Extraktion & Filtration Höheres Emissionspotenzial bei Recyclingpapieren

Laserdrucker und -kopierer setzen im Betrieb aus dem verwendeten Toner oder den Bauteilen flüchtige organische Verbindungen (VOC) frei, etwa Toluol, Ethylbenzol, Styrol und Xylol, was bekanntlich zu einer Belastung der Innenraumluft führen kann.

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Laserdrucker und -kopierer setzen im Betrieb aus dem verwendeten Toner oder den Bauteilen flüchtige organische Verbindungen (VOC) frei, etwa Toluol, Ethylbenzol, Styrol und Xylol, was bekanntlich zu einer Belastung der Innenraumluft führen kann. Im letzten Jahr erfolgte nun eine Revision des „Blauen Engel“ für Kopier- und (Laser)-drucker. Damit verbunden waren Emissionsmessungen in Testkammern, die von der Bundesanstalt für Materialforschung und - prüfung (BAM) mit Hilfe der Thermodesorption durchgeführt wurden.

Bei Prüfkammermessungen zu dieser Thematik wies die BAM Emissionen von Hexanal und Essigsäure nach. VOC-Emissionen, die nicht unmittelbar mit dem getesteten Gerät zusammenhingen, waren auf das zur Papierherstellung verwendetet Holz zurückführen. Bei weiteren Untersuchungen wurden auch schwerflüchtige organische Komponenten (SVOC) nachgewiesen, die ebenfalls dem verwendeten Papier entstammten. Bislang haben Emissionen aus Papier bei der Verwendung von Druckern und Kopieren kaum Beachtung gefunden. Wie die Analyse von Papier mittels direkter Thermodesorption zeigte, können SVOC vor allem aus recyceltem Papier emittieren, das bis 180 °C aufgeheizt wird. Bei dieser Temperatur erfolgt die Fixierung des Toners auf dem Papier bei vielen Druckern und Kopierern. Obendrein entsprach die Summe aller SVOC (TSVOC) - als Toluoläquivalent berechnet - Werten bis 28 mg/h, was der bis zu zehnfachen Menge aller gemessenen VOC (TVOC) entsprach.

Methodenbeschreibung

Materialien: Die getesteten Drucker und Kopiergeräte entstammten aus der laufenden Produktion von sieben Herstellern. Die Papiere wurden in Paketen zu 500 Blatt gekauft. Das für alle Testkammermessungen der Kopiergeräte verwendete Recyclingpapier wurde in einer Charge von 100 Paketen gekauft.

Emissionsprüfkammer: Die Untersuchungen erfolgten in einer 1 m2-Kammer, die dem europäischen Standard ENV 13419-1 entspricht. Nach Abschluss des Druckvorgangs wurde die Kammer auf 60 °C aufgeheizt und für 60 min ausgeheizt, um auch eventuell an den Kammerwänden adsorbierte VOC und SVOC vollständig zu erfassen.

Druckvorgang: Drucker und Kopierer wurden meist mit jeweils 500 Blatt Papier befüllt. Die Luftaustauschrate wurde auf 4-5 h-1 eingestellt und mittels N2O-Messungen exakt bestimmt. Eine hohe Luftaustauschrate war erforderlich, einerseits um innerhalb der kurzen Druckzeit von 20-30 min in der Testkammer eine Gleichgewichtskonzentration zu erreichen, andererseits wegen des aus dem Papier freigesetzten Wassers. Der Druckvorgang wurde deshalb bei einer relativen Feuchte von 20 Prozent und einer Temperatur von 23 °C gestartet; am Ende lag die relative Luftfeuchte bei etwas über 55 Prozent und die Temperatur bei 24-25 °C.

Analyse von Kammerluftproben

Zur Probenahme dienten Glasröhrchen (178 mm x 6 mm AD, 4 mm ID), die mit Tenax TA (200 mg, 60-80 Mesh) gefüllt waren. Fixiert wurde das Sorbens mit desaktivierten Glaswollstopfen. Das Probenahmevolumen lag zwischen 0,5 und 5 L bei einem Luftstrom von 50 oder 100 mL/min. Die Analyse erfolgte anschließend mittels Thermodesorption bei einer Endtemperatur von 290 °C unter Verwendung des Gerstel-ThermoDesorptionSystem TDS 2 (Abb. 1) und des Gerstel-KaltAufgabeSystems KAS 3 in Kombination mit der Gaschromatographie und Massenspektrometrie.

Für die direkte thermische Desorption wurde ein Papierstreifen aus einem DIN A4-Blatt geschnitten und in ein leeres Glasröhrchen eingeführt. Die Streifen maßen 3 x 60-80 mm und wogen rund 20 mg. Die Thermodesorption begann bei einer Temperatur von 40 °C und wurde mit 40 °C/min auf die Endtemperatur von 180 °C gesteigert, die fünf Minuten gehalten wurde. Der Trägergasfluss (He) betrug 30 mL/min. Die emittierten Komponenten wurden im KAS bei -150 °C fokussiert.

