Afdichtingsoplossingen voor de verwerkingsindustrie
Kleine onderdelen met grote verantwoordelijkheden
Afdichtingen voor procesapparatuur en productielijnen in de chemische, voedsel- en dranken-, farmaceutische en aanverwante industrieën werken doorgaans in veeleisende omgevingen die worden gekenmerkt door de aanwezigheid van agressieve media, hoge en/of gedeeltelijk cyclische toepassingstemperaturen en/of hoge drukwaarden. De algemene overeenkomsten van bedrijfsomstandigheden in de verwerkingsindustrie worden gecontrasteerd door een breed scala aan specifieke eisen waaraan alle componenten moeten voldoen, inclusief de bijbehorende afdichtingsoplossingen.
Bovendien moeten de afdichtingen die in deze toepassingen worden gebruikt, met name de afdichtingen die betrekking hebben op menselijke consumptie of die anderszins in aanraking komen met mensen, voldoen aan speciale productveiligheidseisen. Hieronder vallen strenge hygiënische procesnormen en de onschadelijkheid van de gebruikte afdichtingsbestanddelen (d.w.z. geen migratie van schadelijke bestanddelen in het proces of product enz.)
Tot slot, als het gaat om het verwerken of produceren van chemicaliën, is 'technische veiligheid' een ander belangrijk criterium om te voorkomen dat er per ongeluk schadelijke stoffen in het milieu terechtkomen. In een notendop laat deze korte inleiding zien dat afdichtingen voor de verwerkingsindustrie moeten voldoen aan een breed scala aan basisvereisten die in dit artikel worden besproken.
Wettelijke en reglementaire vereisten
Het gebruik van elastomeren in de voedselverwerkerkingsindustrie is onderworpen aan de naleving van specifieke vereisten. Naast de selectie van grondstoffen uit standaard 'whitelists' die zijn uitgegeven door nationale autoriteiten, moet ervoor worden gezorgd dat er geen stoffen uit het materiaal kunnen worden geëxtraheerd. In het geval van afdichtingen die bijvoorbeeld worden gebruikt in apparatuur voor de productie van dranken, is het van het grootste belang dat er geen chemicaliën uit het afdichtingsmateriaal migreren en, in het ergste geval, het product verontreinigen.
Zuiverheid en stabiliteit van de stof
Veel stoffen die in de voedsel- en chemische procesindustrie worden gebruikt, zijn identiek, of ze nu van natuurlijke oorsprong zijn of synthetisch zijn geproduceerd. Ongeacht het type en de aanwezigheid van deze stoffen, in procesmedia, in grondstoffen voor producten of in eindproducten, moeten de materialen voor afdichtingen en technische componenten die worden gebruikt in productieapparatuur die in contact komen met diverse chemische stoffen aan specifieke zuiverheidsvereisten voldoen.
Bovendien moeten ze bestand zijn tegen chemicaliën onder de gegeven procesomstandigheden. Zuiverheid en stabiliteit zijn daarom basisvereisten voor materialen die geschikt en goedgekeurd zijn (zie details hieronder) voor gebruik in het chemische proces en de voedingsindustrie.
Gezondheid en veiligheid van de consument
Om ervoor te zorgen dat producten die bedoeld zijn voor menselijke consumptie of ander contact met mensen zo veilig mogelijk zijn, moeten de productieprocessen en -apparatuur, inclusief de gebruikte afdichtingsmiddelen, voldoen aan een breed scala aan nationale, Europese en wereldwijde voorschriften en normen.
Veel stoffen die in de voedsel- en chemische procesindustrie worden gebruikt, zijn identiek, of ze nu van natuurlijke oorsprong zijn of synthetisch zijn geproduceerd
Ze hebben betrekking op ingrediënten en additieven, residuen, verontreinigingen en toegestane migratieniveaus (migratie en uitloging) in voedingsmiddelen, farmaceutische producten en chemische producten. Hierna volgt een lijst met belangrijke vereisten waaraan afdichtingsmaterialen moeten voldoen die worden gebruikt in procesindustrieën, met name in voedsel-, dranken- en farmaceutische omgevingen.
FDA
FDA-conformiteit is een belangrijke vereiste voor materialen die worden gebruikt in de voedings- en farmaceutische sector. De Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) heeft een whitelist voor stoffen voor elastomeren opgesteld in hoofdstuk 21 (CFR 177.2600 – Rubber Articles Intended for Repeated Use [Rubberen voorwerpen bedoeld voor herhaald gebruik]). Alleen de polymeren, vulstoffen, chemicaliën met dwarsverbinding, enz. op deze lijst mogen worden gebruikt in de samenstelling van de verbinding.
