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Dokumentenidentifikation DE102004047550A1 13.04.2006
Titel Verfahren zur Verminderung der Freisetzung von Stäuben aus fasrigen Materialien
Anmelder Bohle Isoliertechnik GmbH, 51645 Gummersbach, DE
Erfinder Frank, Thomas, 51702 Bergneustadt, DE
Vertreter Patentanwälte von Kreisler, Selting, Werner et col., 50667 Köln
DE-Anmeldedatum 30.09.2004
DE-Aktenzeichen 102004047550
Offenlegungstag 13.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.04.2006
IPC-Hauptklasse C09K 3/22(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Freisetzung von Stäuben, insbesondere von Faserstäuben aus fasrigen Materialien wie z. B. Mineralwolle, durch Inkontaktbringen der fasrigen Materialien mit einer wässrigen Lösung wenigstens eines Tensids sowie die Verwendung einer Lösung wenigstens eines Tensids in Wasser zur Verminderung der Freisetzung von Stäuben aus fasrigem Material.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Freisetzung von Stäuben, insbesondere von Faserstäuben aus fasrigen Materialien, wie z.B. Mineralwolle durch Inkontaktbringen der fasrigen Materialien mit einer wässrigen Lösung wenigstens eines Tensids, sowie die Verwendung einer Lösung wenigstens eines Tensids in Wasser zur Verminderung der Freisetzung von Stäuben aus fasrigen Materialien.

Der Bruch von Einzelfasern innerhalb von fasrigen Materialien führt zu kurzfasrigen Materialien und Faserstäuben. Ein typisches Beispiele sind die zu Isolationszwecken weit verbreiteten Mineralwollen, die in Abhängigkeit von ihrem Alter, ihrer Lagerung oder Verwendung hohe Anteile an kurzen Mineralfasern und Mineralfaserstäube aufweisen. Zudem können sich Stäube aus der Umgebungsluft oder aus der Umwelt in fasrigen Materialien anreichern. Solche Stäube sind beispielsweise Stäube aus Produktion, Haushalten, Feuerungsanlagen, etc. die in Luftfilteranlagen mit Hilfe von Filtermatten abgetrennt werden. Die Freisetzung von Stäuben aus solchen fasrigen Materialien stellt eine Beeinträchtigungen der Umwelt und der mit den fasrigen Materialien in Kontakt kommenden Personen dar. Insbesondere in Arbeitsbereichen können solche Stäube zu einer Einwirkung auf die Haut, die Augen und die oberen Atemwege der dort beschäftigten Personen führen.

Besonders problematisch sind Faserstäube, die künstliche oder natürliche anorganische Mineralfasern mit einer Länge größer 5 &mgr;m, einem Durchmesser kleiner 3 &mgr;m und einem Länge-zu-Durchmesser Verhältnis, das größer als 3 zu 1 ist, enthalten und damit als lungengängig angesehen werden. Diese biopersistenten Fasern stehen im dringenden Verdacht Krebs auszulösen.

Eine besonders hohe Staubbelastung durch die zuvor genannten Faserstäube tritt im Bereich der Isoliertechnik auf, da in der Vergangenheit häufig künstliche Mineralfasern (KMF), mit einem Länge-zu-Durchmesser Verhältnis größer 3 zu 1 zur Isolierung von Energie- und Prozessanlagen, wie z.B. Dampfkesseln, Heizungsanlagen, Reaktoren, Dampf und Flüssigkeitsleitungen verwendet wurden. Selbst wenn die Faserlängenspezifikationen bei modernen Mineralwollen außerhalb der zuvor genannten kritischen Verhältnisse liegen, so werden dennoch beim Austausch der alten Mineralwollen große Mengen der kritischen Fasern freigesetzt und an die Umgebungsluft abgegeben.

Nach den Technischen Regeln für Gefahrstoffe (TRGS) 521 sind bei der Handhabung, insbesondere bei der Demontage der zuvor beschriebenen biopersistenten Fasern (KMF) staubarme Verfahren anzuwenden und es ist sicherzustellen, dass die Staubexpansion nicht die in TRGS 900 festgelegten Luftgrenzwerte überschreitet.

