Fluortensid-Alternativen: Was Kohlenwasserstoff-Chemie kann und was nicht

Fluortenside bestehen aus einer perfluorierten oder teilfluorierten Kette. Die Kohlenstoff-Fluor-Bindung gehört zu den stärksten Einfachbindungen der organischen Chemie, und eine fluorierte Kette ist zugleich hydrophob und oleophob, was eine Kohlenwasserstoffkette nicht ist. Diese Kombination erlaubt es einem Fluortensid, die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten auf etwa 15 bis 20 mN/m zu senken, deutlich unter das, was Kohlenwasserstoff-Tenside erreichen, und liefert Filme, die Öl abweisen, starken Säuren und Basen widerstehen und Hitze aushalten.

Diese Eigenschaften erklären die Anwendungsliste: Beschichtungen und Druckfarben, die auf niederenergetischen Substraten verlaufen müssen, Hart- und Metallreiniger, die ölige Verschmutzungen schnell lösen müssen, Galvanikbäder, in denen Nebelunterdrückung das Personal schützt, wässrige filmbildende Schäume (AFFF) für die Brandbekämpfung, und Agrarhilfsstoffe, die einen Sprühtropfen auf einem wachsartigen Blatt benetzen müssen. In jedem Fall übernimmt das Fluortensid eine Aufgabe, die für ein konventionelles Tensid schwer oder gar nicht vollständig zu leisten ist.

Der aktuelle Trend weg von Fluortensiden wird durch das PFAS-Beschränkungsdossier getrieben. 2023 reichten fünf europäische nationale Behörden bei der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA) einen Vorschlag für eine breite, universelle Beschränkung der gesamten Stoffklasse der per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen ein, sehr weit gefasst. Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Textes befindet sich der Vorschlag noch in der Meinungsbildung der ECHA-Ausschüsse; er ist nicht als endgültiges Recht verabschiedet, Umfang und Zeitplan werden noch verhandelt, und das Ergebnis kann sich vor Inkrafttreten noch wesentlich ändern.

Daneben bestehen bereits geltende Beschränkungen: PFOA und seine Salze sind bereits nach REACH Anhang XVII beschränkt, und eine Beschränkung für PFHxA und verwandte Stoffe wurde ebenfalls über denselben Mechanismus verabschiedet. Die EU-Trinkwasserrichtlinie hat Grenzwerte für PFAS im Trinkwasser eingeführt, die indirekt industrielle Anwender zur Substitution drängen. Zusätzlich zu den rechtlichen Mindestanforderungen schreiben Einzelhändler und große Markeninhaber PFAS-Ausschlüsse zunehmend in ihre eigenen Lieferantenspezifikationen, noch vor jeder gesetzlichen Frist. Da sich das Dossier aktiv weiterentwickelt, sind alle hier genannten Daten und Umfangsangaben als Momentaufnahme zu verstehen; der aktuelle Stand sollte vor jeder Compliance-Entscheidung direkt bei der ECHA geprüft werden.

Eine Aussage "fluorfrei" oder "PFAS-frei" ist nur so gut wie der Test dahinter. Die OECD veröffentlichte 2021 eine strukturelle Definition von PFAS, aufgebaut auf jedem Kohlenstoffatom mit mindestens einer vollständig fluorierten Methyl- oder Methylengruppe; diese Definition ist breit und erfasst weit mehr Chemikalien als der ältere, engere Begriff der "langkettigen perfluorierten Tenside". Zwei Lieferanten können beide "PFAS-frei" sagen und dennoch Unterschiedliches meinen, solange sie sich nicht auf dieselbe Definition beziehen.

Da die Aussage analytisch ist und nicht beschreibend, sollte nach der zugrunde liegenden Methode gefragt werden. Die Bestimmung des gesamten organischen Fluors (TOF) mittels Verbrennungs-Ionenchromatographie (CIC) liefert eine Gesamtfluorzahl, die fluorierte Verunreinigungen erfasst, die eine gezielte Methode übersehen würde. Extrahierbares organisches Fluor (EOF) in Kombination mit einem Total-Oxidizable-Precursor-Assay (TOP) geht weiter, indem Vorläufersubstanzen zu einem messbaren Endprodukt oxidiert werden, um fluorierte Bausteine sichtbar zu machen, die sonst nicht auffallen würden. Eine Erklärung "keine zugesetzten fluorierten Rohstoffe" ohne eine dieser Methoden dahinter ist eine Formulierungsaussage, keine analytische.

