Zahlreiche Produkte der chemischen Industrie, allen voran Polymere, sorgen heute in der Bauwirtschaft auf vielfältige Weise für Mehrwert, zum Beispiel als Füll-, Dämmmaterial oder Farbstoff. Abgesehen von den bautechnischen Vorteilen dürfen Bauprodukte, die auf dem Boden aufliegen oder mit Boden in Kontakt stehen, diesen nicht schädigen oder gar das Grundwasser verunreinigen. So fordert zum Beispiel das Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt) bei in diesem Bereich eingesetzten Kunststoffprodukten umfangreiche Migrationsanalysen. Die Currenta Analytik hat sich auf diese anspruchsvolle Produktbewertung spezialisiert.

Grundlagen der Stoffbewertung
Prinzipiell erfolgt die Stoffbewertung in zwei Stufen. In der ersten werden zunächst alle enthaltenen Inhaltsstoffe bestimmt und deren Gefährdungspotenzial bewertet. Während der nächsten Stufe untersuchen die Analytik-Experten der Currenta, welche Stoffe unter welchen Bedingungen mobilisierbar sind – also migrieren.

Im Detail sieht dies wie folgt aus: Wenn bei der Sichtung der Inhaltsstoffe eine potenzielle Gefährdung der Umwelt nicht ausgeschlossen werden kann, muss zunächst die Umweltverträglichkeit – im Vergleich mit zugelassenen Produkten – ermittelt werden. Für die weitere Beurteilung gilt es, einen wässrigen Auszug (Eluat) unter praxisnahen Bedingungen zu gewinnen.

Bild 2: Im Labor wird unter praxisnahen Bedingungen getestet, ob und wieviel eines Schadstoffes aus dem Produkt entweicht, zum Beispiel mit einem Überkopfschüttler. Dabei kommen die Prüfkörper mit der zehnfachen Menge Wasser 24 h lang bei 23 °C in das Gerät. (Bild: Heidolph Instruments)

Eluat-Herstellung bei Bauprodukten
Je nach Verwendungsort und -art des Baustoffes finden verschiedene DIN-Normen für die Herstellung der Eluate Anwendung. Während sich bei undurchlässiger Bauweise im Grundwasser nur der Standtest des Trogverfahrens eignet, kommt bei durchlässiger Bauart noch das Säulen- und Schüttelverfahren hinzu.

Beispiel Schüttelversuch: Bei Migrationsstudien an Polyurethanschaumstoffen werden die Prüfkörper zunächst auf eine definierte Größe geschnitten. Die Extraktion erfolgt nach DIN EN 12457-2 (01-2003) unter genau definierten Bedingungen: Schütteln mithilfe eines Überkopfschüttlers mit der zehnfachen Menge Wasser über einen Zeitraum von 24 h bei 23 °C.

Das Eluat des Prüfkörpers wird zunächst auf allgemeine, unspezifische Parameter wie pH-Wert, elektrische Leitfähigkeit, Färbung, Trübung, Geruch sowie Neigung zur Schaumbildung hin untersucht. Diese Resultate geben aber noch keinen Aufschluss über herausgelöste Einzelstoffe, die möglicherweise umweltgiftig sind. Für die stoffspezifische Analytik verfügt die Currenta Analytik über vielfältige Analysentechniken – von einfachen chromatographischen Analysenmethoden bis hin zu Kopplungstechniken zur Strukturaufklärung.

Bild 3: Dr. Jana Moldenhauer untersucht mittels HPLC/MS Migrate auf unbekannte Inhaltsstoffe.

Falls keine Grenzwertüberschreitung im Migrat vorliegt, gilt es die Auswirkungen für die Biologie zu ermitteln und möglichst die ökotoxikologische Unbedenklichkeit zu belegen.

Welche biologischen Parameter überprüft werden müssen, schreiben ebenfalls die Grundsätze des Deutschen Instituts für Bautechnik vor:

• Leuchtbakterien-Lumineszenz-Hemmtest.
• Daphnien-Test.
• Biologische Abbaubarkeit.
• Algen-Test.
• Umu-Test.
• Fischei-Test.

Spezialisiert auf das Unbekannte
Mit einem mehrstufigen Prozess können die Currenta-Analytiker quasi jedes Polymer-Bauprodukt untersuchen – von zum Beispiel Füllstoffen und Schleierinjektionen über Anstriche von Fundamenten sowie Dämmstoffe bis hin zu Brückenbeschichtungen und Gleisschotterunterfütterungen. Dr. Jana Moldenhauer untersucht mithilfe von Flüssigkeitschromatographie/Massenspektrometrie (HPLC/MS) die Migrate auf unbekannte Inhaltsstoffe (Bild 3). Hierbei wird die LCMS für nicht-flüchtige Substanzen verwendet. Die Migrate können aber auch mit GCMS auf flüchtige Substanzen untersucht werden.

Die Grundlage für solche Analysen bildet ein hochauflösendes Massenspektrometer mit einer hohen Empfindlichkeit im Zusammenspiel mit fachkundigem erfahrenen Personal.

Für alle in einem Migrat detektierten Substanzen kann die Masse bis auf vier Nachkommastellen genau bestimmt werden. Aus diesen hochauflösenden Massen lassen sich dann wiederum Summenformeln entwickeln. Durch den Abgleich mit Datenbanken ist es möglich, Strukturvorschläge für die unbekannten Substanzen zu machen. Mithilfe weiterer sowie für die Struktur typische Massenfragmente aus einer Hochenergie-Messung können diese schließlich überprüft werden.

Die Identität der Substanzen erlaubt eine erste Risikobewertung. Zudem kommt es darauf an, zu verstehen, wieviel von den Substanzen migriert ist. Deshalb werden auch diese in einem weiteren Schritt mit der LCMS quantifiziert. Auf dieser Grundlage lässt sich die Frage klären, ob generell eine gefährliche Belastung für die Umwelt besteht.

Zusammenfassung
Durch den auf die Vorgaben des DIBt zugeschnittenen, mehrstufigen Analysenprozess bietet die Currenta ein bewährtes, effektives Werkzeug für die Bewertung von Bauprodukten aus einer Hand an. Fragen zur Umweltverträglichkeit oder den Einfluss eines Produktes auf die Gesundheit können somit sicher gegenüber Behörden und Öffentlichkeit belegt werden. Das Migrationsverhalten lässt sich mit dieser Methodik auch bei anderen Kunststoffanwendungen in der Lebensmittel-, Spielzeug- und Pharmabranche bestimmen.

Dr. Anna Engemann, Currenta GmbH & Co. OHG

Autoren:
Dr. Anna Engemann
Currenta GmbH & Co. OHG CHEMPARK
51368 Leverkusen
E-Mail: [email protected]

Dr. Hans Allmendinger, Currenta GmbH & Co. OHG

Dr. Hans Allmendinger
Currenta GmbH & Co. OHG CHEMPARK
51368 Leverkusen

Oliver Gehrmann, Currenta GmbH & Co. OHG

Oliver Gehrmann
Currenta GmbH & Co. OHG CHEMPARK
1368 Leverkusen
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