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Sichere Chemikalien-Behälter Auch eine Flasche kann Hightech sein

Laboranten nehmen oft mehrmals am Tag mit Chemikalien gefüllte Kunststoffflaschen in die Hand. Was viele von ihnen nicht wissen: Hinter diesen meist so unscheinbaren Behältern steckt jahrelange, anspruchsvolle Entwicklungsarbeit.

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HDPE-Flasche mit Spezialboden
HDPE-Flasche mit Spezialboden
(Bild: Merck )

Betritt man das große Industriegebäude R22 in Darmstadt, steht man sofort vor Wänden voller Flaschen in Vitrinen: von bernsteinfarbenen Glasflaschen aus den 1950er Jahren in allen nur erdenklichen Formen und Größen bis hin zu modernen Kunststoffflaschen, die heute in Labors überall auf der Welt zum Einsatz kommen.

Ein Team erfahrener Entwickler und engagierter Verpackungsingenieure ist hier für die Qualitätskontrolle und den Versand neu entwickelter Verpackungsmaterialien der Merck KGaA in Darmstadt, Deutschland zuständig. Sie sind immer bestrebt, neue Lösungen zu finden, um bestehende Verpackungssysteme zu verbessern. Es ist diese Entschlossenheit, die sie antreibt, wenn es um Fragen der Sicherheit, der Handhabung und um wirtschaftliche Lösungen geht.

In der Abteilung mit ihren etwa 50 Mitarbeitern dreht sich alles um Verpackung. Flaschen, Edelstahlfässer, Küvetten, Kartons und Füllmaterial – allein bei der Abfüllung und dem Transport der Supelco® Analytik-Produkte kommen geschätzte 300 verschiedene Verpackungsmaterialen zum Einsatz.

Langfristige Qualität und besondere Reinheit

Die Bedeutung der Qualitätskontrolle kann gar nicht hoch genug eingeschätzt werden. Supelco Produkte für die analytische Chemie müssen eine besondere Reinheit aufweisen, sowohl während der Abfüllung in das jeweilige Gefäß als auch Monate später noch im Labor. So muss einerseits die Genauigkeit im Promillebereich und andererseits die sichere Nutzung der Chemikalien gewährleistet werden.

Gewöhnliche Flaschen werden derart hohen Anforderungen nicht gerecht. Selbst übliche auf dem Markt verfügbare Behälter erfüllen nicht immer die Supelco Standards in Sachen Genauigkeit und Qualität. Also entwickeln die Experten in Darmstadt in enger Zusammenarbeit mit ihren Kollegen aus der chemischen Produktion und anhand von Kunden-Feedback auf der ganzen Welt ihre eigenen Flaschen.

Von der Idee, der Gestaltung und 3D-gedruckten Prototypen über Sicherheitstests bis hin zur Vorserienproduktion kann sich der Entwicklungsprozess über mehrere Jahre hinziehen. Die Materialauswahl ist ebenfalls entscheidend: Während früher Glasflaschen der Standard waren, sind inzwischen qualitativ hochwertige Kunststoffflaschen aus einem besonderen High-Density Polyethylen (HDPE) die Standardverpackung für viele Chemikalien.

Die 2,5-Liter-Flasche ist der ganze Stolz der Entwickler

Aus diesem speziellen HDPE besteht auch die aktuelle 2,5-Liter-Flasche, die heute weltweit für Supelco Produkte genutzt wird. Sie ist der ganze Stolz der Entwickler aus Darmstadt – was einfach nachvollziehbar ist.

Die 2,5-Liter HDPE-Flasche für Supelco Chemikalien.
Die 2,5-Liter HDPE-Flasche für Supelco Chemikalien.
(Bild: Merck )

In der globalisierten Wirtschaft ist die Transportfähigkeit die erste Herausforderung bei der Entwicklung eines Behälters. Kunden in den USA, in Asien oder Lateinamerika müssen darauf vertrauen können, dass sie ihre Chemikalien in der gleichen Reinheit und Qualität erhalten, wie sie den Produktionsstandort des Life-Science-Unternehmens verlassen haben.

Das erfordert besondere Behälter, die selbst größeren Beanspruchungen standhalten, ohne dass die hochreinen Substanzen beeinträchtigt werden. „Wenn wir Chemikalien nach Asien oder Südamerika verschiffen, dann kann es auf der wochenlangen Reise im Container leicht 70 Grad Celsius heiß werden. Das müssen unsere Flaschen natürlich aushalten“, erläutert einer der Verpackungsingenieure. Das Problem ist dabei nicht die Temperatur an sich, sondern der große Überdruck, der insbesondere bei Flüssigkeiten wie Methanol, Aceton oder Salzsäure entsteht, wenn sie sich erhitzen.