Die Tabelle stellt Fluortenside konventionellen Kohlenwasserstoff-Tensiden und PureSurfs biobasierten NEXOVANT-Typen bei den am häufigsten nachgefragten Eigenschaften gegenüber. Sie ist bewusst kein Eins-zu-eins-Substitutionsschema: Mehrere Fluortensid-Eigenschaften haben schlicht kein Kohlenwasserstoff-Äquivalent.

Der häufigste Substitutionsfehler ist ein Eins-zu-eins-Molekültausch: ein Kohlenwasserstoff-Tensid an genau der Stelle einzusetzen, an der das Fluortensid saß, in derselben Dosis, mit der Erwartung gleicher Benetzung, gleichen Schaums und gleichen Verlaufs. Das gelingt selten, weil das Fluortensid oft mehr als eine Aufgabe übernahm (zum Beispiel Oberflächenspannungsreduktion und oleophoben Schutz zugleich), die nun auf mehrere Inhaltsstoffe verteilt werden muss.

Ein realistischerer Ansatz beginnt mit einem Tensid niedriger CMC, um so viel Oberflächenspannungsreduktion wie möglich aus der Kohlenwasserstoff-Chemie herauszuholen, ergänzt um Substratenergie-Management (Plasma- oder Coronabehandlung, Primer), Co-Lösemittel für Benetzung und Verlauf sowie polymere Additive, wo eine Barriere- oder Gleiteigenschaft benötigt wird. Jede Änderung in dieser Kette braucht eine eigene erneute Prüfung von Benetzung, Schaumprofil und Langzeitstabilität; ein Tensid mit niedrigerer CMC, das am ersten Tag gut funktioniert, kann in Woche vier bei anderem Elektrolyt- oder pH-Milieu dennoch anders schäumen oder entmischen.

Für Anwendungen, die auf echter Oleophobie oder langfristiger chemischer Inertheit beruhen, etwa AFFF-Feuerlöschschäume oder fluorpolymere Verarbeitungshilfsmittel, ist Kohlenwasserstoff-Chemie einschließlich PureSurfs NEXOVANT-Produkte kein Ersatz und sollte nicht als solcher dargestellt werden; solche Anwendungsfälle benötigen eine eigenständige technische Prüfung außerhalb des Rahmens eines Tensidaustauschs.

PureSurfs NEXOVANT-Aminoxide sind kohlenwasserstoffbasierte, biobasierte Tenside ohne fluorierte Kette im Molekül, was sie nach der OECD-Definition strukturell PFAS-frei per Design macht. Das ist eine chemische Tatsache, kein Leistungsversprechen: Sie sagt nichts darüber aus, ob NEXOVANT die konkrete Aufgabe erfüllen kann, die ein Fluortensid in Ihrer Formulierung übernommen hat.

Gemessen und dokumentiert ist die Grenzflächenspannung gegen Olivenöl, 0,69 mN/m für NEXOVANT F Pro gegenüber 5,52 mN/m für ein Referenztensid, beide gemessen vom selben Drittlabor, sowie eine CMC von 33 mg/L gegenüber 73 mg/L Referenz, gemessen von der BASF SE. Das sind echte Vorteile gegenüber einem konventionellen Kohlenwasserstoff-Referenztensid und können Benetzung und Effizienz bei niedriger Dosierung spürbar verbessern. Sie sind jedoch kein Beleg dafür, dass NEXOVANT das Oberflächenspannungsniveau eines Fluortensids erreicht oder Ölabweisung reproduziert, und die Eignung für eine bestimmte Fluortensid-Position muss im eigenen System des Kunden nachgewiesen werden, bevor eine Substitutionsentscheidung getroffen wird.

Eine Lieferantenaussage "PFAS-frei" oder "fluorfrei" sollte als Ausgangspunkt für die eigene Prüfung behandelt werden, nicht als deren Abschluss. Die folgenden Fragen trennen eine belastbare Substitution von einem reinen Etikettenwechsel.