Daarnaast vereist de FDA een extractietest in water en n-hexaan. De algemene migratie mag een bepaald niveau niet overschrijden. Als aan beide criteria wordt voldaan, d.w.z. de grondstoffen en extractie voldoen aan de whitelist, dan is het materiaal FDA-conform. Opgemerkt moet worden dat de FDA geen goedkeuringen uitgeeft voor elastomeren (zoals gewoonlijk het geval is voor kunststoffen), zodat elastomeren alleen FDA-conform kunnen zijn, maar niet FDA-goedgekeurd.
USP
Andere vereisten waaraan moet worden voldaan, zijn de huidige kwaliteitsnormen van de US Pharmacopeial Convention (USP) voor het gebruik van elastomeercomponenten in farmaceutische en biotechnologische apparatuur. Bovendien is de classificatie van elastomeercomponenten voor elk type hygiënisch ontworpen apparatuur volgens USP klasse VI zeer nuttig. Geschikte elastomeren zijn geclassificeerd volgens USP klasse VI, hoofdstuk 87 (in vitro) en hoofdstuk 88 (in vivo), zodat er geen zorgen zijn over het gebruik ervan.
3-A
3-A Sanitary Standards Inc., een hygiëneorganisatie van de Amerikaanse voedingsindustrie, definieert specificaties en aanbevelingen voor de ontwikkeling, installatie en het gebruik van hygiënische apparatuur voor zuivelproducten. Ze schrijven tests voor met limieten voor volumetrische en gewichtsveranderingen voor elastomeer afdichtingen. De tests omvatten veroudering in de lucht, opslag in vet (boterolie of melkvet), in gedestilleerd water, 0,5% salpeterzuur, 1% natriumhydroxideoplossing en in een hypochlorietoplossing. Vanwege hun gevoeligheid voor vet zijn EPDM-verbindingen ingedeeld in klasse II.
FDA-conformiteit is een belangrijke vereiste voor materialen die worden gebruikt in de voedings- en farmaceutische sector
Nationale en EU-regelgeving
Daarnaast zijn er veel andere nationale en EU-regelgevingen. Het Duitse Federale Instituut voor Risicobeoordeling (BfR) heeft bijvoorbeeld, net als de Amerikaanse FDA, aanbevelingen gedaan voor elastomeren (XXI. Grondstoffen op basis van natuurlijk en synthetisch rubber). Er moet echter worden opgemerkt dat de twee lijsten niet overeenkomen, waardoor de formulering van een verbinding die rekening houdt met beide lijsten een grote uitdaging vormt.
Vrij van polycyclische aromatische koolwaterstoffen
Polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK's) zijn in veel opzichten risicogevoelige chemicaliën. Veel PAK's zijn door de Europese Unie beoordeeld als kankerverwekkend, mutageen of een gevaar voor de voortplanting. Een goed voorbeeld hiervan is benzo[a]pyreen. Deze stof is grotendeels verantwoordelijk voor de kankerverwekkende effecten van sigarettenrook. Bovendien kunnen PAK's giftig zijn voor mensen of andere organismen.
Als PAK's in het milieu terechtkomen, hopen ze zich voor onbepaalde tijd op in planten, in de bodem en in de lucht en worden ze niet afgebroken. Vanwege de combinatie van toxiciteit en persistentie zijn PAK's stoffen die schadelijk zijn voor het milieu. Daarom is het zeer belangrijk om de uitstoot van PAK's te beperken en het gebruik van PAK-bevattende chemicaliën te minimaliseren. Het gebruik van afdichtingsmaterialen met een laag of geen PAK-gehalte, met name in de voedingsindustrie, is een cruciale stap in de goede richting.
Het PAK-gehalte van afdichtingen kan worden bepaald door middel van analytische chemie. Vanwege het grote aantal en de diversiteit aan PAK's wordt de concentratie van 18 chemische verbindingen bepaald als een representatieve bemonstering. De meetmethode naar keuze is GC-MS en de testprocedure kan worden uitgevoerd in overeenstemming met AfPS GS 2014:01 PAK/QMA 1284. Wanneer de som van alle 18 PAK's lager is dan 0,2 ppm (d.w.z. minder dan 0,2 mg/kg), zijn de afdichtingen PAK-vrij.
