Welche VOC entstehen bei der Kunststoffverarbeitung?

Bei der Kunststoffverarbeitung entstehen flüchtige organische Verbindungen (VOC), Kunststoffstaub und Pyrolysegase, deren Art und Menge stark vom verarbeiteten Material und dem eingesetzten Prozess abhängen. Besonders thermische Verfahren wie Spritzguss, Extrusion, Thermoformen und Laserschneiden setzen dabei erhebliche Mengen gesundheitsgefährdender Schadstoffe frei. Der folgende Artikel beantwortet die wichtigsten Fragen zu Emissionen, Grenzwerten und wirksamer Absaugung bei der Kunststoffbearbeitung.

Welche Schadstoffe entstehen beim Erhitzen von Kunststoffen?

Beim Erhitzen von Kunststoffen entstehen je nach Material und Temperatur flüchtige organische Verbindungen (VOC), Partikel und Pyrolysegase. Typische Schadstoffe sind Aldehyde, Styrol, Isocyanate, Chlorwasserstoff (HCl) sowie polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK). Hinzu kommen Feinstaub- und Ultrafeinstaubpartikel, die tief in die Atemwege eindringen können.

Die Entstehung dieser Schadstoffe folgt einem klaren Mechanismus: Übersteigt die Prozesstemperatur die thermische Zersetzungstemperatur des Kunststoffs, beginnt die Polymerstruktur zu brechen. Es entstehen niedermolekulare Spaltprodukte, die als Gas oder Aerosol in die Hallenluft übergehen. Bereits bei Verarbeitungstemperaturen im normalen Betriebsbereich, also unterhalb der eigentlichen Zersetzungstemperatur, gast ein Teil der Additive, Weichmacher und Restmonomere aus.

Konkret lassen sich drei Schadstoffgruppen unterscheiden:

• Gase und Dämpfe (VOC): Formaldehyd, Acetaldehyd, Styrol, Benzol, Vinylchlorid, Isocyanate, Acrylnitril
• Partikel und Feinstäube: Primärpartikel aus mechanischer Bearbeitung sowie Sekundärpartikel aus der Kondensation flüchtiger Verbindungen
• Pyrolysegase: Kohlenmonoxid (CO), Chlorwasserstoff (HCl) bei PVC, Blausäure (HCN) bei stickstoffhaltigen Kunststoffen wie Polyamid oder ABS

Für Chlorwasserstoff (HCl) gilt nach TRGS 900 ein Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) von 2 ml/m³, umgerechnet 3 mg/m³. Für Styrol beträgt der AGW 86 mg/m³ beziehungsweise 20 ppm. Enthalten Kunststoffe krebserzeugende Bestandteile, greift zusätzlich das risikobezogene Maßnahmenkonzept der TRGS 910 mit Akzeptanz- und Toleranzkonzentration.

Welche Kunststoffarten setzen besonders viele VOC frei?

PVC, ABS, Polyamid (PA) und Polyurethan (PUR) gelten als besonders emissionsintensiv. PVC setzt bei thermischer Belastung Chlorwasserstoff frei, ABS emittiert Styrol und Acrylnitril, Polyamid kann Blausäure freisetzen, und Polyurethan gibt Isocyanate ab, die zu den gefährlichsten Atemwegsreizstoffen in der Industrie zählen.

Thermoplaste mit hohem VOC-Potenzial

Unter den Thermoplasten stechen folgende Materialien durch besonders problematische Emissionen hervor:

• PVC (Polyvinylchlorid): Gibt bei Überhitzung Chlorwasserstoff (HCl) ab. Auch im normalen Verarbeitungsbereich entweichen Weichmacher wie Phthalate.
• ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol): Emittiert Styrol (AGW 86 mg/m³ beziehungsweise 20 ppm) und Acrylnitril, beides Substanzen mit krebserzeugenden Eigenschaften.
• Polyamid (PA 6, PA 66): Setzt bei thermischer Zersetzung Caprolactam (AGW 5 mg/m³, E-Fraktion) und bei starker Überhitzung Blausäure frei.
• POM (Polyoxymethylen): Gibt bereits bei moderaten Temperaturen Formaldehyd ab, ein bekanntes Karzinogen.
• PMMA (Acrylglas, Plexiglas): Emittiert beim Fräsen und Laserschneiden Methylmethacrylat (MMA).

