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Additive Kunststoff

Additive Kunststoff

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.

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.

Additive

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.

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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.

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.

Pigmente:
Um Kunststoffe einzufärben, werden überwiegend Pigmente verwendet. Denn Pigmente bieten eine bessere Lichtechtheit und sind gleichzeitig kostengünstiger. Zu den wichtigsten Pigmenten gehören Ruß, Rutil, Chromoxidgrün sowie Ultramarin- und Kobaltblau. Für einen metallischen Glanz kann einem Kunststoff Aluminium in Form kleiner Blättchen beigemischt werden, während eine Graufärbung durch sphärische Pigmentkörner entsteht.

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.

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