Paraffin

Definition und Einteilung

Paraffin ist ein Gemisch aus acyclischen Alkanen, also gesättigten Kohlenwasserstoffen ohne Ringstruktur. Es besitzt die allgemeine Summenformel CₙH₂ₙ₊₂; n liegt meist ungefähr zwischen 18 und 32. Paraffin kann leichtflüssig, ölig, pastös oder wachsartig sein. Es ist brennbar, geruch- und geschmacklos, ungiftig, elektrisch isolierend, wasserabstoßend und gegenüber vielen Chemikalien reaktionsträge. Mit Fetten und Wachsen lässt es sich zusammenschmelzen. Seine wichtigsten Aufgaben sind die Nutzung als Brennstoff sowie zur Versiegelung, Pflege und Konservierung.

„Paraffin“ ist allgemein ein veralteter Überbegriff für gesättigte, meist aliphatische Kohlenwasserstoffe. In der petrochemischen Industrie dient er weiterhin dazu, acyclische Paraffine von cyclischen, naphthenischen Kohlenwasserstoffen zu unterscheiden. Er kann dabei gasförmige, flüssige und feste Stoffe bezeichnen.

In der Galenik, der Lehre von der Zubereitung von Arzneimitteln, werden gesättigte Kohlenwasserstoffgemische nach Viskosität und Schmelzpunkt eingeteilt: in flüssige Paraffine (Paraffinum perliquidum), ölige oder pastöse Paraffine (Paraffinum subliquidum) und feste Paraffine (Paraffinum solidum). Gebräuchlich sind außerdem die Bezeichnungen Paraffinöl beziehungsweise Weißöl und Paraffinwachs.

Chemische und physikalische Eigenschaften

Paraffine bestehen aus unverzweigten n-Alkanen und verzweigten iso-Alkanen. Ihre chemischen Eigenschaften entsprechen weitgehend denen der homologen Reihe der Alkane. Sie sind beispielsweise gegen Schwefelsäure, Brom und kalte Salpetersäure beständig. Reines Paraffin ist weiß durchscheinend.

Paraffin ist in Wasser unlöslich, löst sich aber leicht in Benzin, Ether und Chloroform. Beim Erwärmen bis zum Übergang vom festen in den flüssigen Zustand kann sein Volumen um bis zu 10 % zunehmen.

Dünnflüssiges Paraffin besitzt eine Viskosität von 25 bis 80 mPa·s, dickflüssiges Paraffin als ölige Flüssigkeit 110 bis 230 mPa·s. Flüssige Paraffine haben eine Dichte von 0,81–0,89 g/cm³ und eine Siedetemperatur von über 250 °C. Sie sind unter CAS-8012-95-1 beziehungsweise EG 232-384-2 verzeichnet.

Hartparaffin ist fest und hat eine Erstarrungstemperatur von 50 bis 62 °C; sein Schmelzbereich liegt bei 50 bis 60 °C. Weichparaffin schmilzt bei etwa 45 °C. Die molare Masse von Hartparaffinen liegt zwischen 275 und 600 g/mol. In Hartparaffinen überwiegen n-Alkane, während Mikrowachse vor allem iso-Alkane enthalten. Mikrowachse können Ketten mit bis zu 75 Kohlenstoffatomen besitzen und erstarren zwischen 70 und 80 °C. Dazwischen liegen sogenannte Intermediate mit Erstarrungspunkten von 60 bis 70 °C. Die Schmelzenthalpie beträgt 200 bis etwa 240 kJ/kg.

Gewinnung und Aufbereitung

Paraffin wird heute überwiegend aus Schmierölschnitten gewonnen, die bei der Vakuumdestillation von Erdöl entstehen. Es kann außerdem durch direkte oder indirekte Hydrierung aus Braun- und Steinkohle, bituminösen Schiefern sowie Torfkohlen hergestellt werden. Synthetische Paraffine aus dem Fischer-Tropsch-Verfahren bestehen im Unterschied zu erdölbasierten Produkten überwiegend aus unverzweigten n-Alkanen.