Duroplaste und faserverstärkte Kunststoffe

Duroplaste wie Epoxidharze und ungesättigte Polyesterharze (UP-Harze) emittieren bei der Verarbeitung und Bearbeitung Restmonomere und reaktive Verbindungen. GFK (glasfaserverstärkter Kunststoff) setzt beim Sägen, Fräsen und Schleifen zusätzlich Glasfaserstäube frei, die als lungengängige Fasern eingestuft sind. Bei CFK (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) entstehen Carbonfaserstäube, für die nach DGUV Fachbereich AKTUELL FBHM-074 besondere Schutzmaßnahmen gelten.

Wie gefährlich sind VOC aus der Kunststoffverarbeitung für die Gesundheit?

VOC aus der Kunststoffverarbeitung können akute und chronische Gesundheitsschäden verursachen. Kurzfristig treten Reizungen der Atemwege, Augen und Schleimhäute auf. Bei längerer Exposition bestehen Risiken für Atemwegserkrankungen, Sensibilisierungen und, bei krebserzeugenden Substanzen wie Formaldehyd, Acrylnitril oder Vinylchlorid, ein erhöhtes Krebsrisiko.

Die gesundheitliche Wirkung hängt von drei Faktoren ab: der Konzentration des Schadstoffs in der Atemluft, der Expositionsdauer und den spezifischen toxikologischen Eigenschaften der jeweiligen Substanz. Besonders kritisch sind Substanzen ohne festgelegten Arbeitsplatzgrenzwert, bei denen stattdessen das risikobezogene Maßnahmenkonzept der TRGS 910 gilt.

Isocyanate aus der PUR-Verarbeitung können bereits in geringen Konzentrationen Berufsasthma auslösen. Eine einmal eingetretene Sensibilisierung ist irreversibel. Formaldehyd aus der POM-Verarbeitung ist nach IARC als krebserzeugend für den Menschen eingestuft. Vinylchlorid aus der PVC-Verarbeitung gilt als gesichert krebserzeugend für die Leber.

Betriebe, die bei einer BG-Prüfung keine ausreichende Absaugtechnik nachweisen können, riskieren Bußgelder, Auflagen und im Schadensfall die persönliche Haftung verantwortlicher Führungskräfte.

Welche gesetzlichen Grenzwerte gelten für VOC am Arbeitsplatz?

Für VOC am Arbeitsplatz gelten die Arbeitsplatzgrenzwerte (AGW) nach TRGS 900. Die Grenzwerte sind substanzspezifisch. Für krebserzeugende Verbindungen ohne AGW gilt das risikobezogene Maßnahmenkonzept der TRGS 910 mit Akzeptanz- und Toleranzkonzentrationen. Für Kunststoffstäube gelten zusätzlich TRGS 900 und TRGS 504.

Wichtige Grenzwerte für typische Emissionen bei der Kunststoffbearbeitung in der Industrie:

• Styrol (ABS, UP-Harze): AGW 86 mg/m³ beziehungsweise 20 ppm nach TRGS 900
• Chlorwasserstoff / HCl (PVC): AGW 2 ml/m³, entspricht 3 mg/m³
• Formaldehyd (POM, Phenolharze): Kein AGW, TRGS 910 gilt, Akzeptanzkonzentration und Toleranzkonzentration sind stoffspezifisch festgelegt
• Allgemeiner Feinstaub (A-Fraktion): AGW 1,25 mg/m³
• Allgemeiner Feinstaub (E-Fraktion): AGW 10 mg/m³

Für Kunststoffstäube gilt: Die Staubklasse des erforderlichen Entstaubers richtet sich nach dem AGW des jeweiligen Staubs. TRGS 900 enthält die maßgeblichen Arbeitsplatzgrenzwerte. Die Staubklassen L, M und H sind Geräteeinstufungen nach DIN EN IEC 60335-2-69. Liegt der AGW über 1 mg/m³, ist Staubklasse L ausreichend. Ab 0,1 mg/m³ ist Staubklasse M erforderlich. Unter 0,1 mg/m³ oder bei krebserzeugenden Stäuben gilt Staubklasse H nach DIN EN IEC 60335-2-69.

