PFAS, Herausforderungen bei der Rückverfolgbarkeit, die sich auf die Konsistenz kundenspezifischer Mischer auswirken

AKRON – Konformität in der Serienproduktion im kundenspezifischen Mischgeschäft ist von grundlegender Bedeutung und eine Art heiliger Gral für Elastomere für den Gesundheitsbereich.

Die Auswirkungen von Chargeninkonsistenzen sind akut, da sie zu erheblichen Verzögerungen bei der Entwicklung neuer Materialien führen können.

Ein Expertengremium auf der Healthcare Elastomers Conference am 8. Mai gab einige Ratschläge zur Wiederholbarkeit des Mischprozesses und zu aktuellen Herausforderungen durch Umweltvorschriften, einschließlich der Maßnahmen, die möglicherweise auf ein Verbot von PFAS-Chemikalien abzielen.

„Aus Sicht der Labortests kann die Variation von Charge zu Charge in zwei Probleme unterteilt werden: Handelt es sich um ein Materialproblem oder ein Herstellungsproblem? Wir möchten sicherstellen, dass die Rohstoffe konsistent sind“, sagte Kylie Knipp, Senior Technical Account Manager für Ace Laboratories mit Sitz in Ravenna, Ohio, ein Unternehmen zur Prüfung von Gummimaterialien. „Wenn es um die Herstellung oder den Prozess geht, sind Tests zur Verarbeitbarkeit erforderlich.

„Hier würden wir mit Ungereimtheiten beginnen.“

Laut Khaled Boqaileh, CEO und Mitbegründer von LabsCubed mit Sitz in Kitchener, Ontario, das automatisierte Zugprüfgeräte anbietet, sind Automatisierung, künstliche Intelligenz und Datenintegrität weitere Mittel zur Vermeidung von Chargenschwankungen.

„Wir streben keine Konformität bei Chargenähnlichkeiten an, aber unsere Kunden tun dies auf jeden Fall“, sagte Boqaileh. „Und hier kann die Automatisierung ins Spiel kommen, um sie zu unterstützen … bei der Einheitlichkeit von Charge zu Charge.“

Boqaileh sagte, die komplexe Natur der Testprozesse und die damit verbundene analytische Datenerfassung eigneten sich gut für Simulationen.

„Das Hinzufügen eines Simulationsteils und die Beschleunigung dieses Teils, wir wissen, dass das die Hauptsache sein wird“, sagte Boqaileh. „Und ich würde sagen, dass der Teil der Datenintegrität der wichtigste Teil ist – nicht der Teil der KI.“

Laut Ed Terrill, angewandter Forschungsstipendiat am Akron Rubber Development Laboratory Inc., ist die Wahl der Methoden und Geräte für die Prüfung medizinischer Gummiprodukte ebenso wichtig.

Er hat für Goodyear in den Abteilungen Polyester, Reifenphysik und Compound-Wissenschaft sowie für DuPont in der Textilfaserforschung gearbeitet.

„Der Test muss spezifisch sein, vielleicht nicht nur auf Zug“, sagte Terrill. „Sie können die Streuung mit Zugversuchen messen. Für die Lebensdauer eines Produkts sind militärische Spezifikationen eine grobe Richtlinie … normalerweise halten wir uns nicht daran.

„Wir betrachten die Alterungsrate und verwenden Temperaturdaten, um die Lebensdauer vorherzusagen. Sobald die physikalischen Tests abgeschlossen sind, gehen wir zur statistischen Analyse über, um herauszufinden, wo die Abweichungen in den einzelnen Schritten des Prozesses liegen.“

Es ist von entscheidender Bedeutung, das richtige Material für analytische Tests zu beschaffen und dieses Material zu vergleichen – also genau zu wissen, was in eine individuelle Mischung einfließt.

Es ist ebenso kompliziert, insbesondere da die Industrie zur Herstellung von Gesundheitselastomeren auf globaler Ebene existiert.

„Rückverfolgbarkeit ist immer von Bedeutung … Sie müssen in der Lage sein, Ihr Material zu verfolgen“, sagte Knipp. „Und dies kann dazu führen, dass sich Ihre Lieferanten ändern, sodass ein Material womöglich an einen anderen Ort zurückverfolgt werden kann.

„Aber es gibt Möglichkeiten, einen Fingerabdruck des Materials zu erfassen, um sicherzustellen, dass das richtige Material verwendet wird. Sie können vergleichen, was Sie aktuell erhalten, sodass Sie konsistente chemische und physikalische Eigenschaften haben – und so eine langfristige Lebensdauer gewährleisten.“

Dies gilt insbesondere für Fluorelastomere, sagte Bill Stahl, der über vier Jahrzehnte Erfahrung in der Produktentwicklung verfügt, darunter 30 Jahre bei DuPont Performance Elastomers.

„Vom Standpunkt des individuellen Mischens aus wünscht man sich eine gute Konsistenz“, sagte er. „Die Tageszeit und die Luftfeuchtigkeit können dazu führen, dass die Ergebnisse variieren. Wir möchten sicherstellen, dass das Rezept sicher ist.“

„Bei Fluorelastomeren braucht man Rückverfolgbarkeit. Wenn das Material an jemand anderen gelangt (ohne es), hat dieser keine Ahnung, was in der Gummimischung enthalten ist. Wenn das Teil versagt, gibt es keine Möglichkeit, es zurückzuverfolgen. Aber wenn man es hat, Ein Kunde weiß genau, was in der Rezeptur enthalten ist.“

Boqaileh stellte fest, dass die Rückverfolgbarkeit durch die Eingabe von Daten in ein System unterstützt werden kann – etwas, das die Automatisierung sehr gut leistet.

