Brand- und Explosionseigenschaften von nanoskalig hergestellten Stäuben: Fid-Bau Portal

Brand- und Explosionseigenschaften von nanoskalig hergestellten Stäuben

Krietsch, Arne / Schmidt, Martin / Krause, Ulrich

Nanotechnologie gilt als die Wachstumsbranche der nächsten Jahrzehnte. Nicht zuletzt ist diese Entwicklung den veränderten Eigenschaften der Materialien im Nanometerbereich zuzuschreiben. Das anders geartete Verhalten solcher Stoffe und die daraus ableitbare Unkenntnis über die Interaktion dieser Materialien mit ihrer Umgebung erfordert zur Risikoabschätzung eine intensive Auseinandersetzung mit der Thematik. Aufgrund von Erfahrungen mit Stäuben mit Partikelgrößen im Mikrometerbereich ist bekannt, dass Stoffe mit abnehmender Partikelgröße kritischer einzustufen sind, da ihre Explosionsheftigkeit und Zündempfindlichkeit durch die Zunahme der reaktiven Oberfläche des Staubs zunimmt. Es wurden alle Maßnahmen ergriffen, um das möglichst kritischste Brand- und Explosionsverhalten von nanoskalig hergestellten Stäuben zu bestimmen. Dazu wurden im Vorfeld alle Aspekte zur Partikelfreisetzung während der Versuchsvorbereitung und -durchführung, Agglomeration der Primärpartikel und Passivierung der Proben vor Versuchsdurchführung betrachtet. Die Schlussfolgerungen dieser theoretischen und experimentellen Betrachtungen führten zu den erläuterten Modifizierungen des Prüfaufbaus. Trotz der getroffenen Maßnahmen konnte für die untersuchten Stäube und Primärpartikelgrößen nicht grundsätzlich wesentlich höhere Explosionsheftigkeit oder Zündempfindlichkeit nachgewiesen werden als für kritische Mikrostäube bereits bekannt. In Bezug auf Zündempfindlichkeit ist beispielsweise bekannt, dass auch mikroskalige Eisenpartikel pyrophor reagieren können.Dennoch ist damit zu rechnen, dass mit abnehmender Primärpartikelgröße Stäube zunehmend zündempfindlicher reagieren, wie am Beispiel von Kupfer gezeigt werden konnte. Ziel der Untersuchungen war neben der Bestimmung des möglichst kritischsten Verhaltens auch die Untersuchung des Einflusses vorzeitiger Passivierung auf die Kenngrößen. Für beide Fälle war es notwendig, die Proben möglichst bis kurz vor dem Entzünden unter Sauerstoffausschluss lagern und handhaben zu können. Insgesamt haben die Experimente gezeigt, dass ein kurzzeitiges Lagern der Probe an Luft die Explosionsheftigkeit und Zündempfindlichkeit nicht wesentlich verringert. Dies bedeutet, dass das Standardprüfverfahren zur Bestimmung sicherheitstechnischer Explosionskenngrößen von Stäuben grundsätzlich auch für nanoskalig hergestellte Stäube geeignet scheint. Ein längeres Aussetzen der Proben an Luft könnte dennoch in Abhängigkeit des zu prüfenden Materials zu einer Verringerung der ermittelten Werte führen. Dies würde ein Unterschätzen des tatsächlichen Gefahrenpotenzials bedeuten. Deshalb ist es dringend zu empfehlen, die Proben so lange wie möglich unter Sauerstoffausschluss zu belassen. Dies gilt speziell dann, wenn die Primärpartikel noch kleiner sind als die in dieser Studie getesteten Stäube. Mit weiter abnehmender Primarpartikelgröße (weit unterhalb von 50 nm) werden unpassivierte Partikel weiterer Materialien noch zundempfindlicher oder vermutlich sogar pyrophor reagieren. Wie gezeigt wurde, ist die Bestimmung sicherheitstechnischer Kenngrößen von pyrophoren Materialien nach dem Standardverfahren bislang jedoch nicht möglich. Ist dies im Sinne des Explosionsschutzes überhaupt notwendig? Zumindest erlaubt das angewandte Verfahren eine erste Abschätzung des Explosionsverhaltens solcher Stäube.