Für die Kunststoffbearbeitung mit thermischer Zersetzung sind TRGS 900, TRGS 727 und die ATEX-Richtlinien die maßgeblichen Regelwerke. TRGS 528 betrifft ausschließlich schweißtechnische Arbeiten und ist für die Kunststoffbearbeitung nicht anzuwenden.

Wie lassen sich VOC bei der Kunststoffverarbeitung effektiv absaugen?

VOC bei der Kunststoffverarbeitung lassen sich am effektivsten durch eine Kombination aus Erfassung direkt an der Entstehungsquelle, Partikelabscheidung und anschließender Gasphasenbehandlung mit Aktivkohle absaugen. Die Reihenfolge ist dabei technisch zwingend: Erst Partikel abscheiden, dann die Gasphase behandeln.

Dieser Grundsatz ist entscheidend: Aktivkohle wirkt gegen die Gasphase, nicht gegen Partikel. Wird die Reihenfolge umgekehrt, verstopft Staub die Aktivkohle und setzt die Adsorptionskapazität außer Kraft. Bei Gemischen aus Staub und Dampf, wie sie typisch für Spritzguss, Extrusion oder das Fräsen von Kunststoff sind, muss deshalb immer zuerst die Partikelabscheidung erfolgen.

Erfassungskonzepte nach Prozess

Die Wahl des Erfassungskonzepts hängt vom Prozess ab:

• Spritzguss und Extrusion: Absaughaube direkt am Werkzeug oder Anguss; bei offenen Maschinen Einhausung mit integrierter Absaugung
• Fräsen, Sägen, Schleifen von Kunststoff: Direktabsaugung an der Bearbeitungsstelle; bei CNC-Anlagen Maschinenabsaugung mit integrierter Erfassung
• Thermoformen und Tiefziehen: Absaugung über der Formstation; bei großen Anlagen zentrale Absauganlage mit mehreren Erfassungspunkten
• Laserschneiden von Kunststoff: Absaugung direkt im Schneidbereich; besonders bei PVC ist Aktivkohlestufe zwingend erforderlich

Filterkonzepte für Kunststoffemissionen

Je nach Schadstoffgemisch kommen unterschiedliche Filterstufen zum Einsatz:

• Trockenfilter (Entstauber): Für Kunststoffstäube aus mechanischer Bearbeitung; Staubklasse nach AGW des Staubs (L, M oder H nach DIN EN IEC 60335-2-69)
• Nassabscheider: Geeignet für klebrige, reaktive oder hygroskopische Medien; bei bestimmten Anwendungen kann elektrostatische Aufladung durch den Wasserkontakt reduziert werden – ob und in welchem Umfang Brand- oder Explosionsschutz erreicht wird, hängt vom jeweiligen Medium und der Anlagenauslegung ab. Bei der Verarbeitung von Metallen oder anderen wasserstoffbildenden Stoffen ist die mögliche Entstehung von Wasserstoff gesondert zu bewerten.
• Aktivkohlestufe: Für die Gasphase (VOC, Lösemitteldämpfe, Gerüche); immer nachgeschaltet zur Partikelabscheidung
• HEPA-Endstufe (H13/H14 nach DIN EN 1822): Bei krebserzeugenden Stäuben oder sehr feinen Partikeln als abschließende Filterstufe; die Staubklasse bewertet das Gerät, nicht allein das Filtermedium. Die Auswahl einer geeigneten Filtermedienklasse ist gesondert anhand der Anwendung und Gerätekonfiguration zu prüfen.

Bei explosionsfähigen Kunststoffstäuben, etwa bei der Verarbeitung von Kunststoffpulver oder Mahlgut, sind die ATEX-Anforderungen und VDI 2263 Blatt 6 zu beachten. Elektrostatische Aufladung von Kunststoffpulver ist dabei ein eigenständiges Zündrisiko, das bei der Auslegung der Absauganlage berücksichtigt werden muss.

Wann ist eine professionelle VOC-Absauganlage Pflicht?

Eine professionelle Absauganlage bei der Kunststoffverarbeitung ist immer dann Pflicht, wenn durch den Prozess Gefahrstoffe im Sinne der Gefahrstoffverordnung (GefStoffV) freigesetzt werden und die Arbeitsplatzgrenzwerte ohne technische Schutzmaßnahmen überschritten werden können. Die Gefährdungsbeurteilung nach § 6 GefStoffV ist dabei die rechtliche Grundlage für jede Entscheidung.

