Additive und Compoundierung at Hochschule Reutlingen

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Wie schützen Antioxidantien (AO) die Kunststoffe vor dem autokatalytischen Kettenabbau?

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Wie funktionieren UV-Absorber, HALS-Stabilisatoren und UV-Quencher?

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Wovon ist der Einsatz eines UV-Stabilisators abhängig? + Beispiele für UV-Stabilisatoren

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Wie werden Gleitmittel eingeteilt und wie wirken sie?

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Wozu und wann nutzt man Prozesshilfsmittel? + Beispiel

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Wozu nutzt man Antistatika und wie werden sie eingeteilt? + Beispiele

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Was sind Leitfähigkeitsadditive? Beispiele?

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Welche 4 Klassen von Flammschutzmitteln gibt es? + Beispiele

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Was bewirken Weichmacher?

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Welche Wirkungen haben Füllstoffe?

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Welche Arbeitsgänge gibt es im Allgemeinen bei der Polymerverarbeitung?

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Warum werden Additive zu Kunststoffen zugeführt?

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Additive und Compoundierung

Wie schützen Antioxidantien (AO) die Kunststoffe vor dem autokatalytischen Kettenabbau?

Antioxidantien unterscheiden sich in H-Donatoren, Hydroperoxidzersetzer und Radikalfänger: 


- H-Donatoren: geben Wasserstoff leichter ab als das Polymer, sodass es nicht von der Polymerkette abstrahiert wird. Bsp.: aromatische Amine, Phenole

→ greifen im ersten Schritt ein: Primäre Antioxidantien


- Hydroperoxidzersetzer: setzen Hydroperoxide in nicht reaktive thermisch stabile Produkte wie z.B. Alkohol um. Der Hydroperoxidzersetzer wird dabei selber oxidiert (also keine radikalische Reaktion) Bsp.: Phosphite, Phosphonite, Thioester, Thioether

→ greifen im zweiten Schritt ein: sekundäre AOs


- Radikalfänger: stoppen sofort die entstehenden Alkylradikale, so dass gar keine Hydroperoxide entstehen (muss sehr schnell gehen)

Bsp.: sterisch Gehinderte Amine, Hydroxylamine, Benzofurane, Acryloyl-phenole

→ greifen im ersten Schritt ein: primäre AOs

Additive und Compoundierung

Wie funktionieren UV-Absorber, HALS-Stabilisatoren und UV-Quencher?


- UV-Absorber: filtern den UV-Anteil aus dem Sonnenlicht und wandeln ihn in Wärme um

Bsp.: Ruß absorbiert das Licht vollständig, der Weißmacher TiO2 hingegen reflektiert das Sonnenlicht vollständig

→ sehr Lichtstabil 


-HALS: unterbinden aggressive Photooxidationsprodukte wie Radikale und Peroxide an der Oberfläche und auch in tieferen Schichten des Kunststoffes

HALS werden nicht verbraucht und dienen somit dem Langzeitschutz


- UV-Quencher (UV-Löscher): deaktivieren die Radikale und leiten die Energie letztendlich in Form von Wärme ab. Sie wirken unabhängig der Schichtdicke der Kunststoffe (gut für Folien geeignet) 

Bsp.: Nickel-Komplex-Verbindungen (sind jedoch ökologisch bedenklich und haben gelblich/grünlichen Farbstich

Additive und Compoundierung

Wovon ist der Einsatz eines UV-Stabilisators abhängig? + Beispiele für UV-Stabilisatoren

Ob ein UV-Stabilisator eingesetzt wird, bzw. welcher eingesetzt wird, hängt ab von:

  • Dem Kunststoff
  • Der Region wo der Kunststoff eingesetzt werden soll
  • Einfärbung des Kunststoffbauteils

→ Wirksamkeit muss getestet werden. 

Bsp.: Einsatz von Dehydrochlorierungsstabilisatoren bei PVC. 

Oder Blei-Salz, Blei-Stearate in Kabelisolationen, Rohren, Profilen. Diese besitzen jedoch eine kumulative Toxizität, außerdem sehr große Bleibelastung beim Abfall → wird nicht mehr eingesetzt

Weitere UV-Stabilisatoren sind organo-zinn-Stabilisatoren (mono-und di-Alkylzinnverbindungen) oder auch Mischmetallstabilisatoren (Cu/Zn; Ca/Zn; Ba/Zn)

Additive und Compoundierung

Wie werden Gleitmittel eingeteilt und wie wirken sie?

