Additive Kunststoff – BKM
Während der Herstellung von Kunststoffen können ihnen im Zuge der sogenannten Compoundierung verschiedene Zusatzstoffe zugesetzt werden.
Diese Zusatzstoffe, die Additive, sind notwendig, um die Eigenschaften des Kunststoffs auf die Anforderungen der geplanten Anwendung einzustellen.
Außerdem können Additive die chemischen, mechanischen oder elektrischen Eigenschaften eines Kunststoffs verbessern.
Inhalt:
Weichmacher
Etwa zwei Drittel der weltweit produzierten Additive werden bei der Herstellung von Polyvinylchlorid (PVC) verwendet. Und ungefähr drei Fünftel der Additive werden als Weichmacher eingesetzt.
Ein Weichmacher kann einerseits die Glastemperatur und andererseits die Härte und die Sprödigkeit eines Kunststoffs senken. Ist ein Kunststoff mit einem Weichmacher als Additiv versetzt, kann er deshalb besser geformt und verarbeitet werden.
Voraussetzung ist aber, dass es sich um einen Zusatzstoff handelt, der auf molekularer Ebene in den Kunststoff eindringen und in der Folge die Beweglichkeit der Molekülketten gegeneinander verbessern kann.
Durch Weichmacher werden Kunststoffe also weicher. Insofern sind sie in qualitativer Hinsicht eine Art molekulares Schmiermittel. Lange Zeit war Diethylhexylphthalat (DEHP) der am häufigsten eingesetzte Weichmacher.
Allerdings stellte sich heraus, dass der Zusatzstoff gesundheits- und umweltschädlich ist. In Europa verzichtet die Kunststoffindustrie deshalb inzwischen weitestgehend auf dieses Additiv.
Stabilisatoren
Stabilisatoren werden Kunststoffen beigemischt, um ihre chemischen Eigenschaften zu verbessern. Die Additive können vor schädigenden Einflüssen schützen und die Haltbarkeit der Kunststoffe verlängern.
Zu den wichtigsten Stabilisatoren als Additive für Kunststoffe gehören Antioxidantien, Lichtschutzmittel und Wärmestabilisatoren.
Antioxidantien
Reagiert ein Kunststoff mit dem Sauerstoff in der Luft, kann er sich verfärben. Außerdem ist möglich, dass die Reaktion mit dem Sauerstoff dazu führt, dass sich die Polymerketten auflösen oder ungewollt neu vernetzen. Antioxidantien als Additive im Kunststoff sollen das vermeiden.
Dabei fangen die Antioxidantien die freien Radikale ab, die bei der Oxidation entstehen. In der Funktion als sogenannte Radikalkettenbrecher werden zum Beispiel Phenole und Amine verwendet.
Daneben können Additive verhindern, dass überhaupt Radikale entstehen. Dann wird davon gesprochen, dass die Additive als Desaktivatoren dienen. Auch dafür können Amine oder beispielsweise Phosphane eingesetzt werden.
Lichtschutzmittel
Lichtschutzmittel schützen einen Kunststoff vor UV-Strahlung. Doppelbindungen zwischen Kohlenstoffen können dieses Lichtspektrum absorbieren. Eine Gefährdung durch ultraviolettes Licht besteht deshalb vor allem für die Kunststoffe, die solche Strukturelemente aufweisen.
Um einer Schädigung der Kunststoffe durch UV-Licht vorzubeugen, gibt es drei Möglichkeiten. So können das Licht reflektiert, Radikalfänger zugesetzt oder Licht absorbierende Stoffe beigemischt werden.
Ein wichtiges Lichtschutzmittel ist Ruß, denn er absorbiert das Licht. Im Unterschied dazu wandelt σ-Hydroxybenzophenon die Lichtenergie in Infrarotstrahlung um. Dialkyldithiocarbamat wiederum absorbiert UV-Licht und ist gleichzeitig ein Radikalfänger.
