DIN CEN TR 16364-2012 Influence of materials on water intended for human consumption - Influence due to migration - Prediction of migration from organic materials using mathematica.pdf

1、September 2012 Normenausschuss Wasserwesen (NAW) im DINPreisgruppe 15DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 13.060.20Zur Erstellung einer DIN SPEC knnen verschiede

2、ne Verfahrensweisen herangezogen werden: Das vorliegende Dokument wurde nach den Verfahrensregeln eines Fachberichts erstellt.!$xI“1853894www.din.deDDIN CEN/TR 16364Einfluss von Materialien auf Wasser fr den menschlichen Gebrauch Einfluss infolge der Migration Abschtzung der Migration von organische

3、n Materialien mittelsmathematischer Modellierung;Deutsche Fassung CEN/TR 16364:2012Influence of materials on water intended for human consumption Influence due to migration Prediction of migration from organic materials using mathematical modelling;German version CEN/TR 16364:2012Influence des matri

4、aux sur leau destine la consommtion humaine Influence de la migration Utilisation des modles mathmatiques pour prvoir la migration depuis des matriauxorganiques;Version allemande CEN/TR 16364:2012Alleinverkauf der Spezifikationen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 34 Seit

5、enDIN SPEC 19811DIN CEN/TR 16364 (DIN SPEC 19811):2012-09 2 Nationales Vorwort Dieses Dokument (CEN/TR 16364:2012) beinhaltet die deutsche Fassung des vom Technischen Komitee CEN/TC 164 Wasserversorgung“ des Europischen Komitees fr Normung (CEN) ausgearbeiteten Technischen Berichts CEN/TR 16364:2012

6、 (Sekretariat: AFNOR, Frankreich). Das zustndige deutsche Gremium ist der Arbeitsausschuss NA 119-04-14 AA Werkstoffe und Bauteile im Kontakt mit Trinkwasser (CEN/TC 164/WG 3)“ im Normenausschuss Wasserwesen (NAW). In Abhngigkeit von den Erfahrungen im Umgang mit den im Bericht genannten Verfahren z

7、ur Verhinderung des Legionellenwachstums in Trinkwasser-Installationen wird zu einem spteren Zeitpunkt entschieden, ob der Technische Bericht in eine Norm berfhrt werden soll. TECHNISCHER BERICHT TECHNICAL REPORT RAPPORT TECHNIQUE CEN/TR 16364 Juni 2012 ICS 13.060.20 Deutsche Fassung Einfluss von Ma

8、terialien auf Wasser fr den menschlichen Gebrauch Einfluss infolge der Migration Abschtzung der Migration aus organischen Materialien mittels mathematischer Modellierung Influence of materials on water intended for human consumption Influence due to migration Prediction of migration from organic mat

9、erials using mathematical modelling Influence des matriaux sur leau destine la consommation humaine Influence de la migration Utilisation de modles mathmatiques pour prvoir la migration depuis des matriaux organiques Dieser Technische Bericht (TR) wurde vom CEN am 9. April 2012 als eine knftige Norm

10、 zur vorlufigen Anwendung angenommen. CEN-Mitglieder sind die nationalen Normungsinstitute von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen,

11、Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, der Trkei, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. EUROPISCHES KOMITEE FR NORMUNG EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION COMIT EUROPEN DE NORMALISATION Management-Zentrum: Avenue Marnix 17,

12、B-1000 Brssel 2012 CEN Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den nationalen Mitgliedern von CEN vorbehalten. Ref. Nr. CEN/TR 16364:2012 D CEN/TR 16364:2012 (D) 2 Inhalt Seite Vorwort 4 Einleitung .5 1 Anwendungsbereich .7 2 Normative Verweisungen

13、7 3 Begriffe .7 4 Grundlagen des Verfahrens 9 5 Prfgert .9 6 Annahmen, die gltig sein mssen .9 7 Erforderliche Eingabedaten . 10 7.1 Allgemeines . 10 7.2 Diffusionskoeffizient des Stoffes (DP) 10 7.3 Verteilungskoeffizient des Stoffes (KP,W) . 10 7.4 Temperatur des Systems (T) 10 7.5 Geometrische Fo

14、rm des Materials 11 7.6 Materialdicke (dP) 11 7.7 Anfangskonzentration des Stoffes im Material (cP,0) . 11 7.8 Chemische Identitt und relative Molekularmasse des Stoffes . 11 7.9 Spezifisches Gewicht des Materials (P) . 11 7.10 Simulation des Kontakts zwischen organischem Material und Prfwasser 11 8

15、 Durchfhrung 11 9 Angabe der Ergebnisse 12 10 Prfbericht . 12 Anhang A (informativ) Grundstze des Modellierungsverfahrens 13 A.1 Migrationsmodellierung . 13 A.2 Anfangs- und Grenzbedingungen . 13 A.3 Lsung der Diffusionsgleichung . 14 A.4 Bestimmung und Verwendung von Diffusionskoeffizienten . 14 A.

