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Kunststoffadditive und ihre Funktionen

Durch Additive bekommen Kunststoffe neue, wichtige und wertvolle Eigenschaften. So können die Zusätze dafür sorgen, dass die Kunststoffe mechanisch, thermisch oder chemisch leistungsfähiger werden.

Andere Zusätze helfen dabei, die gewünschte Optik zu erzielen, oder bewirken, dass die Polymere besser, effizienter und kostengünstiger verarbeitet werden können.

Stabilisatoren als Kunststoffadditive

Bei der sogenannten Compoundierung werden Kunststoffen verschiedene Zusatzstoffe beigemischt. Bei diesen Additiven kann es sich um Stabilisatoren handeln.

Stabilisatoren verbessern die chemischen Eigenschaften des Kunststoffs und erhöhen den Schutz vor schädigenden Einflüssen im jeweiligen Einsatzgebiet.

Dadurch sorgen Stabilisatoren dafür, dass ein Kunststoff auf die geplante Anwendung eingestellt ist, wie geplant genutzt werden kann und lange hält. Zu den wichtigsten Stabilisatoren gehören Antioxidantien, Flammschutzmittel, Lichtschutzmittel, Verstärkungsstoffe und Wärmestabilisatoren.

Antioxidantien

Reagiert ein Kunststoff mit dem Luftsauerstoff, kann er sich nicht nur verfärben. Vielmehr kann es auch dazu kommen, dass sich die Molekülketten zersetzen oder ungewollt neu vernetzen. Antioxidantien als Zusatz verhindern solche Reaktionen. Dazu fangen sie entweder die freien Radikale, die bei der Oxidation entstehen, ab oder sie bewirken, dass sich erst gar keine freien Radikale bilden.

Als Antioxidantien werden unter anderem Phenole, Amine oder Phosphane verwendet. Ein weiterer Effekt von Antioxidantien ist, dass sie die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs aufrechterhalten, wenn er durch Sauerstoff und Hitze altert.

Flammschutzmittel

Brennende Kunststoffe können zur echten Gefahr werden. Denn zum einen können sie den Brand unterhalten und zum anderen können beim Verbrennen giftige oder ätzende Gase entstehen.

Flammschutzmittel als Additive in Kunststoffen verbessern die Feuerbeständigkeit. Sie sorgen dafür, dass ein Kunststoff im Idealfall erst gar nicht in Brand gerät.

Manche Flammschutzmittel unterbinden den Sauerstoffzufluss zum Feuer, andere Additive unterbrechen die chemischen Reaktionen während der Verbrennung. Zu den wichtigsten Flammschutzmitteln für Kunststoffe gehören Aluminiumhydroxid, phosphorhaltige Verbindungen, polybromierte Diphenylether und Blähgrafit.

Lichtschutzmittel

Lichtschutzmittel schützen den Kunststoff vor ultraviolettem Licht. Eine Gefährdung durch UV-Licht besteht vor allem für Kunststoffe, die in ihrer Struktur Doppelbindungen zwischen Kohlenstoffen haben. Denn diese Verbindungen können das Lichtspektrum absorbieren.

UV-Licht:
Um zu vermeiden, dass UV-Licht einen Kunststoff beschädigt, gibt es drei Möglichkeiten. So kann das Licht entweder reflektiert werden oder es kommen Radikalfänger als Additiv zum Einsatz. Die dritte Möglichkeit ist, Stoffe zuzusetzen, die das Licht absorbieren. Ein häufig eingesetztes Lichtschutzmittel ist Ruß. Wie Ruß absorbieren auch Dialkydithiocarbamate das UV-Licht, wobei sie zusätzlich als Radikalfänger dienen. Hydroxybenzophenon wiederum wandelt die Lichtenergie in Infrarotstrahlung um.

Verstärkungsstoffe

Additive, die die Kunststoffmatrix verstärken, verbessern die mechanischen oder physischen Eigenschaften des Kunststoffs. Dazu kann zum Beispiel gehören, dass eine höhere Elastizität oder Biegefestigkeit erzielt wird. Häufig eingesetzte Verstärkungsstoffe sind Kohle- und Glasfasern, aber auch Flachs und Jute.

Mehr informationen:  Biokunststoffe im Vergleich zu herkömmlichen Kunststoffen, Teil 1

Wärmestabilisatoren

Viele Kunststoffe reagieren empfindlich, wenn sie großer Wärme ausgesetzt sind. Ist die Zersetzungstemperatur überschritten, zerfällt die molekulare Struktur des Kunststoffs. Wärmestabilisatoren sollen diesen Vorgang verhindern.

