Forscher im Labor, der über die digitalen Tablettendaten des chemischen Elements Brom Br berät
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20.07.2020 Fachinformation

Die Verwendung von Halogenen verstehen

Halogene bilden die Gruppe 17 im Periodensystem der Elemente. Im Alltag begleiten sie uns fortwährend: im Trinkwasser, beim Kochen und wenn wir ins Schwimmbad gehen. Selbst im menschlichen Körper sind sie enthalten. Halogene bergen jedoch auch große Risiken. Die internationale Norm IEC 62474 trägt dazu bei, genau diese Risiken zu verringern.

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Von Natalie Mouyal

Halogene werden im Allgemeinen als eines aus der Gruppe der fünf chemischen Elemente des Periodensystems betrachtet, die sich aus Fluor (F), Chlor (CI), Brom (Br), Jod (I) und Astat (At) zusammensetzt. Diese Gruppe von Elementen war traditionell als Gruppe 7A bekannt und wird aktuell als Gruppe 17 bezeichnet.

Halogene sind weit verbreitet, reichlich in chemischen Verbindungen enthalten und kommen in natürlichen Quellen wie dem Meer (Chlor, Brom und Jod) sowie in Vulkanen und Fumarolen vor.

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Die moderne Nutzung von Halogenen ist sehr umfassend. Sie werden beispielsweise in Schwimmbädern (Chlor und Brom), Trinkwasser (Chlor und Fluor), Zahnpasta (Fluor) sowie in Kochsalz (Chlor) eingesetzt. Abgesehen von Astat sind Spuren von Halogenen im menschlichen Körper zu finden und gelten als essenziell für eine gute Gesundheit.

Auch in elektrischen und elektronischen Produkten sind Halogene weit verbreitet, zum Beispiel in Leiterplatten, Bauteilen wie Steckverbindern, elektrischen Kabeln, Ionen-Akkus sowie in den Kunststoffgehäusen von Fernsehern und Mobiltelefonen.

Warum werden Halogene verwendet

Die weit verbreitete Verwendung von Halogenen in elektrischen und elektronischen Produkten kann auf drei Faktoren zurückgeführt werden:

  • ihre Leistungseigenschaften,
  • die relativ niedrigen Kosten und
  • die Reichhaltigkeit des Rohstoffes.

Halogene werden insbesondere als Flammschutzmittel verwendet, da einige von Halogenen abgeleitete Verbindungen eine extrem hohe Hitzebeständigkeit aufweisen, die die Verbrennung bei einem Brand einschränken kann.

Die beliebte Verbindung auf Halogenbasis, Polyvinylchlorid (PVC), ist aufgrund ihrer Flamm-, Feuchtigkeits- und Abriebbeständigkeit einer der am häufigsten verwendeten Kunststoffe in der Elektronikindustrie. Andere Verbindungen auf Halogenbasis wurden wegen ihrer Fähigkeit entwickelt, bestimmten Chemikalien und Lösungsmitteln zu widerstehen. Gleiches gilt für fluoriertes Ethylenpropylen (FEP), eine von Halogen abgeleitete Verbindung, die aufgrund ihrer Fähigkeit, hohen Temperaturen zu widerstehen, häufig für die Isolierung von Kabeln verwendet.

In vielen Fällen ermöglichen halogenierte Werkstoffe im Vergleich zu alternativen Lösungen eine wesentliche Produktleistung zu geringeren Kosten.

Aber es mehren sich Bedenken

Obwohl Halogene viele Vorteile bieten, bergen sie auch Risiken: Halogenverbindungen setzen korrosive und giftige Gase frei, wenn sie von Feuer entzündet werden. Während des Ersten Weltkriegs waren Halogene ein aktiver Bestandteil des berüchtigten Senfgases, das Blindheit und Ersticken verursachte.

In der schlimmsten Katastrophe in der Geschichte der Telekommunikation brach im Mai 1988 im Hinsdale Central Office, einer Telefonvermittlungsstelle in den USA, ein Feuer aus. Der schwere Rauch des Feuers verursachte umfangreiche Schäden an den Geräten und führte zum Ausfall des Dienstes für Tausende von Kunden. Der zentrale Prozess der Telefonzentrale war zwar nicht direkt am Brand beteiligt, musste jedoch aufgrund der Auswirkungen von Säurekorrosion ersetzt werden.

Toxische Dämpfe, die durch Halogenverbindungen freigesetzt werden, sind ein weiterer Grund zur Besorgnis. Zusätzlich zu den materiellen Schäden, die durch den Brand in Hinsdale verursacht wurden, führten giftige Dämpfe, die von der brennenden Elektronik emittiert wurden, dazu, dass einige der Feuerwehrleute chemische Dämpfe einatmeten. In ähnlicher Weise führte im Jahr 2003 ein verheerender Brand in einer U-Bahn-Station im südkoreanischen Daegu zu einem toxischen schwarzen Rauch, der die Feuerwehrleute mehr als drei Stunden lang daran hinderte, die Station zu betreten, um die Opfer zu retten.

