Brand- und Explosionsgefahren

Nach: "Sicheres Arbeiten in Chemischen Laboratorien" erstellt von der Gesellschaft Deutscher Chemiker, herausgegeben vom Bundesverband der Unfallversicherungsträger

Viele Flüssigkeiten, mit denen in Laboratorien umgegangen wird, sind brennbar. Ihre Dämpfe bilden mit Luft in bestimmten Konzentrationsbereichen, die Tabellen entnommen werden können, explosionsfähige Gemische. Die Brennbarkeit muß beachtet werden bei chemischen Umsetzungen, beim Destillieren, Extrahieren und beim Lagern, vor allem beim offenen Umgang. Dabei ist zu beachten, daß die Dichte der Gase und Dämpfe so gut wie immer größer ist als die der Luft. Die Dämpfe "kriechen" daher auf den Arbeitstischen oder am Boden und können sich an ganz unvermuteter Stelle entzünden. Beim Abfüllen und Umgießen brennbarer Flüssigkeiten besteht die Gefahr der Zündung durch elektrostatische Aufladung. Metallgebinde müssen daher geerdet werden.

Zur Vermeidung von Bränden und Explosionen miuß Klarheit über folgende Fragen bestehen:

• Wie arbeitet man mit brennbaren Flüssigkeiten und wie sind deren Gefahrklassen definiert ?
• Was sind die am häufigsten im Labor benützten selbstentzündlichen Stoffe und wie geht man mit ihnen um ?
• Was sind explosionsgefährliche Substanzen und Gemische und bei welchen Substanzklassen und Mischungen muß man Explosionsgefährlichkeit unterstellen ?
• Was muß bei exothermen Reaktionen beachtet werden ?
• Welche Gefahren drohen durch Zersetzungsreaktionen und bei welchen Substanzklassen muß man von der Möglichkeit solcher Reaktionen ausgehen ?
• Welche Brandschutzvorrichtungen müssen vorhanden sein und was muß man bei ihrer Benutzung beachten ?

Brennbare Flüssigkeiten dürfen am Arbeitsplatz nur in der unbedingt für normales Arbeiten erforderlichen Menge aufbewahrt werden. Beim Verschütten schon relativ kleiner Mengen brennbarer Flüssigkeiten sind zuerst alle offenen Flammen in der Umgebung zu löschen. Handelt es sich um größere Mengen, müssen alle Laborkollegen gewarnt und zum Verlassen des Raumes aufgefordert werden. Sollte es zu einem Brand gekommen sein, darf mit der Beseitigung der ausgetretenen Substanz erst nach dem Löschen aller Flammen sowie nach ausreichender Belüftung begonnen werden.

Die Vorschrift für die Lagerung brennbarer Flüssigkeiten verwendet zur Klassifizierung den Flammpunkt und die Mischbarkeit mit Wasser. Der Flammpunkt ist die niedrigste Temperatur, bei der die Flüssigkeit unter bestimmten Versuchsbedingungen Dämpfe in solcher Menge entwickelt, daß diese im Gemisch mit Luft durch eine Zündquelle zur Entzündung gebracht werden können. Die Verordnung über brennbare Flüssigkeiten (VbF) definiert folgende Gefahrklassen

Flüssigkeiten der Gefahrenklassen A I, A II und B dürfen an Arbeitsplätzen für den momentanen Gebrauch nur in Gefäßen von höchstens 1 l Nennvolumen aufbewahrt werden. Die Anzahl solcher Gefäße ist auf das unbedingt nötige Maß zu beschränken. Für Laboratorien, in denen ständig größere Mengen brennbarer Flüssigkeiten benötigt werden, ist das Abstellen in nicht bruchsicheren Gefäßen bis zu 5 l, bzw. in bruchsicheren Behältern bis zu 10 l Fassungsvermögen an geschützter Stelle zulässig. Es empfiehlt sich, dafür mit einer Absaugung und Auffangwanne versehene Schränke oder Räume zu benutzen.

Eine weitere Quelle für Laborbrände oder auch Explosionen sind Stoffe, die sich bei Zutritt von Luft und / oder Wasser spontan entzünden können. Das sind normalerweise Alkalimetalle und ihre Hydride sowie weißer Phosphor. Alkalimetalle reagieren äußerst heftig mit Wasser unter Bildung von Wasserstoff, was bei Luftzutritt zu Knallgasexplosionen führen kann. Kalium und Natrium-Kalium-Legierungen können sich an der Luft spontan entzünden. Sie müssen daher unter einem inerten Lösungsmittel (hochsiedendes Ligroin) abgewogen und zerkleinert werden. Alkalibrände dürfen nur mit trockenem Sand oder Pulverlöscher, auf keinen Fall mit Wasser oder einem Kohlendioxyd-Löscher bekämpft werden.

