Einsatz von PFC in der Papierindustrie

Auch in der Papierindustrie werden PFC verwendet.zum Vergrößern anklicken
Auch in der Papierindustrie werden PFC verwendet.
Quelle: Kenneth Sponsler / Fotolia

Papier erhält durch das Imprägnieren mit Fluorchemikalien wasser- und fettabweisende Eigenschaften. Dazu werden in der Papierindustrie zum Beispiel auf Fluorcarbonharzen (FC) und Perfluorpolyethern (PFPE) basierende Produkte verwendet, etwa für Hamburgerverpackungen oder Pizza-Kartons. Für Klebeetiketten finden Fluorcarbonharze Verwendung, um das Durchdringen des Klebers zu verhindern.

Die heutzutage in der Papierindustrie eingesetzten Fluorchemikalien enthalten kein PFOS (Perfluoroktansulfonsäure). Als Verunreinigungen können aber perfluorierte Carbon- und Sulfonsäuren im unteren ⁠ppm⁠ Bereich enthalten sein. Da hier schon Konzentrationen im ng/l- bzw. µg/kg-Bereich als umweltrelevant angesehen werden, sind diese Spurenverunreinigungen nicht unerheblich. In geringeren Anteilen werden auch Perfluoralkylphosphate (PAP) eingesetzt, die sowohl in der Umwelt als auch im menschlichen Körper zu Fluortelomeralkoholen und schließlich zu verschiedenen perfluorierten Carbonsäuren abgebaut werden können, so dass PFOS-frei nicht PFC-frei ist und die Substitutionsprodukte ähnlich kritisch sein können.

Funktionsweise:

Die Fluorchemikalien für Papieranwendungen sind im Allgemeinen so aufgebaut, dass sie zwei unterschiedliche funktionelle Gruppen enthalten: eine polare Gruppe, die die Haftung zur Faser ergibt und Fluorkohlenstoffgruppen/-ketten, die die Wasser- und Öl-Abweisung bewirken. Die Funktionsgruppen sind produktabhängig teilweise an ein Polymergerüst gebunden.

Die Applikation erfolgt durch Zugabe der Fluorchemikalien in der Masse, in der Leimpresse oder beim Beschichten. Um eine hohe Applikationseffektivität in der Masse hinsichtlich Nutzen / Kosten zu erzielen, weisen die meisten Fluorchemikalien kationische Ladung auf und werden daher an die Papierfaser gebunden. Beim Einsatz von Fluorchemikalien in dem Bereich der Leimpresse und der Beschichtung ist keine Belastung des Abwassers zu erwarten, da hier geschlossene Produktionskreisläufe gefahren werden. Über die betriebsinterne Rückführung von Abfällen (u.a. Randzuschnitte) sind Verschleppungen und PFC-Einträge in das Abwasser nicht auszuschließen.
Zu den eingesetzten Fluorchemikalien existieren derzeit keine wirksamen Alternativen, um die geforderten Effekte zu erreichen.

Fluortelomerealkohole (FTOH) können in geringen Mengen zu Perfluorcarbonsäuren umgewandelt werden (z.B. 8:2 FTOH zu PFOA). Auch über das Altpapier können PFC eingetragen werden..
Beispielsweise wird in der Druckindustrie zur Bedruckung von Papier PTFE eingesetzt um die Brillanz und Abriebfestigkeit des Druckerzeugnisses zu verbessern. Diese Stoffe und deren Abbauprodukte werden als Altpapier in den Rohstoffkreislauf eingetragen.

Allgemeine Informationen zur Regulierung von PFC finden Sie im Artikel „Regulierung von PFC unter REACH, CLP und Stockholm Konvention“.

In der Regel werden in der Papierindustrie nur Perfluorchemikalien eingesetzt, die in den Empfehlungen des Bundesinstituts für Risikobewertung XXXVI „Papiere für den Lebensmittelkontakt“ und XXXVI/2 „Papiere, Kartons und Pappen für Backzwecke“ genannt sind. Für diese Empfehlungen lag der Augenmerk aber auf dem Übergang der Perfluorchemikalien auf die Lebensmittel und dieser ist gering. Typische Einsatzkonzentrationen liegen zwischen 0,5 und 1,5% bezogen auf die Papiermasse.

In der 8. Novelle der Abwasserverordnung wurde 2018 im Anhang 28 zur Herstellung von Papier und Pappe im Teil B Allgemeine Anforderungen, folgende Anforderung aufgenommen:

Abwasseranfall und Schadstofffracht sind so gering zu halten, wie dies insbesondere durch folgende Maßnahmen technisch möglich ist:

4. Verzicht auf den Einsatz von chemischen Additiven, die per- oder polyfluorierte Chemikalien enthalten oder zu deren Bildung beitragen. Ist ein Verzicht nicht möglich, sind die Einsatzmengen zu minimieren und die Emissionen entsprechend den technischen Möglichkeiten zu reduzieren


Eliminierung aus dem Abwasser

Aufgrund der ⁠Persistenz⁠ und der oberflächenaktiven Eigenschaften lassen sich einmal in das Abwasser gelangte Verunreinigungen wie z.B. PFOA nur sehr schwer eliminieren. Die meisten der perfluorierten Polymere sind nur sehr gering wasserlöslich. Allerdings stellt die Stabilität der Verbindungen und deren ubiquitäre Verbreitung in der Umwelt ein zunehmendes Problem dar.

Insbesondere aufgrund immissionsseitiger Anforderungen kann sich die Notwendigkeit ergeben, die Emissionen entsprechend den technischen Möglichkeiten zu reduzieren, z. B. durch Adsorption von PFC an Aktivkohle oder mittels Ionenaustausch oder Aufkonzentrierung mit Nano- oder Ultrafiltration.
Jedenfalls ist mit Blick auf die im Anhang 28 Teil B (1) 4 Poly- und Perfluorierte Verbindungen genannten zunehmenden Beschränkungen und Reglementierungen hinsichtlich PFC sowie der für PFOS sehr niedrigen Umweltqualitätsnorm (UQN) von 0,65 ng/l die Notwendigkeit der Realisierung dieser Möglichkeiten zukünftig ggf. in Erwägung zu ziehen.