Ausstieg von 3M bei PFAS

Brauchen wir schon jetzt Alternativen zu PTFE, FKM und FFKM?

Konsequenzen aus dem Ausstieg von 3M (Dyneon) aus der PFAS-Produktion

Die 3M-Company mit Sitz in St. Paul, Minnesota hat am 20.12.2022 den Ausstieg des weltweit agierenden Konzerns aus der Herstellung von PFAS (Per- und polyfluorierte Alkylverbindungen) bis zum Jahr 2025 angekündigt.

3M-Konzernzentrale in Minnesota

Betroffen ist auch das Tochterunternehmen Dyneon GmbH, das sich mit der Produktion von Fluorpolymeren und -additiven befasst und unter anderem auch eine Fabrik im Bayerischen Burgkirchen / Industriepark Gendorf betreibt.

https://news.3m.com/2022-12-20-3M-to-Exit-PFAS-Manufacturing-by-the-End-of-2025

Konstruktionselemente aus Fluorpolymeren werden von Entwicklern und Konstrukteuren wegen ihrer herausragenden Eigenschaften und nahezu allen industriellen Prozessen eingesetzt. Bei Dichtungen ist ein Schwerpunkt im Maschinen- bzw. Anlagenbau und der Chemischen Industrie auszumachen.

Insbesondere die Marke TFM® des 3M-Tochterunternehmens Dyneon® ist für Faltenbälge und Membranen aus PTFE bisher als Quasi-Standard gesetzt.

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Stefan Bock - Geschäftsführer bock-machining gmbh
Stefan BockGeschäftsführer | bock machining gmbh
Expertenbeitrag zum Thema - Ausstieg von 3M bei PFAS | Zuletzt aktualisiert: 24. Jänner 2023

Die Diskussion um die Auswirkung von PFAS auf Natur, Umwelt und den Menschen ist nicht neu. Sie hat mittlerweile dazu geführt, die Produktion von Fluortensiden (PFOAs) zu verbieten. Zahlreiche, weltweite Umweltskandale haben jedoch den Druck auf die Hersteller von Fluorkunststoffen noch weiter erhöht.

Kalifornischer Generalstaatsanwalt Rob Bonta, Bildquelle: www.kqed.org

So hat der kalifornische Generalstaatsanwalt Rob Bonta am 10. November 2022 Klage u. a. gegen 3M und DuPont (Teflon®) wegen der Ausbringung von PFAS in die Umwelt eingereicht. Die Biden-Regierung plant parallel umfangreiche Regeln zum Schutz des Trinkwassers in den USA.

https://www.reuters.com/business/3m-stop-making-forever-chemicals-take-up-23-bln-charge-2022-12-20/

Es ist zu vermuten, dass das Management von 3M aufgrund dieser massive Anklage  die Entscheidung zur Einstellung der PFAS-Produktion getroffen hat. Die Aktionäre und Analysten befürchten wohl langfristig hohe Schadensersatzforderungen. Letztlich werden die finanziellen Einbußen des Ausstiegs intern offensichtlich als geringer bewertet.

Der Ausstieg von 3M aus der Herstellung von PFAS wird vermutlich weit reichende Folgen nach sich ziehen. Zum einen werden sich die Umweltbehörden und die Politik auch außerhalb der USA dadurch in ihrem Handeln bestätigt sehen, selbst konsequenter zu agieren. Zum anderen werden auch die Wettbewerber nachdenken müssen, ob und wie weiter produziert werden kann und soll.

https://www.youtube.com/watch?v=C0EUoCOEqmI

Mit den bei beiden US-Konzernen 3M (Dyneon) und DuPont (Chemours) rückten durch diese Anklage die beiden ältesten Produzenten von Fluorchemikalien in den Fokus.

Börsengang der DuPont-Tochter Chemours am 01.07.2015, Bildquelle: www.plastic news.com

Daneben gibt es jedoch noch viele andere Hersteller, die sich mit PFAS-Verbindungen beschäftigen. Die meisten von Ihnen sind im asiatischen Raum beheimatet, insbesondere Japan, Indien und China.

Die meisten Umwelteinflüsse entstehen bei der Produktion, also zunächst vor Ort. Ist eine einfache Fluorverbindung erst einmal zu einem Kunststoff (z. Bsp. PTFE) polymerisiert, so ist dieser Werkstoff in seiner Anwendung als ungefährlich einzustufen. Die Verwendung (und damit der Import) werden also per se zukünftig weiterhin nicht zu beanstanden sein.

