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Neuer Dichtungswerkstoff mit erweiterten Einsatzmöglichkeiten für Pharma und Food

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18.09.2008 Jetzt gibt es einen Dichtungswerkstoff, der Fettbeständigkeit mit einer sehr guten Leistungsfähigkeit in CIP-/SIP-Prozessen vereint: Fluoroprene XP-40. Damit ist ein Werkstoff verfügbar, der Reinigungsmittel und Heißdampf ebenso gut übersteht wie EPDM und darüber hinaus den Einsatz in fett- und ölhaltigen Medien zulässt.

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Entscheider-Facts


  • Eine ganzheitliche Betrachtung des Produktionsprozesses beinhaltet die Reinigung, so dass eine Dichtung nicht nur nach dem zu verarbeitenden Produkt sondern auch nach den CIP-/SIP-Parametern ausgewählt werden muss.
  • Produktverluste und (ungeplante) Produktionsstillstände sind inakzeptabel;eine Dichtung muss auch in hocheffektiven Reinigungszyklen und im totraumfreien Hygienic Design ihre Funktion erfüllen.
  • Wechsel von Dichtungsmaterialien und Änderung der Reinigungsprozeduren werden in Zeiten größerer Produktspektren und häufigerer Produktwechsel zunehmend kritisch.
  • Ein Dichtungsmaterial muss darum vielseitiger einsetzbar sein und eine bessereLeistungsfähigkeit aufweisen als bisher – ohne dabei zu kostenintensiv zu werden.
  • Dies alles erfüllt der neue blaue Dichtungswerkstoff Fluoroprene XP-40 mit seiner nahezu universellen Beständigkeit bei geringsten Volumenänderungen.

Die Anforderungen in den Bereichen Lebensmittel, Pharmazie und Biotechnologie sind ausgesprochen anspruchsvoll. DIN11851 und EDIN11864–3 geben vor, dass Dichtungswerkstoffe den lebensmittelrechtlichen Bestimmungen entsprechen müssen; dies bedeutet konkret, dass ein Werkstoff nach den Richtlinien der FDA und dem Bundesgesundheitsamt (BgVV) ausgelegt sein muss. Darüber hinaus gibt es die 3-A Sanitary Standards. Diese vor allem in der milchverarbeitenden Industrie gefragte Norm gibt nicht nur die Beständigkeit gegenüber dem Produkt vor, sondern auch gegenüber den Reinigungsmitteln. Leider entsprechen die dort vorgegebenen Medientests nicht mehr den heutigen Anforderungen. Cleaning-in-Place- und Sterilisation-in-Place- (CIP-/SIP-)Prozesse sind über die Jahre deutlich effektiver und damit auch aggressiver geworden. Dies liegt zum einen an dem Trend, keine oder nur noch wenige Konservierungsstoffe zu verwenden, zum anderen an dem Ziel, höhere Produktivität durch kürzere Reinigungszeiten zu erreichen. Also kommen sowohl chemisch aggressivere Reiniger zum Einsatz als auch höhere Reinigungs- und Sterilisationstemperaturen. Mit dem Resultat, dass zahlreiche Werkstoffe den Anforderungen der 3-A Sanitary Standards genügen, sich jedoch in der Praxis nicht bewähren.

Die Situation heute

Der gebräuchlichste Werkstoff in der Hygieneprozesstechnik ist EPDM. Er zeigt die besten Reinigungseigenschaften über die Gruppe aller CIP-Medien bei Temperaturen zwischen 60 und 90°C und kann problemlos mit Heißdampf bei 150°C sterilisiert werden. Die Schwäche des Materials liegt darin, dass es in fett- und ölhaltigen Produkten nur bedingt eingesetzt werden kann. Das sogenannte Fettdiagramm gibt in Abhängigkeit von Fettgehalt und Temperatur des Mediums einen groben Anhaltspunkt über die Verwendbarkeit von EPDM. Befinden sich die Prozessparameter oberhalb der Kurve, musste bisher unter Berücksichtigung von Medien und Temperatur HNBR, Silikon oder FKM ausgewählt werden.

Dies bedeutet wiederum eine Abstimmung der Reinigungsprozedur, da diese Werkstoffe in CIP-/SIP-Prozessen nicht die gleiche Leistungsfähigkeit wie EPDM zeigen. Die üblichen FDA-konformen FKM-Werkstoffe sind nicht in allen sauren und alkalischen Reinigern beständig. Ihnen setzen insbesondere die Inhaltsstoffe Salpetersäure und Wasserstoffperoxid zu. Zudem ist die Resistenz gegen Dampf begrenzt. Bei Verwendung eines hydrierten Nitrilkautschuks müssen ebenfalls Einschränkungen bei sauren Reinigern und Desinfektionsmitteln in Kauf genommen werden.
Keiner der bisher verwendeten Dichtungswerkstoffe (EPDM, HNBR, FKM, Silikon) ist als Universallösung geeignet, da jeder seine spezifische Schwäche hat. Die Folge sind höherer Verschleiß und kürzere Standzeiten. Die engeren Wartungszyklen mit Service- und Reparaturarbeiten verursachen wiederum Kosten, die bei Verwendung eines leistungsstärkeren Werkstoffes nicht nötig wären. Perfluorelastomere (FFKM) böten zwar die erforderliche umfassende Beständigkeit, gelten jedoch für die Anforderungen in der Lebensmittelindustrie als „overengineered“ und werden aufgrund des hohen Preises selten eingesetzt.
Ein weiterer, nicht zu vernachlässigender Aspekt ist das Hygienic Design, das eine immer größere Rolle spielt. Die Vorgaben von guter Reinigbarkeit und Totraumfreiheit führen zu engen Nuten, die den elastomeren Dichtungen nicht mehr viel Raum lassen. Bei Ausdehnung durch Druck, Temperatur oder auch Quellung dehnt sich das inkompressible Material in vorhandene Räume. Die dabei entstehenden Kräfte können so groß sein, dass sie – vor allem bei dynamischer Beanspruchung – zur Abscherung des Materials führen können. Je geringer die Quellung eines Materials über den gesamten Prozess in den verschiedenen Medien ist, desto geringer ist die Gefahr eines unvorhergesehenen Versagens mit allen Konsequenzen eines Produktionsausfalles. Aus diesen Gründen wurde ein speziell für die Lebensmittelindustrie maßgeschneiderter Dichtungswerkstoff entwickelt.

