PFC in der Oberflächenbehandlung von Metallen und Kunststoffen

PFC-haltige Netzmittel werden in der Metall- und Kunststoffproduktion eingesetztzum Vergrößern anklicken
PFC-haltige Netzmittel werden in der Metall- und Kunststoffproduktion eingesetzt
Quelle: Gina Sanders / Fotolia

In der Oberflächenbehandlung von Metallen und Kunststoffen werden per- und polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS; Synonym zu PFC) als Netzmittel zur Unterdrückung von Chrom(VI)dämpfen in der Verchromung mit Chromtrioxid (Cr(VI)) sowie beim Kunststoffbeizen eingesetzt.

Verwendung von PFC:

PFC-haltige Netzmittel werden in der Metall- und Kunststoffproduktion eingesetzt, um die Oberflächenspannung abzusenken und so das Aufsteigen von Chromaerosolen zu verhindern. Zudem verbessert sich durch die Netzmittelzugabe auch das Ablaufverhalten der Flüssigkeiten von den zu behandelnden Oberflächen und verringert damit die Verschleppung von Wirkstoffen und Fleckenbildung beim Trocknen. Da in den Chromelektrolyten sehr niedrige pH-Werte vorliegen, muss das Netzmittel aus sehr beständigen Stoffen bestehen. Bisher war dies in der Regel Perfluoroktansulfonsäure (PFOS), das über das Abwasser der Galvanik in Gewässer gelangen konnte, sofern es nicht mit Ionenaustauschern oder Aktivkohle behandelt wurde. An Produkten haften PFC nicht an, da diese mehrere intensive Spülprozesse durchlaufen.
Im Laufe der Zeit wurde die perfluorierte Verbindung PFOS aufgrund rechtlichen Drucks durch polyfluorierte Verbindungen ersetzt. Das häufigste Substitut ist 6:2 Fluortelomersulfonat (FTS), das weniger toxisch und nicht bioakkumulierend ist, jedoch zu entsprechend schädlichen Verbindungen abgebaut wird und auch nicht so langzeitstabil wie PFOS ist und dadurch in erheblich höheren Mengen eingesetzt werden muss. In der Regel wird das Abwasser von Galvaniken nicht auf 6:2 FTS behandelt

Regulierung:

Aufgrund seiner negativen Eigenschaften (u.a. ⁠Persistenz⁠, Toxizität und Kanzerogenität) wurde PFOS 2008 durch die europäische ⁠POP⁠-Verordnung (EG) Nr. 850/2004 (EU POP-VO – geändert durch die europäische Verordnung Nr. 757/2010) über persistente organische Schadstoffe (POPs) zur Umsetzung des Stockholmer Übereinkommens und des POP-Protokolls (Aarhus-Protokoll) verboten. Folgende galvanikbezogene Ausnahme ist in dieser Verordnung für das PFOS-Verbot enthalten: Mittel zur Sprühnebelunterdrückung für nicht dekoratives Hartverchromen (Chrom VI) in geschlossenen Kreislaufsystemen.
Die Verordnung sieht außerdem vor, dass die Verwendung von PFOS schrittweise eingestellt wird, sobald der Einsatz weniger bedenklicher Alternativen technisch und wirtschaftlich vertretbar ist. Die Notwendigkeit der Ausnahmen wird in regelmäßigen Abständen hinterfragt.
Aufgrund dieser Einschränkung in der Anwendung hat eine umfassende Substitution von PFOS in den Netzmitteln stattgefunden. Heute werden oft kurzkettige, polyfluorierte Verbindungen genutzt, die den Anwendern und Behörden oft nicht genau bekannt sind. Meist handelt es sich dabei um 6:2 Fluortelomersulfonat (FTS), dessen Verwendung und Minimierung aktuell rechtlich noch nicht geregelt ist.

Eliminierung aus dem Abwasser:

Aufgrund der Persistenz und der oberflächenaktiven Eigenschaften lassen sich einmal in das Abwasser gelangte Verunreinigungen wie z.B. PFOS nur sehr schwer eliminieren. Die Behandlung des Abwassers mit spezifischen Ionenaustauschern oder Aktivkohle haben jedoch gute Minderungsergebnisse erzielt. Je nach genutzter PFAS-Verbindung ist eine erneute Suche nach einem optimal wirksamen Austauscherharz notwendig. Für 6:2 FTS existieren zwar anwendbare Harze, diese haben sich in den Anlagen aufgrund fehlendem gesetzlichen Druck jedoch noch nicht durchgesetzt. In einem novellierten Anhang 40 der Abwasserverordnung soll jedoch eine entsprechende Begrenzung zukünftig enthalten sein.

Substitutionsmöglichkeiten:

Für Substitutionsmöglichkeiten – also die Möglichkeit, PFC durch Alternativen zu ersetzen – muss man sich die verschiedenen Anwendungsbereiche genauer ansehen, voran stellen lässt sich jedoch, dass die Substitution von PFOS durch polyfluorierte Substanzen keine sinnvolle Alternative darstellt.
Für die dekorative Verchromung gibt es zum einen die Möglichkeit fluorfreie Netzmittel einzusetzen, zum anderen kann in vielen Fällen auch eine Umstellung von Cr(VI)-haltigen auf Cr(III)-haltige Elektrolyte erfolgen. In diesen Fällen sind keine Netzmittel zur Unterdrückung von Chrom(VI)dämpfen erforderlich.
Beim sogenannten Hartverchromen ist der Einsatz fluorfreier Netzmittel noch nicht so weit entwickelt, bisher werden dort in der Regel noch PFC-haltige Netzmittel eingesetzt, sofern ein Verchromen im geschlossenen Reaktor nicht möglich ist. Das gleiche gilt auch für den Bereich des Kunststoffbeizens. Allerdings gibt es alternativ die Möglichkeit Kunststoffe ohne Chromschwefelsäure sondern z.B. mit Kaliumpermanganat oder im Plasma zu beizen und dadurch auf Netzmittel verzichten zu können. Die Alternativverfahren befinden sich jedoch noch in einem frühen Stadium der Erprobung.
Die Umstellung auf ganz andere Verfahren zur Oberflächenbehandlung, wie Hochtemperaturflammspritzen, kann ebenfalls zum Verzicht auf PFC-haltige Netzmittel führen, jedoch ist auch noch von einer längeren Übergangszeit auszugehen.