Als explosionsgefährlich bezeichnet man Stoffe oder Stoffgemische, die bei Einwirkung von thermischer Energie (Wärme, Flammen) oder mechanischer Energie (Reibung, Schlag) spontan zu solch heftiger Reaktion kommen, daß eine hohe Energiefreisetzung und ein hoher Druckaufbau zu sehr schneller Ausbreitung von Druckwellen führen.

Viele chemische Reaktionen sind exotherm. Wird die gebildete Wärme nicht oder nicht ausreichend abgeführt, führt dies zur Selbsterhitzung der Reaktionsmischung und damit zur Beschleunigung des Reaktionsverlaufs. Die Folge ist, daß es zum unkontrollierten Sieden des Lösungsmittes, zum Austritt des Reaktionsgemisches aus der Apparatur oder sogar zu heftigen, explosionsartigen Zersetzungsreaktionen kommen kann. Die Kontrolle exothermer Reaktionen erfolgt durch Kühlung des Reaktionsgefäßes oder durch Rückflußkühlung. Bei exothermen Reaktionen ist ganz besonders vor einer erheblichen Ansatzvergrößerung zu warnen. Beim Übergang zu größeren Apparaturen ändert sich nämlich die Masse der Stoffe und damit die Reaktionswärme in der dritten Potenz, die für die Wärmeabfuhr zur Verfügung stehende Oberfläche der Apparatur aber nur in der zweiten Potenz des Radius des Reaktionsgefäßes. Die Gefahr einer Selbsterhitzung steigt also mit wachsender Masse.

Viele Stoffe oder Stoffgemische erweisen sich bei thermischer oder mechanischer Beanspruchung als instabil. Sie zersetzen sich unter Umständen spontan mit hoher Energiefreisetzung, so daß die Zersetzung einen explosionsartigen Verlauf nehmen kann. Flüssigkeiten, die zur Bildung organischer Peroxyde neigen, sind im Dunklen, bzw. in Flaschen aus dunklem Glas oder aus lichtundurchlässigem Material aufzubewahren. Bei allen chemischen Synthesen mit Peroxyden, Persäuren, Wasserstoffperoxyd, molekularem Sauerstoff oder Ozon, muß vor der Aufarbeitung auf Anwesenheit von Peroxyden geprüft werden, die gegebenenfalls durch Reduktionsmittel zerstört werden.

Brandschutz in Laboratorien

In Laboratorien sind an leicht zugänglicher Stelle Löschdecken und Handfeuerlöscher bereitzuhalten. In der Nähe der Ausgänge müssen Notduschen vorhanden sein. Diese sind monatlich auf ihre Funktionsfähigkeit zu überprüfen.

Kleine Brände sind mit vorhandenen Feuerlöschmitteln zu bekämpfen, sofern das gefahrlos möglich ist. Droht der Brand sich auszuweiten und außer Kontrolle zu geraten, ist unverzüglich die Feuerwehr zu benachrichtigen. Kleiderbrände sind unter der Notdusche mit Feuerlöschern oder Löschdecken zu bekämpfen. Leichtflüchtige Lösungsmittel dringen oft durch das Gewebe der Feuerlöschdecken und können sich dann wieder entzünden. Notfalls kann auch das Hin- und Herwälzen des Brennenden den Brand ersticken. Brennende Kleidung ist so schnell wie möglich abzuwerfen. Betroffene Personen nicht weglaufen lassen lassen, da dies den Brand weiter anfacht - flach auf den Boden legen und dann löschen.

Zum Löschen von Laborbränden sind Pulver- oder Kohlendioxydlöscher (Ausnahme: Alkalibrände, s. o.) geeignet, wobei letztere keine Rückstände hinterlassen und daher in der Umgebung wertvoller Meßgeräte und dergleichen vorzuziehen sind.

Über Art, Aufstellungsort und richtige Handhabung der vorhandenen Löschmittel sollte sich jeder in einem Labor Arbeitende vor Beginn seiner Tätigkeit informieren. Feuerlöscher müssen alle 2 Jahre (und nach jedem Einsatz !) überprüft werden. Auf Prüfplakette achten.