Lang lebe der Kunststoff!

Da Kunststoff nicht von Natur aus licht- oder wärmebeständig ist, muss er stabilisiert werden. Dafür gibt es zahlreiche Additive, hier heißt es, den Überblick zu behalten.

Um eine Zersetzung bei Hitze, Kälte und UV-Licht zu verhindern, müssen Kunststoffe stabilisiert werden. Speziell entwickelte Kunststoffstabilisatoren schützen das Polymer während der Verarbeitung und sorgen dafür, dass Kunststoffendprodukte ihre physikalischen Eigenschaften während des Gebrauchs behalten und ihre Lebensdauer verlängern.

Als einer der führenden Hersteller von Polymerstabilisatoren bietet Songwon eine umfassende Palette an Stabilisatoren als Additive für Kunststoffe in einer Vielzahl von Mischungen und physikalischen Formen, die die Handhabung und Anwendung erleichtern. Polymerstabilisatoren schließen Antioxidantien, UV-Absorber, Lichtstabilisatoren aus gehindertem Amin (HALS) und Wärmestabilisatoren ein.

Oxidation ist eine chemische Reaktion, die freie Radikale erzeugen kann, was zu Kettenreaktionen führt, die Schäden und Abbau des Polymers verursachen können. Antioxidantien sind Moleküle, die die Oxidation anderer Moleküle hemmen und dadurch diese Kettenreaktionen beenden. Verschiedene Arten von Antioxidantien werden in der Industrie verwendet:

• Phenolische Antioxidantien (AOs), auch als primäre Antioxidantien bekannt, sind hochwirksame, nicht verfärbende Stabilisatoren für organische Substrate, die zur Oxidation neigen, z. B. Kunststoffe, synthetische Fasern, Elastomere und Wachse. Sie wirken als Radikalfänger und dienen in erster Linie dem Schutz des fertigen Produkts.
• Phosphit-Antioxidantien, auch als sekundäre Antioxidantien bekannt, wirken als Peroxidzersetzer, schützen das Polymer und gewährleisten die Farbretention von oxidationsanfälligen organischen Polymeren, insbesondere während der Verarbeitung.
• Thioester-Antioxidantien zersetzen und neutralisieren Hydroperoxide, die durch Polymeroxidation gebildet werden. Thioester werden verwendet, um Wärmealterungsschutz bereitzustellen und Farbe zu bewahren.
• Aminische Antioxidantien tragen dazu bei, die physikalischen und Oberflächeneigenschaften, einschließlich Farbe, sowie Brand- und Hitzebeständigkeit zu bewahren.
• Binäre Mischungen sind eine Kombination aus einem primären (phenolischen) Antioxidans und einem sekundären (Phosphit) Antioxidans zur optimalen Stabilisierung während der Verarbeitung und der Lebensdauer.

Es zwei Wege, Kunststoffe vor UV-Licht zu schützten: Man absorbiert die Energie der UV-Strahlung, oder man neutralisiert sie.

UV-Absorber (UVAs) und Hydroxybenzoate wandeln schädliche UV-Strahlen in Wärme um, die dann abgeführt wird. Bei UVAs ist dieser Vorgang chemisch reversibel. Hydroxybenzoate sind Radikalfänger, die in manchen Fällen auch als UV-Absorber wirken.

Gehinderte Amin-Lichtstabilisatoren (HALS) schützen Polymere vor Abbau durch UV-Strahlung, indem sie neutralisiert werden. HALS regeneriert sich während der Neutralisation und bietet weiterhin Schutz während der gesamten Lebensdauer des Endprodukts. Sie wirken auch als primäre Antioxidantien mit geringer Farberzeugung. Monomere HALS bieten einen effektiven Oberflächenschutz, während polymere HALS den Kern des Materials schützen.

HALS und UVA können zusammen verwendet werden, um einen optimalen UV-Schutz zu erzielen. Hydroxybenzoate können synergistisch mit HALS wirken, um eine überlegene Leistung bereitzustellen.