16、4.1 Diffusionskoeffizienten aus der Literatur . 14 A.4.2 Experimentell bestimmte Diffusionskoeffizienten 15 A.4.3 Abschtzung von Diffusionskoeffizienten . 15 A.4.4 Hchstzulssiger Diffusionskoeffizient 16 A.4.5 Validierte Werte fr AP, AP* und . 17 A.4.6 Diffusionskoeffizienten fr andere Materialien 1

17、7 A.4.7 Grenzfall-Diffusionskoeffizienten 18 A.5 Bestimmung und Verwendung von Verteilungskoeffizienten . 18 A.5.1 Allgemeines . 18 A.5.2 Der Literatur entnommene und experimentell bestimmte Verteilungskoeffizienten . 18 A.5.3 Experimentell bestimmte Verteilungskoeffizienten 19 A.5.4 Abschtzung von

18、Verteilungskoeffizienten . 19 A.5.5 Grenzfall-Verteilungskoeffizienten 20 Anhang B (informativ) Anwendungsbeispiele fr die Modellierung der Migration von Stoffen aus einem Material in Trinkwasser . 21 B.1 Einleitung . 21 B.2 Kontaktbedingungen 21 B.3 Beispielberechnungen . 21 DIN CEN/TR 16364 (DIN S

19、PEC 19811):2012-09 CEN/TR 16364:2012 (D) 3 B.3.1 Allgemeines . 21 B.3.2 Beispiel 1, Kaltwasser-Prfung mit Materialkonstante nach 7 22 B.3.3 Beispiel 2, Kaltwasser-Prfung mit realistischen“ Materialkonstanten (experimentell bestimmt) . 23 Anhang C (informativ) Validierung des numerischen Algorithmus

20、und der Software-Werkzeuge 25 C.1 Allgemeines . 25 C.2 Beispiel A . 26 C.3 Beispiel B . 27 Literaturhinweise 31 DIN CEN/TR 16364 (DIN SPEC 19811):2012-09 CEN/TR 16364:2012 (D) 4 Vorwort Dieses Dokument (CEN/TR 16364:2012) wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 164 Wasserversorgung“ erarbeitet, dessen

21、Sekretariat vom AFNOR gehalten wird. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. CEN und/oder CENELEC sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Dieses Dokument wurde unter einem Mandat er

22、arbeitet, das die Europische Kommission und die Europische Freihandelszone dem CEN erteilt haben, und untersttzt grundlegende Anforderungen der EU-Richtlinien. DIN CEN/TR 16364 (DIN SPEC 19811):2012-09 CEN/TR 16364:2012 (D) 5 Einleitung Whrend der letzten zwei Jahrzehnte wurde in mehreren wissenscha

23、ftlichen Untersuchungen nachgewiesen, dass die Migration von organischen Materialien in Simulanzlsemittel ein erfolgreich modellierbarer physika-lischer Prozess ist. Der Massenbergang von einem organischen Material in ein Simulanzlsemittel ist abschtzbar, da er in vielen Fllen dem Fickschen Diffusio

24、nsgesetz entspricht, d. h. der Diffusionsprozess ist der geschwindigkeitsbestimmende Schritt. Fr die Abschtzung der Migration von organischen Stoffen aus organischen Materialien in Kontaktmedien wurde ein entsprechendes Diffusionsmodell erstellt. Dieser Technische Bericht beschreibt die Anwendung de

25、r Vorhersagemodellierung fr die Diffusion zur Abschtzung der Migration eines Stoffes aus einem Produkt, das fr die Verwendung in Kontakt mit Wasser fr den menschlichen Gebrauch vorgesehen ist in diesem Bericht der Einfachheit halber und soweit zutreffend als Trinkwasser bezeichnet. Die Anwendung gil