Zum Austausch der Isoliermaterialien werden diese von den zu isolierenden Anlagenteilen abgelöst und anschließend staubdicht verpackt, um einen sicheren Abtransport und eine anschließende Deponierung zu gewährleisten. Während des Ablösens und des Verpackens wird häufig jedoch ein beachtlicher Teil der enthaltenen Stäube an die Umgebungsluft abgegeben. Die Durchsetzung der TRGS 521 stellt für den mit der Montage/Demontage beschäftigten Fachmann ein großes Problem dar und ist bislang nur durch zeit- und kostenintensive Abschottung der Demontagebereiche, z.B. durch staubdichte Einhausungen oder durch aufwändige Absaug- und Filteranlagen möglich.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Emission der in den Isoliermaterialien enthaltenen Mineralfaserstäube zu unterbinden oder wenigstens zu vermindern und dadurch den Kosten und Zeitaufwand bei der Demontage von Isoliermaterialien zu verringern sowie die Gesundheitsgefährdung des Demontagepersonals durch die Mineralfaserstäube zu verhindern.

Erste Versuche, die Isoliermaterialien mit Wasser zu befeuchten und die Staubentwicklung dadurch herabzusetzen scheiterten aufgrund der Hydrophobie der Fasern. Überraschenderweise wurde jedoch gemäß der Erfindung gefunden, dass die Verwendung von wässrigen Tensidlösungen, insbesondere von wässrigen Schmierseifelösung, die Hydrophobie der Fasern herabsetzt und somit zu einer Benetzung der Fasermaterialien und folglich – möglicherweise aufgrund von kapillaren Wechselwirkungen zwischen den Fasern und den Staubpartikeln – zu einer deutlichen Verminderung der Staubentwicklung führt.

Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Verminderung der Freisetzung von Stäuben aus fasrigen Materialien durch Inkontaktbringen der fasrigen Materialien mit einer wässrigen Lösung wenigstens eines Tensids.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer Lösung wenigstens eines Tensids in Wasser zur Verminderung der Freisetzung von Stäuben aus fasrigen Materialien.

Das Inkontaktbringen der fasrigen Materialien mit der Tensidlösung erfolgt erfindungsgemäß durch Eintauchen der mit der mit den fasrigen Materialien versehenen Objekte in die Tensidlösung. Da dies häufig aufgrund der Größe der Objekte oder deren starrer Montage nicht möglich ist, können die fasrigen Materialien auch durch Besprühen, Benetzen, Bestreichen, Bespritzen oder Tränken mit der wässrigen Tensidlösung kontaktiert werden.

Da die Dämmmaterialien oftmals durch eine Schutzschicht aus Polymerfolien oder Metallblechen gegen äußere Einwirkungen abgeschirmt sind, ist vor dem Aufbringen der Tensidlösung diese Schutzschicht entweder zu perforieren oder ganz zu entfernen. Oftmals kann die Tensidlösung durch eine oder einige wenige Öffnungen in der Schutzschicht in das daruntergelegene Fasermaterial eindringen.

Bei mehrlagigen Isolierungen kann der zuvor beschriebene Arbeitsgang mehrmalig angewendet werden, d.h. die einzelnen Lagen werden sukzessive mit der Tensidlösung kontaktiert und demontiert.

Erfindungsgemäß lässt man die Tensidlösung nach dem Aufbringen auf das fasrige Material so lange einwirken, bis zumindest die äußeren Fasern, vorzugsweise alle Fasern des Verbunds mit der Tensidlösung benetzt sind und somit eine ausreichende Adhäsion zwischen den Fasern und den Staubpartikeln erfolgen kann. Es versteht sich von selbst, dass die Einwirkdauer stark von den jeweiligen Gegebenheiten, wie Faserart, Dicke der Isolierung, Umgebungstemperatur, etc. abhängt. Es ist jedoch darauf zu achten, dass die Einwirkzeit nicht so lange gewählt wird, dass ein Großteil der aufgebrachten Tensidlösung bereits verdampft/getrocknet ist, bevor die Entfernung der fasrigen Isolationsmaterialien abgeschlossen wurde. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Einwirkdauer der Tensidlösung zwischen 1 min. und 1 h, vorzugsweise zwischen 5 min. und 30 min, besonders bevorzugt zwischen 10 und 15 min.

Da die eingesetzten Tensidlösungen Wasser als Basis verwenden ist der Einsatz nur an zu behandelnden Objekten möglich, die eine Oberflächentemperatur unterhalb des Siedepunktes (100°C) und oberhalb des Schmelzpunktes von Wasser aufweisen. Erfindungsgemäß sollte die Temperatur der zu kontaktierenden Isoliermaterialen 10 bis 95 °C, vorzugsweise 15 bis 80 °C, besonders bevorzugt 20 bis 60 °C betragen.