Concentraties van minder dan 10 ppm (10 mg/kg) worden als PAK-laag beschouwd. Daarnaast is er sinds december 2015 een nieuwe EU-verordening (REACH VO (EC) 1907 Bijlage XVII, VO 1272/2013) van kracht die voorziet in een limiet van 1 mg/kg voor 8 gedefinieerde PAK's. Tot dusverre zijn de beperkingen van de verordening alleen van toepassing op artikelen die onder normale of redelijkerwijs te verwachten gebruiksomstandigheden in direct en langdurig of kortdurend herhaaldelijk contact met de menselijke huid of de mondholte komen.
In de toekomst zullen naar verwachting verdere wetten en regelgevingen op nationaal en EU-niveau de commercialisering van PAK-bevattende producten reguleren. Het doel is daarom om de verwerkingsindustrie PAK-vrije materialen voor afdichtingsoplossingen aan te bieden, zelfs voordat er nieuwe beperkingen van kracht worden.
Breed scala aan speciale afdichtingsmaterialen en -ontwerpen
De grote verscheidenheid aan vereisten in de verwerkingsindustrie kan alleen worden gedekt door een even breed scala aan materialen die speciaal zijn ontwikkeld voor of aangepast om te voldoen aan de relevante vereisten, waaronder de vereiste goedkeuringen/conformiteiten zoals hierboven besproken.
Vanwege de combinatie van toxiciteit en persistentie zijn PAK's stoffen die schadelijk zijn voor het milieu
De belangrijkste polymeermateriaalfamilies die worden gebruikt voor toepassingen in de verwerkingsindustrie zijn EPDM (ethyleenpropyleen-dieen monomeerrubber), NBR (nitrilbutadieenrubber), FKM (fluorrubber), FFKM (perfluoroelastomeren), PUR (polyurethaan) en PTFE (polytetrafluorethyleen). Voor bijzonder zware toepassingsomstandigheden buiten het toepassingsbereik van polymeermaterialen kunnen metalen afdichtingen mogelijke alternatieven bieden.
Functionele elementen die in de voedingsindustrie worden gebruikt, zoals afdichtingen, afstrijkers en gegoten onderdelen, moeten niet alleen bestand zijn tegen het voedsel dat door een afvullijn gaat, maar moeten ook extreem slijtvast zijn, aangezien de meeste toepassingen zonder extra smering draaien.
Bijzonder geschikt voor deze doeleinden zijn PTFE-afdichtingen en gegoten onderdelen met speciale ontwerpen en materialen die specifiek zijn aangepast voor toepassingen in omgevingen zonder smeermiddel in de voedingsindustrie. Dit zorgt voor weinig slijtage en wrijving en een lange levensduur, zelfs onder zware omstandigheden, die bijvoorbeeld kunnen voorkomen bij schokbevriezing of in industriële lijnen voor bakproducten.
Afdichtingsontwerpen voor gebruik in apparatuur voor de verwerkingsindustrie variëren van conventionele, eenvoudige O-ringen tot zeer complexe, geavanceerde afdichtingsoplossingen. Bijzonder relevant zijn afdichtingsontwerpen die specifiek zijn afgestemd op de hoge hygiëne-eisen bij de productie en verpakking van voedsel en dranken.
Vanwege de materiaaleigenschappen zijn speciale PTFE-afdichtingen zonder ondersnijdingen niet alleen bestand tegen alle veelgebruikte reinigingsprocessen zoals CIP (Clean in Place) of SIP (Sterilization in Place), of niet-standaard reinigingsmiddelen zoals geconcentreerde zuren en alkalische oplossingen, maar dankzij het speciale ontwerp is het gebied van de afdichting of afstrijker eenvoudig te reinigen zonder risico op verontreiniging van de voedselproducten die vervolgens door de vullijn gaan.
Conclusie
De uitdagende eisen die worden gesteld aan afdichtingen en technische componenten in de verwerkingsindustrie vertonen zowel overeenkomsten als verschillen. Ongeacht of de processen betrekking hebben op chemische, voedsel- en dranken- of farmaceutische producten, de zuiverheid en stabiliteit van de afdichtingsmaterialen die in verwerkingsapparatuur worden gebruikt, zijn echter van het grootste belang om de gezondheid en veiligheid van de consument te waarborgen.
Door samen te werken met een ervaren afdichtingsfabrikant die gebruikmaakt van uitgebreide kennis van de kritieke vereisten in de verschillende verwerkingsindustrieën en interne ontwikkeling van samenstellingen die specifiek zijn afgestemd op deze eisen, biedt dit de beste voorwaarden voor bedrijven in die sector om de naleving van wet- en regelgeving en dus de veiligheid van hun producten te garanderen.
