PFAS-freie, wärmeformbeständige Kunststoffe

Stand der Technik

Aus welchem Material werden Faltenbälge und Membranen für die Lebensmittelindustrie, insbesondere die Getränketechnologie hergestellt?

PTFE und modifiziertes PTFE sind bisher immer noch gesetzt, wenn es um hermetische Dichtungen geht. Ausschlaggebend ist die notwendige Biegewechselfestigkeit, die chemische Beständigkeit und die physiologische Unbedenklichkeit. Im Vordergrund steht die Wärmebeständigkeit des Werkstoffes, da dieser vor allem den Belastungen während des CiP‑Verfahrens (bis ca. 90 °C)  oder der Dampfsterilisation (i. d. R. 121°C) standhalten muss.

Weshalb gerät PTFE als stabiler Kunststoff derzeit in Verruf?

Obwohl feststeht, dass PTFE als polymerisierter Kunststoff unter normalen Bedingungen praktisch inert ist (also kaum mit anderen Substanzen reagiert) und deshalb auch in der Regel keine flüchtigen PFAS freigibt, sind trotzdem noch weiterführende Fragestellungen zu klären. Zum einen wäre da die Tatsache, dass während des Produktionsprozesses niedermolekulare Ewigkeitschemikalien (PFAS) freigesetzt werden können, welche sich leicht in der Umwelt verbreiten und anreichern. Zum anderen ist die Entsorgung der langkettigen und chemisch äußerst stabilen Fluorpolymere generell mit Schwierigkeiten verbunden. Eine fachgerechte Entsorgung ist somit schwer umsetzbar bzw. unter den gegebenen Umständen nicht ohne Weiteres realisierbar.

Ist in der öffentlichen Wahrnehmung eine differenzierte Betrachtung der PFAS möglich?

Ein wichtiges Argument erschließt sich erst auf den zweiten Blick. Für den Verbraucher und die Öffentlichkeit ist die Diskussion bei der komplexen PFAS-Thematik kaum zu erschließen; selbst in der Wissenschaft und Technik gibt es zum Teil kontroverse Ansätze. So ist, obwohl nachweislich unbedenklich, die Teflon-beschichtete Pfanne mittlerweile deutlich schwerer zu vermarkten. (Laut Studie: Ist 2025 das Ende der Teflon-Bratpfanne?) Es ist eine Tatsache, dass PFAS mittlerweile in fast allen Lebensmitteln auftauchen. Auch wenn die Verwendung von PTFE bei der Nahrungsmittelherstellung und -verarbeitung zunächst nicht direkt dafür verantwortlich scheint, so muss man es dem Laien nachsehen, wenn er hier eben nicht differenzieren kann. Großkonzerne der Lebensmittelindustrie tun deshalb gut daran, hier vorausschauend zu agieren, um durch investigativen Journalismus nicht (noch mehr) ins Rampenlicht gerückt zu werden.

Siehe auch:

Unwahrscheinlich tödlich: Wie gefährlich sind Pfannen mit Teflon? – Spektrum der Wissenschaft

Inwieweit besteht für die Maschinen- und Anlagenbauer Handlungsbedarf?

Nahrungsmittelkonzerne stehen aufgrund ihres sensiblen Produktportfolios unter besonderer Beobachtung der Medien und betrachten die öffentlichen Diskussionen deshalb sehr genau. Gespräche mit den technologischen Zulieferern finden bereits statt. Es ist offensichtlich, dass die Anlagen angesichts der gegenwärtigen Leistungsverdichtung und des Wettbewerbs technisch an ihre Grenzen stoßen und nur aufgrund hoher Verfügbarkeiten wirtschaftlich betrieben werden können. Gleichzeitig scheint es so, dass eine deutliche Abkehr von den Fluorpolymeren speziell in dieser Branche auf lange Sicht – trotz erheblicher Lobbyarbeit – unumgänglich ist. Die Unruhe unter den Maschinenbauern scheint deshalb zuzunehmen. Denn sie sind gefordert, bei gleichbleibender Leistung nach und nach für Ersatz der PTFE- Bauteilen zu sorgen.

Gibt es schon PFAS-freie Kunststoffe für Faltenbälge und Membranen?

Mit ORGANOR® P1 (früher ENDUFLON® P1) steht bereits schon ein Material zur Verfügung, was in puncto chemischer Beständigkeit, FDA-Konformität und außerordentlicher Biegewechselfestigkeit Teflon® kaum nachsteht. Einzig die Erweichung bei Temperaturen jenseits von 80°C verhinderten den breiten Einsatz dieser hochwertigen Type von PE 1000 in z. Bsp. Getränkeabfüllanlagen. Nun steht den Entwicklern in der Industrie, mit dem modifizierten UHMW-PE, ORGANOR® P25 der bock machining gmbh ein Kunststoff zur Verfügung, bei dem die wichtige Eigenschaft „Wärmeformbeständigkeit“ erheblich verbessert wurden. (siehe Diagramm)

• P1 = ORGANOR® P1 =UHMW-PE
• V1 = ENDUFLON® V1 = PTFE
• P25 = ORGANOR® P25 = modifiziertes UHMW-PE
• M4b = ENDUFLON® M4b = modifiziertes PTFE

Die Deformation unter Last von ORGANOR® P25 ist signifikant kleiner als von ORGANOR® P1 und bei 130°C immer noch geringer als die von PTFE der 1. Generation.

Lassen sich bestehende Konstruktionen von Faltenbälgen und Membranen ohne weiteres ersetzen?

UHMW-PE ist wie PTFE ein sogenannter Press-Sinter-Werkstoff, der spangebend bearbeitet wird. Entsprechendes Knowhow vorausgesetzt, lässt sich das Material deshalb in jede bisherige Form bringen. Durch den deutlich höheren E-Modul (vgl. untenstehendes Diagramm: E-Modul V1, M4b, P1, P25) können i. d. R. Wandstärken reduziert werden. Dadurch wird auch die Langlebigkeit der Bauteile sichergestellt, da die reduzierte Biegewechselfestigkeit damit ausgeglichen werden kann. Aufgrund der nachweislich besseren mechanischen und tribologischen Eigenschaften können die Anforderungen im Detail noch präziser erfüllt werden. Einer sicheren und kurzfristigen Umstellung der Bauteile steht deshalb meist nichts im Weg.

Teflon® ist ein eingetragenes Warenzeichen der The Chemours Company.

Ihr Stefan Bock