Hier geht es zu unseren:
Wärmestabilisatoren
Viele Kunststoffe reagieren empfindlich auf Hitze. Oberhalb der sogenannten Zersetzungstemperatur, die je nach Kunststoff verschieden ist, zerfällt die molekulare Struktur des Kunststoffs. Damit Kunststoffe beständiger gegenüber Wärmeeinwirkung werden, kommen Wärmestabilisatoren als Additive zum Einsatz.
Bei einigen Kunststoffen führt an diesen Zusatzstoffen sogar kein Weg vorbei. Ein Beispiel dafür ist PVC. Ohne Wärmestabilisatoren als Additive könnte PVC durch die Einwirkung von Wärme nicht nur an mechanischer Stabilität verlieren, sondern würde auch Chlorwasserstoff und eventuell bedenkliche Zerfallsprodukte bilden.
Der Zerfall setzt ein, weil Doppelbindungen entstehen. Um diesen Vorgang zu unterbrechen, werden organische Verbindungen mit Cadmium, Barium, Zinn oder Zink eingesetzt. Eine Alternative sind anorganische Bleisalze. Die Zusatzstoffe umklammern die Doppelbindungen und stoppen so den Zerfallsprozess.
Verstärkungsstoffe
Verstärkungsstoffe sind Additive, die die Struktur eines Kunststoffs verstärken. Eine andere Bezeichnung dafür lautet reinforcement. Additive als Verstärkungsstoffe verbessern die physischen oder mechanischen Eigenschaften eines Kunststoffs.
Sie können zum Beispiel die Elastizität oder Biegefestigkeit erhöhen.
Häufig eingesetzte Verstärkungsstoffe sind unter anderem Kohle- und Glasfasern, aber auch Flachs und Jute. Je nach Bedarf werden sie dem Kunststoff in unterschiedlichen Längen beigemischt.
Flammschutzmittel
Brennende Kunststoffe sind eine große Gefahr. Denn zum einen können sie das Feuer aufrechterhalten und zum anderen können bei ihrer Verbrennung giftige oder ätzende Gase wie Blausäure, Chlorwasserstoff, Kohlenstoffmonoxid und diverse Dioxine freigesetzt werden.
Flammschutzmittel als Additiv in Kunststoffen unterbinden entweder den Sauerstoffzufluss zur Flamme oder unterbrechen die chemischen Reaktionen während der Verbrennung.
Zu den wichtigsten Flammschutzmitteln gehören Aluminiumhydroxid, das bei der Verbrennung Wassermoleküle freisetzt, phosphorhaltige Verbindungen und polybromierte Diphenylether, die durch freigesetzte Radikale die Zwischenprodukte des Brennvorgangs abfangen.
Als mineralisches Flammschutzmittel kann Graphit eingesetzt werden, das seine Wirkung dadurch entfaltet, dass es sich im Volumen stark ausdehnt.
Polycarbonate kommen oft ohne Flammschutzmittel aus. Wenn sie verbrennen, entsteht nämlich Kohlendioxid. Und das Kohlendioxid dient als Löschmittel.
Hier unser:
Farbstoffe
In ihrer reinen Form sind fast alle Polymere farblos. Erst durch die Zugabe von Farbmitteln bekommen sie ihre Färbung.
Dabei lässt sich zwischen Farbstoffen und Pigmenten unterscheiden. Farbstoffe als Additive lösen sich auf molekularer Ebene oder adsorbieren an der Oberfläche. Im Unterschied dazu sind Pigmente unlösliche, meist anorganische Aggregate.
Hier eine: Farbpalette zu Kunststoffen
Füllstoffe
Um die Produktionskosten zu senken, kann ein Kunststoff mit Füllstoffen gestreckt werden. Aber Füllstoffe können auch die mechanischen Eigenschaften verbessern und das Brandverhalten positiv beeinflussen.
