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6.4. Nebelfluide

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Auf dieser Seite möchte ich die Bestandteile von gängigen Nebelfluiden vorstellen. Anlaß für diese Studie war ein Kanister Nebelfluid den ich von einer Firma, die ich hier nicht nennen möchte, gekauft habe. Ich habe den Inhalt analysiert und dort Diethylenglycol gefunden das nach den Angaben des Herstellers nicht enthalten sein dürfte. Diethylenglycol wird als Xn Gesundheitsschädlich eingestuft und sollte meiner Meinung nach nicht in Nebelfluiden verwendet werden. Es ist aber fraglich ob es für diese Anwendung wirklich verboten ist. Für Diethylenglycol gibt es einen MAK Wert (Maximale Arbeitsplatzkonzentration) von 44 mg/m3. Beim normalen Gebrauch einer Nebelmaschine kann dieser Wert aber schnell überschritten werden.

Leider gibt es kaum Firmen die die Inhaltsstoffe ihrer Nebelfluide vernünftig deklarieren [7, 8, 9]. Die Sicherheitsdatenblätter der Produkte sind auch nicht aufschlußreicher, für private Endanwender können dort viele Angaben legal entfallen.

Nebelfluide sind in der Regel Mischungen einer oder mehrerer Glycole mit Wasser. Je höher die Konzentration der Glycole je dichter der Nebel. Die Nebelfluide werden in der Nebelmaschine mit einer Pumpe durch ein rohrförmiges auf ca. 300 C erhitztes Heizelement gepumpt. Der Glykoldampf wird dann durch einen Luftstrom kondensiert und tritt mit diesem als Nebel aus [10]. Bei der Herstellung wird meist bidestilliertes Wasser verwendet um mineralische Ablagerungen im Verdampfer zu vermeiden.

Inhaltsstoffe von Nebelfluiden

1,2-Propylenglycol
Dipropylenglycol
Ethylenglycol
Diethylenglycol
Triethylenglycol
Tetraethylenglycol
Pentaethylenglycol
Glycerin
1,2-Butylenglycol
1,3-Butylenglycol
Polyethylenglycol
Wasser

Verunreinigungen und Zersetzungsprodukte

Formaldehyd
Acetaldehyd
Propionaldehyd
Butyraldehyd
Glutaraldehyd
Glyoxal
Acrolein
Ethylenoxid
1,4-Dioxan

Analytik

Infrarotspektroskopie
Gaschromatographie

Analysen

Safex Chemie
Look Solutions
Martin Professional GmbH
Roscolab Ltd.

Literatur

1. BfR: Diethylenglycol (DEG) in Zahnpasta
2. Toxcenter: Diethylenglycol
3. Focus: Der süße Tod aus China
4. Focus: Hunderte Tote durch gepanschten Hustensaft in Panama
5. RP Online: 84 tote Kinder durch Schmerzmittel in Nigeria
6. Belastungen durch Nebelfluide zur szenischen Gestaltung auf Bühnen
7. Unbedenklichkeitserklärung Safex Chemie
8. Unbedenklichkeitserklärung Eurolite
9. Unbedenklichkeitserklärung Thomann
10. Wikipedia: Nebelmaschinen
11. Look Solutions Sicherheitsdatenblatt


1,2-Propylenglycol
Name 1,2-Propylenglycol
Propan-1.2-diol
CAS Nummer 57-55-6
Struktur
Summenformel C3H8O2
Molare Masse 76,09 g/mol
Dichte (25 C) 1,036 g/cm3
Schmelzpunkt - 68 C
Siedepunkt 188,2 C
Flammpunkt 101 C
Zündtemperatur 420 C
E Nummer E 1520
Akute Toxizität LD50 20 - 25 ml/kg (Ratte, oral)

Propylenglycol gilt als gesundheitlich unbedenklich, es wurde bisher kein MAK Wert (Maximale Arbeitsplatz Konzentration) festgelegt. Es darf auch als Zusatzstoff in Lebensmitteln eingesetzt werden (E 1520). Propylenglycol ist wahrscheinlich die Hauptkomponente der gängigen Nebelfluide. Um mit Propylenglycol eine Ratte zu töten muß man sie eigentlich darin ertränken.


