Dichlormethan ersetzen: Welche Alternativen zu Methylenchlorid (DCM) kommen für industrielle Anwendungen infrage?
Dichlormethan ersetzen: Welche Alternativen zu Methylenchlorid (DCM) kommen für industrielle Anwendungen infrage?
Dichlormethan, auch als Methylenchlorid oder DCM bezeichnet, ist ein chloriertes Lösemittel mit hoher Lösekraft und sehr schneller Verdunstung. Es wird beziehungsweise wurde unter anderem zum Entlacken und Abbeizen, zur Reinigung und Entfettung, als Extraktions- und Prozesslösemittel sowie in verschiedenen chemisch-technischen Produktionsverfahren eingesetzt.
Aufgrund seiner gesundheitlichen Eigenschaften, seiner hohen Flüchtigkeit und zunehmender regulatorischer Anforderungen gewinnt die Substitution von Dichlormethan in industriellen Prozessen jedoch zunehmend an Bedeutung.
Eine universelle 1:1-Alternative zu DCM gibt es nicht. Abhängig von Anwendung, Substrat, Verschmutzung, Prozessführung und gewünschter Verdunstung können jedoch unterschiedliche Lösemittel oder Lösemittelkombinationen eingesetzt werden. GIO-CHEM unterstützt Unternehmen bei der Auswahl und Entwicklung geeigneter DCM-freier Lösemittelsysteme für industrielle Anwendungen.
Dieser Beitrag der GIO-CHEM Substitution Library zeigt, welche Ansätze für eine Dichlormethan-Substitution grundsätzlich zur Verfügung stehen und warum eine erfolgreiche Substitution immer von der konkreten Anwendung ausgehen sollte.
Was ist Dichlormethan?
Dichlormethan, auch Methylenchlorid oder DCM genannt, ist eine organische Verbindung mit der Summenformel CH₂Cl₂ und der CAS-Nummer 75-09-2. Es handelt sich um ein leichtflüchtiges chloriertes Lösungsmittel mit ausgeprägtem Lösevermögen. Dichlormethan ist nur begrenzt mit Wasser mischbar und kann zahlreiche organische Verbindungen, Harze, Fette, Klebstoffe und Beschichtungsbestandteile lösen oder aufquellen. Gerade diese Kombination macht Dichlormethan technologisch interessant.
Industriell wurde und wird DCM unter anderem als Prozess- und Extraktionslösemittel, bei Reinigungs- und Entfettungsprozessen, in Beschichtungs- und Klebstoffanwendungen sowie zur Entfernung von Farben und Lacken eingesetzt. Aufgrund seines niedrigen Siedepunkts von rund 40 °C verdunstet Dichlormethan sehr schnell, was es insbesondere für Prozesse interessant macht, bei denen eine hohe Löseleistung mit kurzer Trocknungszeit kombiniert werden soll.
Dichlormethan – Stoffdaten im Überblick
Bezeichnung: Dichlormethan
Weitere Bezeichnung: Methylenchlorid
Abkürzung: DCM
CAS-Nr.: 75-09-2
EG-Nr.: 200-838-9
Summenformel: CH₂Cl₂
Stoffklasse: Chlorierter Kohlenwasserstoff / halogeniertes Lösungsmittel
Wasserlöslichkeit: ca. 13 g/l bei 25 °C
CLP-Relevanz: Carc. 2, H351
REACH: Beschränkung nach Anhang XVII, Eintrag 59, insbesondere für dichlormethanhaltige Farbabbeizer
Warum wird Dichlormethan in der Industrie eingesetzt?
Dichlormethan besitzt eine für industrielle Anwendungen interessante Kombination aus hoher Lösekraft und sehr niedriger Siedetemperatur von etwa 40 °C. Dadurch verdunstet DCM ausgesprochen schnell und kann zahlreiche organische Beschichtungen, Harze, Fette, Klebstoffe und andere organische Stoffsysteme lösen oder aufquellen.
