Bei Kontakt mit feuchter Luft kann Wasserdampf in Carbonatlösungsmittel eintreten und sich darin lösen. So nimmt ursprünglich wasserarmes Material Feuchtigkeit auf. Auch Behälter, Gase und Leitungen können Wasser eintragen. Feuchtigkeitsschutz muss diese Kontakte und Rückstände bei Lagerung, Probenahme und Transfer verringern.
Woher Wasser hauptsächlich stammt
Rückstände in Verpackungen und Anlagen: Behälterinnenwände, Ventile, Schläuche und Filter können sauber aussehen und dennoch Reinigungswasser oder adsorbiertes Wasser enthalten. Sauberkeit und Trockenheit sind miteinander verbunden, aber unterschiedliche Anforderungen. Eine bestimmte Spüldauer allein belegt nicht, dass der angestrebte Wasserzustand erreicht ist.
Eintrag über Gase: Schutzgase wie Stickstoff können Wasser eintragen, wenn sie nicht ausreichend trocken sind oder feuchte Druckminderer und Schläuche durchströmen. Gasreinheit und Trocknungsgrad sind unterschiedliche Kennwerte. Besonders wichtig ist der Gaszustand am tatsächlichen Einsatzpunkt.
Luftkontakt: Beim Öffnen von Fässern, bei der Probenahme und beim Anschließen von Leitungen beeinflussen Kontaktfläche und Kontaktdauer die Feuchtigkeitsaufnahme. Häufiges Öffnen großer Gebinde zur Entnahme kleiner Mengen erhöht die Kontaktmöglichkeiten. Die Aufnahmegeschwindigkeit hängt vom Lösungsmittel und den Umgebungsbedingungen ab; aus der Öffnungsdauer allein lässt sich der Wassergehalt nicht abschätzen.
Rückstände in gemeinsam genutzten Anlagen: Reste des vorherigen Materials in Pumpen oder Leitungen können sowohl Wasser als auch andere Komponenten eintragen. Speziell zugeordnete Geräte oder wirksam gereinigte und getrocknete Systeme können diese Kreuzkontamination vermindern.
Die Aufnahmegeschwindigkeit hängt von Kontaktfläche, Dauer, Luftfeuchte und Temperatur ab. Für die fünf Lösungsmittel lassen sich daher keine festen Geschwindigkeiten festlegen. Erneutes Verschließen des Fasses vermindert weiteren Kontakt, entfernt aber kein bereits eingetragenes Wasser.
Luft- und Wassereintritt während der Lagerung verringern
Die Verpackung muss unbeschädigt und dicht verschlossen bleiben. Die Lagerung erfolgt nach dem Sicherheitsdatenblatt (SDS) des Produkts. Auch ungeöffnete Gebinde sind auf Dichtheit und Beschädigung zu prüfen. Regen und ungeeignete Lagerbedingungen dürfen die Schutzwirkung nicht beeinträchtigen.
Die Entnahmeform sollte zur benötigten Menge passen und unnötiges wiederholtes Öffnen vermeiden. Restproben dürfen nicht unkontrolliert in das Originalgebinde zurückgegossen werden, da dabei Wasser oder Verunreinigungen zurückgelangen können. Die Verwendbarkeit nach dem Öffnen hängt von Abdichtung, Entnahme und Umgebung ab. Eine einheitliche Zahl von Tagen für sämtliche Situationen ist nicht möglich.
Warum Probenahme und Transfer geschlossen und trocken erfolgen sollten
Probengefäße, Anschlüsse und Fördergeräte müssen für das Lösungsmittel geeignet sowie trocken und sauber sein. Offene Kontaktzeiten sollten möglichst kurz bleiben und geeignete geschlossene Transfersysteme verwendet werden. Auch entnommene Proben sind unverzüglich zu verschließen. Andernfalls kann der gemessene Wassergehalt zusätzlich während der Probenahme eingetragenes Wasser enthalten.