Bei der Entparaffinierung entsteht als Nebenprodukt Paraffingatsch mit einem Ölanteil von 2 bis 30 %. Durch Schwitzentölung, Lösemittelentölung oder Sulzer-Kristallisationsentölung werden die Ölreste abgetrennt und Rohparaffin gewonnen. Dieses wird anschließend durch Hydrierung oder Bleichverfahren raffiniert. Dabei werden Aromaten sowie Schwefel- und Stickstoffverbindungen umgewandelt oder entfernt. Das Ergebnis ist ein weißes, geruchloses Produkt, das unter anderem in der Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie verwendet werden kann.

Hart- und Intermediate-Paraffine entstehen aus Paraffingatsch, der etwa bei der Harnstoff-Extraktiv-Kristallisation von Mineralöl anfällt. Bei der Gewinnung entstehen auch Paraffinöle, die zu Weißölen weiterverarbeitet werden. Diese dienen als hochwertige Schmiermittel sowie in der Pharmazie und bei der Herstellung von Vaseline.

Mikrowachse beziehungsweise mikrokristalline Wachse werden aus dem Vakuumrückstand einer Mineralölraffinerie gewonnen. Zunächst müssen schwere Rohölbestandteile, beispielsweise durch Propan-Entasphaltierung, entfernt werden. Danach folgen wie bei anderen Paraffinen Entparaffinierung, Entölung und Raffination.

Wichtige Anwendungen

Je nach Zusammensetzung, Herstellungsverfahren und Zweck wird Paraffin unter anderem als Mikrowachs, Ceresin beziehungsweise Mineralwachs, Weißöl, Petrolatum beziehungsweise Vaseline oder missverständlich als Petroleum angeboten. Weltweit ist die Kerzenindustrie der wichtigste Abnehmer. Paraffin wird für Teelichte sowie Haushalts- und Dekorationskerzen verwendet und ist preiswerter als Stearin oder Bienenwachs, denen es beigemischt werden kann. Als Brennstoff dient es außerdem in Öllampen, Grillanzündern und Streichhölzern sowie als festes Treibmittel für Hybridraketen.

Seine wasserabweisenden und elektrisch isolierenden Eigenschaften ermöglichen die Isolation von Seekabeln und das Versiegeln von Gläsern und Flaschen. Als Überzug oder Weißöl imprägniert es Papier, Holz, Textilien und Isolierstoffe. Es schützt gewerbliche Sprengstoffe vor Feuchtigkeit, ist Bestandteil von Wachsdispersionen für Holzwerkstoffe, pflegt Holzoberflächen und wird Lackpolituren zugesetzt.

Pflege- und Putzmittel für Holz, Metall, Autolacke und Schuhe können Paraffin enthalten. Große Mengen werden als Flutwachse zum Korrosionsschutz von Autos eingesetzt. In Gummiprodukten wie Reifen wirken Licht- und Ozonschutzwachse gegen schädigende Umwelteinflüsse; solche Wachse können auch durch Fischer-Tropsch-Synthese hergestellt werden.

Kosmetik, Medizin und Lebensmittel

Hoch gereinigte Paraffine werden seit vielen Jahrzehnten in Cremes, Lotionen und Lippenstiften verwendet. Sie bilden einen Film, schützen vor Wasserverlust, fördern Glanz und geben Produkten ihre Konsistenz. Vaseline dient als Grundlage für Salben und Cremes, etwa bei atopischen Ekzemen beziehungsweise Neurodermitis. Als Kälteschutzcreme vermindert sie die Wasserverdunstung aus ungeschützter Gesichtshaut. In Inhaltsstofflisten kosmetischer Produkte wird Paraffin als PARAFFIN (INCI) angegeben.

In der Pharmazie dient Paraffin als Bindemittel in Salben. Flüssige Paraffine wie Nujol werden als mildes Laxans, also Abführmittel, sowie als Antidot bei oral aufgenommenen fettlöslichen Giftstoffen eingesetzt, weil sie deren Resorption verhindern können. Bei der Paraffinierung werden anatomische Präparate konserviert. In der Histologie gießt man Gewebeproben in spezielle Paraffine, teilweise mit Kunststoffzusätzen, damit sie sich besser in dünne Schnitte zerlegen lassen. Auch archäologische Funde können mit Paraffin präpariert werden.