Typische Einsatzbereiche sind beziehungsweise waren unter anderem:
- Entlackung und Entfernung von Beschichtungen
- industrielle Reinigung und Entfettung
- Klebstoff- und Harzentfernung
- Extraktionsprozesse
- Formulierungen und chemisch-technische Prozesse
- Prozesslösemittel in der chemischen Industrie
Gerade die Kombination aus starker Lösewirkung und schneller Verdunstung macht die Substitution technisch anspruchsvoll. Viele alternative Lösemittel besitzen einen wesentlich höheren Siedepunkt und bleiben entsprechend länger auf der Oberfläche.
Warum sollte Dichlormethan ersetzt werden?
Dichlormethan ist in der Europäischen Union derzeit harmonisiert als Carc. 2, H351 – Kann vermutlich Krebs erzeugen eingestuft. Der Ausschuss für Risikobeurteilung der ECHA (RAC) hat darüber hinaus einer vorgeschlagenen Verschärfung auf Carc. 1B, H350 sowie einer zusätzlichen Einstufung als Muta. 2, H341 zugestimmt. Nach dem derzeit veröffentlichten ECHA-Stand ist diese vorgeschlagene Neueinstufung noch nicht als entsprechende ATP in die harmonisierte CLP-Einstufung übernommen.
Für Dichlormethan gilt in Deutschland zudem ein Arbeitsplatzgrenzwert von 50 ppm beziehungsweise 180 mg/m³. Aufgrund der hohen Flüchtigkeit kann insbesondere bei offenen Anwendungen eine relevante inhalative Exposition entstehen.
Hinzu kommen spezifische REACH-Beschränkungen. Besonders relevant ist REACH Anhang XVII, Eintrag 59 für dichlormethanhaltige Farbabbeizer. Farbabbeizer mit mindestens 0,1 Gew.-% DCM unterliegen weitreichenden Beschränkungen für die Abgabe und Verwendung durch Verbraucher und professionelle Anwender außerhalb industrieller Anlagen. Ein generelles Verbot sämtlicher industrieller Anwendungen von Dichlormethan besteht jedoch nicht.
Für viele Unternehmen ist eine frühzeitige Substitution deshalb sowohl unter arbeitsschutzrechtlichen als auch unter strategischen Gesichtspunkten sinnvoll.
Warum Dichlormethan häufig nicht 1:1 ersetzt werden kann
Dichlormethan besitzt mit seiner Kombination aus hoher Lösekraft, niedriger Siedetemperatur und sehr schneller Verdunstung ein ungewöhnliches Eigenschaftsprofil.
Ein hochsiedendes Ersatzlösemittel kann zwar eine vergleichbare oder sogar bessere Lösewirkung besitzen, benötigt jedoch möglicherweise erheblich länger zum Verdunsten.
Ein schnell verdunstendes Ersatzlösemittel kann dagegen andere Nachteile hinsichtlich Flammpunkt, Materialverträglichkeit oder Lösevermögen aufweisen.
In der industriellen Praxis führt deshalb häufig nicht die Suche nach einem einzelnen „Ersatzstoff“ zum besten Ergebnis, sondern die Entwicklung eines auf den Prozess abgestimmten Lösemittelgemisches.
Potenzielle Dichlormethan-Alternativen im technischen Vergleich
Lösemittel | Lösekraft / Charakter | Verdunstung | Potenziell interessant für | Wesentlicher Unterschied zu DCM |
Benzylalkohol | starkes Löse- und Quellvermögen | sehr langsam | Entlackung, Beschichtungsentfernung | deutlich längere Einwirkzeit |
Propylencarbonat | stark polar | sehr langsam | Reinigung, Prozesslösemittel, Lösemittelblends | sehr hoher Siedepunkt |
DBE | gutes Löse- und Quellvermögen | langsam | Entlackung, Reinigung, Harze | lange Offenzeit |
Ethyllactat | polarer Ester, breites Lösevermögen | mittel | Reinigung, Harze, Formulierungen | anderes Verdunstungsprofil |
Dimethylcarbonat | polar-aprotisches Co-Lösemittel | vergleichsweise schnell | Reinigung, Prozesslösemittel, Blends | Entzündbarkeit beachten |
Wichtig: Die Tabelle dient der technischen Vorauswahl. Aus ihr lässt sich keine generelle 1:1-Substitution ableiten. Lösekraft, Materialverträglichkeit und Prozessparameter müssen für die konkrete Anwendung geprüft werden.