  • Innere Gleitmittel: sind im Polymer lösliche Viskositätsminderer, die die Fließfähigkeit der Polymerschmelze erhöhen 
  • Äußere Gleitmittel: sind nicht mit dem Polymer mischbar, sie werden während und nach der Verarbeitung an die Oberfläche des Kunststoffs gedrängt und wirken als Schmierfilm auf der Oberfläche. Dadurch beeinflussen sie Eigenschaften wie die Gleitfähigkeit, verminderte Reibung und verbesserte Trennung von anderen Oberflächen (damit Kunststoffe z.B. nicht an der Oberfläche des Extruders haften bleiben)

Additive und Compoundierung

Wozu und wann nutzt man Prozesshilfsmittel? + Beispiel

Anwendungsgrund: sollen Verarbeitbarkeit bei vor allem hochmolekularen Kunststoffen verbessern (ähnlich wie Gleitmittel) 

Beispiel: Fluor- oder Silikonbasierte Additive

Anwendung:

• Vermeidung von Schmelzebruch

• Vermeidung von Materialaufbau an der Düse

• Vermeidung von Gelbildung

• Beschleunigter Farbwechsel

Additive und Compoundierung

Wozu nutzt man Antistatika und wie werden sie eingeteilt? + Beispiele

Kunststoffe haben einen hohen Oberflächenwiderstand und eine geringe Dielektrizitätskonstante. Dadurch laden sich die Kunststoffe statistisch auf, d.h. es kommt zur Elektronenübertragung zwischen 2 sich aneinander reibenden Stoffen. Antistatika können den Oberflächen- oder Durchgangswiderstand soweit vermindern, dass Ladungen genügend schnell abfließen. 

 

Einteilung in: 

  • Äußere Antistatika, z.B. Tenside: migrieren an die Oberfläche des Kunststoffes, binden Wasser und bilden so einen leitfähigen Film
  • Innere Antistatika wie z.B. PEBAX (polyether-block-Amid-Copolymer; Thermoplastisches Elastomer): sind in die Kunststoffmasse eingearbeitet und führen zur Ionenwanderung entlang der Polymere

Additive und Compoundierung

Was sind Leitfähigkeitsadditive? Beispiele?

Verleihen dem Stoff eine gewisse elektrische Leitfähigkeit. Bsp.: Ruß, Graphit, Metallpigmente

Additive und Compoundierung

Welche 4 Klassen von Flammschutzmitteln gibt es? + Beispiele

  1. Halogenverbindungen: häufig mit Sb2O3 (synergetischer Effekt). Diese FSM sind jedoch ökologisch und toxikologisch kritisch
  2. Metallhydroxide: werden aufgrund ihrer geringen Verarbeitungstemperatur vor allem in Polyolefinen wie PE und PP eingesetzt. Beispiele: (Mg(OH)2 bzw. Al(OH)3 )
  3. Phosphorhaltige Flammschutzmittel: hauptsächlich in Thermoplasten eingesetzt
  4.  Intumeszenz-Flammschutzsysteme: Synergetische Reaktion von

Phosphorverbindungen + Melamin:

Kohlespender (Polyalkohol) + Säurespender (Polyphosphorsäure) + Treibmittel (Melamin)

 

Additive und Compoundierung

Was bewirken Weichmacher?

Weichmacher sollen thermische und Mechanische Eigenschaften des Polymers ändern. Sie vergrößern den Abstand von Makromolekülen untereinander und setzen dadurch die intermolekularen WW herab. Dadurch können die Makromoleküle besser aneinander vorbeigleiten (Kristalline Bereiche werden also aufgelöst und der Tg sinkt)

→ Weichmacher verringern also die Härte bei Raumtemperatur und erhöhen die Dehnbarkeit und Schlagfestigkeit

Additive und Compoundierung

Welche Wirkungen haben Füllstoffe?

  • Erhöhte Zug-und Reißfestigkeit
  • Erhöhte Druck- und Scherfestigkeit
  • Erhöhung des E-Moduls und Versteifung des Verbundstoffes
  • Erhöhung der Wärmeformbeständigkeit 
  • Verminderung der Temperaturabhängigkeit
  • Geringe schwindung 
  • Verbesserung des Kriechverhaltens auch bei erhöhter Temperatur
  • Z.T. Verbesserung der Schlagzähigkeit
  •  

Additive und Compoundierung

Welche Arbeitsgänge gibt es im Allgemeinen bei der Polymerverarbeitung?

  • Die Kunststoffverarbeitende Industrie erhält das Polymer als Granulat. Dort erfolgt dann Zerkleinerung, Mischung mit Zuschlagstoffen (Licht, Wärmestabilisatoren, Gleitmittel, Weichmacher, Pigmente, Füllstoffe etc.), Plastifizierung, Homogenisierung und Formung
  • Viele Polymere werden erst bei der Verarbeitung vernetzt. Deshalb werden Monomere bzw. Makromonomere eingesetzt, anstatt des zuvor erwähnten Polymers

Additive und Compoundierung

Warum werden Additive zu Kunststoffen zugeführt?

- Kunststoffe ohne Additive sind z.T. nicht gut verarbeitbar oder nicht langzeitstabil gegenüber z.B. Hitze, Umwelteinflüsse, Strahlung wie UV-Licht oder flüssigen/Gasförmigen Medien

-> Deshalb setzt man Additive ein um die Kunststoffe besser verarbeitbar, ihre Eigenschaften zu optimieren oder sie vor Umwelteinflüssen zu schützen


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