Bei Ethylencarbonat (EC) mit ungleichmäßigem Phasenzustand ist auch die Repräsentativität der Probe zu beachten. Falls Schmelzen erforderlich ist, muss es kontrolliert und passend zu Verpackung und Anlage erfolgen. Nach der Homogenisierung wird nach dem vorgesehenen Verfahren beprobt. Erwärmen ersetzt weder Feuchtigkeitsschutz noch stellt es wasserbelastetes Material automatisch wieder als spezifikationsgerechten Rohstoff her.
Zum Beispiel: Eine frisch gereinigte Probenflasche sieht sauber aus, ist aber noch nicht vollständig trocken. Nach dem Einfüllen des Lösungsmittels gelangt Wasser von der Innenwand in die Probe. Ein erhöhter Probenwassergehalt beweist dann nicht unmittelbar, dass die gesamte Charge im Originalfass Feuchtigkeit aufgenommen hat. Wird die Restprobe zurückgegossen, kann die örtliche Verunreinigung jedoch die gesamte Charge erreichen. Die getrennte Betrachtung von Probenflasche, Transferweg und Originalverpackung hilft, die Eintrittsstelle zu finden und anschließend nach dem festgelegten Verfahren eine repräsentative Probe zu entnehmen.
Feuchtigkeitsschutz darf die Betriebssicherheit nicht beeinträchtigen
Dimethylcarbonat (DMC), Diethylcarbonat (DEC) und Ethylmethylcarbonat (EMC) erfordern Maßnahmen gegen Entzündungsrisiken. Zündquellen sind zu kontrollieren und ausreichende Lüftung sowie anlagen- und materialgerechte Maßnahmen gegen elektrostatische Aufladung, etwa Erdung und Potentialausgleich, sicherzustellen. Die langsamere Verdampfung von EC oder Propylencarbonat (PC) hebt die Schutzanforderungen des SDS nicht auf.
Stickstoffschutz kann den Eintritt feuchter Luft verringern. Stickstofflecks bergen jedoch Erstickungsgefahr durch Sauerstoffmangel; in unzureichend belüftete Räume darf nicht unkontrolliert abgeblasen werden. Behälter und Anlagen müssen für den tatsächlichen Druck geeignet sein. Gewöhnliche nicht druckfeste Fässer oder Großpackmittel (IBC) dürfen nicht eigenmächtig mit Stickstoff zur Entleerung unter Druck gesetzt werden.
Ein geschlossenes System zum Feuchtigkeitsschutz darf keine Be- oder Entlüftung, Druckentlastung oder sonstige Sicherheitseinrichtung blockieren. Trockenheit, Lüftung, Brandschutz und Druckschutz müssen gleichzeitig gewährleistet sein.
Bei verändertem Wassergehalt zunächst Probe und Material unterscheiden
Bei auffälligen Ergebnissen sind zunächst Probe und Chargeninformationen aufzubewahren und Probenflasche, Expositionsverlauf, Verpackungsdichtheit sowie Rückstände gemeinsam genutzter Anlagen zu prüfen. Eine verunreinigte Probe und die Feuchtigkeitsaufnahme der gesamten Charge sind unterschiedliche Probleme. Ein einzelner Messwert erklärt nicht sämtliche Ursachen.
Wird eine Veränderung des Materialzustands bestätigt, muss die Verwendung des betroffenen Materials ausgesetzt werden. Es ist getrennt zu lagern, zu kennzeichnen und nach dem anwendbaren Verfahren zu bewerten. Ein normales Aussehen oder erneute Klarheit nach dem Erwärmen ersetzt keine Bewertung von Wassergehalt und weiteren relevanten Qualitätsmerkmalen.
Quellen
Metrohm: Wasserbestimmung und Analysenmethoden für Batteriematerialien
HSE: Sichere Verwendung und Handhabung entzündbarer Flüssigkeiten; allgemeine Risikohinweise
HSE: Inertisierungssysteme sowie Risiken durch Sauerstoffmangel und Druck