Neue Alternative mit gutenAussichten

Speziell auf diese verschärften Anforderungen bei der Herstellung von Pharmazeutika, Nahrungsmitteln und Getränken abgestimmt ist der völlig neue Dichtungswerkstoff Fluoroprene XP-40. Er entspricht den Regularien der FDA21 CFR177.2600 und ist so nachweislich für den Kontakt mit Lebensmitteln geeignet. Der Test nach den Aspekten des 3-A Sanitary Standard 18–03 zeigt, dass die Anforderungen an Klasse-1-Werkstoffe bei weitem übertroffen werden. Damit gibt es ein Elastomer, das sowohl in Säure, Lauge und Dampf sehr gut beständig ist, dem aber auch Fette sowie die meisten Aromastoffe nichts anhaben können. Das Material kann somit bei allen Anwendungen zum Einsatz kommen.

Seine universelle Einsetzbarkeit beweist Fluoroprene XP-40 im direkten Vergleich mit drei speziellen FKM-Typen. In Zusammenarbeit mit führenden CIP-Medien-Herstellern wurden die aggressivsten Medien der verschiedenen Reinigerkategorien ausgewählt, um die Elastomere einer Maximalbelastung auszusetzen. Dazu erfolgte die Lagerung der verschiedenen Elastomerproben nach DINISO1817 bei höchster angegebener Einsatzkonzentration und -temperatur über eine Woche. Im Test musste sich der neue Werkstoff gegenüber einem FKM TFE-P und einem FKM-Terpolymer TFE-E-PVME beweisen.
Dabei zeigte das neu entwickelte Fluoroprene XP-40 sogar bei höheren Temperaturen und in stärker konzentrierten – 20%iger – Säuren als bei Reinigungen in der Lebensmittelindustrie üblich, eine sehr gute Beständigkeit. In allen gemessenen Medien ist die Quellung des Fluoroprene XP-40 signifikant geringer und sogar einem FFKM mit FDA überlegen. Die maximale Volumenänderung bleibt in allen Medien, auch in heißem Wasser unter 5%, so dass hohe Sterilisationstemperaturen für schnelle und effektive Reinigungszyklen kein Problem mehr darstellen.

Beständigkeit auch gegenüber Fett, Öl und Aromastoffen

Neben der Beständigkeit gegen aggressive Reinigungsmedien muss natürlich auch die Beständigkeit gegenüber den Lebensmitteln selbst gewährleistet sein. Deshalb wurde die Verträglichkeit gegenüber fetthaltigen Produkten geprüft. Exemplarisch wurde dieser neue Dichtungswerkstoff im Kontakt mit reinem Olivenöl und Butter mit einem Fettgehalt von 82%getestet. In beiden Fällen ist so gut wie keine Quellung nachweisbar. Ähnlich ist es mit der Beständigkeit gegenüber Aromastoffen. Während FKM-Werkstoffe selbst bei Raumtemperatur in „Pfirsich“, „Himbeere“ und „Fantasy Fruit“ bereits erheblich quellen, ist für das Fluoroprene XP-40 eine gute Verträglichkeit gegeben. Es gibt jedoch Aromastoffe wie beispielswesie Pfirsich, bei denen bei hoher Konzentration die Beständigkeit eingeschränkt ist.

Insgesamt beweist Fluoroprene XP-40 eine nahezu universelle Beständigkeit in Lebensmitteln sowie gegen die immer aggressiver werdenden Reinigungsbedingungen. Mit der Farbe dunkelblau lässt sich das Fluorelastomer eindeutig von EPDM unterscheiden und verringert damit die Verwechslungsgefahr. Durch den universellen Einsatz des blauen Werkstoffs reduziert sich darüber hinaus der Bevorratungsaufwand für Dichtungen gleicher Größen, die bisher in bis zu fünf Werkstofftypen vorgehalten werden mussten. Und an der Anlage muss wesentlich seltener ein Dichtungswechsel vorgenommen werden – auch bei häufiger werdenden Produktwechseln.

Heftausgabe: September-Oktober 2008
Christine Riebesell , Produkt-Manager Freudenberg Process Seals

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Christine Riebesell , Produkt-Manager Freudenberg Process Seals

Christine Riebesell , Produkt-Manager Freudenberg Process Seals

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