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Mit dem Handbuch für Prüfungen und Kriterien bezeichnet) wird das Klassifizierungsschema der Vereinten Nationen (UN) für gefährliche Güter im Rahmen der Beförderungsvorschriften und für gefährliche Stoffe und Gemische gemäß GHS (Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals) beschrieben. Außerdem enthält es eine Beschreibung der als am geeignetsten angesehenen Prüfmethoden und -verfahren, welche dem "Klassifizierenden" die notwendigen Informationen für eine korrekte Einstufung liefern. Der Begriff "Klassifizierender" wird im gesamten Handbuch allgemein verwendet, um die Stelle anzugeben, die die Klassifizierung vornimmt. Für einige Reglungsbereiche kann dieses eine speziell zuständige Behörde oder eine benannte Prüfbehörde sein, in einem anderen Reglungsbereich, soweit es zulässig ist, kann es auch die Selbsteinstufung durch den Hersteller oder Lieferanten bedeuten. Der jeweilige Reglungsbereich sollte beim Auftreten dieses Begriffes berücksichtigt werden, um die für die Klassifizierung verantwortliche Stelle korrekt zu identifizieren.
Self-reactive substances are unstable chemical substances which can easily decompose and may lead to explosion in transport, storage, or process situations. For this reason, their thermal stability properties are required to assess possible process safety issues and for classification purpose. In this study, the first quantitative structure–property relationships (QSPR) dedicated to this class of compounds were developed to predict the heat of decomposition of possible self-reactive substances from their molecular structures. The database used to develop and validate the models was issued from a dedicated experimental campaign on 50 samples using differential scanning calorimetry in homogeneous experimental conditions. QSPR models were derived using the GA-MLR methods (using a genetic algorithm and multi-linear regressions) using molecular descriptors calculated by Dragon software based on two types of inputs: 3D molecular structures determined using the density functional theory (DFT), allowing access to three-dimensional descriptors, and from SMILES codes, favoring the access to simpler models, requiring no preliminary quantum chemical calculations. All models respected the OECD validation guidelines for regulatory ac
ceptability of QSPR models. They were tested by internal and external validation tests and their applicability domains were defined and analyzed.
Predictive Methods for Determining the Thermal Decomposition Properties of Hazardous Substances
(2019)
Due to the fast development and availability of computers, predictive approaches are increasingly used in the evaluation process of hazardous substances complementary to experiments. Their use was recommended as alternative to experimental testing by the REACH regulation to complete the lack of knowledge on properties for existing substances that must be registered before 2018 (upon quantities). Among the proposed predictive approaches, Quantitative Structure Property Relationships (QSPR) are powerful methods to predict macroscopic properties from the only molecular structure of substances. In that context, the HAZPRED project (2015-2018, founded by the SAF€RA consortium) aims to develop theoretical models (e.g. QSPR) and small-scale tests to predict complex physico-chemical properties (e.g. thermal stability, explosivity) of hazardous substances to complete the lack of knowledge on these hazardous substances quickly or to understand their decomposition behaviour better. In particular, this contribution will present the work done in this project on the physical hazards of organic peroxides and self-reactive substances: gathering of existing experimental data, new experimental campaigns, review of existing models and proposition of new estimation methods.
Für die Bestimmung der SADT existieren verschiedene Prüfverfahren, die einen Zeitaufwand von mindestens einem Tag bis zu mehreren Wochen erfordern. Es ist deshalb wünschenswert, bereits in einem frühen Stadium von sicherheitstechnischen Untersuchungen die SADT ohne großen zeitlichen Aufwand zu bestimmen bzw. abzuschätzen. Ein klassisches Screening-Verfahren, um Stoffe mit geringem Material- und Zeitaufwand zu charakterisieren ist die Diffenrtial Scanning Calorimetry (DSC). Wie aus der Literatur bekannt, kann bei Anwendung eines definierten Kriteriums für die Bestimmung der Onset-Temperatur in der DSC eine SADT berechnet werden, die im Vergleich zum experimentell bestimmten Wert geringe Abweichungen besitzt. Diese Methodik wird für weitere flüssige und neu für feste organische Peroxide angewendet. Im Ergebnis zeigt sich unter Berücksichtigung eines zusätzlichen Sicherheitsabstandes von 5 K bis auf eine Ausnahme ein gutes Abbild der gemessenen SADT.
Topic of the presentation is the predictability of safety characteristics like the Self Accelerating Decomposition Temperature (SADT) by means of simple correlations from DSC measurements or by models, which incorporate amongst others the molecular structure of the considered compound.
Already existing models of quantitative structure-property relationship (QSPR) for SADT determination suffer from test results, which are, on the majority, not comprehensible. The quality of the generated models is questionable.
One item within the Safera-project is the provision of reliable data to have a solid basis for the prediction.