Um Kunden bei der Komplexität der Additivierung zu unterstützen, bietet Songwon flexible Lösungen an, die als "One-Pack-Systeme" bezeichnet werden und aus einer Mehrkomponentenmischung von Additiven bestehen, die in eine staubfreie, pelletierte Form integriert sind. Es handelt sich dabei aktive Additivmischungen, die aus einer breiten Palette von Additiven maßgeschneidert werden, um die Bedürfnisse der Kunden zu erfüllen.

Die vordispergierten Pellets können leicht zu einer Polymermatrix verarbeitet werden. OPS helfen, die Compoundierung zu optimieren, die Dosiergenauigkeit zu verbessern, Staub zu reduzieren und die Kosten für die Logistik zu senken. Außerdem erfordern sie nicht die Verwendung der Trägermaterialien, die oft benötigt werden, wenn separate Pulveradditive kombiniert werden. Für den Umgang mit OPS sind jedoch fortgeschrittene Managementfähigkeiten erforderlich.

In der Automobilindustrie werden besonders leistungsfähige Stabilisatoren benötigt, bei denen Teile aus Polypropylen (PP), Polyurethan (PUR) und Polyvinylchlorid (PVC) sowie andere Kunststoffe innerhalb und außerhalb von Fahrzeugen extremen Licht- und Hitzeeinflüssen ausgesetzt sind. Dazu gehören Sitze, Dachhimmel, Armaturenbretter und Lenkräder sowie Kotflügel, Scheinwerferblenden und andere Außenteile.

Im Bausektor werden Stabilisatoren verwendet, um Kunststoffe wie Acryl, Polystyrol, Polycarbonat, Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und Polyvinylchlorid (PVC) sowie Verbundwerkstoffe für Kabel, Dach- und Türelemente sowie Dämmstoffe vor Alterung zu schützen. Hier verlängern Stabilisatoren die Standzeit von Kleb- und Dichtstoffen und tragen zum Beispiel dazu bei, Fugen luft- und wasserdicht zu halten.

Agrarfolien und Kunststoffe für Anwendungen wie Gewächshäuser oder Bewässerungssysteme erfordern Schutz vor hoher UV-Strahlung, extremen Temperaturen und Chemikalien für den Pflanzenschutz. Auch Kunststoffbeschichtungen, die in zahlreichen Industrien zum Einsatz kommen, werden durch Stabilisatoren haltbarer gemacht.

Verpackungen haben heute wichtige funktionelle Eigenschaften. Moderne Additive helfen, sowohl die Verpackung als auch den Inhalt zu schützen. So können Antioxidantien in Kunststoffverpackungen auch die enthaltenen Lebensmittel haltbarer machen.

Im Bereich der Kunststoffadditive liegt der Schwerpunkt heute auf Leistungsverbesserungen, auf Kosteneinsparungen und auf der Erfüllung immer strengerer Vorschriften wie Emissionen. Fortschritte speziell bei Stabilisierungsadditiven haben dazu geführt, dass Kunststoffe viel breiter eingesetzt werden können. So können Kunststoffe heute in vielen Bereichen andere Materialien wie Metall oder Glas ersetzen – unter anderem in der Automobilindustrie.

Doch führt dies auch zu neuen Herausforderungen, zum Beispiel möglichen Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen (Volatile Organic Compounds, VOC) aus dem Kunststoff. Emissionen aus Polypropylen (PP) sind eine der größten Herausforderungen, denen sich die Hersteller heute stellen müssen. Sie hängen von der Qualität (Reinheit) und dem Abbau des Polyolefins sowie von der Löslichkeit und der Inertheit der verwendeten Additive ab.

Als Reaktion darauf haben Compoundeure PP-Typen mit niedrigem VOC-Gehalt eingeführt. Ein Weg zur Verringerung von VOC-Emissionen besteht darin, den Pelletisierungsschritt nach der Polymerisation des PP zu verlangsamen, doch dies erhöht die Kosten dieser PP-Sorten, die damit für viele Anwendungen nicht wirtschaftlich einzusetzen sind. Heute arbeiten Additivhersteller wie Songwon an der Entwicklung von Verarbeitungsstabilisatoren für PP, mit denen der Pelletisierungsschritt schneller durchgeführt werden kann, und dennoch ein PP mit reduzierten VOC-Emissionen erhält.

Thomas Schmutz, Leader Global Tech Service & Application Development, Songwon Industrial Group