Einfluss von nanoskaligen Hilfsstoff-Zusätzen auf das Zünd- und Explosionsverhalten von Lebensmittelstäuben

Abbildung 1: Mindestzündenergie von ungetrocknetem Weizenmehl in Abhängigkeit des prozentualen Masseanteils an Nano-Siliziumdioxid

In der Lebensmittelindustrie werden Nano-Zusatzstoffe in Form von Zubereitungs-Hilfsstoffen wie z.B. Siliziumdioxid eingesetzt, um Produkteigenschaften (z.B. Stabilität oder Rieselfähigkeit) zu verbessern. Im Rahmen eines Forschungsprojekts der BGN konnte nachgewiesen werden, dass auch in den Mitgliedsbetrieben nanoskalige Hilfsstoff-Zusätze als Rieselhilfen und Farbstoffe, wie u.a. Silizium- und Titandioxid verwendet werden (Hacke, 2018).

Bei früheren Explosionsversuchen im Versuchsfeld in Kappelrodeck wurden wenige Prozent "Aerosil" (Evonik Industries AG, nanoskaliges Siliziumdioxid) den Stäuben zur Verbesserung des Fließverhaltens beigemengt. Dabei zeigte sich eine signifikante Veränderung des Explosionsverhaltens der eingesetzten Stäube. Der KST-Wert (Maß für Explosionsheftigkeit) erhöhte sich um ca. 20 %.

Diese Beobachtung legt den Schluss nahe, dass auch andere explosionstechnische Kenngrößen (u.a. maximaler Explosionsdruck) und das Zündverhalten (z.B. Mindestzündenergie) durch nanoskalige Zusätze stark beeinflusst werden. Ohne genauere Kenntnisse über das Verhalten von Pulver-Mischungen mit nanoskaligem Zusatz ist eine sachgerechte Gefährdungsbeurteilung kaum möglich.

Ziel des Projekts ist die Unterstützung der Betriebe bei der Durchführung der Gefährdungsanalyse. Dazu soll der Einfluss nanoskaliger Zusätze auf das Zünd- und Explosionsverhalten von Pulver-Mischungen systematisch untersucht werden.

Im ersten Schritt werden an ausgewählten Stäuben aus den Bereichen Lebens- und Futtermittelindustrie explosionstechnische Kenngrößen und das Zündverhalten ermittelt. Anschließend werden in Mischungsreihen mit steigendem Anteil an nanoskaligem Zusatzstoff, der Einfluss auf die explosionstechnischen Kenngrößen und das Zündverhalten bestimmt.

Als Zusatzstoffe wurden zwei Siliziumdioxide mit unterschiedlichen Eigenschaften ausgewählt. Beim ersten handelt es sich um ein hundertprozentiges Nanomaterial, während das zweite einen nanopartikulären Anteil von ≤ 50 % aufweist. Im Anschluss daran werden Untersuchungen der Mischungsreihen mit weiteren Zusatzstoffen und Lebensmittelstäuben erfolgen.

Bisherige Messergebnisse bestätigen die Vermutung, dass von Nanomaterialien ein deutlicher Einfluss auf das Zündverhalten von pulverförmigen Mischungen ausgeht. So sinkt z.B. die Mindestzündenergie (MZE) von Weizenmehl mit zunehmendem Masseanteil an nanoskaligen Siliziumdioxid auf ca. ¼ der MZE von reinem Weizenmehl und mit dem anteilig nanopartikulären Siliziumdioxid auf weniger als die Hälfte der MZE (Abb. 1).

 

Publikation:
S. Hacke
Messtechnische Bestimmung von Nanopartikel-Expositionen an Arbeitsplätzen der Lebens- und Futtermittelindustrie; Gefahrstoffe- Reinhaltung der Luft 78 (2018) Nr. 7-8, 279-286.

Ansprechpartner für weitere Informationen:
Dr. Susanne Hacke und Dr. Albrecht Vogl
E-Mail: albrecht.vogl(ат)fsa.de