Angepasst aus der 3. Auflage, Enzyklopädie der Arbeitssicherheit und des Gesundheitsschutzes

Die Kunststoffindustrie gliedert sich in zwei große Sektoren, deren Zusammenhang in Abbildung 1 ersichtlich ist. Der erste Sektor umfasst die Rohstofflieferanten, die Polymere und Formmassen aus Zwischenprodukten herstellen, die sie gegebenenfalls auch selbst hergestellt haben. Gemessen am investierten Kapital ist dies in der Regel der größte der beiden Sektoren. Den zweiten Sektor bilden die Verarbeiter, die die Rohstoffe durch verschiedene Verfahren wie Extrusion und Spritzguss in verkaufsfähige Artikel umwandeln. Andere Sektoren sind Maschinenhersteller, die Ausrüstungen an die Verarbeiter und Lieferanten von Spezialadditiven für den Einsatz in der Industrie liefern.

Abbildung 1. Produktionsablauf in der Kunststoffverarbeitung

Polymerherstellung

Kunststoffe fallen grob in zwei unterschiedliche Kategorien: thermoplastische Materialien, die durch Anwendung von Wärme wiederholt erweicht werden können, und duroplastische Materialien, die beim Erhitzen und Formen einer chemischen Veränderung unterliegen und danach nicht durch Wärmeanwendung umgeformt werden können. Es können mehrere hundert einzelne Polymere mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften hergestellt werden, aber nur 20 Typen machen etwa 90 % der weltweiten Gesamtproduktion aus. Thermoplaste sind die größte Gruppe und ihre Produktion nimmt stärker zu als die Duroplaste. Hinsichtlich der Produktionsmenge sind die wichtigsten Thermoplaste Polyethylen hoher und niedriger Dichte und Polypropylen (die Polyolefine), Polyvinylchlorid (PVC) und Polystyrol.

Wichtige duroplastische Harze sind Phenol-Formaldehyd und Harnstoff-Formaldehyd, beide in Form von Harzen und Formpulvern. Auch Epoxidharze, ungesättigte Polyester und Polyurethane sind von Bedeutung. Eine geringere Menge an „Engineering Plastics“, beispielsweise Polyacetale, Polyamide und Polycarbonate, haben einen hohen Nutzwert in kritischen Anwendungen.

Die beträchtliche Expansion der Kunststoffindustrie in der Welt nach dem Zweiten Weltkrieg wurde durch die Erweiterung des Spektrums der Grundrohstoffe, mit denen sie versorgt wird, erheblich erleichtert; Verfügbarkeit und Preis von Rohstoffen sind für jede sich schnell entwickelnde Industrie von entscheidender Bedeutung. Herkömmliche Rohstoffe hätten chemische Zwischenprodukte nicht in ausreichenden Mengen zu akzeptablen Kosten liefern können, um die wirtschaftliche kommerzielle Produktion von Kunststoffmaterialien in großen Tonnagen zu erleichtern, und es war die Entwicklung der petrochemischen Industrie, die Wachstum ermöglichte. Erdöl als Rohstoff ist reichlich vorhanden, leicht zu transportieren und zu handhaben und war bis zur Ölkrise der 1970er Jahre relativ billig. Die Kunststoffindustrie ist daher weltweit vor allem an die Verwendung von Zwischenprodukten gebunden, die beim Ölcracken und aus Erdgas gewonnen werden. Unkonventionelle Rohstoffe wie Biomasse und Kohle haben bisher noch keinen großen Einfluss auf die Versorgung der Kunststoffindustrie.

Das Flussdiagramm in Abbildung 2 verdeutlicht die Vielseitigkeit von Erdöl- und Erdgasrohstoffen als Ausgangspunkt für die wichtigen duroplastischen und thermoplastischen Materialien. Nach den ersten Prozessen der Rohöldestillation wird Naphtha-Ausgangsmaterial entweder gecrackt oder reformiert, um nützliche Zwischenprodukte bereitzustellen. Somit ist das durch das Crackverfahren erzeugte Ethylen von unmittelbarer Verwendung für die Herstellung von Polyethylen oder für die Verwendung in einem anderen Verfahren, das ein Monomer, Vinylchlorid – die Basis von PVC – liefert. Propylen, das ebenfalls während des Crackprozesses entsteht, wird entweder über den Cumolweg oder den Isopropylalkoholweg zur Herstellung von Aceton verwendet, das für Polymethylmethacrylat benötigt wird; es wird auch bei der Herstellung von Propylenoxid für Polyester- und Polyetherharze verwendet und kann wiederum direkt zu Polypropylen polymerisiert werden. Butene finden Verwendung bei der Herstellung von Weichmachern und 1,3-Butadien wird direkt zur Synthesekautschukherstellung verwendet. Aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol und Xylol werden heute in großem Umfang aus den Derivaten von Öldestillationsvorgängen hergestellt, anstatt aus Kohleverkokungsprozessen gewonnen zu werden; Wie das Flussdiagramm zeigt, handelt es sich dabei um Zwischenprodukte bei der Herstellung wichtiger Kunststoffe und Hilfsprodukte wie Weichmacher. Die aromatischen Kohlenwasserstoffe sind auch ein Ausgangspunkt für viele Polymere, die in der Kunstfaserindustrie benötigt werden, von denen einige an anderer Stelle in diesem Dokument diskutiert werden Enzyklopädie.