Dipropylenglycol
Name Dipropylenglycol
1,1'-Oxydi-2-Propanol
2-(2-Hydroxypropoxy)-1-propanol
2,2'-Oxydipropanol
CAS Nummer 110-98-5, 108-61-2, 106-62-7
Struktur

Summenformel C6H14O3
Molare Masse 134,18 g/mol
Dichte 1,02 g/cm3
Schmelzpunkt - 39 C
Siedepunkt 228 - 236 C
Flammpunkt 124 C
Zündtemperatur 310 C
Akute Toxizität LD50 14850 mg/kg (Ratte, oral)

Dipropylenglycol ist keine einheitliche Substanz sondern ein Gemisch verschiedener Isomere. Dipropylenglycol wird von der Firma Look Solutions [11]) als Inhaltsstoff genannt.
Es wird für Kosmetika und Riechstoffe als Lösungsmittel eingesetzt da es praktisch geruchlos ist.


Ethylenglycol
Name Ethylenglycol
1,2-Ethandiol
CAS Nummer 107-21-1
Struktur
Summenformel C2H6O2
Molare Masse 62,07 g/mol
Dichte 1,11 g/cm3
Schmelzpunkt - 16 C
Siedepunkt 197 C
Flammpunkt 111 C
Zündtemperatur 410 C
Gefahrensymbol Xn Gesundheitsschädlich
R-Sätze R22 Gesundheitsschädlich beim Verschlucken
MAK Wert 26 mg/m3

Ethylenglycol ist das einfachste Glycol, in Nebelfluiden sollte es nicht enthalten sein. Es wurde aber in einer amerikanischen Studie [6] gefunden. Ethylenglycol wird als Frostschutzmittel verwendet.


Diethylenglycol
Name Diethylenglycol
Diglycol
3-Oxapentan-1,5-diol
2,2-Oxydiethanol
CAS Nummer 111-46-6
Struktur
Summenformel C4H10O3
Molare Masse 106,1 g/mol
Dichte (25 C) 1,12 g/cm3
Schmelzpunkt - 6 C
Siedepunkt 244 C
Flammpunkt 146 C
Zündtemperatur >225 C
Gefahrensymbol Xn Gesundheitsschädlich
R-Sätze R22 Gesundheitsschädlich beim Verschlucken
S-Sätze S46 Beim Verschlucken sofort ärztlichen Rat einholen
Akute Toxizität LD50 12565 mg/kg (Ratte, oral)
MAK Wert 44 mg/m3

Diethylenglycol wird als Xn Gesundheitsschädlich eingestuft obwohl die akute Toxizität zumindest für Ratten relativ gering ist.
Vom Bundesinstitut für Risikobewertung BfR gibt es eine Publikation [ 1] zum Thema Diethylenglykol (DEG) in Zahnpasta. Dort werden auch Todesfälle, speziell bei Kindern, beschrieben die durch Verwendung von Diethylenglykol in Arzneimitteln zustande gekommen sind. Aus Erfahrungen zur Langzeitexposition sowie aus Vergiftungsfällen beim Menschen wurde gefolgert, dass tödliche Vergiftungen bereits ab 1000 mg/kg KG auftreten können. Damit reagiert der Mensch auf DEG 10 bis 20 mal empfindlicher als die Ratte. Nierenschäden treten beim Menschen aber bereits im Dosisbereich von 50-100 mg/kg KG auf. Vom wissenschaftlichen Lebensmittelausschuss der Europäischen Union wurde ein TDI-Wert (Tolerable Daily Intake, täglich tolerierbare Aufnahmemenge) von 0,5 mg/kg KG für Diethylenglykol und ähnliche Glycole festgelegt.