Konkret besteht eine Pflicht zur technischen Absaugung in folgenden Situationen:

• Verarbeitung von PVC, ABS, POM, PUR oder anderen Kunststoffen mit krebserzeugenden oder sensibilisierenden Emissionen
• Thermische Prozesse (Spritzguss, Extrusion, Thermoformen, Laserschneiden), bei denen VOC über die AGW-Werte der TRGS 900 hinaus freigesetzt werden können
• Mechanische Bearbeitung (Fräsen, Sägen, Schleifen) von Kunststoffen, die lungengängige Feinstäube erzeugen
• Bearbeitung von GFK oder CFK, bei der Faserstäube entstehen
• Prozesse mit Kunststoffpulver oder Mahlgut, bei denen explosionsfähige Staubwolken entstehen können

Das Minimierungsgebot gilt unabhängig vom Erreichen eines Grenzwerts: Auch unterhalb der Toleranzkonzentration sind nach TRGS 910 technische Maßnahmen zu ergreifen, um die Exposition so weit wie möglich zu reduzieren. Wer ausschließlich auf persönliche Schutzausrüstung setzt und technische Absaugmaßnahmen unterlässt, verstößt gegen das Vorrangprinzip nach § 7 GefStoffV.

Die Gefährdungsbeurteilung bestimmt, welche Staubklasse, welche Filterklasse und welches Erfassungskonzept erforderlich sind. Sie ist Pflicht vor der Inbetriebnahme und bei jeder wesentlichen Änderung des Prozesses.

Wie ULMATEC bei der Absaugung von Kunststoffemissionen unterstützt

Wir bei ULMATEC analysieren den jeweiligen Werkstoff, Prozess und Volumenstrom und entwickeln, fertigen und montieren die passende Absauganlage dazu. Auslegung, Fertigung, Montage und Inbetriebnahme erfolgen aus einer Hand, hergestellt in Deutschland.

Für die Kunststoffverarbeitung bedeutet das konkret:

• Prozessanalyse: Wir bewerten, welche Schadstoffe bei Ihrem spezifischen Kunststoff und Verfahren entstehen und welche Grenzwerte nach TRGS 900 und TRGS 910 relevant sind
• Filterauswahl: Vom Trockenfilter (Staubklasse L, M oder H) über Nassabscheider für reaktive oder klebrige Medien bis zur Aktivkohlestufe für VOC und Gerüche
• Absauganlage nach ATEX: Bei explosionsfähigen Kunststoffstäuben legen wir die Anlage nach VDI 2263 Blatt 6 und den geltenden ATEX-Anforderungen aus
• Skalierbare Anlagengrößen: Unsere CF-Serie (Entstauber) ist in den Größen XS bis XXL erhältlich, von der Einzelmaschine bis zur zentralen Absauganlage für mehrere Arbeitsplätze mit bis zu 250.000 m³/h
• Gleichzeitigkeitsfaktor (GZF): Bei zentralen Anlagen mit mehreren Erfassungspunkten berücksichtigen wir den GZF bei der Auslegung. Durch die Analyse des Gleichzeitigkeitsfaktors lässt sich die Absauganlage abhängig von den tatsächlichen Betriebsabläufen bis zu 40 % kleiner dimensionieren.
• Vollständige technische Dokumentation: Alle Anlagen werden mit Dokumentation geliefert, die für die Gefährdungsbeurteilung und BG-Prüfungen benötigt wird
• Förderfähigkeit: Unsere Anlagen sind meist förderfähig nach BAFA und KfW. Fragen Sie uns dazu an. Unsere Bewilligungsquote für Förderungen liegt bei 100 %.

Betriebe, die Investitionssicherheit bei der Absaugtechnik benötigen und normkonforme Lösungen für die Kunststoffbearbeitung suchen, können uns direkt ansprechen. Nehmen Sie Kontakt auf und schildern Sie Ihren Prozess, Ihr Material und Ihre aktuelle Situation. Wir bewerten gemeinsam mit Ihnen, welche Absauganlage für Ihre Anforderungen ausgelegt werden muss.

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