Abbildung 2. Produktion von Rohstoffen zu Kunststoffen

Viele sehr unterschiedliche Prozesse tragen zur endgültigen Herstellung eines fertigen Artikels bei, der ganz oder teilweise aus Kunststoff besteht. Einige Prozesse sind rein chemisch, einige beinhalten rein mechanische Mischverfahren, während andere – insbesondere diejenigen am unteren Ende des Diagramms – einen umfangreichen Einsatz von Spezialmaschinen erfordern. Einige dieser Maschinen ähneln denen, die in der Gummi-, Glas-, Papier- und Textilindustrie verwendet werden; der Rest ist spezifisch für die Kunststoffindustrie.

Kunststoffverarbeitung

Die kunststoffverarbeitende Industrie wandelt Massenpolymermaterial in fertige Artikel um.

Rohstoffe

Der verarbeitende Teil der Kunststoffindustrie erhält seine Rohstoffe für die Produktion in folgenden Formen:

• vollständig zusammengesetztes Polymermaterial in Form von Pellets, Granulat oder Pulver, das direkt in die Maschinen zur Verarbeitung eingeführt wird
• uncompoundiertes Polymer in Form von Granulat oder Pulver, das mit Additiven compoundiert werden muss, bevor es für die Zufuhr in Maschinen geeignet ist
• polymere Platten-, Stab-, Rohr- und Folienmaterialien, die von der Industrie weiterverarbeitet werden
• verschiedene Materialien, die vollständig polymerisiert werden können, Stoffe in Form von Suspensionen oder Emulsionen (allgemein bekannt als Latices) oder Flüssigkeiten oder Feststoffe, die polymerisieren können, oder Substanzen in einem Zwischenzustand zwischen den reaktiven Rohstoffen und dem endgültigen Polymer. Einige davon sind Flüssigkeiten und einige echte Lösungen von teilweise polymerisierten Stoffen in Wasser mit kontrolliertem Säuregehalt (pH) oder in organischen Lösungsmitteln.

Compounding

Die Herstellung von Compound aus Polymer beinhaltet das Mischen des Polymers mit Additiven. Obwohl für diesen Zweck eine große Vielfalt von Maschinen verwendet wird, sind Kugelmühlen oder Hochgeschwindigkeits-Propellermischer am gebräuchlichsten, wo Pulver behandelt werden, und wo plastische Massen gemischt werden, Knetmaschinen wie die offenen Walzen oder Mischer vom Banbury-Typ , oder Extruder selbst werden normalerweise verwendet.

Die von der Industrie geforderten Zusatzstoffe sind zahlreich und weisen einen breiten chemischen Typ auf. Die wichtigsten von etwa 20 Klassen sind:

• Weichmacher – im Allgemeinen Ester mit geringer Flüchtigkeit
• Antioxidantien – organische Chemikalien zum Schutz vor thermischer Zersetzung während der Verarbeitung
• Stabilisatoren – anorganische und organische Chemikalien zum Schutz vor thermischer Zersetzung und vor Abbau durch Strahlungsenergie
• Schmierstoffe
• Füllstoffe – preiswerte Stoffe, um spezielle Eigenschaften zu verleihen oder Zusammensetzungen billiger zu machen
• Farbstoffe – anorganische oder organische Substanzen zum Färben von Verbindungen
• Treibmittel – Gase oder Chemikalien, die Gase abgeben, um Kunststoffschäume herzustellen.

Konvertierungsprozesse

Alle Umwandlungsprozesse greifen auf das „plastische“ Phänomen von Polymermaterialien zurück und fallen in zwei Typen. Erstens diejenigen, bei denen das Polymer durch Wärme in einen plastischen Zustand gebracht wird, in dem es eine mechanische Einschnürung erhält, die zu einer Form führt, die es beim Verfestigen und Abkühlen beibehält. Zweitens diejenigen, bei denen ein polymerisierbares Material – das teilweise polymerisiert sein kann – durch Einwirkung von Wärme oder eines Katalysators oder durch beides zusammen unter mechanischer Belastung vollständig polymerisiert wird, was zu einer Form führt, die es bei vollständiger Polymerisation und Kälte beibehält . Die Kunststofftechnologie wurde entwickelt, um diese Eigenschaften zu nutzen, um Waren mit minimalem menschlichem Aufwand und größtmöglicher Konsistenz der physikalischen Eigenschaften herzustellen. Die folgenden Prozesse werden üblicherweise verwendet.

Formpressen

Dabei wird ein Kunststoffmaterial, das in Form von Granulat oder Pulver vorliegen kann, in einer Form erhitzt, die in einer Presse gehalten wird. Wenn das Material „plastisch“ wird, zwingt es der Druck, sich der Form der Form anzupassen. Handelt es sich um einen erhitzungshärtenden Kunststoff, wird der Formkörper nach kurzer Erhitzungsdauer durch Öffnen der Presse entnommen. Wenn der Kunststoff beim Erhitzen nicht aushärtet, muss vor dem Öffnen der Presse abgekühlt werden. Zu den durch Formpressen hergestellten Artikeln gehören Flaschenverschlüsse, Glasverschlüsse, elektrische Stecker und Steckdosen, Toilettensitze, Tabletts und ausgefallene Waren. Das Formpressen wird auch zur Herstellung von Blechen für die anschließende Umformung im Vakuumformverfahren oder zum Einbau in Tanks und Großbehälter durch Schweißen oder durch Auskleiden vorhandener Metalltanks eingesetzt.