Deshalb wird es der öffentlichen Diskussion und der Politik in den Herstellungsländern von PFAS überlassen sein, ob deren Produktion dort verboten werden wird.

Aufgrund der (neben DuPont-Chemours) herausragenden Marktposition von Fa. Dyneon bei Fluorpolymeren wird kurzfristig die Verknappung weiter zunehmen. Laut Website werden jährlich noch ca. 18.000 Tonnen Fluorpolymere produziert, deren Nachfrage spätestens ab 2026 anderweitig gedeckt werden müsste. Betroffen sind auch Fluorelastomere (FKM bzw. FFKM) und Fluorthermoplaste (u.a. PFA, FEP und PVDF).

https://www.3mdeutschland.de/3M/de_DE/presse-de/pressemeldungen/ganzemeldung/?storyid=f29c372a-a0ce-4ba7-96b3-758490c120d4

Speziell die Marke TFM® ist in zahlreichen Datenblättern von technischen Bauteilen als Werkstoff vorgeschrieben. Freigabeprozesse und Tests von Alternativmaterialien sind aufwendig, teuer und benötigen Zeit. Es ist deshalb zu vermuten, dass der ohnehin belastete Markt die klassischen Dyneon Produkte wie z. Bsp. TFM 1700 oder TF 1750 noch stärker nachfragen wird.

 

3M™ Dyneon™ PTFE TF 1750 Pulver, Bildquelle: www.3mdeutschland.de

 

https://multimedia.3m.com/mws/media/802319O/3m-dyneon-tfm-modified-ptfe-brochure.pdf

Tatsächlich ist bisher der Bedarf von Fluorkunststoffen in den letzten Jahrzehnten ständig gestiegen. Wird nun wie geplant 2025 (zumindest) 3M aus der Herstellung von PFAS aussteigen, werden die bisher produzierten Mengen auf dem Weltmarkt fehlen.

Somit ist stark davon auszugehen, dass die Preise für sämtliches PTFE zukünftig stark steigen und das Angebot verknappt werden wird. Wie die Geschichte gezeigt hat, könnten psychologische Aspekte diesen Effekt noch gewaltig steigern.  

Dichtungen aus PTFE werden aufgrund ihrer herausragenden Eigenschaften gerne als universeller Problemlöser eingesetzt. So verfügt der Werkstoff u. a. über eine herausragende chemische Beständigkeit, geringen Reibungskoeffizienten und kann bei hohen Temperaturen eingesetzt werden. Sonderlösungen werden deshalb vor allem in der chemischen Industrie, der Lebensmittel- und Getränketechnik, bzw. in der Medizin und der Pharmabranche eingesetzt.

Faltenbälge und Membranen aus PTFE, Bildquelle: bock machining gmbh

Diese Bauteile unterliegen in der Regel zeitintensiven Entwicklungs- und Freigabeprozessen. Müssen nun Dyneon-Werkstoffe in der Zukunft ersetzt werden, so erfordern diese Umstellungen wiederum umfangreiche Tests.

Dichtungen gehören in der Regel zu den kritischen Bauteilen einer technischen Anlage. Aufgrund der Abkündigung von Dyneon PTFE ist deshalb ein rasches und konsequentes Handeln seitens der Einkaufs- und Entwicklungsabteilungen essentiell und dringend erforderlich.

Wie bereits in meinem Blog beschrieben, gibt es bereits Alternativen, die ohne PFAS auskommen.

https://www.bock-machining.de/pfas-die-einschraenkungen-koennten-weiter-gehen/

Der Werkstoff, der PTFE aufgrund seines molekularen Aufbaus am nächsten steht, ist UHMW-PE (PE 1000). Statt Fluors sind um die langen Kohlenstoffketten jeweils Wasserstoffatome platziert. Die Eigenschaften wie chemische Beständigkeit, niedrige Reibung und physiologische Unbedenklichkeit etc. sind nahezu vergleichbar.

uhmw-pe molekuelkette

Chemischer Aufbau von UHMW-PE, Bildquelle: bock machining gmbh

Bei der Verschleißfestigkeit übertrifft natives Polyethylen reinweißes Teflon® schätzungsweise um den Faktor 100 (!). Dadurch kann bei berührenden Dichtungen, die schleißend beansprucht werden, in der Regel auf Füllstoffe verzichtet werden.

Auch die mechanische Festigkeit und die sog. „Deformation unter Last“ ist besser. Multifunktionsbauteile können deshalb einfacher gestaltet werden und weitere Aufgaben übernehmen. So können Schlüsselflächen, Gewinde und Einspannstellen meist direkt ohne zusätzliche Bauteile ausgebildet werden.