In einer weiteren Publikation vom Toxcenter [ 2] wird die tödliche Menge Diethylenglykol mit 40 - 50 g bzw. mit 1 ml/kg KG angegeben. Es wird auch auf einige historische Vergiftungsfälle mit Diethylenglykol eingegangen [3, 4, 5]. Diethylenglycol war auch damals Auslöser des Glycolweinskandals in Österreich.

Daraus kann man eigentlich nur schließen das ein Einsatz von Diethylenglycol in Nebelfluiden bedenklich ist und vermieden werden sollte. Da es mit Propylenglycol gleichwertigen aber wohl teureren Ersatz gibt sollte auf Diethylenglycol verzichtet werden. Leider werden die Inhaltsstoffe von Nebelfluiden in den seltensten Fällen deklariert. Erst ab einem Gehalt von 25 % DEG müßte auch das Nebelfluid als Xn Gesundheitsschädlich gekennzeichnet werden. Diese Grenze wird von den Herstellern natürlich nicht überschritten.

Sonst wird Diethylenglycol in Frostschutzmitteln eingesetzt.


Triethylenglycol
Name Triethylenglycol
Triglycol
2,2-(Ethylendioxy)diethanol
CAS Nummer 112-27-6
Struktur
Summenformel C6H14O4
Molare Masse 150,18 g/mol
Dichte 1,124 g/cm3
Schmelzpunkt - 4 C
Siedepunkt ca. 291 C
Flammpunkt 177 C
Zündtemperatur 371 C
MAK Wert 1000 mg/m3

Triethylenglycol habe ich in einigen Literaturstellen [6, 8] als Bestandteil von Nebelfluiden gefunden. Ob und wo es verwendet wird ist mir aber nicht bekannt. Da es fast den gleichen Siedepunkt wie Glycerin hat kann es wahrscheinlich Glycerin ersetzen da es kein Acrolein bilden kann.


Tetraethylenglycol
Name Tetraethylenglycol
Bis[2-(2-hydroxyethoxy)ethyl]ether
3,6,9-Trioxaundecane-1,11-diol
CAS Nummer 112-60-7
Struktur
Summenformel C8H18O5
Molare Masse 194,23 g/mol
Dichte 1,125 g/cm3
Schmelzpunkt - 5 C
Siedepunkt 306 - 308 C
Flammpunkt 191 C
Zündtemperatur 370 C
Akute Toxizität LD50 29000 mg/kg (Ratte, oral)

Tetraethylenglycol wird sicher nicht gezielt in Nebelfluiden eingesetzt, es ist aber Bestandteil von Polyethylenglycolen. Der Siedepunkt ist mit 306 - 308 C höher als der von Glycerin.


Pentaethylenglycol
Name Pentaethylenglycol
3,6,9,12-Tetraoxatetradodecane-1,14-diol
CAS Nummer 4792-15-8
Struktur
Summenformel C10H22O6
Molare Masse 238,28 g/mol
Dichte 1,126 g/cm3
Siedepunkt 338 - 340 C

Pentaethylenglycol wird sicher nicht gezielt in Nebelfluiden eingesetzt es ist aber Bestandteil von Polyethylenglycolen. Der Siedepunkt ist mit 338 - 340 C höher als der von Glycerin.


Glycerin
Name Glycerin
1,2,3-Propantriol
CAS Nummer 56-81-5
Struktur
Summenformel C3H8O3
Molare Masse 92,10 g/mol
Dichte (20 C) 1,26 g/cm3
Schmelzpunkt 18 C
Siedepunkt 290 C
Flammpunkt ca. 180 C
Zündtemperatur 392 C
E Nummer E 422
MAK Wert 50 mg/m3

Glycerin git als gesundheitlich unbedenklich, der MAK Wert ist aber mit 50 mg/m3 relativ niedrig. Es darf auch als Zusatzstoff in Lebensmitteln eingesetzt werden (E 422).
Beim Erhitzen unter Sauerstoffmangel zersetzt es sich unter Wasserabspaltung zu dem giftigen Acrolein.