Benzylalkohol
Benzylalkohol besitzt ein gutes Löse- und Quellvermögen gegenüber zahlreichen Beschichtungen, Farben und polymeren Systemen und wird insbesondere in dichlormethanfreien Abbeiz- und Entlackungsformulierungen eingesetzt.
Aufgrund seines deutlich höheren Siedepunkts verdunstet Benzylalkohol wesentlich langsamer als Dichlormethan. Dies verlängert die Kontaktzeit mit der Beschichtung und kann bei Entlackungsprozessen von Vorteil sein.
Potenzielle Vorteile
- gute Wirkung gegenüber zahlreichen Beschichtungen und Harzsystemen
- niedrige Verdunstungsrate
- längere Einwirkzeit auf der Oberfläche
- für DCM-freie Entlackungsformulierungen geeignet
- gut mit weiteren Lösemitteln kombinierbar
Zu beachten:
Benzylalkohol ist kein direkter Drop-in-Ersatz für DCM. Die längere Einwirk- und Trocknungszeit muss bei der Prozessentwicklung berücksichtigt werden. Gerade in Kombination mit anderen Lösemitteln kann Benzylalkohol jedoch ein wichtiger Baustein leistungsfähiger DCM-freier Formulierungen sein. Benzylalkohol-basierte Systeme werden auch von der US-EPA als technische Alternativen bei verschiedenen Entlackungsanwendungen beschrieben.
Propylencarbonat
Propylencarbonat (PC) ist ein stark polares, hochsiedendes Lösemittel mit sehr niedriger Flüchtigkeit. Es kann insbesondere für Reinigungs-, Entlackungs- und Prozessanwendungen interessant sein, bei denen eine längere Kontaktzeit erwünscht ist.
Propylencarbonat lässt sich sehr gut mit anderen Lösemitteln kombinieren. Besonders Systeme aus Propylencarbonat und Benzylalkohol wurden bereits für industrielle Reinigungs- und Beschichtungsanwendungen untersucht.
Potenzielle Vorteile
- hohe Polarität
- sehr geringe Flüchtigkeit
- gute Löseeigenschaften gegenüber verschiedenen organischen Systemen
- gut für Lösemittelblends geeignet
- hohe Prozessstabilität durch geringen Verdunstungsverlust
Zu beachten:
Der hohe Siedepunkt bedeutet gleichzeitig, dass Propylencarbonat deutlich langsamer trocknet als DCM. Für Anwendungen, bei denen eine vollständig rückstandsfreie und sehr schnelle Verdunstung erforderlich ist, muss die Formulierung deshalb entsprechend angepasst werden.
Dibasische Ester – DBE
Dibasische Ester (DBE) sind Gemische verschiedener Dicarbonsäureester, typischerweise auf Basis von Glutar-, Bernstein- und Adipinsäureestern. Sie werden unter anderem als Lösemittel in Reinigungs-, Entlackungs- und Formulierungsanwendungen eingesetzt.
DBE verfügen über eine vergleichsweise niedrige Flüchtigkeit und können insbesondere bei Beschichtungen und polymeren Rückständen eine gute Löse- beziehungsweise Quellwirkung entwickeln.
Potenzielle Vorteile
- gutes Lösevermögen gegenüber zahlreichen organischen Systemen
- niedrige Verdunstungsrate
- lange Einwirkzeit
- für Entlackungs- und Reinigungsformulierungen interessant
- sehr gut mit anderen Lösemitteln kombinierbar
Zu beachten:
Auch DBE sind aufgrund der deutlich geringeren Flüchtigkeit kein direkter Ersatz für das extrem schnell verdunstende Dichlormethan. Besonders interessant sind deshalb kombinierte Lösemittelsysteme, bei denen DBE für Lösekraft und Einwirkzeit sorgen und eine zweite Komponente das Verdunstungs- oder Penetrationsverhalten steuert.
Ethyllactat
Ethyllactat beziehungsweise Milchsäureethylester ist ein polarer Ester mit breitem Lösevermögen und kann unter anderem bei industrieller Reinigung, Beschichtungen, Druckfarben, Harzen und verschiedenen Spezialanwendungen eingesetzt werden.
