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Sicherheit im Labor (safety caps): Elektronisches Grenzflächenpotezial beim Transport von Chemikalien

safety caps - Entsorgungsartikel aus elektrisch leitfähigem Kunststoff

von Dr. Richard Mecke

Dr. Richard Mecke, SCAT-Europe GmbH, Mörfelden

Bei der Befüllung von Gebinden, sowie beim Transport von Chemikalien, kann bedingt durch Reibung an der Innenwand von Einfülltrichtern, Rohren und Gebinden ein elektrisches Grenzflächenpotential aufgebaut werden. Je nach Grad dieser Aufladung führt dies zur Funkenbildung und unter Umständen zur Zündung zündfähiger Stoffe und explosionsfähiger Atmosphären. Neben der Reibung ist für die Höhe der Aufladbarkeit die Dielektrizitätskonstante der verwendeten Chemikalie entscheidend. Besonders kritische Lösungsmittel, wie z.b. Hexan, neigen eher zur Aufladung als leitfähige Chemikalien bzw. wässrige Lösungen. In solchen Anwendungen können herkömmliche elektrisch isolierende Kunststoffe, wie Polyethylen oder Polypropylen, nicht eingesetzt werden.

Eine Erdung ist erforderlich

Entladen sich derartig aufgeladene Gegenstände durch Funkenbildung, können sie explosionsfähige Atmosphären, wie z.B. Lösungsmittel/Luftgemische, zur Explosion bringen. Die Funkenbildung ist als Potentialausgleich jedoch unerwünscht. Für den sicheren Potentialausgleich ist die elektrische Verbindung von allen Komponenten erforderlich. Selbst leitfähige Gegenstände laden sich auf, wenn sie nicht geerdet werden.

Möglichkeiten zur Vermeidung elektrostatischer Aufladungen

Um die Vorteile der Kunststoffe, wie z.B. Polyethylen oder Polypropylen auch für explosionsgefährdete Bereiche nutzen zu können, setzt man ihnen spezielle Rußtypen, die sogenannten Leitfähigkeitsruße zu. Der Oberflächenwiderstand von Kunststoff kann durch die Einarbeitung dieser leitfähigen Aditive auf Werte zwischen 10E+03–10E+04 Ohm reduziert werden. Diese leitfähigen Additive bilden im Kunststoff ein Netzwerk sich berührender, leitfähiger Teilchen. Hierdurch wird die Leitfähigkeit deutlich erhöht, bzw. ihr elektrischer Widerstand deutlich abgesenkt. Durch diese Maßnahme kann der elektrische Durchgangswiderstand von z.B. PE von 10E+16 Ohm auf < 10E+06 Ohm gesenkt werden. Die Kunststoffe werden elektrisch leitfähig bzw. ableitfähig. Neben der Absenkung des Durchgangswiderstandes wird durch die Schwarzeinfärbung auch ein hervorragender UV-Schutz erzielt.

Wann spricht man von elektrostatisch aufladbar?

>> Elektrostatisch aufladbar sind generell:
>> Isolierende Kunststoffe mit einem Oberflächenwiderstand ε 10E+09 Ohm
>> Alle nicht elektrisch mit Erde verbundenen Gegenstände aus ableitfähigen oder leitfähigen Kunststoffen oder Metallen
>> Elektrostatisch nicht aufladbar sind generell: Alle leitfähigen und ableitfähigen Gegenstände, die mit Erde verbunden sind

Vorschriften und Richtlinien

Für die Beurteilung und Vermeidung von Zündgefahren, sowie der zu treffenden Schutzmaßnahmen, existieren eine Reihe von Richtlinien und Vorschriften. Zu beachten gilt dabei primär die deutschen Berufsgenossenschaftlichen Regeln für Sicherheit und Gesundheit bei der Ar beit (BGR) des Hauptverbandes der gewerblichen Berufsgenossenschaften: BGR 132 – Richtlinie „Statische Elektrizität“. Diese entspricht inhaltlich weitgehend der internationalen Norm CENELEC 50404 und der neuen Technischen Regel für Betriebssicherheit (TRBS) TRBS 2153 – Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen. Elektrisch leitfähige Kunststoffe, die einen Durchgangswiderstand < 10E+06 Ohm aufweisen, können in Schutzsystemen eingesetzt werden die der ATEX-Richtlinie unterliegen, sofern sie ausreichend geerdet sind.

