Dr. Prepper – Ausgabe 9
Beschichtungen, die die krebserregende chemische Verbindung Chromat (sechswertiges Chrom, CrVI) enthalten
CrVI (6) wird in 55 % der untersuchten Beschichtungsproben durch eine neue Testmethode gefunden, eine neue bahnbrechende Selbsttestmethode zum Nachweis von sechswertigem Chrom in Beschichtungsproben. Die neue Lösung löst das Problem falsch-negativer und falsch-positiver Ergebnisse.
Grundierungen, die die krebserregende chemische Verbindung Chromat (sechswertiges Chrom, CrVI) enthalten, werden seit dem Zweiten Weltkrieg häufig verwendet.
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Diese Beschichtungen sind auf vielen verschiedenen Spritzbeschichtungen zu finden, sie werden oft auf den Metalloberflächen von Schiffen, Flugzeugen und Infrastrukturen wie Brücken, Containern, Fabriken, Stahlkonstruktionen in Gebäuden und sogar Metall- und Holzfensterrahmen verwendet. Einmal aufgetragen, ist CrVI stabil und für den Menschen sicher.
Je nach Anwendung können verschiedene CrVI-Verbindungen von Salzen, sechswertige Chromsalze, identifiziert werden. Zum Beispiel ist in der Flugzeugindustrie Strontiumchromat immer noch die am häufigsten verwendete Chemikalie gegen Korrosion. Die niederländische Eisenbahngesellschaft (NS) verwendete Bleichromat für Waggonbeschichtungen. In der Vergangenheit wurde Zinkchromat ausgiebig in Grundierungen verwendet.
CrVI-Verbindungen in Beschichtungen haben sich als hervorragende Korrosionsblocker erwiesen und bieten eine ausgezeichnete Haftung auf verschiedenen Substraten. Der chemische Prozess ist unkompliziert, wobei Stahl (Fe) oder Aluminium (Al) die Chromationen anziehen.
Eine sehr dünne Schicht wird dann auf der Oberfläche des Substrats gebildet, manchmal nur eine Molekülschicht dick. Dies führt zur Passivierung, und Elektronen können nicht vom Basismaterial in die Umgebung übertragen werden, wodurch der Korrosionsprozess gestoppt wird. Das Interessante an Chrom-6 ist, dass es immer wieder funktioniert. Jedes Mal, wenn eine Beschädigung der Beschichtung auftritt, kommen Chromationen zur Rettung, bis alle Chromate gelöst sind.
Das Auftragen der Beschichtung funktioniert wie folgt: Zuerst wird eine sehr dünne Vorbehandlungsschicht auf das zu schützende Metall aufgetragen. Diese Schicht ist nur wenige Mikrometer dick. Dies wird aufgetragen, damit die nachfolgenden Schichten am Metall haften.
Auf diese Haftgrundierung wird die Schicht aufgetragen, die die Korrosionsschutzfunktion enthält: die Grundierung, die normalerweise etwa 25 Mikrometer dick ist. Und darüber wird der sogenannte Decklack aufgetragen, der mindestens 30 Mikrometer oder mehr beträgt. Die Grundierung enthält ein Chrom-6-Salz. Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, und jeder Hersteller trifft seine eigene Wahl für ein bestimmtes Chrom-6-Salz. Beispiele für Salze, die der Grundierung zugesetzt werden, sind Strontiumchromat oder Bariumchromat.
Die ersten niederländischen Regierungsstudien zu Chromaten stammen aus dem Jahr 1985, als die Arbeitssicherheit zu einem wichtigen Thema wurde, und viele Studien laufen heute noch. Seit dem 1. März 2017 hat die niederländische Regierung einen maximal zulässigen Expositionsgrenzwert von 1 μg/m3 festgelegt. Dieser Grenzwert gilt auch für die Oberflächenvorbereitung. In über 55 % aller vom Seef BV Labor analysierten Beschichtungsproben war sechswertiges Chrom vorhanden. Das Ausmaß des Problems ist besonders ernst bei der Oberflächenvorbereitung für die Neubeschichtung zur Verlängerung der Lebensdauer der Anlagen.
Die Verwendung von CrVI in Beschichtungen hat jedoch neben seinen vorteilhaften Eigenschaften potenzielle schwerwiegende Nachteile. Das Anwenden von Methoden zur Oberflächenvorbereitung mit hoher Aufprallgeschwindigkeit, wie Schneiden, Schleifen und Sandstrahlen, auf beschichtete Objekte kann schädliche Auswirkungen auf Stahl durch Verschmieren und Polieren haben. Die entstehenden Gase, Dämpfe, Stäube und Beschichtungspartikel können die Gesundheit des Anwenders und die Umwelt gefährden.
Kleine Partikel mit krebserregendem CrVI können in die Luft gelangen, was Lungen-, Nasen-, Nasennebenhöhlen-, Magen- oder Kehlkopfkrebs verursachen kann. Darüber hinaus können diese kleinen Staubpartikel die Entwicklung von Asthma oder COPD (Chronisch Obstruktive Lungenerkrankung) verursachen. Die freigesetzten Materialien schaden der Umwelt.
Jüngste Studien haben gezeigt, dass zwischen 1984 und 2006 etwa 2500 Mitarbeiter der niederländischen Armee CrVI-haltigen Beschichtungen ausgesetzt waren. Sie waren durch Schutzausrüstung unzureichend geschützt.