Ethyllactat kann – abhängig von Rohstoffherkunft und Herstellungsverfahren – auch aus erneuerbaren Rohstoffquellen hergestellt werden und ist deshalb für Unternehmen interessant, die neben der Gefahrstoffsubstitution auch ihre Rohstoffbasis überprüfen möchten.
Potenzielle Vorteile
- breites Lösevermögen
- gute Mischbarkeit mit vielen organischen Lösemitteln
- deutlich geringere Flüchtigkeit als DCM
- für Reinigungs- und Formulierungsanwendungen interessant
- in Lösemittelblends flexibel einsetzbar
Zu beachten:
Ethyllactat verdunstet wesentlich langsamer als Dichlormethan und besitzt ein anderes Materialverträglichkeitsprofil. Insbesondere bei empfindlichen Kunststoffen, Lacken und Elastomeren sollte die Verträglichkeit vor einer Prozessumstellung geprüft werden.
Dimethylcarbonat – DMC
Dimethylcarbonat (DMC) ist ein Carbonat-Lösemittel, das aufgrund seiner vergleichsweise hohen Flüchtigkeit insbesondere dort interessant sein kann, wo bei einer DCM-Substitution eine schnellere Trocknung benötigt wird.
Im Vergleich zu hochsiedenden Alternativen wie Propylencarbonat, DBE oder Benzylalkohol kann DMC deshalb einen wichtigen Beitrag zur Einstellung des Verdunstungsprofils einer Formulierung leisten.
Potenzielle Vorteile
- relativ schnelle Verdunstung
- gutes Co-Lösemittel
- für die Einstellung von Trocknungszeiten geeignet
- kombinierbar mit polareren und langsamer verdunstenden Komponenten
- interessant für industrielle Reinigungs- und Prozessformulierungen
Zu beachten:
Im Gegensatz zu Dichlormethan ist bei Dimethylcarbonat insbesondere das Brand- und Explosionsschutzkonzept zu berücksichtigen. Eine Substitution darf deshalb nicht ausschließlich anhand der Toxikologie bewertet werden. Gerade in Lösemittelgemischen kann DMC dennoch eine interessante Komponente darstellen, wenn die niedrige Verdunstungsgeschwindigkeit hochsiedender DCM-Alternativen kompensiert werden soll.
Lösemitteltausch
Eine erfolgreiche Substitution von Dichlormethan sollte deshalb schrittweise erfolgen:
1. Ist-Zustand analysieren
Welche Funktion übernimmt Dichlormethan im bestehenden Prozess?
2. Anforderungen definieren
Welche Löseleistung, Verdunstung, Materialverträglichkeit und Prozesszeit werden tatsächlich benötigt?
3. Kandidaten auswählen
Geeignete Lösemittel oder Lösemittelkombinationen werden anhand ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften vorausgewählt.
4. Laborscreening durchführen
Löseleistung, Einwirkzeit, Materialverträglichkeit und Rückstandsverhalten werden verglichen.
5. Formulierung optimieren
Mischungsverhältnisse, Additive, Rheologie und Verdunstungsverhalten werden angepasst.
6. Praxistest durchführen
Das optimierte System wird unter realen Prozessbedingungen validiert.
Auf diese Weise lässt sich vermeiden, dass durch den Austausch eines problematischen Stoffes lediglich ein neues technisches, toxikologisches oder regulatorisches Problem entsteht.
Welche DCM-Alternative eignet sich für welche Anwendung?
Entlackung und Abbeizen
Für die Entfernung von Farben, Lacken und hochvernetzten Beschichtungen sind häufig Benzylalkohol, DBE, Propylencarbonat oder darauf basierende Lösemittelgemische interessant.
Da diese Stoffe deutlich langsamer verdunsten als DCM, kann eine längere Einwirkzeit erzielt werden. Gleichzeitig kann es erforderlich sein, Rheologie, Benetzung und Penetration der Formulierung anzupassen.
Industrielle Reinigung und Entfettung
Bei Reinigungsprozessen hängt die geeignete Alternative stark von der Art der Verschmutzung ab.
Für Harze, Klebstoffe, Lackreste oder polymerartige Rückstände können beispielsweise Ethyllactat, DBE, Carbonate oder abgestimmte Ester-/Carbonat-Systeme interessant sein.