Spritzpressen

Dies ist eine Modifikation des Formpressens. Das duroplastische Material wird in einem Hohlraum erhitzt und dann durch einen Kolben in die Form gedrückt, die physisch getrennt und unabhängig von dem Heizhohlraum beheizt ist. Es wird dem normalen Formpressen vorgezogen, wenn der fertige Gegenstand empfindliche metallische Einsätze tragen muss, wie in kleinen elektrischen Schaltanlagen, oder wenn, wie bei sehr dicken Gegenständen, die Vervollständigung der chemischen Reaktion durch normales Formpressen nicht erreicht werden kann.

Spritzgießen

Dabei werden Kunststoffgranulate oder -pulver in einem von der Form getrennten Zylinder (dem so genannten Fass) erhitzt. Das Material wird erhitzt, bis es flüssig wird, während es mit einer schraubenförmigen Schnecke durch den Zylinder befördert und dann in die Form gedrückt wird, wo es abkühlt und aushärtet. Die Form wird dann mechanisch geöffnet und die geformten Artikel werden entnommen (siehe Abbildung 3). Dieser Prozess ist einer der wichtigsten in der Kunststoffindustrie. Es wurde umfassend entwickelt und ist in der Lage geworden, Artikel von beträchtlicher Komplexität zu sehr niedrigen Kosten herzustellen.

Abbildung 3. Ein Bediener, der eine Polypropylenschüssel aus einer Spritzgussmaschine entfernt.

Obwohl Transfer- und Spritzguss im Prinzip identisch sind, sind die eingesetzten Maschinen sehr unterschiedlich. Das Spritzpressen ist normalerweise auf duroplastische Materialien und das Spritzgießen auf Thermoplaste beschränkt.

Extrusion

Dies ist der Prozess, bei dem eine Maschine einen Kunststoff erweicht und ihn durch eine Matrize drückt, die ihm die Form gibt, die er beim Abkühlen behält. Die Produkte der Extrusion sind Rohre oder Stäbe, die nahezu beliebige Querschnitte haben können (siehe Abbildung 4). Rohre für industrielle oder Haushaltszwecke werden auf diese Weise hergestellt, aber andere Artikel können durch untergeordnete Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise können Sachets hergestellt werden, indem Schläuche geschnitten und beide Enden versiegelt werden, und Beutel aus dünnwandigen flexiblen Schläuchen, indem ein Ende geschnitten und versiegelt wird.

Der Prozess der Extrusion hat zwei Haupttypen. In einem wird ein flaches Blatt hergestellt. Diese Folie kann durch andere Verfahren, wie beispielsweise Vakuumformen, in nützliche Waren umgewandelt werden.

Abbildung 4. Kunststoffextrusion: Das Band wird zerkleinert, um Pellets für Spritzgussmaschinen herzustellen.

Ray Waldschnepfe

Das zweite ist ein Verfahren, bei dem der extrudierte Schlauch geformt und, wenn er noch heiß ist, durch einen im Inneren des Schlauchs aufrechterhaltenen Luftdruck stark expandiert wird. Dies führt zu einem Rohr mit einem Durchmesser von mehreren Fuß und einer sehr dünnen Wand. Beim Längsschneiden ergibt dieser Schlauch eine Folie, die in der Verpackungsindustrie in großem Umfang zum Einwickeln verwendet wird. Alternativ kann der Schlauch flach gefaltet werden, um eine zweischichtige Folie zu ergeben, die verwendet werden kann, um durch Schneiden und Versiegeln einfache Beutel herzustellen. Abbildung 5 zeigt ein Beispiel für eine geeignete lokale Belüftung bei einem Extrusionsprozess.

Abbildung 5. Kunststoffextrusion mit lokaler Absaughaube und Wasserbad am Extruderkopf

Ray Waldschnepfe

Kalandrieren

Bei diesem Verfahren wird ein Kunststoff zwei oder mehreren beheizten Walzen zugeführt und zu einer Folie gezwungen, indem er durch einen Spalt zwischen zwei solchen Walzen geführt und danach abgekühlt wird. Auf diese Weise wird ein Blatt dicker als ein Film hergestellt. Die so hergestellte Folie wird in industriellen und häuslichen Anwendungen und als Rohmaterial bei der Herstellung von Kleidung und aufgeblasenen Waren wie Spielzeug verwendet (siehe Abbildung 6).

Abbildung 6. Überdachungshauben zum Auffangen heißer Emissionen aus Aufwärmwalzwerken bei einem Kalanderprozess

Ray Waldschnepfe

Blasformen

Dieses Verfahren kann als eine Kombination aus Extrusions- und Thermoformverfahren angesehen werden. Ein Schlauch wird nach unten in eine geöffnete Form extrudiert; Wenn es den Boden erreicht, wird die Form um es herum geschlossen und der Schlauch durch Luftdruck aufgeweitet. Dadurch wird der Kunststoff an die Seiten der Form gedrückt und die Ober- und Unterseite abgedichtet. Beim Abkühlen wird der Artikel aus der Form genommen. Dieses Verfahren stellt Hohlkörper her, von denen Flaschen die wichtigsten sind.

Die Druck- und Schlagfestigkeit bestimmter durch Blasformen hergestellter Kunststoffprodukte kann durch die Verwendung von Streckblastechniken erheblich verbessert werden. Dies wird durch die Herstellung eines Vorformlings erreicht, der anschließend durch Luftdruck aufgeweitet und biaxial gestreckt wird. Dadurch hat sich die Berstdruckfestigkeit von PVC-Flaschen derart verbessert, dass sie für kohlensäurehaltige Getränke verwendet werden.

