (Ausgabe 05\/2006) berichtet. Die Firma Bernd Schwegmann GmbH & Co. KG stellte die Neuentwicklung auf der Messe ACHEMA 2006 vor. Am FZ J\u00fclich sind drei wissenschaftliche Ver\u00f6ffentlichungen in Arbeit, die 2006\/07 in Fachzeitschriften erscheinen werden. Au\u00dferdem sollen die Projektergebnisse im September 2006 in einem Vortrag auf der Konferenz der European Colloid and Interface Society in Budapest vorgestellt wer-den.\n\n\nFazit\n\nIm direkten Vergleich mit einem handels\u00fcblichen konventionellen Reiniger f\u00fcr den Offsetdruck weist der Reiniger auf der Basis einer Mikroemulsion deutlich bessere Resultate in seiner Reinigungsleistung auch bei geringerem Produkteinsatz auf. Gemessen an der Farbanl\u00f6sekraft der Mikroemulsion ist diese um \u00fcber 30 % effektiver. Das bedeutet f\u00fcr den Anwender, dass dieser eine Verschmutzung 1. schneller und 2. effektiver bei 3. sparsamerem Einsatz an Reinigungsmittel beseitigen kann. Unter extremen Bedingungen, wie z. B. bei Mischungen mit bis zu 10 Teilen Wasser, liegt noch eine stabile Emulsion vor. Letzteres ist besonders in Problemf\u00e4llen mit starkem Papierstaubaufbau wichtig. Als Konzentrat bzw. in geringer Verd\u00fcnnung lassen sich selbst st\u00e4rkere Verschmutzungen durch Druckfarbe beseitigen. Und dies obwohl der Gesamttensidanteil von 25-30 % bei einer handels\u00fcblichen Mikroemulsion auf hier 5-15 % reduziert ist. In der Formulierung der Mikroemulsion wird das mit Hilfe eines Builders, eines Dialkylenglykols als L\u00f6sungsverst\u00e4rkers bei gleichzeitiger Reduktion der Gesamttensidkonzentration durch den innovativen Einsatzes des Polymers erreicht. Hervorzuheben ist der Einsatz von weitestgehend nachwachsenden Rohstoffen bei den tensidischen Komponenten, womit zus\u00e4tzlich durch den Einsatz biologisch abbaubarer Komponenten die Umweltbelastung stark reduziert werden konnte. Die tensidische Hauptkomponente ist zudem kennzeichnungsfrei und nicht als Gefahrstoff klassifiziert. Die Forderung im Rahmen der europ\u00e4ischen Detergenzien-Verordnung hinsichtlich der biologischen Abbaubarkeit der neuen Additive wird mit einer Abbaurate von \u00fcber 90 % mehr als erf\u00fcllt. Ziele f\u00fcr die Zukunft w\u00e4ren u. a. der Einsatz von Pflanzen\u00f6lestern in der Formulierung der Mikroemulsion. In Bezug zum Einsatz konventioneller mineral\u00f6lbasierter Reiniger konnte der \u00d6lanteil um bis zu 60 % reduziert werden. Die Folge ist eine konsequente Verbesserung des Arbeits- und Gesundheitsschutzes durch Reduktion der L\u00f6semittelkonzentration in der Luft am Arbeitsplatz. In der Anwendung zeichnet die Mikroemulsion indes eine, als gut zu beschreibende, Verdunstungsgeschwindigkeit aus, die durchaus mit L\u00f6sungsmittelreiniger im Flammpunktbereich von 21 - 51 \u00b0C (fr\u00fcher VbF AII) vergleichbar ist. W\u00e4ssrige Komponenten und L\u00f6-sungsmittel mit hohem Flammpunkt in der Formulierung reduzieren deutlich die Brand- und Explosionsgefahren. Mit einem Flammpunkt von ca. 100 \u00b0C ist sie eher in den Bereich Hochsieder einzustufen. Insgesamt ist der Reiniger auf der Basis einer Mikroemulsion kennzeichnungsfrei und frei von leicht fl\u00fcchti-gen organischen Verbindungen (VOC)!\n<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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