Welche PFAS-freien Alternativen gibt es zu Dichtungen aus PTFE?
Was sind PFAS?
Unter PFAS (Per- und polyfluorierte Alkylverbindungen) versteht man Verbindungen, bei denen an einem Kohlenstoffatom die Wasserstoffatome vollständig durch Fluoratome ersetzt wurden.
In der Untergruppe dieser Substanzen sind PFOA (Perfluoroktansäure) und PFOS (Perfluoroktansulfonsäure) mittlerweile verboten. Diese Verbindungen (auch Fluortenside genannt) gelten als schwer abbaubar. Sie werden in der Umwelt, in der Nahrungskette und bereits auch im Menschen nachgewiesen.
Auf europäischer Ebene wird derzeit an Beschränkungen bzw. Verboten weiterer PFAS gearbeitet.
Ist PTFE auch ein PFAS?
Streng genommen gehört die Gruppe der in der Dichtungstechnik gerne verwendeten, chemisch äußerst stabilen Fluorkunststoffe auch dazu. Allen voran ist hier PTFE (Polytetrafluorethylen, Teflon®) als wichtigster Werkstoff zu nennen. Mit größerem Abstand folgen PVDF, PFA, FEP, PCTFE und ECTFE, die ebenfalls in chemisch und / oder thermisch anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt werden.
Siehe auch:
➥ https://www.umweltbundesamt.de
Weshalb nimmt man bis jetzt PTFE für Dichtungen?
Auf lange Sicht stellt sich deshalb die Frage, welche leistungsfähige Werkstoffe den etablierten Hochleistungswerkstoff PTFE ersetzen sollen. Hier noch einmal seine für die industriellen Anwendungen wichtigsten Vorteile:
- Chemisch universell beständig
- Bei niedrigen und hohen Temperaturen einsetzbar
- Physiologisch unbedenklich
- Geringe Reibung
- Leicht zu reinigen
Bisher sind Alternativen zu Dicht- und Führungselementen aus PTFE oder PTFE-Compounds kaum bekannt.
Kann man Teflon® durch PFAS-freie Kunststoffe ersetzen?
Ersatzmaterialien für Teflon®-Dichtungen sollen deshalb möglichst ähnliche Eigenschaften aufweisen. Die Werkstoffe Enduflon P1 und Enduflon P16 der Fa. bock machining gmbh haben das Zeug dazu. Zunächst handelt es sich bei beiden Werkstoffen um besondere Varianten von Ultrahochmolekularem Polyethylen (UHMW-PE). Diese glänzen durch ihren einfachen chemischen Aufbau, der im Wesentlichen aus Kohlenstoff und Wasserstoffatomen besteht.
Enduflon P: Nachhaltige, PFAS-freie Dichtungswerkstoffe
Somit entstehen weder in der Herstellung noch in der Entsorgung größere Beeinflussungen der Umwelt hinsichtlich der Rohstoffe, der Toxizität und des Energieaufwands. Die Späne können sogar problemlos und zu 100% der Wiederverwertung zugeführt werden. Außerdem gibt es mittlerweile mehrere nachwachsende Quellen, die nicht auf fossile Ressourcen wie Erdöl oder –gas zurückgreifen müssen. Die gewünschte Nachhaltigkeit ist hier deshalb der größte Trumpf.
Weshalb ist UHMW-PE dem PTFE so ähnlich?
Beiden Werkstoffen gemein ist der eindimensionale, langkettige Molekülaufbau, der dem von PTFE sehr ähnlich ist. Deshalb ist es auch nicht verwunderlich, dass die Vorteile fast identisch sind.
Nachteile von UHMW-PE?
Beide Kunststoffe fallen durch ihre exzellente Beständigkeit gegen chemischen Angriff auf. Lediglich im Zusammenwirken mit stark oxidierenden Säuren (z. Bsp. Salpetersäure, Chromsäure oder Halogen) gibt es Einschränkungen. Aufgrund der etwas schwächeren C-H-Verbindung (gegenüber der C-F-Verbindung) sind auch der Temperatur Grenzen gesetzt.
Kann man UHMW-PE noch verbessern?
UHMW-PE hat seine Einsatzgrenze im Dauerbetrieb bei ca. 85°C. Trotzdem können beispielsweise PFAS-freie Bauelemente aus Enduflon P16 bis zu 130°C eingesetzt werden Diese Eigenschaft wird vor allem in der Lebensmittelindustrie, allen voran in der Getränkeabfüllung benötigt. Werden hier doch Reinigungsprozesse (CiP) gefahren, die mit Heißdampf oder heißem Wasser betrieben werden. Ein 1:1-Ersatz von PTFE bei Kolben- und Stangendichtungen (wie zum Beispiel trockenlaufende Abstreifer oder federunterstützte Nutringe ist möglich.
Alleskönner UHMW-PE.
Der Werkstoff Enduflon P1 brilliert dagegen mit seiner enormen Wechselbiegefestigkeit, die es erlaubt, Faltenbälge und Membranen aus PTFE zu ersetzten. Wandstärken können aufgrund der besseren Festigkeit sogar reduziert werden. In etlichen Anwendungen steht die Lebensdauer von Manschetten und Bälgen aus diesem besonderen UHMW-PE denen von Teflon-Bälgen in nichts nach.
Weshalb ist UHMW-PE als Dichtungswerkstoff geeignet?
Ein weiterer großer Vorteil besteht darin, dass die beiden Ersatzmaterialien P1 und P16 keinerlei Füllstoffe benötigen, um verschleißfest zu sein. Hier werden auch im absoluten Trockenlauf enorme Standzeiten bei niedriger Reibung erreicht.
In der Lackiertechnik gilt Polytetrafluorethylen aufgrund seiner Verschleißpartikel als sog. „Lack-abweisende Substanz“. In Lackventilen oder Pumpen werden deshalb seit Jahren Sonderdichtungen aus Ultrahochmolekularem Polyethylen eingesetzt, um die geforderte LABS-Freiheit zu gewährleisten.
Lassen sich aus UHMW-PE auch Multifunktionsteile herstellen?
Ob Wellendichtringe (WDR), Nadeldichtungen oder Steuerkolben, der Fantasie der Entwicklung sind nur die Grenzen der Zerspanung gesetzt. Schließlich handelt es sich bei diesen Alternativen ebenfalls um Press-Sinter-Werkstoffe, die nicht gespritzt werden. Dadurch ist in der Regel ein einfacher Austausch von bestehenden Dichtsystemen und der Anbauteile durch multi-funktionale Lösungen möglich.
Kurzum: Mit den beiden Werkstoffen Enduflon P1 und P16 liegen echte PFAS-freie Alternativen zu Dichtungen aus PTFE vor, die durch Nachhaltigkeit und nahezu universelle Einsetzbarkeit glänzen.
Wie sind Eure Erfahrungen? Ich freue mich auf zahlreiche Rückmeldungen und Kommentare!
Ihr Stefan Bock
Teflon® ist ein eigetragenes Warenzeichen der The Chemours Company FC, LLC.
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