Glasflaschen würden einem solchen Druck problemlos standhalten. Doch die Entwickler aus Darmstadt wissen, dass Glasflaschen in puncto Chemikaliensicherheit nicht immer erste Wahl sind. So lässt sich beispielsweise der Gehalt von Eisen, Aluminium oder anderer Kationen in einer Probe aus einer Glasflasche nicht zuverlässig genau bestimmen, da sich gerade Kationen vergleichsweise leicht aus dem Glas lösen.

Die neue Flasche: druckstabil, dicht und komfortabel für den Anwender

Das Team in Darmstadt hatte also die Aufgabe, eine völlig neuartige 2,5-Liter-Kunststoffflasche zu entwickeln, die optimal für den sicheren und präzisen Einsatz von Qualitäts-Chemikalien im Labor geeignet ist.

Die Unterschiede zu anderen Flaschen auf dem Markt fallen sofort ins Auge. Da ist zunächst die höhere Druckstabilität. „Herkömmliche Plastikflaschen fingen unter dem Druck in heißen Transportbehältern fast schon an zu tanzen“, beschreibt ein Ingenieur einen früher typischen Effekt. Der nach innen gewölbte Boden der Flaschen beulte sich bereits bei einem Überdruck von 0,5 bar aus, so dass die Flaschen nicht mehr sicher stehen konnten.

„Wir haben jetzt einen Flaschenboden, der standardmäßig nach außen gewölbt ist und vier Füße hat. Damit wird die Stabilität der Flasche gewährleistet.“ Aufgrund dieser Konstruktion bleibt die Flasche sogar bis zu einem Überdruck von 2,5 bar stabil.

HDPE-Flasche mit Spezialboden
HDPE-Flasche mit Spezialboden
(Bild: Merck )

Qualität, Sicherheit und Präzision im Labor

Stabilität ist jedoch nicht alles. Ein hochdichter Verschluss, der jedes Auslaufen verhindert, ist mindestens ebenso wichtig, um die chemische Reinheit zu erhalten und ein sicheres und präzises Arbeiten im Labor zu gewährleisten. „Ist der Verschluss undicht, können Teile der Chemikalie entweichen oder mit Luft reagieren. Beides ist gerade in der Analytik und im Hinblick auf die Sicherheit, um jeden Preis zu vermeiden“, unterstreicht der Ingenieur die Bedeutung des Verschlusses für die Qualität der chemischen Supelco Markenprodukte.

Für die Supelco Flaschen wird daher das spezielle „S40“-Gewinde verwendet. Es hat mehr Windungen als das übliche „GL45“ und schließt dichter ab. Während der gewöhnliche Schraubverschluss nur durch den Anpressdruck an einer Kante am Deckel abdichtet, hat der Deckel beim S40-Gewinde in eine zusätzliche Rille, so dass er an drei Stellen des Flaschenhalses gleichzeitig abdichtet.

Zusätzliche Dichtrille im S40-Schraubverschluss
Zusätzliche Dichtrille im S40-Schraubverschluss
(Bild: Merck )

Praktische Erfahrung fließt in die Produkt-Entwicklung ein

Bei der Entwicklung der Flasche stand der praktische Einsatz im Labor für die Entwickler besonders im Vordergrund. Das lässt sich an den kleinen Details der neuartigen 2,5-Liter-Flasche erkennen, die für mehr Sicherheit und Komfort sorgen. Zum Beispiel haben die Flaschen eine kleine, spitze Tülle, mit der sich die Flüssigkeiten besser ausgießen lassen. Bleibt ein Tropfen am Rand, fließt er nicht außen an der Flasche entlang, sondern wieder in die Flasche zurück. Der ideal dimensionierte, integrierte Griff macht die Flasche ebenfalls sicherer.

In der chemischen Industrie sind viele Sicherheitsaspekte amtlich geregelt. Zum Beispiel muss die Schrift auf den Etiketten auch dann noch lesbar sein, wenn sie mit Säuren oder Lösungsmitteln in Kontakt kommt. Für das Darmstädter Entwicklungs- und Verpackungsteam sind die Industriestandards jedoch nur die Mindestanforderung.

Tag für Tag arbeiten sie anhand wertvoller Kundenrückmeldungen daran, die Verpackungen zu optimieren. So meldeten Supelco Kunden, dass es ihnen schwerfalle, die aus Sicherheitsgründen besonders fest verschlossenen Flaschen im Labor zu öffnen. Die Lösung war ebenso einfach wie pragmatisch: ein Schraubschlüssel, der zur speziellen Form des Schraubverschlusses passt, so dass sich Flaschen problemlos und sicher öffnen lassen.

Es ist also wirklich alles dafür getan, dass die Chemikalien mit derselben Qualität beim Kunden ankommen, wie sie das Werk in Darmstadt verlassen.

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