Ergebnisse

Die Untersuchung zeigt, recyceltes Papier emittiert beim Druck mit einem Laserdrucker oder während des Kopiervorgangs durchschnittlich mehr SVOC als Papier, das aus Primärfasern hergestellt wurde (Abb. 3 und 4). Welcher Emissionswert letztlich erreicht wurde, hing sowohl von der bedruckten Papiersorte ab, als auch vom verwendeten Gerät (Tab. 1).

Neun Drucker und Kopierer wurden unter gleichen Bedingungen betrieben und die ermittelten Emissionsraten miteinander verglichen. Die resultierten TSVOC-Werte variierten zwischen 3800 µg/h und 27800 µg/h. Bei zwei Druckern, die in einer 20 m2-Kammer getestet wurden, konnten keine SVOC detektiert werden. Diese Beobachtung lässt sich mit Adsorptionseffekten erklären. Eine Erfassung mittels Ausheizen war konstruktionsbedingt nicht möglich.

Recyclingpapier ist stärker belastet

Als überraschenderweise SVOC detektiert wurden, geriet auch das für die Drucktests verwendete Papier als Emissionsquelle ins Blickfeld. Das Papier wurde deswegen mittels direkter thermischer Extraktion analysiert: Zuerst das Recyclingpapier, da es für die Entwicklung der Testmethode für das deutsche Umweltlabel „Blauer Engel“ verwendet wurde (Abb. 3) und zum Vergleich ein Papier, das aus Frischfasern hergestellt wurde (Abb. 4). Der Vergleich beider Messungen ergibt ein höheres Emissionspotenzial für das Recyclingpapier, das von vielen Substanzen herrührt, die vor allem im SVOC-Bereich detektiert wurden (Start bei 28 min). Die Simulation bietet eine Vorstellung von der möglichen Belastung von Büros und anderen Innenräumen.

Der Druck von 500 Blatt Papier in einer 1 m2-Testkammer entspricht keiner realistischen Simulation einer echten Raum- beziehungsweise Bürosituation. Allerdings wurden die Emissionsraten unter kontrollierten Bedingungen bestimmt; sie lassen sich folglich verwenden, um die Konzentrationen emittierter Substanzen in Innenräumen abzuschätzen, sofern Luftaustauschrate und Zahl der bedruckten Papiere bekannt sind.

Die Ermittlung der Emissionsraten von SVOC erweist sich dennoch als schwierig, da sich während der kurzen Zeit des Druckvorgangs kein Gleichgewicht zwischen Kammerluft und Kammeroberfläche einstellt. Einige SVOC lassen sich wegen Adsorptionseffekten vielleicht gar nicht zuverlässig detektieren. Zu Beginn des Projektes wurden zwei Gründe für das Vorhandensein von SVOC diskutiert: Die Verwendung von Chemikalien, die bei der Herstellung von Recyclingpapier eingesetzt werden, um Tinte zu entfernen (Deinking, Flotation), und dass die im eingesetzten Altpapier enthaltenen Chemikalien nur unzureichend entfernt wurden.

Einen Beleg für die zweite Annahme liefert die direkte thermische Extraktion von Papieren, die ohne und mit Flotation hergestellt worden waren. Das Ergebnis der Untersuchung zeigte: behandeltes Papier wies trotz der im Flotationsprozess eingesetzten Chemikalien ein niedrigeres Emissionspotenzial auf.

Fazit

Die in Recyclingpapier enthaltenen SVOC entstammen Chemikalien, die im eingesetzten Altpapier enthalten sind; vermutlich handelt es sich um Druckfarben. Die Herkunft von Diisopropylnaphthalin in Recyclingpapier lässt sich mit der Verarbeitung von Durchschreibepapier erklären, das ebenfalls Teil des zur Aufbereitung eingehenden Altpapiers ist.

LÖSUNGSANSÄTZE

Um die Emissionen von VOC und besonders SVOC während des Druck-/Kopiervorgangs zu minimieren, bieten sich drei Möglichkeiten an:

- Die Hersteller von Laserdruckern, Kopieren und Multifunktionsgeräten sollten versuchen, die Drucktemperatur (Fixiertemperatur) auf technischeWeise zu reduzieren, da sie entscheidend die Emissionsrate beeinflusst.- Hersteller von Recyclingpapieren sollten anstreben, den Prozess zur Entfernung der Druckfarben zu verbessern.- Es sollten Druckfarben entwickelt werden, die sich während des Recyclingprozesses leicht aus dem Altpapier entfernen lassen. Unabhängig davon plant das Umweltbundesamt (UBA), das Emissionspotenzial in den Kriterien für die Vergabe des Umweltzeichens „Blauer Engel“ für Recyclingpapier zu berücksichtigen.

Literatur[1] Jann O, Rockstroh J, Wilke O et al. 2003. Entwicklung einer Prüfmethode und Untersuchungen zur Begrenzung von Emissionen aus Druckern und Kopiergeräten im Rahmen der Umweltzeichenvergabe, UBA-Texte 71/03, Umweltbundesamt, Berlin.[2] Wilke O, Jann O, Brödner D. 2003. VOC and SVOC contribution of papers for hardcopy devices to indoor air pollution, Proceedings of Healthy Buildings 2003, Vol. 1: 289-295.

*Dr. O. Wilke, Dr. O. Jann und D. Brödner,Bundesanstalt für Materialforschung und Prüfung(BAM), 12200 Berlin

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