Als füllende Additive werden Kunststoffen unter anderem Ruß, Graphit, Talkum, Stärke, Zinkoxid, Glasfasern, Kreide, Quarz und Sand zugesetzt.
Weitere Additive
Es gibt noch andere Additive, die Kunststoffen beigemischt werden können. Dazu zählen zum Beispiel Schlagzähmacher, die die Schlagzähigkeit erhöhen. Antistatika bewirken, dass sich ein Kunststoff an seiner Oberfläche statisch nicht auflädt.
Gleitmittel wiederum erleichtern den Transport durch die Fertigungsanlage, während Entformungsmittel dazu beitragen, dass sich die geformten Kunststoffe besser aus der Form lösen.
PDF Übersicht und mehr Infos:
FAQ: Nachhaltige Aspekte von Additiven für Kunststoffe
Welche Vorteile haben biobasierte oder biologisch abbaubare Additive für Kunststoffe?
Biobasierte oder biologisch abbaubare Zusatzstoffe werden aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt und haben eine geringere Umweltbelastung zur Folge. Sie können nicht nur durch die Nutzung erneuerbarer Ressourcen, sondern auch durch die Verringerung der Abhängigkeit von nicht erneuerbaren Rohstoffen zur Verringerung der Umweltauswirkungen von Kunststoffen beitragen.
Wie tragen Additive auf biologischer Basis oder biologisch abbaubare Additive zur Nachhaltigkeit von Kunststoffen bei?
Diese Additive haben das Potenzial zur Verringerung der Umweltauswirkungen während des Lebenszyklus eines Produkts. Sie können dazu beitragen, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern und Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Darüber hinaus können sie durch biologische Abbaubarkeit eine verbesserte End-of-Life-Option bieten, was zu einer Verringerung der auf Deponien entsorgten Abfälle führen kann.
Wie können Additive zur Verbesserung der Recyclingfähigkeit von Kunststoffen beitragen?
Additive können die Recyclingfähigkeit von Kunststoffen auf unterschiedliche Art und Weise verbessern. Zum Beispiel können sie die Sortierbarkeit von Kunststoffen erleichtern, indem sie spezifische Identifizierungsmerkmale hinzufügen. Sie können auch die Qualität des recycelten Materials durch die Stabilisierung seiner Eigenschaften oder die Reduzierung von Verunreinigungen verbessern, was zu einem Endprodukt von höherer Qualität führt.
Welche Rolle spielen biobasierte oder bioabbaubare Additive im Hinblick auf die Kunststoffkreislaufwirtschaft?
Diese Additive unterstützen den Gedanken der Kreislaufwirtschaft, indem sie das Recycling oder den Abbau von Kunststoffen am Ende ihres Lebenszyklus effizienter machen. Durch die Integration von biobasierten oder biologisch abbaubaren Additiven kann die Wiederverwendung oder Entsorgung von Kunststoffprodukten in geschlossenen Kreisläufen erleichtert werden.
Welche Umweltauswirkungen können bestimmte Additive haben?
Die Auswirkungen von Additiven auf die Umwelt können sehr unterschiedlich sein und hängen sowohl von den spezifischen Eigenschaften der Additive als auch von der Art und Weise ab, wie sie in Kunststoffen verwendet werden. Mögliche Auswirkungen sind Humantoxizität, Umwelttoxizität, Bioakkumulation in der Nahrungskette und Umweltbeeinträchtigungen durch den Abbau von Kunststoffen und Additiven.
Wie geht die Industrie mit den Umweltauswirkungen von Additiven um?
Die Industrie arbeitet durch die Erforschung alternativer Materialien und Herstellungsverfahren sowie durch die Einhaltung strenger Vorschriften und Normen daran, die Umweltauswirkungen von Additiven zu minimieren. Durch die Entwicklung und Verwendung von umweltfreundlicheren Additiven und eine transparente Kommunikation über mögliche Risiken und Vorteile wird eine bessere Bewertung und Kontrolle der Umweltauswirkungen möglich sein.