Eine frühzeitige Erkennung von CrVI-Verbindungen in Beschichtungen kann diese Gesundheitsrisiken beheben, sodass geeignete Schutzausrüstung verwendet werden kann.
Die bekannteste Methode ist der Tupfertest. Der Test verwendet eine kleine Menge Reagenz, das mit CrVI reagiert. Diese Reaktion ist durch die Bildung einer rosa/violetten Farbe sichtbar. Der Test ist einfach zu verwenden, aber aus mehreren Gründen sehr unzuverlässig, der wichtigste ist jedoch, dass der Test zu falsch-negativen Ergebnissen führen kann (Testergebnisse zeigen das Fehlen von CrVI, aber es ist CrVI vorhanden!!). Falsch-negative Ergebnisse treten sogar bei hohen Konzentrationen von > 1000 mg/kg Beschichtungs-CrVI auf. Der Test wird stark von Komponenten beeinflusst, die üblicherweise in Beschichtungen vorkommen.
Falsch-positive Ergebnisse können auch aufgrund von Pigmenten in der Beschichtung auftreten, die der Farbe des Reagenzes sehr ähnlich sein können.
Die Laboranalyse ist eine alternative Methode, um das Vorhandensein von CrVI-Verbindungen nachzuweisen. Obwohl die im Labor verwendete Methode die Wahrscheinlichkeit eines falsch-negativen Ergebnisses reduziert, ist sie immer noch anfällig für störende Komponenten in der Beschichtung.
Wenn beispielsweise hohe Konzentrationen von Verunreinigungen wie Zink oder Aluminium vorhanden sind, die in allen Arten von Beschichtungen üblich sind, wird diese Analyse negativ beeinflusst, was zu Ergebnissen mit einer verringerten Menge an CrVI oder gar keinem CrVI führt. Außerdem ist diese Methode langsam (3-8 Arbeitstage) und teuer – Zeit ist Geld!
In dieser Ausgabe von Dr. Prepper löst eine neue bahnbrechende Methode zum Nachweis von sechswertigem Chrom (CrVI) die Probleme falsch-positiver und falsch-negativer Testergebnisse.
Der große Vorteil der revolutionären Methode ist, dass sie es ermöglicht, CrVI vor Ort mit höchster Zuverlässigkeit nachzuweisen. Es ist möglich, sechswertiges Chrom ab 20 mg/kg nachzuweisen, selbst in Anwesenheit störender Verunreinigungen. Je nach gewünschter Nachweisgrenze kann ein einzelner Test in 20 Minuten durchgeführt werden.
Aus Feldproben, die wir an vielen verschiedenen Infrastrukturen durchgeführt haben, ist klar, dass die Chromatproblematik viel weiter geht als die niederländischen Eisenbahnwaggons und die Ausrüstung der niederländischen Armee. Tatsächlich scheint aus unseren direkten Beobachtungen hervorzugehen, dass der Prozentsatz von 55 % der Proben nur die Spitze des Eisbergs ist.
Ein Quickscan von Brücken in der Provinz Nordholland zeigt, dass 50 % des untersuchten Stahls anfällig für CrVI waren. CrVI wurde 2018 auf der berühmten Waalbrücke in Holland gefunden, was zu zusätzlichen Kosten von 25 Millionen Euro führte. Lösungen sind für umwelt- und anwenderfreundliche Methoden zur Entfernung von Beschichtungen erforderlich. Die Methoden zur Entfernung von Beschichtungen oder Beschichtungsschichten sollten keine Gase, Dämpfe und Stäube erzeugen, die die Umwelt und die Gesundheit der Anwender beeinträchtigen können.
Heute ist CrVI als Beschichtungsinhaltsstoff in Europa verboten. Es steht auf der schwarzen Liste der EU-REACH-Verordnung (Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung von Chemikalien). Seit 2017 müssen Anwender von CrVI-haltigen Beschichtungen spezielle Genehmigungen für ihre Produktion besitzen. Dennoch gibt es noch viele Tausende von beschichteten Infrastrukturen, die CrVI enthalten, und Chromate müssen daher sorgfältig überwacht werden.
Auftragnehmer, Ingenieure und Anlagenbesitzer sollten Risiken so weit wie möglich minimieren, um Mensch und Natur zu schützen. Lösungen wie das Bürstenstrahlen, bei dem Staub durch spezielle, am Werkzeug oder der Maschine angebrachte Einheiten aufgefangen werden kann, sind eine Lösung für das Chromatproblem. Das Bürstenstrahlen ist eine Methode zur Oberflächenvorbereitung, die ein Profil von > 50 Mikron erzeugt und eine Reinheit ähnlich ISO 8501-1 Sa2,5 bietet.
Eine Richtlinie zur Probenahme ist die OGOS-300-TRL. Diese Richtlinie befasst sich mit Lackproben in Bezug auf CrVI. Es gibt auch Neutralisierungsmethoden zur Umwandlung von CrVI in CrIII. Dies ist zum Beispiel die ChroNO64-Methode.
Ingenieure, Anlagenbesitzer und Auftragnehmer sollten sich der möglichen zusätzlichen Kosten bewusst sein, wenn eine CrVI-Probenahme vor Beginn eines Sanierungs- oder Wartungsprojekts erforderlich ist. Es ist wichtig, präventive Methoden zur Neutralisierung von CrVI zu CrIII oder Methoden wie das bürstenstrahlfreie Bürstenstrahlen zu verstehen. Das Versäumnis, Vorsichtsmaßnahmen in dieser Hinsicht zu treffen, könnte zur Einstellung des Projekts führen.
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