Explosionsgruppen und Explosionszonen

Chemikalien in explosionsgefährdeten Bereichen, werden in Explosionsgruppen I (Bergbau) und II unterschieden. Ziel ist dabei, geeignete Geräte für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen auszuwählen. Die Chemikalien nach Explosionsgruppe II werden in Abhängigkeit von Ihrer Zündempfindlichkeit durch Zusatz A, B oder C gekennzeichnet. Explosionsgefährdete Bereiche werden nach Häufigkeit und Dauer des Auftretens gefährlicher explosionsfähiger Atmosphären gemäss den Explosionsschutz-Regeln der Betriebsicherheitsverordnung (BetrSichV) und der Berufsgenossenschaftlichen Regel BGR 104 in die Zonen 0, 1, 2, 20, 21 und 22 unterteilt. Die Entsorgungsartikel aus elektrisch leitfähigem Kunststoff der SCAT Europe GmbH dürfen in den Explosionszonen 1 und 2 eingesetzt werden, sofern sie richtig geerdet bzw. mit Erdkontakt versehen sind. In explosionsgefährdeten Bereichen ist bei leichtentzündlichen Chemikalien die Verwendung von Kanistern aus elektrisch leitfähigem Material bei Gebindegrößen über 5 Litern vorgeschrieben.

Erdung von Entsorgungsartikeln

Zur Erdung ist für jeden elektrisch leitfähigen oder ableitfähigen Kunststoff-Artikel ein separates Erdungskabel zu verwenden. Ableitfähige Kunststoff-Artikel müssen direkt geerdet werden oder können mit ableitfähigen oder leitfähigen Kunststoff-Artikeln elektrisch verbunden werden. Leitfähige Kunststoff-Artikel müssen jedoch immer direkt geerdet werden.

Glossar:

Ableitwiderstand oder Erdableitwiderstand … eines Gegenstandes ist sein elektrischer Widerstand gegen Erdpotential, oft Erde genannt.

Oberflächenwiderstand … ist der elektrische Widerstand, gemessen auf der Oberfläche eines Gegenstandes. Er wird zwischen zwei parallelen Elektroden geringer Breite und jeweils 100 mm Länge gemessen, die 10 mm auseinander liegen und mit der Oberfläche Kontakt haben. Die Prüfungen wurden in einer Klimakammer bei 23 °C und 30 % relativer Luftfeuchte durchgeführt.

Leitfähig …ist ein Gegenstand, wenn sein Oberflächenwiderstand < 10E+04 Ohm beträgt.

Ableitfähig …ist ein Gegenstand mit einem Oberflächenwiderstand zwischen 10E+04 Ohm und 10E+11 Ohm, gemessen bei 23 °C und 30 % relativer Luftfeuchte oder mit einem Oberflächenwiderstand zwischen 10E+04 Ohm und 10E+09 Ohm, gemessen bei 23 °C und 50 % relativer Luffeuchte.

Isolierend …ist ein Gegenstand, der weder leitfähig noch ableitfähig ist.

„geerdet“ Gegenstände aus leitfähigem Material sind zu erden. Geerdet im elektrostatischen Sinne sind leitfähige Gegenstände mit einem Erdableitwiderstand < 106 Ohm. Gegenstände aus leitfähigem Material werden daher mittels Erdungskabel direkt mit der Erde elektrisch verbunden. Leitfähige Gegenstände dürfen nicht über ableitfähige Gegenstände indirekt mit der Erde elektrisch verbunden werden.

„mit Erdkontakt versehen“ Gegenstände aus ableitfähigem Material sind mit Erdkontakt zu versehen. Gegenstände aus ableitfähigem Material müssen daher direkt mit der Erde oder indirekt über ableitfähige oder leitfähige Gegenstände elektrisch verbunden werden.

>> www.scat-europe.com