Bei Öl- und Fettverschmutzungen muss zusätzlich die Polarität des Lösemittels beziehungsweise Lösemittelgemisches auf die Verschmutzung abgestimmt werden.
Klebstoff- und Harzentfernung
Bei ausgehärteten Klebstoffen und Harzen reicht die reine Lösekraft häufig nicht aus. Entscheidend ist zusätzlich, ob das Lösemittel in die Polymerstruktur eindringen und diese quellen lassen kann.
Hier können insbesondere Benzylalkohol, DBE, Propylencarbonat und Ethyllactat – gegebenenfalls in Kombination – untersucht werden.
Prozesslösemittel
Soll Dichlormethan innerhalb eines chemischen Produktionsprozesses ersetzt werden, ist eine deutlich umfassendere Betrachtung erforderlich.
Neben der Löslichkeit müssen beispielsweise
- Reaktionskinetik,
- Selektivität,
- Temperaturbereich,
- Wassergehalt,
- chemische Stabilität,
- Aufarbeitung,
- Destillation und
- Produktreinheit
berücksichtigt werden. Ein Lösemittelwechsel kann deshalb Auswirkungen auf den gesamten Prozess haben.
Achtung vor „regrettable substitution“
Ein besonders wichtiger Aspekt ist die Vermeidung einer sogenannten regrettable substitution. Damit ist vereinfacht gesagt gemeint, dass ein problematischer Stoff durch eine Alternative ersetzt wird, die sich später ebenfalls als problematisch herausstellt. Ein historisch naheliegender Ersatzstoff aus derselben Stofffamilie ist deshalb nicht automatisch die beste Lösung.
Gerade bei strukturell ähnlichen Lösungsmitteln muss sorgfältig geprüft werden, ob tatsächlich eine Verbesserung des Gefahrenprofils erreicht wird.
Die ECHA empfiehlt ausdrücklich, bei chemischen Alternativen sowohl Gefahr als auch Exposition zu bewerten.
- Materialverträglichkeit
- Verdunstungsverhalten
- Arbeitsschutz
- regulatorische Anforderungen
- Prozesssicherheit
- Umweltaspekte
- Verfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit
Häufige Fragen zur Substitution von Dichlormethan
Was ist der Unterschied zwischen Dichlormethan und Methylenchlorid?
Es gibt keinen stofflichen Unterschied. Dichlormethan, Methylenchlorid und DCM bezeichnen denselben Stoff mit der CAS-Nummer 75-09-2.
Ist Dichlormethan in der Industrie verboten?
Nein. Dichlormethan unterliegt jedoch verschiedenen regulatorischen und arbeitsschutzrechtlichen Anforderungen. Für dichlormethanhaltige Farbabbeizer bestehen zudem spezifische Beschränkungen nach REACH Anhang XVII, Eintrag 59.
Welche Alternative gibt es zu Dichlormethan?
Das hängt vom Anwendungsfall ab. Zu den möglichen Kandidaten gehören unter anderem Benzylalkohol, Propylencarbonat, dibasische Ester (DBE), Ethyllactat und Dimethylcarbonat sowie daraus entwickelte Lösemittelgemische.
Kann Dichlormethan direkt 1:1 ersetzt werden?
In vielen Anwendungen nicht. Dichlormethan kombiniert hohe Lösekraft mit extrem schneller Verdunstung. Alternative Lösemittel besitzen häufig andere Siedepunkte, Flammpunkte, Polaritäten und Materialverträglichkeiten.
Kann NMP als Ersatz für Dichlormethan verwendet werden?
Technisch ist NMP für bestimmte Anwendungen leistungsfähig und wurde historisch als DCM-Alternative eingesetzt. Aufgrund der eigenen reproduktionstoxischen und regulatorischen Problematik ist NMP für neu entwickelte, langfristig ausgerichtete Substitutionskonzepte jedoch häufig keine bevorzugte Lösung.
Welche DCM-Alternative eignet sich für industrielle Entlackung?
Für Entlackungsprozesse kommen beispielsweise Benzylalkohol, DBE, Propylencarbonat sowie speziell abgestimmte Lösemittelgemische infrage. Die tatsächliche Eignung hängt insbesondere vom Beschichtungssystem und vom Substrat ab.
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