Rotationsformen

Dieses Verfahren wird zur Herstellung von Formkörpern durch Erhitzen und Abkühlen einer Hohlform verwendet, die gedreht wird, um es der Schwerkraft zu ermöglichen, fein zerteiltes Pulver oder Flüssigkeit über die Innenfläche dieser Form zu verteilen. Nach diesem Verfahren hergestellte Artikel schließen Fußbälle, Puppen und andere ähnliche Artikel ein.

Filmcasting

Neben dem Extrusionsverfahren können Filme durch Extrudieren eines heißen Polymers auf eine hochglanzpolierte Metalltrommel gebildet werden, oder eine Polymerlösung kann auf ein sich bewegendes Band gesprüht werden.

Eine wichtige Anwendung bestimmter Kunststoffe ist die Beschichtung von Papier. Dabei wird ein Film aus geschmolzenem Kunststoff unter Bedingungen, bei denen der Kunststoff am Papier haftet, auf Papier extrudiert. Karton kann auf die gleiche Weise beschichtet werden. So beschichtete Papiere und Pappen werden weitverbreitet beim Verpacken verwendet, und Pappe dieser Art wird bei der Herstellung von Schachteln verwendet.

Thermoformen

Unter dieser Überschrift sind eine Reihe von Verfahren zusammengefasst, bei denen eine Folie aus Kunststoffmaterial, meistens Thermoplast, erhitzt wird, im Allgemeinen in einem Ofen, und nach dem Festklemmen am Umfang durch Druck, der von unten sein kann, in eine vorab entworfene Form gezwungen wird mechanisch betriebene Stempel oder durch Druckluft oder Dampf. Bei sehr großen Artikeln wird das „gummiartige“ Heißblech mit Zangen über Former geführt. Zu den so hergestellten Produkten gehören Außenleuchten, Werbe- und Verkehrszeichen, Badewannen und andere Toilettenartikel sowie Kontaktlinsen.

Vakuumformen

Unter diesen Oberbegriff fallen viele Verfahren, die allesamt Aspekte des thermischen Umformens sind, denen jedoch gemeinsam ist, dass eine Kunststoffplatte über einer Kavität, um deren Rand sie geklemmt wird, in einer Maschine erhitzt wird Wenn es biegsam ist, wird es durch Ansaugen in den Hohlraum gedrückt, wo es eine bestimmte Form annimmt und abkühlt. In einem nachfolgenden Arbeitsgang wird der Artikel von der Bahn freigeschnitten. Mit diesen Verfahren werden dünnwandige Behälter aller Art sowie Display- und Werbeartikel, Tabletts und ähnliche Artikel sowie stoßdämpfende Materialien zum Verpacken von Waren wie Torten, Beerenobst und geschnittenem Fleisch sehr kostengünstig hergestellt.

Kaschieren

Bei all den verschiedenen Laminierverfahren werden zwei oder mehr Materialien in Form von Platten zu einer verfestigten Platte oder Platte mit speziellen Eigenschaften verdichtet. Auf der einen Seite finden sich dekorative Laminate aus Phenol- und Aminoharzen, auf der anderen Seite komplexe Folien, die in Verpackungen verwendet werden und beispielsweise Zellulose, Polyethylen und Metallfolie in ihrer Zusammensetzung aufweisen.

Harztechnologische Prozesse

Dazu gehören die Sperrholzherstellung, die Möbelherstellung und der Bau großer und aufwändiger Artikel wie Autokarosserien und Bootsrümpfe aus mit Polyester- oder Epoxidharzen imprägnierten Glasfasern. Bei all diesen Verfahren wird ein flüssiges Harz dazu gebracht, sich unter Einwirkung von Wärme oder eines Katalysators zu verfestigen und so diskrete Partikel oder Fasern oder mechanisch schwache Filme oder Folien zusammenzubinden, was zu einer robusten Platte mit starrem Aufbau führt. Diese Harze können durch manuelle Layup-Techniken wie Bürsten und Tauchen oder durch Sprühen aufgetragen werden.

Kleine Objekte wie Souvenirs und Plastikschmuck können auch durch Gießen hergestellt werden, wobei das flüssige Harz und der Katalysator miteinander vermischt und in eine Form gegossen werden.

Veredelungsprozesse

Zu dieser Überschrift gehören eine Reihe von Prozessen, die vielen Branchen gemeinsam sind, beispielsweise die Verwendung von Farben und Klebstoffen. Es gibt jedoch eine Reihe spezifischer Techniken, die zum Schweißen von Kunststoffen verwendet werden. Diese schließen die Verwendung von Lösungsmitteln wie chlorierten Kohlenwasserstoffen, Methylethylketon (MEK) und Toluol ein, die zum Zusammenkleben starrer Kunststoffplatten für die allgemeine Fertigung, Werbedisplays und ähnliche Arbeiten verwendet werden. Radiofrequenz-(RF)-Strahlung nutzt eine Kombination aus mechanischem Druck und elektromagnetischer Strahlung mit Frequenzen im Allgemeinen im Bereich von 10 bis 100 MHz. Dieses Verfahren wird häufig zum Zusammenschweißen flexibler Kunststoffmaterialien bei der Herstellung von Brieftaschen, Aktentaschen und Kinderwagen verwendet (siehe Begleitkasten). Für ein ähnliches Arbeitsspektrum werden auch Ultraschallenergien in Kombination mit mechanischem Druck eingesetzt.