26、t fr organische Materialien, wie z. B. Polymere, die fr die Herstellung derartiger Produkte verwendet werden. Zweck des Berichts ist die Anregung der Anwendung derartiger Verfahren in den Mitgliedstaaten, so dass ausreichend Erfahrung gesammelt wird, um die Bewertung der Werte einer derartigen Model

27、lierung im Hin-blick auf das Ergnzen oder Ersetzen konventioneller Verfahrensweisen zu ermglichen. Gewhnlich erfolgt die Abschtzung derartiger Migration in den Mitgliedstaaten durch genormte Verfahren auf der Grundlage von Laborprfungen und analysen, d. h. durch ein experimentelles Verfahren. Migrat

28、ionsmodellierung stellt eine Alternative zu dieser Art experimenteller Prfung dar. Die experimentelle Bestimmung der spezifischen Migration von Stoffen in Prfwasser (simuliertes Trinkwasser) erfordert hufig einen erheblichen Zeit- und mglicherweise auch Kostenaufwand. Diese konventionelle Verfahrens

29、weise hat gut funktioniert und generiert selbstverstndlich Daten zur tatschlichen Konzentration eines Stoffes im Prfwasser. Allerdings ist die Analyse in einigen Fllen schwierig oder sogar unmglich aufgrund von Problemen, die beispielsweise durch chemische Zersetzung oder Verflchtigung des Stoffes v

30、erursacht werden. Darber hinaus ist der Stoff mglicherweise fr verfgbare analytische Verfahren nicht geeignet oder die zu untersuchende Zielkonzentration ist dafr zu gering. Daher knnte die Anwendung eines mathematischen Modells erhebliche Vorteile fr Industrie und Behrden bieten, wie die Erfahrung

31、bei der Kontrolle der Migration aus Kunststoffen in Kontakt mit Lebensmitteln gezeigt hat. Somit ist das Modellierungsverfahren attraktiv, da es grundstzlich schneller und flexibler als konventionelle Prfverfahren ist, wodurch verschiedene Einwirkbedingungen einfach untersucht werden knnen und es so

32、llte kostengnstiger sein. Migrationsmodellierung wird in den Vereinigten Staaten seit einigen Jahren als zustzliches Mittel zur Unter-sttzung von gesetzlichen Entscheidungen angewendet. Darber hinaus hat die Europische Union derartige Migrationsmodellierung mit EU-Richtlinie 2001/62/EG (6. nderung d

33、er Richtlinie 90/128/EWG) eingefhrt und mit Richtlinie 2002/72/EG 3 konsolidiert als Mittel fr die bereinstimmung und die Qualittssicherung von Materialien aus Kunststoff, die fr den Kontakt mit Lebensmitteln bestimmt sind. Das Europische Projekt SMT-CT98-7513, Bewertung von Migrationsmodellen zur U

34、ntersttzung von Richt-linie 90/128/EWG (Evaluation of Migration Models in Support of Directive 90/128/EEC), hat den praktischen Wert derartiger Diffusionsmodelle erfolgreich nachgewiesen. Wesentliches Ziel dieses Projekts war der Nach-weis: der Anwendbarkeit von Migrationsmodellen fr bereinstimmungs

35、zwecke; eines Zusammenhangs zwischen der spezifischen Migrationsgrenze (SML) und der Konzentration eines Stoffes im Endprodukt. Ein Bericht dieses Projekts wurde fertiggestellt, und die Ergebnisse des Projekts wurden in einer wissen-schaftlichen Zeitschrift 4 verffentlicht. Wie vorstehend angegeben,

36、 ist es ein wesentlicher Vorteil der Migrationsmodellierung, dass sie die Berechnung der Migrationswerte unabhngig von den Einschrnkungen ermglicht, die die experimentelle/analytische Verfahrensweise beeinflussen. So ist beispielsweise mit geringem Kostenaufwand fr bereinstimmungs- oder Forschungszw

37、ecke eine schnelle Untersuchung eines groen Bereiches von Bedingungen beim Kontakt zwischen Material und Prfwasser mglich. DIN CEN/TR 16364 (DIN SPEC 19811):2012-09 CEN/TR 16364:2012 (D) 6 Die beschriebene Verfahrensweise der Diffusionsmodellierung wurde ursprnglich entwickelt und zugelassen durch d