Bei den erfindungsgemäß verwendeten Tensidlösungen handelt es sich um Lösungen wenigstens eines Tensids oder auch mehrerer Tenside.

Tenside gemäß der vorliegenden Erfindung sind amphiphile Verbindungen mit wenigstens einem hydrophilen und einem hydrophoben Molekülteil, welche die Grenzflächenspannung des Wassers herabsetzen. Geeignete Tenside sind ausgewählt aus anionischen, kationischen, nichtionischen und Amphotensiden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Tensid um Schmierseife, d.h. um die Natrium- oder Kaliumsalze von Fettsäuren.

Die Konzentration des Tensids in der wässrigen Lösung kann, in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der zu kontaktierenden fasrigen Materialien und der Einsatzorte, in weiten Bereichen variieren. Üblicherweise weisen die erfindungsgemäßen wässrigen Tensidlösungen das Tensid in einer Konzentration von 0,005 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise von 0,01 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die wässrige Tensidlösung auf.

Es versteht sich dabei von selbst, dass höhere Tensidkonzentrationen zwar möglicherweise auch zu dem gewünschten Erfolg führen, jedoch aufgrund von wirtschaftlichen und ökologischen Betrachtungen nicht in Betracht kommen. Neben dem Tensid können die erfindungsgemäßen Tensidlösungen weitere Bestandteile aufweisen, wie z.B. Frostschutzmittel, Flammschutzmittel, Geruchsstoffe und Stabilisatoren.

Auch wenn das zuvor beschriebene Verfahren insbesondere für künstliche und natürliche anorganischen Fasern, wie beispielsweise künstliche und natürliche Mineralfasern, SiO2-Fasern, Hochtemperaturglasfasern, Keramikfasern, Asbestfasern, Amphibolasbestfasern, Superfeinfasern, polykristalline Fasern, Chrysotilfasern, Calciumsulfatfasern, Whisker und Metallfasern, insbesondere für künstliche Mineralfasern geeignet ist, so kann es dennoch auf eine Vielzahl anderer anorganischer und organischer Fasern, wie z.B. Kunstfasern, natürliche pflanzliche Fasern und natürliche tierische Fasern und deren Stäube angewendet werden. Das Verfahren trägt somit zu einer generellen Staubverminderung und Verbesserung der Arbeitsplatzhygiene bei, selbst wenn von einigen Stäuben kein nachgewiesenes direktes Gesundheitsrisiko ausgeht. Ein weiteres Einsatzgebiet ist so z.B. der Wechsel von fasrigen Filtermatten aus Klima und Lüftungsanlagen.

Die Erfindung soll anhand des folgenden Ausführungsbeispiels erläutert werden, auf welches sie jedoch nicht zu beschränken ist.

Ausführungsbeispiel Feststellung und Beurteilung der Faserkonzentration in der Luft während der Demontage einer KMF-Mineralwolle Isolierung von Kondensationsbehältern Arbeitsablauf:

Nach ausreichendem Absperren des Arbeitsbereiches (im Umkreis von ca. 10 m) wurde der Demontagebereich mit PE-Folie ausgelegt, um ein Durchfallen von Abfall bzw. das Durchtropfen von Faserbindemittel (wässrige Tensidlösung) zu verhindern und um die Säuberungsarbeiten zu erleichtern. Nach Lösen und vorsichtigem Abheben des Oberflächenschutzes (Verkleidung) wurde die äußere Lage der Dämmung mit der wässrigen Tensidlösung besprüht. Als wässrige Tensidlösung wurde eine Schmierseifenlösung, die durch Mischen eines kommerziell erhältlichen Schmierseifenkonzentrats (Produktname: Hepta®, Hersteller: Heinrich Hagner GmbH & Co) mit Wasser im Verhältnis 1:3 hergestellt wurde verwendet.

Nach 15 min Einwirkzeit wurde die Dämmung vorsichtig demontiert und anschließend in reißfeste, staubdichte PE-Säcke verpackt, die mittels Klebeband oder Draht verschlossen wurden. Bei mehrlagigen Isolierungen, wurde der Arbeitsgang wiederholt. Die unter Umständen am Rohr verbliebenen KMF wurden mit einem K1-Sauger (270 cbm/h) abgesaugt oder erneut mit der wässrigen Tensidlösung besprüht und nach mindestens 15 min Einwirkzeit vorsichtig entfernt. Gleichermaßen wurden auch die im Arbeitsbereich ausgelegten PE-Folien nach Beendigung der Arbeiten mit dem Faserbindemittel besprüht, in PE-Säcke verpackt und abtransportiert.