HF-Dielektrikumheizer und -versiegler

Hochfrequenz(HF)-Heizgeräte und Versiegelungsgeräte werden in vielen Industriezweigen zum Erhitzen, Schmelzen oder Aushärten von dielektrischen Materialien wie Kunststoffen, Gummi und Kleber verwendet, die elektrische und thermische Isolatoren sind und mit normalen Methoden schwer zu erhitzen sind. HF-Heizgeräte werden üblicherweise zum Versiegeln von Polyvinylchlorid (z. B. Herstellung von Kunststoffprodukten wie Regenmänteln, Sitzbezügen und Verpackungsmaterialien) verwendet; Aushärten von Leimen für die Holzbearbeitung; Prägen und Trocknen von Textilien, Papier, Leder und Kunststoffen; und Aushärten vieler Materialien, die Kunststoffharze enthalten.

HF-Heizgeräte verwenden HF-Strahlung im Frequenzbereich von 10 bis 100 MHz mit einer Ausgangsleistung von unter 1 kW bis etwa 100 kW, um Wärme zu erzeugen. Das zu erhitzende Material wird unter Druck zwischen zwei Elektroden platziert, und die HF-Leistung wird je nach Verwendung für Zeiträume von einigen Sekunden bis etwa einer Minute angelegt. HF-Heizgeräte können in der Umgebung hohe elektrische und magnetische Streufelder erzeugen, insbesondere wenn die Elektroden nicht abgeschirmt sind.

Die Absorption von HF-Energie durch den menschlichen Körper kann zu einer lokalen Erwärmung des ganzen Körpers führen, was nachteilige Auswirkungen auf die Gesundheit haben kann. Die Körpertemperatur kann um 1 °C oder mehr ansteigen, was kardiovaskuläre Wirkungen wie erhöhte Herzfrequenz und Herzzeitvolumen verursachen kann. Zu den lokalisierten Wirkungen gehören Katarakte am Auge, verringerte Spermienzahlen im männlichen Fortpflanzungssystem und teratogene Wirkungen beim sich entwickelnden Fötus.

Zu den indirekten Gefahren gehören HF-Verbrennungen durch direkten Kontakt mit Metallteilen des Heizgeräts, die schmerzhaft sind, tief sitzen und langsam heilen; Handtaubheit; und neurologische Wirkungen, einschließlich Karpaltunnelsyndrom und Wirkungen auf das periphere Nervensystem.

Steuergriffe

Die beiden grundlegenden Arten von Steuerungen, die verwendet werden können, um Gefahren durch HF-Heizungen zu reduzieren, sind Arbeitspraktiken und Abschirmung. Eine Abschirmung wird natürlich bevorzugt, aber auch geeignete Wartungsverfahren und andere Arbeitspraktiken können die Exposition verringern. Es wurde auch eine Verwaltungskontrolle verwendet, um die Zeitspanne zu begrenzen, in der der Bediener exponiert ist.

Korrekte Wartungs- oder Reparaturverfahren sind wichtig, da eine nicht ordnungsgemäße Neuinstallation von Abschirmungen, Verriegelungen, Gehäusewänden und Befestigungselementen zu übermäßigem HF-Leckstrom führen kann. Außerdem sollte die Stromversorgung zum Heizgerät getrennt und gesperrt oder gekennzeichnet werden, um das Wartungspersonal zu schützen.

Die Exposition des Bedieners kann reduziert werden, indem die Hände und der Oberkörper des Bedieners so weit wie möglich von der HF-Heizung entfernt gehalten werden. Die Bedienfelder der Bedienungsperson für einige automatisierte Heizgeräte sind in einem Abstand von den Heizelektroden positioniert, indem Pendelablagen, Drehtische oder Förderbänder verwendet werden, um das Heizgerät zu beschicken.

Durch die Messung von HF-Pegeln kann die Exposition sowohl des Betriebs- als auch des Nichtbetriebspersonals reduziert werden. Da die HF-Pegel mit zunehmender Entfernung vom Heizgerät abnehmen, kann um jedes Heizgerät herum ein „HF-Gefahrenbereich“ identifiziert werden. Arbeiter können gewarnt werden, diese Gefahrenbereiche nicht zu betreten, wenn die HF-Heizung in Betrieb ist. Wenn möglich, sollten nichtleitende physische Barrieren verwendet werden, um Personen in einem sicheren Abstand zu halten.

Idealerweise sollten HF-Heizgeräte eine Gehäuseabschirmung um den HF-Applikator haben, um die HF-Strahlung einzudämmen. Die Abschirmung und alle Verbindungen sollten eine hohe Leitfähigkeit für die inneren elektrischen Ströme haben, die in den Wänden fließen. Es sollten möglichst wenige Öffnungen in der Abschirmung vorhanden sein und sie sollten so klein sein, wie es für den Betrieb praktisch ist. Die Öffnungen sollten vom Bediener weg gerichtet sein. Ströme in der Abschirmung können minimiert werden, indem separate Leiter im Inneren des Schranks vorhanden sind, um hohe Ströme zu leiten. Das Heizgerät sollte ordnungsgemäß geerdet sein, wobei sich das Erdungskabel im selben Rohr wie die Stromleitung befinden sollte. Das Heizgerät sollte über geeignete Verriegelungen verfügen, um zu verhindern, dass es hohen Spannungen und hohen HF-Emissionen ausgesetzt wird.