38、ie Europische Kommission fr den Bereich von Kunststoffmaterialien, die fr den Kontakt mit Lebens-mitteln bestimmt sind. Sie wurde erfolgreich angewendet, um die konventionelle experimentelle/ analytische Verfahrensweise bei der Prfung von Kunststoffen in Kontakt mit Lebensmitteln auf berein-stimmung

39、 mit den Vorschriften zu simulieren. Bei letzterer Verfahrensweise werden verschiedene Simulanz-lsemittel fr flssige Nahrungsmittel, einschlielich wssriger Simulanzlsemittel, verwendet. Grundstzlich ist die Verfahrensweise fr viele organische Materialien anwendbar. Gegenwrtig wird sie jedoch hauptsc

40、hlich auf verschiedene Arten von Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol und Polyvinylchlorid angewendet. Ebenso wie die experimentelle hat auch die mathematische Verfahrensweise ihre Grenzen. Eine genaue Abschtzung der Migration eines Stoffes aus einem organischen Material in Wasser erfordert detaill

41、ierte Kenntnis des Diffusionsverhaltens der zu untersuchenden Materialien und Stoffe. Dieser Kenntnisstand kann durchaus umfangreiche experimentelle Studien erfordern mehr als die experimentelle/analytische Verfahrensweise. Ein wichtiges Merkmal der mathematischen Verfahrensweise ist die Mglichkeit

42、der Verall-gemeinerung. Auf der Grundlage des bekannten mittleren Diffusionsverhaltens von Polymeren und Stoffen kann ein Hchstwert oder oberer Grenzwert“ der Migration berechnet werden. Dieses sogenannte Grenzfall-Ergebnis (Worst-Case“) ist dann fr bereinstimmungszwecke anwendbar. DIN CEN/TR 16364

43、(DIN SPEC 19811):2012-09 CEN/TR 16364:2012 (D) 7 1 Anwendungsbereich Dieser Technische Bericht beschreibt ein Verfahren auf der Grundlage eines Diffusionsmodells, das fr die Abschtzung der spezifischen Migration von Stoffen in Trinkwasser aus organischen Materialien fr den Kontakt mit Trinkwasser ve

44、rwendet wird. Das Modellierungsverfahren ist einfach fr bestimmte organische Materialien anwendbar, wie in diesem Bericht erlutert. Grundstzlich ist die Verfahrensweise der Diffusionsmodellierung auf andere organische Materialien anwendbar, allerdings knnen praktische Probleme in Zusammenhang mit de

45、r Erhebung der Eingabedaten fr das Diffusionsmodell ihre Anwendung einschrnken oder verhindern. Dementsprechend mssen zustzlich zum Diffusionsmodell wissenschaftliche Abschtzungsverfahren fr die erforderlichen Eingabedaten erwogen werden. Die Verfahrensweise ist gewhnlich fr organische Substanzen an

46、wendbar, die in der Materialmatrix lslich sind. Stoffe, die von auen auf ein Produkt aus einem organischen Material aufgebracht werden, z. B. Antistatikmittel, Schmiermittel usw., sind von der Diffusionsmodellierung ebenso ausgeschlossen wie Elektrolyte, Salze, Oxide und Metalle. Ausschlielich organ

47、ische Stoffe mit einer genau bestimmten Molekularmasse oder Gemische mit genau bestimmten Bereichen von Molekularmassen sind fr die Diffusionsmodellierung geeignet. Die Verfahrensweise der Diffusionsmodellierung ist einfach anzuwenden fr geeignete organische Materialien in Rohr- oder Plattenform, fr

48、 die Daten, wie z. B. Materialdicke, einfach zu berechnen sind. Bei komplizier-teren Produktformen, wie z. B. bei Formstcken, sind Annahmen erforderlich. Die Modellierung der Einflsse von chemisch aktivem Prfwasser, z. B. Prfwasser, dem Chlor zugesetzt wurde, um chloriertes Trinkwasser zu simulieren

49、, ist mglicherweise nicht durchfhrbar. Dies ist darin begrndet, dass Stoffe, die aus einem Material in chloriertes Wasser migrieren, durch chemische Reaktion in Stoffen mit vernderten Eigenschaften umgewandelt werden knnen. 2 Normative Verweisungen Nicht zutreffend. 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 3.1 Diffusions