Die Probenahme erfolgte personenbezogen, im unmittelbaren Atembereich der mit der Demontage beschäftigten Personen, sowie stationär im Abstand von 3 und 5 m vom Demontagebereich. Die beaufschlagten Probenträger wurden im Berufsgenossenschaftlichen Institut für Arbeitsschutz (BIA) analysiert.

Versuchsbedingungen Technische Angaben zum Arbeitsbereich Messort: Raum, geschlossen Länge/Breite/Höhe: 40 m/7 m/7 m Art der Emissionsquelle im AB: KMF Freie Lüftung: Freie Lüftung ist nicht vorhanden (Fenster/Türen geschlossen) Maschinelle Lüftung: Maschinelle Lüftung ist nicht vorhanden Luftführung: keine besondere Luftführung Maßnahmen gegen Emission: keine Maßnahmen gegen Emission Erfassung: keine Erfassungseinrichtung vorhanden Wärmerückgewinnungsanlage: keine Reinluftrückführung vorhanden Konzentrationsüberwachung: keine Konzentrationsüberwachung vorhanden Wetter: trocken (bedeckt) Wind: mittel (bis 10 m/s)
Wind aus Richtung: SW Temperatur, innen: 20 °C Temperatur, außen: 5 °C Luftdruck: 1000 hPa Luftfeuchte im Arbeitsbereich: ca. 37 %
Angaben zur Messung Art der Messung: Expositionsmessung

Arbeitsplatzmessung, übliche betriebliche Situation (Normalzustand), Probenahme repräsentativ für die Expositionsdauer. Die Messung wurde im Falle der personenbezogenen Messungen an der an der Person, bei den stationären Messungen stationär, jeweils in 3 und 5 m Abstand von der Demontagestelle durchgeführt. Ergebnisse (Auswertung nach BGI 505-46) Effektive Filterfläche: 707 mm2 Anzahl der ausgewerteten Felder: 182 Fläche eines Auswertefeldes: 2750 &mgr;m2 Ausgewertete Fläche: 0,500 mm2

Die Probennahme erfolgte gemäß BGI 505-46 mit einer PAS-Pumpe, FAP-BIA, Kernporenfilter, Pw 0,4 &mgr;m, 37 mm bei einem Volumenstrom von 2 l/min.

Personenbezogene Probenahme:
  • *Bei dem berechneten Bewertungsindex nach TRGS 403 sind nur Gefahrstoffe berücksichtigt, bei denen der Stoffindex ermittelt werden konnte
Stationäre Probennahme:

Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Verminderung der Freisetzung von Stäuben aus fasrigen Materialien durch Inkontaktbringen der fasrigen Materialien mit einer wässrigen Lösung wenigstens eines Tensids.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Inkontaktbringen des fasrigen Materials mit der Tensidlösung durch Eintauchen in die oder durch Besprühen, Benetzen, Bestreichen oder Tränken mit der wässrigen Tensidlösung erfolgt.
  3. Verfahren gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tensidlösung nach dem Inkontaktbringen mit dem fasrigen Material so lange einwirken kann, bis alle Fasern des Verbunds mit der Tensidlösung benetzt sind.
  4. Verfahren gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tensid ausgewählt ist aus anionischen, kationischen, nichtionischen und Amphotensiden.
  5. Verfahren gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Tensid um Schmierseife handelt.
  6. Verfahren gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Tensidlösung das Tensid in einer Konzentration von 0,005 bis 50 Gew.-% – bezogen auf die wässrige Tensidlösung aufweist.
  7. Verfahren gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das fasrige Material ausgewählt ist aus anorganischen und organischen Fasern.
  8. Verfahren gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die anorganischen Fasern ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus künstliche und natürliche Mineralfasern, SiO2-Fasern, Hochtemperaturglasfasern, Keramikfasern, Asbestfasern, Amphibolasbestfasern, Superfeinfasern, polykristalline Fasern, Chrysotilfasern, Calciumsulfatfasern, Whisker- und Metallfasern.
  9. Verfahren gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die anorganischen Fasern ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Kunstfasern, natürlichen pflanzliche Fasern und natürlichen tierischen Fasern.
  10. Verwendung einer Lösung wenigstens eines Tensids in Wasser zur Verminderung der Freisetzung von Stäuben aus einem fasrigen Material.
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