Bei einigen Kunststoffen müssen solche Additive sogar unbedingt zugesetzt werden, weil sie anders gar nicht verarbeitet werden könnten. Ein Beispiel dafür ist PVC.

Als Wärmestabilisatoren werden unter anderem organische Barium-, Cadmium-, Zink- oder Zinnverbindungen und anorganische Bleisalze verwendet. Sie bewirken, dass keine Doppelbindungen entstehen und der Zerfallsmechanismus dadurch unterbrochen ist.

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Kunststoffadditive

Weichmacher in Kunststoffen

Wie der Name schon andeutet, machen Weichmacher einen Kunststoff weicher und flexibler. Als Additive können sie die Glastemperatur eines Kunststoffs senken und seine Härte und Sprödigkeit reduzieren. Dadurch kann ein Kunststoff besser verarbeitet und geformt werden.

Voraussetzung ist aber, dass der Zusatzstoff auf molekularer Ebene in das Polymer eindringen kann. Denn nur dann ist er in der Lage, die Beweglichkeit der Molekülketten gegeneinander zu verbessern.

Eine große Rolle spielen Weichmacher bei der Herstellung von PVC. Hier bewirken sie, dass aus dem eigentlich harten und festen Kunststoff flexible Bodenbeläge, Schläuche, Kabelummantelungen oder Duschvorhänge gefertigt werden können.

Farbmittel als Additive

In ihrer Grundform sind die meisten Kunststoffe farblos. Durch Farbmittel können die Polymere deckend in den verschiedensten Farbtönen eingefärbt werden. Es gibt aber auch Farbstoffe, die bewirken, dass der Kunststoff glasklar und lichtdurchlässig wird.

Füllstoffe für Polymere

Füllstoffe können einerseits als reine Streckmittel dienen und dazu beitragen, dass ein Kunststoff kostengünstiger hergestellt werden kann. Andererseits können Füllstoffe die mechanischen und thermischen Eigenschaften eines Kunststoffs verbessern.

Mehr informationen:  Kunststoffinnovationen und neuartige Materialien

Als Füllstoffe werden Polymere häufig mit Ruß, Grafit, Talkum, Stärke, Quarz, Sand, Kreide, Zinkoxid sowie Glas- und Kohlefasern versetzt.

Kunststoffadditive 2

Weitere Additive und ihre Funktionen

Neben den genannten gibt es noch eine ganze Reihe weiterer Zusatzstoffe. So verhindern zum Beispiel Antistatika, dass sich die Kunststoffoberfläche statisch auflädt.

UV-Blocker in Fahrzeugglas oder Sonnenbrillen schützen die Augen und die Haut vor der Sonneneinstrahlung, während Schlagzähmodifikatoren dazu beitragen, dass ein Kunststoff Schläge und Stöße aufnehmen kann, ohne zu reißen. Bei Anwendungen wie Sturzhelmen oder Fahrzeugteilen ist dies sehr wichtig.

Aber Additive haben nicht nur die Funktion, Kunststoffen bestimmte Eigenschaften zu verleihen.

Stattdessen können sie auch einen wichtigen Beitrag leisten, um die Herstellung von Kunststoffen und Kunststoffprodukten effizienter auszugestalten:

  • Reicht durch die Additive eine geringere Produktionstemperatur aus, sinkt der Energieaufwand.
  • Kann der Materialverbrauch durch Zusätze optimiert werden, werden die Ressourcen besser ausgeschöpft.
  • Verbessern die Additive die Fließeigenschaften beim Schmelzen, Formen und Abkühlen eines Kunststoffs, entstehen niedrigere Herstellungskosten.
  • Wird die Verarbeitung von Kunststoffen durch Zusätze einfacher, entsteht im Herstellungsprozess weniger Ausschuss und damit weniger Plastikmüll.
  • Verlängern Zusatzstoffe die Haltbarkeit, müssen weniger Rohstoffe für neue Produkte eingesetzt werden.

Zusatzstoffe können also aus einfachen Polymeren nützliche Kunststoffe machen. Allerdings können Additive aus Kunststoffen austreten, wenn auch nur in minimalen Mengen.

Um vor allem bei sensiblen Anwendungen wie Lebensmittelverpackungen, medizinischen Geräten oder Spielsachen Sicherheit zu gewährleisten, bewerten und kontrollieren sowohl die Kunststoffhersteller als auch die Aufsichtsbehörden das Migrationspotenzial von Kunststoffadditiven.

Anhand der Erkenntnisse werden dann sichere Grenzwerte gesetzlich festgelegt und regelmäßig angepasst.

Hier noch unsere Tabelle als PDF: