Das übergeordnete Ziel ist die Reduktion von vermeidbaren Messkampagnen an Nanomaterialien sowie der damit verbundenen Tierversuche, ohne Kompromisse bei der Arbeits- und Produkt-Sicherheit einzugehen (Schwerpunkte 3 und 4 der Ausschreibung). Der gewählte Ansatz ist eine Teststrategie die eng mit einer Gruppierungsstrategie verbunden ist. Das nanoGRAVUR Projekt wird die breite Vielfalt von partikulären Stoffen betrachten und in Gruppen systematisieren, die von der Europäischen Empfehlung für eine Definition von Nanomaterialien für regulatorische Zwecke erfasst werden. Gruppierungshypothesen werden mit gezielten Experimenten verifiziert oder falsifiziert. Wir erhalten so Methoden, die ein unbekanntes Material einer der Gruppen zuordnen. Die Systematisierung, ermöglicht im Umkehrschluß ein optimiertes Design von synthetischen Nanomaterialien, die in ihrer Anwendung für den Menschen und die Umwelt unbedenklich sind. Durch die breite Materialbasis etablieren wir Referenzmaterialien mit bekannten Struktur-Wirkungs- und Dosisbeziehungen. Die BASF verantwortet die konzeptuelle Ebene im 'Thema 1', leitet die Arbeitspakete 1 (Gruppierung Materialeigenschaften), 8 (Ökoeffizienz und Nachhaltigkeit) und 9 (Haftpflichtfragen). BASF synthetisiert einen Teil der Nanomaterialien, die dann auch bei BASF oder bei Partnern weiter formuliert werden zu Halbzeugen. Wir testen die Hypothesen von Wirkmechanismen der Form, Dispergierbarkeit, Oberflächenchemie, Löslichkeit, Polymermatrix. Die Tests, die BASF für die Teststrategie entwickeln wird, fokussieren sich auf biophysikalische Methoden zur Stabilität und Reaktivität von Nanomaterialien in unterschiedlichen Medien (AP5) sowie auf die materialwissenschaftlichen Untersuchungen der realen Erscheinungsform sowie Wege und Mechanismen der Freisetzung (AP6): Oberflächenreaktivität, Redox-Prozesse, Photokatalyse, Biopersistenz und Dispergierbarkeit, Verwitterung und Migration. BASF bringt vorhandene toxikologischen Daten ein.
Dämmstoffe aus keramischer Wolle werden aufgrund ihrer Eigenschaften wie niedrige Wärmeleitfähigkeit, niedrige Rohdichte und dadurch geringe Masse sowie wegen ihrer Elastizität für viele Zwecke bevorzugt verwendet. Abhängig von speziellen materialtypischen Eigenschaften und Formen können die hochwertigsten dieser Dämmstoffe bei verschiedenen Gasatmosphären bis zu Temperaturen von 1800 Grad Celsius eingesetzt werden. In Deutschland werden pro Jahr ca. 17.000 t Hochtemperaturfasern eingesetzt. Mit der Diskussion zur Gesundheitsschädigung durch Asbestmaterial wurden auch die keramischen Wollen (refractory ceramic fibres = RCF), welche oft zur Wärmedämmung in Thermoprozessanlagen verwendet werden, ins Blickfeld gerückt. Für die Einteilung der Wollen auf Grund ihrer biologischen Wirkung sind die Faserabmessung und die Biobeständigkeit von Bedeutung. Besonders kritisch werden Fasern mit einer Länge von größer 5 mym, einer Dicke kleiner 3 mym und einem Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis von größer 3 eingestuft. Als Ersatzmaterialien werden Dämmwollen der Systeme CaO-MgO-Si02 oder CaO-A1203, gegebenenfalls mit stabilisierenden Zusätzen von Zr02, angeboten. Die von den Herstellern angegebene Klassifikationstemperatur dieser biolöslicheren Wollen (high temperature glass fibres = HTGF bzw. alkali earth silcate = AES) liegt bei Temperaturen bis 1250 Grad Celsius. Damit sind Thermoprozessanlagen zur Erwärmung und Wärmebehandlung von Stahl sowie Brennöfen der Fein- und Grobkeramik ins Einsatzfeld dieser Wollen eingeordnet. An dieser Stelle benötigt jeder Anwender Aussagen zu Klassifikationstemperatur, Wärmeleitfähigkeit und Rohdichte, welche in der Regel alle aus den entsprechenden Datenblättern der Hersteller entnommen werden können. Zum Verhalten der Dämmstoffe in verschiedenen Ofenatmosphären (oxidierend, neutral, reduzierend), zum Thermoschockverhalten bei periodischem Betrieb oder gar zur chemischen Beständigkeit gegenüber möglichen Atmosphärenbestandteilen bleiben in Bezug auf biolöslicheren Wollen (HTGF-Fasern) meistens jedoch alle Fragen offen. Ziel des Projektes soll es sein, die Unsicherheit über die zulässigen Einsatzbedingungen der biolöslicheren Wollen deutlich zu verringern. Für die Anwender im Thermoprozessanlagenbau sollen Aussagen bereitgestellt werden, um Erzeugnisse aus AES- bzw. HTGF-Materialien sicherer auswählen und einsetzen zu können. So können für die Anlagenbauer und für die Anlagenbetreiber wirtschaftliche Schäden durch den Einsatz biolöslicherer Wollen unter für sie ungeeigneten Bedingungen vermieden werden. Es kann den Vorgaben des Gesetzgebers und dem Wunsch der Anlagenbetreiber nach dem weitestgehenden verantwortbaren Einsatz solcher Materialien entsprochen werden.
Tierexperimente zeigen, daß der Vorschlag der DFG einer Erfassung nur der ultrafeinen Partikeln kleiner 200 nm nicht ausreicht, um die Gefährdung durch ultrafeine Stäube am Arbeitsplatz adäquat abzuschätzen. Vielmehr müssen für eine vollständige Charakterisierung zusätzlich die alveolengängigen Aggregate und Agglomerate erfaßt und hinsichtlich ihrer Biobeständigkeit, d.h. sowohl bezüglich des Zerfalls in Primärteilchen als auch der Löslichkeit, bewertet werden. Weiterhin ist zu prüfen, in welcher Menge mechanisch erzeugte Stäube ultrafeine Partikeln im Vergleich mit technisch wichtigen reinen U-Aerosolen (Rauchen) besitzen, bzw. unter welchen Umständen diese vernachlässigt werden können. Eine derartig umfassende Analyse kann prinzipiell mit der hochauflösenden analytischen Rastertransmissionselektronenmikroskopie (ARTEM) im Verbund mit gravimetrischen Verfahren erfolgen. Untersucht werden sollen Schweißrauche als wichtiges Paradigma ultrafeiner Aerosole im Vergleich zu Dieselruß, Carbon Black und durch mechanische Bearbeitung erzeugten Gesteinsstäuben. Luftprobenahmen sollen zunächst an den Prüfständen des Instituts für Gefahrstoffforschung (IGF) der Bergbau - Berufsgenossenschaft, Bochum, erfolgen. Bestimmt werden soll hierbei sowohl die Massenkonzentration der einatembaren (E) als auch der alveolengängigen (A) Fraktion sowie insbesondere die Teilchenkonzentration im Vergleich von ARTEM-Analyse und simultanen Messungen der ultrafeinen (U) Fraktion mit einem Kondensationskeimzähler mit vorgeschaltetem Differentialmobilitätsanalysator (Scanning mobility particle sizer, SMPS von TSI). Später sollen weitere Luftprobenahmen an Arbeitsplätzen, und zwar an ca. 10 Schweißerarbeitsplätzen beim Elektro-, Autogen- und Schutzgasschweißen sowie an je 2 Arbeitsplätzen mit Dieselrußemission und Carbon Black und an einem Arbeitsplatz bei der Bearbeitung von Natursteinen erfolgen. Für eine ARTEM-Analyse unmittelbar an den beaufschlagten Filtern (direkte Präparation) sind kurzzeitige Probenahmen erforderlich, die eine auswertbare Filterbelegung gewährleisten, so daß Primärteilchen, Aggregate und Agglomerate noch einzeln differenzier- und analysierbar sind. Bei längerer Probenahme wird die Filterbeaufschlagung in wäßrige Suspension überführt, aus der dann in einer Verdünnungsreihe weitere Filter beaufschlagt werden können (indirekte Präparation).
Zielsetzung des Forschungsvorhabens 'Entwicklung Alternativer Daemmstoffe fuer den sekundaeren Schallschutz'ist es, in Zusammenarbeit mit ausgewaehlten Industriepartnern alternative Daemmstoffe fuer den sekundaeren Schallschutz als Ersatz fuer herkoemmliche Daemmstoffe aus Mineralfasern zu entwickeln, bzw. zu optimieren und mit herkoemmlichen Daemmstoffen aus kuenstlichen Mineralfasern zu vergleichen. Darueber hinaus sollen die Anwendungsbereiche einiger vorhandener alternativen Daemmstoffe durch einheitliche Test- und Bewertungskriterien beschrieben und alle im Rahmen des Projektes untersuchten alternativen Daemmstoffe bei den in Frage kommenden Anwenderfirmen bekanntgemacht werden. Aus Zeit- und Kostengruenden und auf Grund von Interessenbekundungen der in Frage kommenden Industriepartner war es nicht moeglich, alle eventuell in Frage kommenden alternativen Materialien im Rahmen dieses Vorhabens zu untersuchen und zu bewerten. An den interessierten Industriepartnern orientiert, wurden daher verschiedene Grundstoffmaterialien ausgewaehlt und untersucht. Mineralwolledaemmstoffe, deren Gesundheitsgefaehrdungspotential auf Grund der Biobestaendigkeit ihrer lungengaengigen Fasergeometrien seit ueber einem Jahrzehnt diskutiert und bis heute noch nicht zufriedenstellend geklaert ist, gehoeren technisch und vor allem akustisch gesehen sicherlich zu einer effektiven Daemmstoffgruppe mit einem ueberzeugenden Preis- Leistungs- Verhaeltnis. Ob sich ihnen gegenueber alternative Daemmstoffe auf dem Markt durchsetzten koennen, wird zweifelsohne ueber deren Preis- Leistungs- Verhaeltnis entschieden, da der Anwender nicht bereit ist, den 'Oeko- Bonus' zu finanzieren. Dies wurde auch durch eine Anwenderbefragung bestaetigt. Zur Ermittlung geeigneter Bewertungskriterien wurden in einer Anwenderbefragung, bei der ca. 180 Anwender von Daemmstoffen aus den verschiedensten Bereichen angeschrieben wurden, die Meinungen der Anwender zusammengestellt und bewertet. Die Ergebnisse der Anwenderbefragung, die im Rahmen des Vorhabens durchgefuehrt wurde, koennen selbstverstaendlich nur allgemein gesehen werden. Besondere Verhaeltnisse im Einzelfall muessen in Abhaengigkeit vom Anwendungszweck individuell beruecksichtigt werden. Die Tatsache, dass seit 1995 neue Produktgenerationen von kuenstlichen Mineralfasern, die eine erheblich verminderte Biopersistenz aufweisen, verfuegbar sind, darf nicht darueber hinwegtaeuschen, dass immer noch grosse Mengen herkoemmlicher Mineralfasern aelterer Produktgenerationen als Waerme- und / oder Schalldaemm- bzw. Schalldaempfmaterial eingebaut sind, bzw. Billigimporte mit unveraenderter Bioloeslichkeit aus dem Ausland nachwievor eingesetzt werden.
Mit Hilfe einfacher in vitro-Testsysteme sollen die Zusammenhänge zwischen oxidativem Potential als Maß für die Toxizität künstlicher Mineralfasern und Massenverlust bzw. Veränderung der Faseroberfläche als Maß der Biobeständigkeit aufgeklärt werden. In den bisherigen in vitro-Untersuchungen wurde die Löslichkeit von künstlichen Mineralfasern anhand des Massenverlustes über die Zeit unter bestimmten Bedingungen definiert. Diese Systeme erlauben keine Aussage über den toxischen Charakter der sich auflösenden Faser. Mineralfasern mit unterschiedlichem kanzerogenen Potential sollen in das Lungensurfactant, bzw. die Gewebsflüssigkeit simulierende Medien eingesetzt werden. In regelmäßigen Abständen wird ihr oxidatives Potential in biochemischen Modellsystemen erfasst. Dabei gilt es, die oxidierenden Spezies zu charakterisieren und eine mögliche Beteiligung von Übergangsmetallen an der Reaktivität nachzuweisen. Vor Beginn und nach Beendigung der Versuchsdurchführung werden die verwendeten Fasern einer morphometrischen, chemischen und gewichtsbezogenen Analyse unterzogen. Die gewonnenen Daten sollen zeigen, ob ein kontinuierlicher Massenverlust von Mineralfasern mit einer kontinuierlichen Toxizitätsabnahme einhergeht.