Da bei der Verbrennung von halogenierten Werkstoffen Giftstoffe in die Atmosphäre freigesetzt werden, besteht in Ländern, in denen die Entsorgung von Elektro- und Elektronikgeräten nicht gut geregelt ist, die Gefahr der Entstehung einer Giftmüllumgebung. Infolgedessen haben einige Länder Vorschriften erlassen, um die Verwendung bestimmter gefährlicher Stoffe einzuschränken. In Europa wurden einige halogenierte Verbindungen aufgrund ihrer hohen Toxizität eingeschränkt.

Im Jahr 2018 hat die IEC eine neue Ausgabe der Norm IEC 62474 zur Berichterstattung zu gefährlichen Stoffen herausgegeben. Im Rahmen dieser Norm pflegt die IEC eine Datenbank der relevanten Vorschriften in Bezug auf Halogensubstanzen in elektrischen und elektronischen Produkten. Darüber hinaus haben eine Reihe von technischen Komitees der IEC Normen entwickelt, die Kriterien zur Begrenzung der Menge an Halogenen in Anwendungen enthalten, bei denen die Sicherheit im Brandfall gewährleistet sein muss wie beispielsweise bei elektrischen Kabeln.

In jüngster Vergangenheit sind Halogene angesichts der sich abzeichnenden Ressourcenknappheit und der zunehmenden Aufmerksamkeit, die dem Recycling von Materialien wie Flammschutzmitteln geschenkt wird, auf den Prüfstand gekommen. In Europa wurden Gesetze erlassen, die die Verwendung halogenierter Flammschutzmitteln in bestimmten Kunststoffen, wie etwa in den Gehäusen von elektronischen Displays, einschränken.

Die Hersteller haben auch damit begonnen, sich mit Bedenken bezüglich bestimmter Halogenstoffe auseinanderzusetzen, indem sie Produkte mit begrenztem Halogengehalt entwickeln. Die zur Beschreibung des Halogengehalts verwendeten Begriffe sind jedoch nicht genormt und können je nach Hersteller, Branche oder den Produkten, für die der Werkstoff verwendet wird, oft unterschiedliche Bedeutungen haben.


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Die Rolle von Normen

Die IEC entwickelt zusammen mit anderen Normenentwicklungsorganisationen und Umweltleistungsprogrammen Normen, um den Halogengehalt in Produkten zu quantifizieren.

Es bestehen jedoch Inkonsistenzen in der verwendeten Terminologie sowie in den Prüfmethoden und Anforderungen. Verschiedene Begriffe wie halogenfrei, nicht halogeniert, halogenlos und halogenarm werden manchmal verwendet, um einen ähnlichen Halogengehalt auszudrücken. Manchmal werden aber auch trotz der Verwendung desselben Begriffs unterschiedliche Grenzwerte für Halogene verwendet. In einigen Fällen werden ähnliche Begriffe verwendet, wenn sie sich auf verschiedene Halogentypen beziehen.

Die Gründe für diese Diskrepanzen sind sehr vielfältig. Beispielsweise kann die Terminologie für bestimmte Produktkategorien spezifisch sein oder entwickelt worden sein, als bestimmte Arten von Daten noch nicht verfügbar waren. Unabhängig von den Gründen schafft die Vielfalt der vorhandenen Terminologie und der Definitionen der Begriffe Verwirrung innerhalb der Branche und ihrer Lieferkette.

Es sind Leitlinien erforderlich, damit die für halogenbezogene Bestimmungen verwendete Terminologie einheitlich und klar ist. Sorgfältige Überlegungen sind bei der Auswahl von Prüfmethoden zur Bestimmung des Halogengehalts erforderlich. Das Beratende Komitee für Umweltfragen (ACEA) der IEC erarbeitet derzeit einen Leitfaden für Normenentwickler zu diesem Thema.

Halogene als Ganzes können nicht als besorgniserregend eingestuft werden. Vielmehr muss die Identifizierung und Klassifizierung von Halogenen in spezifische Risikogruppen auf der Grundlage eines wissenschaftlich fundierten Ansatzes definiert werden.

Redaktioneller Hinweis:

Diese IEC-Fachinformation gibt einen allgemeinen Überblick über Halogene. Sie ist jedoch nicht als offizielle IEC-Position gedacht.

Der englischsprachige Originalartikel erschien erstmals im IEC-Newsletter Ausgabe 02/2020.
Zu finden unter: https://etech.iec.ch/issue/2020-02/understanding-halogen-use

Die im Text aufgeführten Normen können Sie im VDE VERLAG erwerben.

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