Es ist viel einfacher, diese Abschirmung in neue Designs von HF-Heizungen durch den Hersteller einzubauen. Nachrüsten ist schwieriger. Kastengehäuse können effektiv sein. Eine ordnungsgemäße Erdung kann auch oft zur Reduzierung von HF-Emissionen beitragen. HF-Messungen müssen anschließend sorgfältig durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die HF-Emissionen tatsächlich reduziert wurden. Die Praxis, das Heizgerät in einem mit Metallgittern umschlossenen Raum einzuschließen, kann die Exposition tatsächlich erhöhen, wenn sich der Bediener auch in diesem Raum befindet, obwohl es die Exposition außerhalb des Raums verringert.

Quelle: ICNIRP im Druck.

Gefahren und ihre Vermeidung

Polymerherstellung

Die besonderen Gefährdungen der Polymerindustrie sind eng mit denen der petrochemischen Industrie verbunden und hängen stark von den eingesetzten Stoffen ab. Die gesundheitlichen Gefahren einzelner Rohstoffe finden sich an anderer Stelle darin Enzyklopädie. Die Brand- und Explosionsgefahr ist eine wichtige allgemeine Gefahr. Viele Polymer/Harz-Prozesse sind aufgrund der Beschaffenheit der verwendeten Primärrohstoffe mit einem Brand- und Explosionsrisiko behaftet. Wenn keine angemessenen Schutzmaßnahmen ergriffen werden, besteht manchmal die Gefahr, dass während der Reaktion, im Allgemeinen innerhalb von teilweise geschlossenen Gebäuden, brennbare Gase oder Flüssigkeiten mit Temperaturen über ihrem Flammpunkt entweichen. Wenn die beteiligten Drücke sehr hoch sind, sollten Vorkehrungen für eine angemessene Entlüftung zur Atmosphäre getroffen werden. Ein übermäßiger Druckaufbau aufgrund unerwartet schneller exothermer Reaktionen kann auftreten und die Handhabung einiger Zusatzstoffe und die Vorbereitung einiger Katalysatoren können das Explosions- oder Brandrisiko erhöhen. Die Industrie hat sich mit diesen Problemen befasst und insbesondere zur Herstellung von Phenolharzen detaillierte Leitfäden zur Anlagenkonstruktion und zu sicheren Betriebsverfahren herausgegeben.

Kunststoffverarbeitung

In der kunststoffverarbeitenden Industrie bestehen Verletzungsgefahren aufgrund der verwendeten Maschinen, Brandgefahren aufgrund der Brennbarkeit von Kunststoffen und deren Pulvern und Gesundheitsgefahren aufgrund der vielen in der Industrie verwendeten Chemikalien.

Verletzungen

Der Hauptbereich für Verletzungen liegt im kunststoffverarbeitenden Bereich der Kunststoffindustrie. Die Mehrheit der Kunststoffumwandlungsprozesse hängt fast ausschließlich vom Einsatz von Maschinen ab. Folglich sind die Hauptgefahren diejenigen, die mit der Verwendung solcher Maschinen verbunden sind, nicht nur während des normalen Betriebs, sondern auch während der Reinigung, Einstellung und Wartung der Maschinen.

Press-, Transfer-, Spritzguss- und Blasformmaschinen haben alle Pressplatten mit einer Zuhaltekraft von vielen Tonnen pro Quadratzentimeter. Es sollte ein angemessener Schutz angebracht werden, um Amputationen oder Quetschverletzungen zu vermeiden. Dies wird im Allgemeinen durch Umschließen der gefährlichen Teile und durch Verriegeln beweglicher Schutzeinrichtungen mit der Maschinensteuerung erreicht. Eine verriegelnde Schutzeinrichtung sollte bei geöffneter Schutzeinrichtung keine gefährliche Bewegung innerhalb des geschützten Bereichs zulassen und die gefährlichen Teile zum Stillstand bringen oder die gefährliche Bewegung umkehren, wenn die Schutzeinrichtung während des Maschinenbetriebs geöffnet wird.

Bei hoher Verletzungsgefahr an Maschinen wie z. B. an den Aufspannplatten von Spritzgießmaschinen und regelmäßigem Zutritt zum Gefahrenbereich ist ein höherer Verriegelungsstandard gefordert. Dies kann durch eine zweite unabhängige Verriegelungseinrichtung an der trennenden Schutzeinrichtung erreicht werden, um die Stromversorgung zu unterbrechen und eine gefährliche Bewegung zu verhindern, wenn sie geöffnet ist.

Bei Prozessen, an denen Kunststofffolien beteiligt sind, besteht eine häufige Maschinengefahr darin, dass zwischen Walzen oder zwischen Walzen und der zu verarbeitenden Folie einlaufende Einklemmungen auftreten. Diese treten an Spannwalzen und Abzugsvorrichtungen in Extrusionsanlagen und Kalandern auf. Eine Absicherung kann durch die Verwendung einer geeignet angeordneten Auslösevorrichtung erreicht werden, die die Rollen sofort zum Stillstand bringt oder die gefährliche Bewegung umkehrt.

Viele der Kunststoffverarbeitungsmaschinen arbeiten mit hohen Temperaturen und es können schwere Verbrennungen entstehen, wenn Körperteile mit heißem Metall oder Kunststoff in Berührung kommen. Soweit praktikabel, sollten solche Teile geschützt werden, wenn die Temperatur 50 ºC übersteigt. Außerdem können sich an Spritzgießmaschinen und Extrudern auftretende Verstopfungen gewaltsam lösen. Beim Versuch, gefrorene Kunststoffpfropfen zu befreien, sollte ein sicheres Arbeitssystem befolgt werden, das die Verwendung geeigneter Handschuhe und eines Gesichtsschutzes beinhalten sollte.

