Ein BAM-Mitarbeiter mit einer Kunststoffplatte vor einer Bewitterungskammer.

Dr. Christian Piechotta untersucht den Schadstoffausstoß von Kunststoffen unter anderem in einer Bewitterungskammer.

Quelle: BAM/Thomas Köhler

Projektlaufzeit

01.04.2015 - 31.03.2018

Projektart

BAM eigenes Projekt

Projektstatus

Laufend

Kurzbeschreibung

Wie kann man Kunststoffe schneller auf Schadstoffausstoß untersuchen? In einer Machbarkeitsstudie untersucht die BAM diese Frage und entwickelt Schnellprüfverfahren für Schadstoffe, die in die Umwelt gelangen können.

Ort

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Unter den Eichen 87
12205 Berlin

Nahaufnahme von Prüfkörpern aus Kunststoff

Kunststoff-Modellprüfkörper: Diese werden eigens für die BAM hergestellt, um ideale Laborbedingungen zu schaffen.

Quelle: BAM/Thomas Köhler

Das Projekt untersucht die Umweltbeständigkeit und -verträglichkeit von Produkten und Materialien aus Kunststoff. Im Fokus steht die Emission von Schadstoffen in die Umwelt. Modellmaterialien sind Polycarbonat, Polytetrafluorethylen, Polystytrol und Composite-Werkstoffe (Verbundwerkstoffe). Die Anwendung dieser Kunststoffe reicht von Babyfläschchen bis hin zu Dämmmaterialien auf dem Bau.

Stilisierter Programmablaufplan

Quelle: BAM

Das interdisziplinäre Projekt ist eine Machbarkeitsstudie, in der experimentell unter anderem mit Umweltsimulations-Prüfkammern und Emissions-Messkammern die Alterung von Kunststoffen und deren Schadstoffausstoß untersucht wird. Die Simulationen werden realen Beanspruchungen gegenübergestellt, um Schnellprüfverfahren abzuleiten.

Ein Pfeil in der Mitte einer Zielscheibe

Quelle: BAM

Neu entwickelte allgemeingültige Schnellprüfverfahren sollen bisherige Prüfverfahren für umweltrelevante Bedingungen ersetzen oder ergänzen. Die BAM richtet Prüfeinrichtungen ein und generiert Referenzmaterialien, die von externen Auftraggebern für Materialprüfung unter umweltrelevanten Bedingungen genutzt werden können.

Händeschütteln

Quelle: BAM

Das Projekt wird von der BAM finanziert und ohne Drittmittel durchgeführt. Weiterführende Fragestellungen sollen in nationalen und internationalen Drittmittelprojekten untersucht werden. Die BAM kann auf Basis der Projektergebnisse Materialprüfungen auf Umweltbeständigkeit und -verträglichkeit anbieten.

Kunststoffprodukte können bei Umwelteinflüssen wie UV-Strahlung, Regen oder Mikrobenbesiedlung Schadstoffe ausstoßen, die dann in Boden, Wasser oder Luft gelangen. Zum Beispiel bei der Wärmedämmung von Gebäuden: Die Kunststoffe in den Dämmplatten enthalten Flammschutzmittel, die bei Regen ausgewaschen werden und ein Risiko für die Umwelt darstellen können.

Experten der BAM untersuchen daher im Projekt „Material und Umweltsimulationen“ (MaUS) Modellmaterialien aus weitverbreiteten bzw. besonders umweltrelevanten Kunststoffen auf ihre Schadstoffemission. Dazu simulieren sie Umwelteinflüsse auf das Material und evaluieren die Freisetzungsrate von Schadstoffen in die Umwelt. Ziel sind Schnellprüfungsverfahren, zum Beispiel durch eine verkürzte Prüfdauer im Zeitrafferverfahren.

Bislang ist es schwierig, Schadstoffe zu identifizieren, die erst durch Wechselwirkungen mit der Witterung oder Mikroben toxikologisch relevant werden. Die von der BAM entwickelten Schnellprüfverfahren sollen Herstellern die Möglichkeit geben, Kunststoffmaterialien und Kunststoffprodukte sicherer und effizienter auf mögliche Schadstoffemissionen zu analysieren.

Kompetenzen der BAM

Als Kompetenzzentrum kombiniert die BAM in diesem Projekt langjähriges Fachwissen mit einzigartigen experimentellen Einrichtungen. So arbeiten zum Beispiel Experten aus den Bereichen Umwelt-, Spuren- und Lebensmittelanalytik mit Fachleuten zu biologischer Materialschädigung sowie Gefahrgutverpackungen zusammen. Sie werden außerdem von Spezialisten für Kunststoffalterung und Schadstofftransfer unterstützt.

In Umweltsimulations-Prüfkammern kann die BAM experimentell eine Bewitterung (unter anderem durch Beregnung oder UV-Bestrahlung) der Kunststoffe simulieren. Emissions-Messkammern ermöglichen Untersuchungen zum Schadstoffausstoß, zum Beispiel bei verschiedenen Temperaturen oder wechselnder Luftfeuchtigkeit. Und in BAM eigenen Schwammkellern lassen sich die natürlichen Umweltbedingungen eines mitteleuropäischen Wald- bzw. Wiesenbodens wie im Zeitraffer nachstellen – inklusive Regen.

Leistung und Vorgehen der BAM

Das Projekt ist in Arbeitspakete unterteilt.

Alterung und Emission

Im Fokus stehen die gezielte Alterung von Kunststoffen unter Umweltbedingungen sowie Umweltsimulationen, unter anderem durch Gase, UV-Bestrahlung oder Temperatur, und Untersuchungen zu Veränderungen der Materialeigenschaften.

Alterung unter mikrobieller Aktivität

Modellmaterialien werden durch eine gezielte Alterung mithilfe von Mikroben in Böden untersucht. Aus der Freisetzungsrate der Schadstoffe werden Schnellalterungstests unter definierten Bedingungen abgeleitet.

Transformation und Metabolismus

Hier untersucht die BAM das Verhalten der Schadstoffe in der Umwelt und betrachtet mögliche Metabolite (Stoffwechselprozesse) von Mikroorganismen.

Schnellprüfverfahren und Referenzmaterialien

Aus den Ergebnissen werden Schnellprüfverfahren und Referenzmaterialien abgeleitet, die Tests von Schadstoffemissionen sowie Umweltverträglichkeit und -beständigkeit ermöglichen. Dazu sollen Simulationen und reale Beanspruchungen verglichen werden.

Ein BAM-Mitarbeiter stellt Kunststoff-Platten in die Bewitterungskammer / begutachtet Kunststoffplatten.

Kunststoffe werden im Labor UV-Strahlung oder künstlichem Regen ausgesetzt, um Umwelteinflüsse wie im Zeitraffer zu simulieren.

Quelle: BAM/Thomas Köhler