Projekt 19596/01

Umweltfreundliche Halonersatz- und AFFF-Löschmittel

Projektdurchführung

Dr. Felgenträger & Co. Öko.-chem. und Pharma GmbH
Zerbster Str. 7 a
06862 Rodleben

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Substitution von ökologischen bedenklichen halogenhaltigen Wirkstoffen von Feuerlöschmitteln wie Fluortenside und Halone bei gleichzeitigem Erhalt der hohen Löschwirkung ist von internationalem Interesse. Ziel der zweigeteilten Forschungsarbeiten war die Entwicklung von neuen halogenfreien Wirkungsprinzipien für Feuerlöschmittel auf Basis von spezielle tensidischen Sulfobetainen sowie Polymer-Tensid-Komplexen mit hoher Grenzflächenaktivität in geeigneten Formulierungen (Löschmitteln), deren Charakterisierung und Prüfung der Löschwirkung.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZunächst wurden theoretisch abgeleitete Molekülmodelle im Labormaßstab synthetisiert, gereinigt und charakterisiert. Anschließend werden daraus ökologisch günstige Formulierungen als Löschmittelproben bereitet und ihre Löschwirkung in standardisierten Prüfungen des mitwirkenden Institutes der Feuerwehr Heyrothsberge geprüft.
Die weitere Bearbeitung erfolgte über die Stufen Technikum und Pilotanlagen, wobei für die Synthese der Wirkstoffe und für die Formulierungen erfolgsorientierte Rückkopplung zwischen den Kooperationspartnern ablief, so dass am Ende optimiert geprüfte, in die Produktion überführbare Feuerlöschmittel stehen.
Eine Arbeitsrichtung läuft auf den Ersatz von Fluortensiden in AFFF-Löschmitteln hin, wobei durch tensidische Sulfobetaine und Komplexe aus Polymeren und den Tensiden eine spontane Spreitung der Löschmittel auf brennbaren organischen Lösungsmitteln zu erreichen war. Der zweite Arbeitsbereich betrifft Halonsubstitute, die durch die Bedeckung der Oberflächen von fein verteilten Wassertropfen mit Strukturen im Nanobereich durch leicht abbaubare Polymer-Tensid-Komplexe in Form von katalytisch wirkenden Zentren, reaktiven Gruppierungen und Hohlräumen die Löschwirkung im Sinne der Halonsubstitution erreichen.


Ergebnisse und Diskussion

Die in handelsüblichen AFFF-Löschmitteln (aqueous film forming foam) verwendeten halogenierten Kohlenwasserstoffe und deren Abbauprodukte werden inzwischen auf nationaler und internationaler politischer Ebene als sehr bedenklich eingestuft. Es wird über ein Verwendungsverbot nachgedacht. Dies wird zukünftig den Einsatz unproblematischerer Wirksubstanzen erfordern.
Durch umfangreiche Synthesearbeiten wurden eine Reihe von ammoniumfunktionalisierten Siloxanen hergestellt, die in geringkonzentrierten wässrigen Lösungen anhand umfangreicher physikalisch-chemischer Experimente (Oberflächenspannung, Grenzflächenaktivität, Spreitung, Schaumbildung) auf ihre Gebrauchswerteigenschaften hin untersucht wurden. Bei den Tests zeigte sich, dass die Substanzen ohne weitere Zusatzstoffe den bisher verwendeten Tensiden ebenbürtige Eigenschaften bereitstellen. Al-lerdings verschlechtern sich die Gebrauchswerteigenschaften bei Zusatz von Zuschlagstoffen oder weiteren marktgängigen Tensiden zum Teil erheblich. Umfangreiche Formulierungsarbeiten führten zu brauchbaren verdünnten wässrigen Lösungen, die auch im Brandversuch getestet wurden.
Die Löscheigenschaften erreichten noch nicht die Leistung guter AFFF-Löschmittel, zeigten jedoch günstigere Eigenschaften als marktübliche Mehrbereichsschaummittel. Bis zur endgültigen Einsatzreife eines das vollständige Potential der neuen Strukturen ausnutzenden Löschmittels sind aber in Zusammenarbeit mit am Markt etablierten Firmen weitere Formulierungsuntersuchungen erforderlich. Erste sondierende Gespräche mit Interessenten werden derzeit geführt.
Durch reproduzierbare Synthesen im Technikumsmaßstab konnte der in den Kleinreaktionen beschrittene Syntheseweg erfolgreich bestätigt werden. Es wurden die Reaktionen im Labormaßstab geringfügig verändert und dahingehend vereinfacht, dass wichtige Vorstufen als Eintopfreaktion synthetisiert und ohne weitere Aufreinigung eingesetzt werden können. Praktikable Ansätze für In-Prozess-Analysen und Reinheitskontrollen mittels Chromatographie wurden erarbeitet.
Durch den erfolgreichen Aufbau und Inbetriebnahme von Apparaturen im Technikumsmaßstab bis zu 100 l Ansatzgröße sind die Industriepartner in der Lage, auch für größere Versuche, z. B. mit Handfeuerlöschern, kurzfristig eine größere Menge der benötigten Substanzen aus marktverfügbaren Edukten her-stellen zu können.
Die Entwicklung eines Zusatzes zu Steigerung der Löschwirkung von versprühtem Wasser konnte erfolgreich abgeschlossen werden. Die entwickelten Verbindungen zeigen in Konzentrationen von 1 Massen-% eine deutliche Steigerung der Löschwirkung von Wassertropfen. Diese Steigerung wird vor allem dann deutlich, wenn der Impuls der Wassertropfen nicht mehr sehr groß ist und die Eindringtiefe der Wasser-tropfen in die Flammen sich verringert. Die umwelttoxikologische Betrachtung schätzt die Haloner-satzstoffe als unbedenklich ein, während die Schaummittel durch ihren Tensidcharakter erwartungsge-mäß nicht in allen Punkten als unbedenklich eingestuft werden können.
Die Arbeiten zur Entwicklung umweltfreundlicher Volumen- und Schaumlöschmittel konnten im Rahmen der Gesamtarbeits- und Zeitplanung mit Erfolg zu Ende geführt werden. Wichtige Inhalte der ursprüngli-chen Projektstudien wurden erfolgreich umgesetzt und somit ein guter Ansatz für eine Markteinführung erarbeitet.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Projektergebnisse wurden in Fachkreisen auch über die Projektpartner verbreitet.


Fazit

Im Projektteil Schaumlöschmittel konnten halogenfreie Tenside entwickelt werden, deren Wirksamkeit an die der bisherigen fluorierten Substanzen heranreicht. Die Einarbeitung in Formulierungen zu einem verkaufsfähigen Produkt konnte noch nicht vollständig gelöst werden, die Arbeiten sollten in Zusammenarbeit mit am Markt etablierten Löschmittelherstellern fortgeführt werden.
Im Projektteil Halonersatzstoffe konnten ökotoxikologisch unbedenklich einzustufende wirksame Substanzen entwickelt werden, die die Löschwirkung von Wassernebeln deutlich verbessern und damit als Ersatz für Halone infrage kommen.