Die meisten modernen Maschinenfunktionen werden jetzt durch programmierte elektronische Steuerungen oder Computersysteme gesteuert, die auch mechanische Startvorrichtungen steuern können oder mit Robotern verbunden sind. Bei neuen Maschinen ist es weniger erforderlich, dass sich ein Bediener den Gefahrenbereichen nähert, und folglich sollte sich die Sicherheit an Maschinen entsprechend verbessern. Es besteht jedoch ein größerer Bedarf an Einrichtern und Ingenieuren, sich diesen Teilen zu nähern. Es ist daher wichtig, dass ein angemessenes Lockout/Tagout-Programm eingerichtet wird, bevor diese Art von Arbeiten durchgeführt werden, insbesondere wenn kein vollständiger Schutz durch die Maschinensicherheitsvorrichtungen erreicht werden kann. Darüber hinaus sollten angemessene Sicherungs- oder Notfallsysteme so ausgelegt und konzipiert sein, dass sie Situationen bewältigen können, in denen die programmierte Steuerung aus irgendeinem Grund versagt, beispielsweise während eines Stromausfalls.

Es ist wichtig, dass die Maschinen in der Werkstatt richtig angeordnet sind, mit guten, übersichtlichen Arbeitsräumen für jede Maschine. Dies hilft bei der Aufrechterhaltung hoher Standards in Bezug auf Sauberkeit und Ordnung. Auch die Maschinen selbst sollten ordnungsgemäß gewartet und die Sicherheitseinrichtungen regelmäßig überprüft werden.

Eine gute Haushaltsführung ist unerlässlich, und es sollte besonders darauf geachtet werden, die Böden sauber zu halten. Ohne regelmäßige Reinigung werden Böden durch Maschinenöl oder verschüttetes Kunststoffgranulat stark verunreinigt. Arbeitsmethoden, einschließlich sicherer Zugangsmöglichkeiten zu Bereichen oberhalb des Bodens, sollten ebenfalls berücksichtigt und bereitgestellt werden.

Auch für die Lagerung von Rohstoffen und Fertigwaren sollten ausreichend Abstände vorgesehen werden; Diese Bereiche sollten eindeutig gekennzeichnet sein.

Kunststoffe sind gute elektrische Isolatoren, weshalb sich an Maschinen, auf denen Platten oder Folien transportiert werden, statische Aufladungen aufbauen können. Diese Ladungen können ein Potenzial haben, das hoch genug ist, um einen schweren Unfall zu verursachen oder als Zündquelle zu wirken. Um diese Aufladungen zu reduzieren, sollten statische Eliminatoren verwendet und Metallteile ordnungsgemäß geerdet oder geerdet werden.

In zunehmendem Maße werden Kunststoffabfälle unter Verwendung von Granulatoren wiederaufbereitet und mit neuem Material vermischt. Granulatoren sollten vollständig umschlossen sein, um zu verhindern, dass die Rotoren durch die Austrags- und Zufuhröffnungen erreicht werden. Die Beschickungsöffnungen an großen Maschinen sollten so gestaltet sein, dass ein Eindringen des ganzen Körpers verhindert wird. Die Rotoren laufen mit hoher Geschwindigkeit und die Abdeckungen sollten erst entfernt werden, wenn sie zum Stillstand gekommen sind. Wenn Verriegelungsschutzvorrichtungen angebracht sind, sollten sie den Kontakt mit den Klingen verhindern, bis sie vollständig zum Stillstand gekommen sind.

Brand- und Explosionsgefahr

Kunststoffe sind brennbare Materialien, obwohl nicht alle Polymere die Verbrennung unterstützen. In fein verteilter Pulverform können viele in Luft explosive Konzentrationen bilden. Wo dies ein Risiko darstellt, sollten die Pulver kontrolliert werden, vorzugsweise in einem geschlossenen System mit ausreichend Entlastungsplatten, die bei niedrigem Druck (etwa 0.05 bar) an einen sicheren Ort entweichen. Peinliche Sauberkeit ist unerlässlich, um Ansammlungen in den Arbeitsräumen zu vermeiden, die in die Luft gelangen und eine Sekundärexplosion verursachen können.

Polymere können einem thermischen Abbau und einer Pyrolyse bei Temperaturen unterliegen, die nicht stark über normalen Verarbeitungstemperaturen liegen. Unter diesen Umständen kann sich beispielsweise im Zylinder eines Extruders ein ausreichender Druck aufbauen, um geschmolzenen Kunststoff und jeden festen Kunststoffpfropfen auszustoßen, der eine anfängliche Verstopfung verursacht.

Brennbare Flüssigkeiten werden in dieser Branche häufig verwendet, beispielsweise als Farben, Klebstoffe, Reinigungsmittel und beim Quellschweißen. Auch Glasfaserharze (Polyester) entwickeln brennbare Styroldämpfe. Der Vorrat solcher Flüssigkeiten sollte im Arbeitsraum auf ein Minimum reduziert und bei Nichtgebrauch an einem sicheren Ort aufbewahrt werden. Lagerbereiche sollten sichere Plätze im Freien oder ein feuerbeständiges Lager umfassen.