Exotherme Reaktionen verursachten in der Vergangenheit im industriellen Maßstab immer wieder Unfälle. Deshalb ist die Kenntnis des Gefahrenpotentials einer chemischen Reaktion sowohl im Normalbetrieb als auch bei Abweichungen davon eine Voraussetzung für eine sichere Prozessführung. Mit der Veröffentlichung der Technischen Regel für Anlagensicherheit (TRAS) 410 "Erkennen und Beherrschen exothermer Reaktionen" im Jahr 2001 existiert für chemische Stoffumwandlungen im Industriemaßstab eine auf dem Stand der Sicherheitstechnik basierende Anleitung zur systematischen Identifizierung von Gefahren, zu deren Bewertung und zur Erstellung von Maßnahmen, um Störfälle zu verhindern. Betrachtet wird dabei vorrangig die thermische Prozess-Sicherheit. Ein erhöhtes Gefahrenpotential besitzen exotherme Reaktionen an denen wie im vorliegenden Fall organische Peroxide beteiligt sind. Diese Verbindungsgruppe ist für ihre thermische Instabilität bekannt. In dieser Arbeit wird die unter basischen Bedingungen, zweistufig ablaufende Umsetzung von tert.-Butylhydroperoxid (TBHP) mit Pivaloylchlorid zum tert.-Butylperoxypivalat (TBPP) untersucht. TBHP, das auftretende Zwischenprodukt und TBPP gehören zur Stoffgruppe der organischen Peroxide. Bei der Bewertung der thermischen Prozess-Sicherheit der TBPP-Synthese wurde entsprechend der TRAS 410 vorgegangen. Die thermische Stabilität der beteiligten Stoffe wurde mit thermoanalytischen Screening-Methoden untersucht und die Reaktion durch kalorimetrische Untersuchungen charakterisiert. Die formale Anwendung der 100 K-Regel zur Festlegung der Grenztemperatur Texo, bei der alle an der Reaktion beteiligten Stoffe unter Verfahrensbedingungen sicher handhabbar sind, beträgt -36 °C. Bei dieser Temperatur ist der Prozess nicht durchführbar, da einzelne Reaktionskomponenten auskristallisieren und die Reaktion nicht wie gewünscht stattfinden kann. Anhand zusätzlicher Untersuchungsergebnisse zur Zersetzungskinetik des Produktes wird erläutert, dass im vorliegenden Fall von der o. g. Regel abgewichen werden kann. Als minimale Prozesstemperatur wurden 0 °C und als maximale Prozesstemperatur 20 °C festgelegt. Der Normalbetrieb wird im Rahmen der festgelegten Verfahrensparameter als sicher bewertet. Die Reaktion läuft dosierkontrolliert ab, eine Akkumulation tritt nicht auf. Aufgrund der geringen Differenz zwischen maximaler Prozesstemperatur und Onset-Temperatur der Zersetzung, besteht bei geringen Abweichungen vom Normalbetrieb die Gefahr, die unkontrollierte Zersetzung des Produktes einzuleiten. Temperaturanstieg und Gasproduktion führen zum Überschreiten der Auslegungsparameter der Anlage. Um die Reaktion durchführen zu können, müssen unbedingt vorbeugende als auch auswirkungsbegrenzende Maßnahmen getroffen werden. Abschließend wird mit Hilfe dimensionsloser Kenngrößen die Maßstabsübertragung mit dem Ziel vorgenommen, Grenzen für Reaktionsvolumina und Dosierzeiten festzulegen.
The synthesis of peroxycarboxylic esters, as one subgroup of organic peroxides, is characterized by a high thermal hazard potential regarding process safety. In case of failure in the production process, e.g., if the heat of reaction cannot be removed sufficiently fast, decomposition reactions can be triggered, and as a result, remarkable amounts of heat and gas can be released and can cause a high extent of damage. Multifarious technical and organizational measures are necessary to ensure the safe industrial production of peroxides. With the introduction of microreaction technology plenty of possibilities have been opened to carry out highly exothermic reactions in smaller volumes and with more efficient heat removal. In this paper we report the application of three different microstructured reactors, representing different mixing strategies, to synthesize two peroxymonocarboxylic esters, namely tert-butyl peroxypivalate and tert-butyl peroxy-2- thylhexanoate. The following reactor types were considered: an orifice microreactor, a split and recombine microreactor and a capillary tube reactor in combination with ultrasonication. The efficiency of the two Phase liquid/liquid reaction is expressed in comparison of conversion and selectivity. With microreaction technology a remarkable increase in space-time-yield, ranging from 12,500 kg·m−3·h−1 to 414,000 kg·m−3·h−1, is achieved.
Mini Closed Pressure Vessel Test - An applicable test equipment for high energetic materials?
(2015)
Autoclave methods are commonly used when pressure progress under thermal stress is of interest. One of them is the mini-autoclave method by Kühner AG. To test the robustness of the equipment under powerful exposure, two known high energetic materials, DNT and TNT, were investigated. The sample mass was increased stepwise in the range from 0.25 g to 1.0 g. For one test (1 g TNT), gas burners instead of the usually employed 2-zone heating block, were used to intensify the test conditions. Results showed the expected slower pressure generation of DNT in comparison to TNT. The mechanical robustness of the apparatus could be approved in all runs. Pressure data were used to calculate the energy release of decomposition. The values were in good agreement with the heat of decomposition, estimated by DSC.
This paper gives a brief overview of the findings of hexachlorobenzene (HCB) in fireworks compositions observed within EC type-examinations according to Module B (as set out in the annex II of the Directive 2007/23/EC) of the notified body BAM. In this work, roughly 220 samples were analysed, originating from 49 consumer fireworks articles of the category F2, such as batteries, combinations, fountains and rockets. It was found that the vast majority of samples showed concentrations below 5 mg HCB/kg. However, in three cases concentration values between 5 mg HCB/kg and 50 mg HCB/kg werre observed, and in a further four cases extreme values of up to 8046 mg HCB/kg were detected. The results of this study are compared with published HCB findings originating from market surveillance activities in Europe.