C3H8O3= C3H4O +2 H2O

Acrolein ist sehr giftig, tränenreizend und krebserregend. Das möchte man natürlich nicht in der Raumluft haben.

Glycerin wird für dichten, langanhaltenden Nebel benötigt, einige Hersteller [8] geben Glycerin als Komponente ihrer Nebelflluids an. Auch in der Studie zur Belastung durch Nebelfluide [6] wird Glycerin genannt.


1,2-Butylenglycol
Name 1,2-Butylenglycol
CAS Nummer 584-03-2
Struktur
Summenformel C4H10O2
Molare Masse 90,12 g/mol
Dichte 1,01 g/cm3
Siedepunkt 193 C
Flammpunkt 93 C

1,2-Butylenglycol wird von der Firma Look Solutions [11]) als Inhaltsstoff genannt.


1,3-Butylenglycol
Name 1,3-Butylenglycol
CAS Nummer 107-88-0
Struktur
Summenformel C4H10O2
Molare Masse 90,12 g/mol
Dichte 1,00 g/cm3
Schmelzpunkt - 50 C
Siedepunkt 208 C
Flammpunkt 116 C
Zündtemperatur 440 C

1,3-Butylenglycol ist kein typischer Inhaltsstoff von Nebelfluiden, es wurde aber in einer amerikanischen Studie (siehe [6]) gefunden.


Polyethylenglycol
Name Polyethylenglycol
CAS Nummer 25322-68-3
Summenformel H(OCH2CH2)nOH
MAK Wert 1000 mg/m3 (für PEG 400)

Polyethylenglycol ist ein Sammelbegriff für eine Vielzahl von Produkten. Es handelt sich dabei um Polymere des Ethylenoxids. Die einzelnen Produkte unterscheiden sich in ihrer Kettenlänge bzw. im Molekulargewicht. Eingebürgert hat sich die Bezeichnung PEG 200, PEG 400, PEG 1000 usw. PEG 200 z.B. bedeutet ein Polyethylenglycol mit einer mittleren molaren Masse von 200. Bis zum PEG 600 sind die Produkte flüssig, ab PEG 1000 sind sie fest.
Polyethylenglycole gelten in der Regel als physiologisch unbedenklich, die höhermolekularen werden z.B. in der Medizin als Abführmittel eingesetzt.
Polyethylenglycole sind immer ein Gemisch verschiedener Einzelsubstanzen. So besteht PEG 200 unter anderem aus Diethylenglycol, Triethylenglycol, Tetraethylenglycol, Pentaethylenglycol usw.
Werden Polyethylenglycole in Nebelfluiden eingesetzt kommt eigentlich nur das PEG 200 in Frage [ 8, 9]. Schon das Pentaethylenglycol hat einen Siedepunkt von 340 C und das liegt oberhalb der Betriebstemperatur der gängigen Nebenmaschinen von 300 C.

Die Bestandteile von Polyethylenglycolen lassen sich relativ einfach über Gaschromatographie bestimmen. So kann auch die Zusammensetzung eines Nebelfluids bestimmt werden. Die folgende Abbildung zeigt das Gaschromatogramm von PEG 200 (der erste große Peak ist das Lösungsmittel).

Man sieht das das PEG 200 aus 7 Einzelkomponenten von n=2 bis n=8 besteht. Die Hauptbestandteile sind Tetraethylenglycol und Pentaethylenglycol.
Aus dem Gaschromatogramm kann man die prozentuale Zusammensetzung des Polyethylenglycols berechnen. Die folgende Abbildung zeigt die Zusammensetzung von PEG 200, PEG 300, PEG 400 und PEG 600 (aus eigenen Untersuchungen).


Wasser
Name Wasser
CAS Nummer 7732-18-5
Struktur
Summenformel H2O
Molare Masse 18,02 g/mol
Dichte 1,00 g/cm3
Schmelzpunkt 0 C
Siedepunkt 100 C

Wasser ist natürlich trivial, es sei hier nur der Vollständigkeit halber erwähnt.


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