Peroxide, die bei der Herstellung von glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) verwendet werden, sollten getrennt von brennbaren Flüssigkeiten und anderen brennbaren Materialien gelagert und keinen extremen Temperaturen ausgesetzt werden, da sie bei Erwärmung explosiv sind.

Gesundheitsrisiken

Die Verarbeitung von Kunststoffen ist mit einer Reihe potenzieller Gesundheitsgefahren verbunden. Die Rohkunststoffe werden selten allein verwendet und es sollten entsprechende Vorkehrungen bezüglich der in den verschiedenen Formulierungen verwendeten Additive getroffen werden. Zu den verwendeten Additiven gehören Bleiseifen in PVC und bestimmte organische und Cadmiumfarbstoffe.

Es besteht ein erhebliches Dermatitis-Risiko durch Flüssigkeiten und Pulver, in der Regel durch „reaktive Chemikalien“ wie Phenol-Formaldehyd-Harze (vor der Vernetzung), Urethane und ungesättigte Polyesterharze, die bei der Herstellung von GFK-Produkten verwendet werden. Es sollte geeignete Schutzkleidung getragen werden.

Durch den thermischen Abbau von Polymeren während der Heißverarbeitung können Dämpfe entstehen. Technische Kontrollen können das Problem minimieren. Es muss jedoch besonders darauf geachtet werden, das Einatmen von Pyrolyseprodukten unter ungünstigen Bedingungen, beispielsweise beim Spülen des Extruderzylinders, zu vermeiden. Bedingungen mit gutem LEV können erforderlich sein. Probleme sind beispielsweise aufgetreten, wenn Bediener von Salzsäuregas überwältigt wurden und nach Überhitzung von PVC bzw. Polytetrafluorethylen (PTFE) an „Polymerdampffieber“ litten. Die beiliegende Box beschreibt einige chemische Zersetzungsprodukte von Kunststoffen.

Norbert Liechtenstein

¹ Die Nutzung wird eingestellt.
² Konnte mit der verwendeten Analysetechnik (GC/MS) nicht nachgewiesen werden, ist aber aus der Literatur bekannt.

Es besteht auch die Gefahr des Einatmens giftiger Dämpfe von bestimmten duroplastischen Harzen. Das Einatmen von Isocyanaten, die mit Polyurethanharzen verwendet werden, kann zu chemischer Lungenentzündung und schwerem Asthma führen, und sobald die Personen sensibilisiert sind, sollten sie an andere Arbeitsplätze versetzt werden. Ein ähnliches Problem besteht bei Formaldehydharzen. In diesen beiden Beispielen ist ein hoher LEV-Standard erforderlich. Bei der Herstellung von GFK-Artikeln werden erhebliche Mengen an Styroldämpfen freigesetzt und diese Arbeiten müssen bei guter Allgemeinbelüftung des Arbeitsraums durchgeführt werden.

Es gibt auch bestimmte Gefahren, die einer Reihe von Branchen gemeinsam sind. Dazu gehört die Verwendung von Lösungsmitteln zur Verdünnung oder für die zuvor erwähnten Zwecke. Chlorierte Kohlenwasserstoffe werden üblicherweise zum Reinigen und Binden verwendet, und ohne angemessene Absaugung können Personen leicht unter Narkose leiden.

Die Abfallentsorgung von Kunststoffen durch Verbrennen sollte unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen erfolgen; Beispielsweise sollten sich PTFE und Urethane in einem Bereich befinden, in dem die Dämpfe an einen sicheren Ort abgeführt werden.

Bei der Verwendung von Schneidmühlen werden im Allgemeinen sehr hohe Geräuschpegel erzielt, die bei Bedienern und in der Nähe arbeitenden Personen durchaus zu Gehörschäden führen können. Diese Gefahr kann begrenzt werden, indem dieses Gerät von anderen Arbeitsbereichen getrennt wird. Vorzugsweise sollte der Geräuschpegel an der Quelle reduziert werden. Dies wurde erfolgreich erreicht, indem der Granulator mit schalldämpfendem Material beschichtet und Prallbleche an der Zufuhröffnung angebracht wurden. Es kann auch eine Gefährdung des Gehörs durch hörbare Geräusche geben, die von Ultraschallschweißmaschinen als normale Begleiterscheinung der Ultraschallenergien erzeugt werden. Geeignete Gehäuse können konstruiert werden, um die empfangenen Geräuschpegel zu reduzieren, und können verriegelt werden, um eine mechanische Gefährdung zu verhindern. Als Mindeststandard sollten Personen, die in Bereichen mit hohem Lärmpegel arbeiten, einen geeigneten Gehörschutz tragen, und es sollte ein geeignetes Gehörschutzprogramm geben, einschließlich audiometrischer Tests und Schulungen.

Verbrennungen sind ebenfalls eine Gefahr. Einige Zusatzstoffe und Katalysatoren für die Kunststoffherstellung und -verarbeitung können bei Kontakt mit Luft und Wasser hochreaktiv sein und leicht Verätzungen verursachen. Überall dort, wo geschmolzene Thermoplaste gehandhabt oder transportiert werden, besteht die Gefahr von Spritzern heißen Materials und daraus resultierenden Verbrennungen und Verbrühungen. Die Schwere dieser Verbrennungen kann durch die Tendenz heißer Thermoplaste, wie heißem Wachs, an der Haut zu haften, verstärkt werden.

Organische Peroxide sind Reizstoffe und können Blindheit verursachen, wenn sie in das Auge gelangen. Es sollte ein geeigneter Augenschutz getragen werden.

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