Interessanterweise liegt auch die Biegewechselfestigkeit von Ultrahochmolekularem Polyethylen im Bereich von Polytetrafluorethylen. Damit ergibt sich eine Austauschbarkeit bei Faltenbälgen und Membranen von annähernd 100%.

Lediglich bei der Temperatur gibt es Einschränkungen. So liegt der Schmelzpunkt bei ca. 130 °C. Als Dauergebrauchstemperatur wird von den Herstellern ca. 80-85°C angegeben.

Nahezu alle Dichtungen, Faltenbälge und Membranen aus PTFE oder PTFE-Compounds lassen sich bis zu einer Temperatur von ca. 85°C durch natives UHMW-PE (Enduflon P1) relativ einfach ersetzen.

Für Temperaturen bis 130°C lässt sich modifiziertes UHMW-PE (Enduflon P16) einsetzen, dass nebenbei aufgrund seines dreidimensionalen Molekülaufbaus noch verschleißfester ist.

Bei Fluorelastomeren wie FKM (z. Bsp. Viton®) oder FFKM (z. Bsp. Kalrez®) handelt es sich um Gummiqualitäten, bei denen die Moleküle mittels Fluor teilweise oder vollständig gegen chemischen Angriffe abgeschirmt sind. Die Folge ist eine deutlich verbesserte Beständigkeit gegenüber aggressiven Verbindungen wie Säuren, Laugen oder Lösemitteln. Gleichzeitig wird der Einsatzbereich bei höheren Temperaturen deutlich (teilweise bis 300°C) erweitert.

 

O-Ringe bock machining gmbh

O-Ringe bock machining gmbh

 

Vorteilhaft ist, dass bei bestehenden Aggregaten Gummiteile aus den üblichen Qualitäten (EPDM, NBR) einfach ersetzt werden können. Damit lässt sich das Anwendungsspektrum, beispielsweise von Pumpen oder Ventilen, sehr einfach erweitern.

Auch das könnte in Zukunft schwieriger werden. Ist doch auch die Produktion der Fluorelastomere mit der Verwendung flüchtigerer PFAS verbunden. Überdies gelten auch die Verbindungen FKM und FFKM selbst zu den PFAS.

Hier ist Kreativität gefragt. Ist man als Entwickler bereit dazu, die Verwendung des Gummibauteils an sich in Frage zu stellen, so ergeben sich Ansätze, O-Ringe oder Membranen durch Konstruktionen aus UHMW-PE (Enduflon P1, P16) zu ersetzen.

Siehe hierzu auch folgenden Blog:

https://www.bock-machining.de/o-ring-alternativen/

Ob schon tatsächlich erst ab 2026 die von Dyneon produzierten Mengen an Fluorkunststoffen weggefallen sollen, wird die Verfügbarkeit von PTFE etc. durch Hamsterkäufe vermutlich bereits kurzfristig drastisch abnehmen.

Hamsterkäufe während der Corona-Pandemie, Bildquelle: spiegel.de

Allein die Preissteigerungen bei PTFE, PFA, PVDF und Co. werden die Einkaufsabteilungen dazu zwingen, zu handeln. Dazu kommt die Ungewissheit, auch zukünftig Maschinen und Anlagen komplettieren und ausliefern zu können. In der Regel handelt es sich bei Dichtungen nämlich um wichtige Bauteile, die nicht ohne weiteres ersetzt werden können.

Meist erfordern diese Sonderbauteile langfristige interne und externe Test, die mit Personalaufwand durchgeführt und dokumentiert werden müssen.

Deshalb sollte jedes Industrieunternehmen, das Dichtungsbauteile aus Fluorpolymeren (wie PTFE, FKM, FFKM, etc.) einsetzt, bereits jetzt handeln und überlegen, wie diese Werkstoffe langfristig ersetzt werden können. Mit UHMW-PE steht ein leistungsfähiges, PFAS-freier Polymer zur Verfügung, das schon jetzt bei 90% aller Anwendungen Fluorkunststoffe ersetzen könnte.

https://www.bock-machining.de/live-webinar-7-pfas-freie-alternativwerkstoffe-zu-ptfe/

Wie sind Ihre Erfahrungen? Ich freue mich auf zahlreiche Rückmeldungen!

Ihr Stefan Bock

Stefan Bock
Geschäftsführer

s.bock@bock-machining.de
✆  +49 (0) 6023 94701 – 12

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