Einige Käsesorten wie Edamer oder Gouda erhalten einen Paraffinüberzug, der den Laib konserviert und vor Austrocknung schützt. Bei Kaugummi und Süßwaren wirkt Paraffin als Trennmittel und verhindert, dass Dragees mit Zuckerglasur unter dem Einfluss von Luftfeuchtigkeit verkleben.

Weitere Nutzung und gesundheitliche Bewertung

Weitere Anwendungen beruhen vor allem auf der Gleitfähigkeit, Formbarkeit, chemischen Beständigkeit und Wärmeaufnahme beim Schmelzen. Paraffin wird unter anderem als Suspensionsmittel in der IR-Spektroskopie, als Gleit- und Dichtmittel für Glasschliffe, in Wachsmalstiften, als Ausbruchsschutz in der Ameisenhaltung und als Austriebsspritzmittel im Pflanzenschutz verwendet. Bei letzterem erstickt ein Paraffinfilm Larven. In der physikalischen Therapie kommt Paraffin-Fango zum Einsatz.

Technisch dient Paraffin beispielsweise zur Fixierung von Spulen, als Mikrowellenlinse, als Moderatorsubstanz in Neutronenquellen, als organischer Binder bei der Hartmetallherstellung und als Kühlmittel für Supercomputer wie den Vienna Scientific Cluster 3. Latentwärmespeicher nutzen die beim Phasenübergang aufgenommene oder abgegebene Wärme. Die Volumenausdehnung beim Schmelzen wird in Heizkörperthermostaten eingesetzt. Weitere Beispiele sind der Paraffintest zum Nachweis von Nitrat- und Nitritspuren, Kettenschmiermittel für Fahrräder und Paraffin als Raketentreibstoff, an dem das deutsche Unternehmen HyImpulse arbeitet.

Nach den Kriterien der Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP) gilt Paraffin als ungefährlich für Mensch und Umwelt. Das tatsächliche Risiko muss dennoch nach Anwendung und Aufnahmeweg beurteilt werden, etwa bei Inhalation, Hautkontakt oder Einnahme. Besonders bei Lippenpflegeprodukten ist eine orale Aufnahme möglich. COLIPA und IKW empfehlen deshalb, dort nur Paraffine und Wachse einzusetzen, die bestimmte Qualitätsanforderungen erfüllen.

Die Bewertungen sind nicht vollständig einheitlich. Das Bundesamt für Verbraucherschutz erwartet bei Paraffin in Kosmetika keine schädliche Wirkung und hält allergische Reaktionen für weitgehend ausgeschlossen. Auch die Expertengruppe Cosmetic Ingredient Review geht davon aus, dass Paraffine bei äußerlicher Anwendung nicht in die Haut eindringen. Das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) erklärte am 26. Mai 2015, gesundheitliche Risiken seien nach damaligem Kenntnisstand bei einer Aufnahme über die Haut nicht zu erwarten; Mineralölprodukte würden, wenn überhaupt, nur in sehr geringen Mengen aufgenommen. Für die orale Aufnahme aus Lippenstiften sah das BfR jedoch Datenlücken und empfahl, den Gehalt an aromatischen Mineralölkohlenwasserstoffen (MOAH) technisch so weit wie möglich zu senken. Eine Studie von Niederer und anderen aus dem Jahr 2015 empfahl für Lippenpflegeprodukte weniger als 5 % Mineralöle.

Öko-Test warnt dagegen vor mehr als 10 % Paraffin in Hautpflegeprodukten, weil dies nach seiner Einschätzung Austrocknung und Faltenbildung begünstigen könnte. Stiftung Warentest verwies darauf, dass Dermatologen und Kosmetikchemiker bei den üblichen Paraffinen und Konzentrationen keine Hautschäden erwarten. Entscheidend sind Qualität und Reinheit: Nach der EG-Kosmetikverordnung sind Mineralöle in Kosmetika nur erlaubt, wenn der Raffinationsprozess vollständig bekannt ist und der Ausgangsstoff frei von kanzerogenen Substanzen ist oder das Destillat entsprechend geprüft wurde.