„Während der Pandemie wurde es kompliziert, eine Art Brandbekämpfungssituation“, sagte er. „Es wird immer eine Frage der Dateneingabe in ein System sein. Und manchmal kann das auf der Strecke bleiben.“

Es gebe auch einen Sicherheitsaspekt, sagte Knipp.

„Mit dem Vorstoß zu On-Shore-Produkten (wie der Handschuhproduktion) betrachteten die Menschen dies aus der Sicht der nationalen Sicherheit“, sagte sie. „Aber wenn Onshoring stattfindet, kann es die Rohstoffverfügbarkeit beeinträchtigen. Was in den USA verfügbar ist, kann sich stark von dem unterscheiden, was in Asien verfügbar ist.“

„Es gibt viele Dinge zu beachten. Und wir sehen einen Vorstoß, um sicherzustellen, dass die Daten korrekt und wiederholbar sind.“

Per- und Polyfluoralkylsubstanzen, allgemein bekannt als PFAS, beschäftigen viele in der Gummiprodukt- und anderen Industrie.

Auf der Liste stehen mehr als 9.000 Chemikalien, die von den US-Bundesstaaten und der Europäischen Union für eine Regulierung in Betracht gezogen werden.

„Menschen sind dem Material jeden Tag mit beschichtetem Kochgeschirr, Stoffen, schmutzabweisenden Materialien, Mascara, Zahnseide, Lippenstift, Pharmazeutika und einigen kommerziellen Medikamenten, darunter Lipitor und Flonase, ausgesetzt“, sagte Stahl. „Allein in der Gesundheitsbranche verwenden Nierenmaschinen PFAS-Materialien und sie werden in Implantatgeräten verwendet.“

Die Allgegenwärtigkeit von PFAS-Materialien stellt ein enormes Problem dar.

„Sie werden überall eingesetzt“, sagte Stahl. „Sie müssen feststellen, was ein gutes PFAS und was ein schlechtes PFAS-Material ist.“

Diese weit verbreiteten, langlebigen Chemikalien enthalten Bestandteile, die laut US-Umweltschutzbehörde EPA mit der Zeit sehr langsam abgebaut werden.

PFAS-Spuren wurden im Blut von Menschen und Tieren auf der ganzen Welt gefunden und kommen in geringen Mengen in einer Vielzahl von Lebensmitteln und in der Umwelt vor. PFAS kommen in Wasser, Luft, Fischen und Böden an Standorten im ganzen Land und auf der ganzen Welt vor.

Wissenschaftliche Studien haben gezeigt, dass die Exposition gegenüber einigen PFAS in der Umwelt gesundheitsschädliche Auswirkungen auf Mensch und Tier haben kann.

Zu den häufigsten PFAS-Chemikalien gehören Perfluoroctansulfonat (PFOS) und Perfluoroctansäure (PFOA), auch bekannt als C8.

Diese Chemikalien wurden einst in Substanzen wie Stoff- und Lederbeschichtungen, Haushaltsreinigern, Feuerlöschschäumen und schmutzabweisenden Teppichen verwendet.

Einige US-amerikanische und kanadische Hersteller haben ihre Verwendung in den letzten zwei Jahrzehnten schrittweise eingestellt.

„Nur eine Handvoll davon sind tatsächlich gefährlich, und die Aufsichtsbehörden scheinen zu versuchen, Dinge pauschal zu verbieten“, sagte Knipp. „Das treibt die Menschen dazu, andere Optionen zu nutzen, und bestimmte Materialien sind nicht einfach zu ersetzen.“

„Andere Polymere erreichen nicht die gleiche Leistung.“

Der Chemieriese 3M plant, ganz aus PFAS-Materialien auszusteigen, sagte Stahl.

„Es begann mit der Gesundheitsbranche, als festgestellt wurde, dass einige davon gesundheitsschädlich waren“, sagte er. „Anwälte begannen, Klagen einzureichen, und die Umweltaufsichtsbehörden griffen zu und machten auf alle PFAS aufmerksam, die sich in der Umwelt befinden.“

„Wir müssen etwas dagegen tun. Große Unternehmen beginnen, aus PFAS-Materialien auszusteigen. In den USA sind die Staaten die treibende Kraft dabei, nicht die Bundesregierung.“

Es wird erwartet, dass die EU im September über die regulierte Verwendung von PFAS abstimmt (und ein vollständiges Verbot bis 2050 vorsieht), während die Bundesstaaten in den USA unterschiedliche Zeitpläne haben, um einige oder alle der aufgeführten PFAS-Chemikalien anzugehen.

„Aus materialtechnischer Sicht besteht die Herausforderung bei den Verboten darin, andere Materialien zu finden, die diese fluorierten Polymere ersetzen können“, sagte Knipp. „Bestehende Hersteller suchen nach anderen High-End-Materialien.“

Stahl fügte hinzu: „Chemours, Trelleborg … alle reden darüber.“

„Wenn die EU zuerst durchzieht, wird sich das auf die Produktion in diesem Land und weltweit auswirken“, sagte er. „Es ist sehr schwierig, dieses Material aus der Umwelt zu entfernen. Es existiert seit den 1930er Jahren, als Teflon entdeckt wurde.“

„Es herrscht eine starke Chemie und es wird noch lange so bleiben.“

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