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  • Zusatz und Füllstoffe
  • In der Regel besitzen Kunststoffe nach der Bildungsreaktion nicht die Eigenschaften die für den jeweiligen Anwendungsfall erwünscht sind.
  • Grundsätzlich unterscheidet man:
      • Verarbeitungshilfsstoffe und
      • Eigenschaftsverändernde Stoffe
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Weichmacher:

  • Thermoplaste, die einen ausgesprochenen Dipolcharakter besitzen (z.B. PVC!) lassen sich mit Esterverbindungen, die ebenso Dipole im Molekül aufweisen, weich einstellen. Dabei vermindern diese Moleküle die Nebenvalenzkräfte des starren Molekülgefüges:
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  • Bei Weichmachern werden 2 Gruppen unterschieden:
      • Niedrigviskose und
      • Hochviskose Weichmacher
  • Die erste Gruppe wird auch als Monomerweichmacher bezeichnet und ermöglicht die erwünschte Eigenschaftsveränderung. Allerdings können diese relativ kleinen Moleküle (im Vergleich zu den Thermoplastmolekülen) durch geeignete Lösungsmittel herausgelöst werden.
  • Außerdem wandern sie selbst mit zunehmender Lebensdauer des Kunststoffs an die Oberfläche und gehen in weiterer Folge verloren. Dieses Verhalten wird als Migration bezeichnet.
  • Ein wichtiger Vertreter ist DOP – Dioktylphtalat (Di-2-(ethylhexyl)phthalat
  •  

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    • Polymerweichmacher sind fester im Verband eingebunden, dafür sinkt aber zwangsweise die Wirksamkeit als Weichmacher!
    • Weitere Vertreter:
      • Polyurethane, Polyesterharze
      • Phenolharze: Phthalsäureester, Polyvinylacetat, Polyvinylbutyral,
      • Celluloseacetat
      • Phenolharze, Melaminharze
      • Phosphorsäureester (z.B. Tri-(2ethylhexyl)phosphat (TOF)
      • Sulfonamide
    • In diese Gruppe fallen auch Schlagzähmacher. Bei der PVC – Herstellung wird beispielsweise Polybutylacrylat eingesetzt, das eine sehr niedrige Glasübergangstemperatur besitzt. Dadurch bewirkt es insbesondere bei niedrigen Temperaturen eine innere Dämpfung des Materials.
    • Extender sind Weichmacher die nur mäßige Polarität besitzen und nur in Mischung mit Weichmachern aus Kostengründen eingesetzt werden.
  • Stabilisatoren
    • Wärme, UV – Strahlung, Luftsauerstoff und Feuchtigkeit schädigen Polymere durch Kettenabbau.
    • Wärmestabilisatoren
    • Ohne Wärmestabilisatoren gäbe es beispielsweise keine Formgebung von PVC durch schmelzen. Es würde zur HCl – Abspaltung kommen. Dieser Vorgang ist durch Verfärbung von gelb über braun bis schwarz erkennbar.
    • Meist werden Stabilisatorkombinationen eingesetzt, um gegen Wärme und Licht zu schützen.
    • Als Beispiele seien Organozinnstabilisatoren, Ba/Cd-Stabilisatoren oder Ba/Zink-Stabilisatoren genannt. Farb- und Langzeitstabilität dieser Metallcarboxylate werden durch Costabilisatoren (z.B. Diketone, organ. Phosphite) wesentlich unterstützt.
    • UV – Stabilisatoren:
    • Bestrahlung mit UV Licht kann zum Bindungsbruch unter Radikalbildung führen, bei ungesättigten Polymeren
    • können somit Kettenabbau und Vernetzungsreaktionen eingeleitet werden. Zudem können oxidative Prozesse stattfinden.
    • => UV-Absorber, Quencher, Kettenabbrecher (Radikalfänger)
    • UV-Absorber: Pigmente, insbesondere Ruß (gleichzeitig Radikalfänger), nicht TiO2!
    • Phenylsalicylat, o-Hydroxybenzophenon, 2-2‘(Hydroxyphenyl)benztriazol
    • bei transparenten Kunststoffen: organische Verbindungen mit
      • Absorptionsmaximum > 420 nm
    • Quencher: Nickeldibutyldithiocarbamat(NiDBC), Nickelacetophenondioxim:
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    Antioxidantien

     

    • Polymere können bei der Verarbeitung oder durch Beanspruchung oder chemische Schädigung oder thermisch abbauen. Außerdem werden Polymer durch Oxidation und UV-Bestrahlung geschädigt, so dass sich die mechanischen Eigenschaften verschlechtern. Bei der Photooxidation werden insbesondere im Polymer vorhandene Doppelbindungen oxidiert (Verspröden von Elastomeren) und Wasserstoffe von der Kette abgespalten oft durch eine photochemische Reaktion unter Radikalbildung. Zwischenstufen sind meist Peroxyradikale, die durch Übergangsmetallionen beschleunigt zerfallen.
    • 90% aller Antioxidantien werden für PE, PP, PS und ABS eingesetzt. Desinitiatoren
    • zerstören Peroxide und Hydroperoxide bevor sie in Radikale zerfallen
    • z.B. Phosphite, Phosphonite((C9H19(p-C6H4)O)3P), Thioether (C18H37OOCCH2CH2)2S)
    • Phospitewerden durch Hydroperoxidezu Phosphaten (schnell, gut bei Verarbeitung) und Thioether
    • zuSulfoxiden(langsamer, gut für Alterungsstabilisierung) oxidiert:
    • (RO3)P + R'OOH   (RO3)PO + R'OH
    • Kettenabbrecher
    • reagieren mit bereits gebildeten Radikalen
    • z.B.: gehinderte Phenole(2,5-Di(t-butyl)hydroxytoluol BHT, gut für Polyolefine, PS, Elastomere),
    • aromatische Amine (sehr effektiv, für Elastomere, Polyamide, PU-Schaumstofe), anellierte Kohlenwasserstoffe
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    Füllstoffe:

     

    • Feste amorphe anorganische oder organische Materialien (natürlich oder synthetisch,
    • sphärisch, faserförmig, plättchenförmig). Gefüllt werden z.B. PVC, PP, PE,
    • Polyamid, Phenolharze, Polyesterharze; teilweise müssen Haftvermittler z.B. für Faserfüllstoffe
    • eingesetzt werden (z.B. (RO)3SiR‘X wie Aminopropyltriethoxysilan)
    • Inaktive Füllstoffe strecken teure Polymere und verbilligen daher den Kunststoff
    • z.B. Ruß (inaktiv), Glaskugeln, Kreide und Kalkstein (CaCO3), Kieselsäure (inaktiv) , Holzmehl,
    • Nussschalenmehl, Kaolin, Feldspat, Talkum
    • Aktive Füllstoffe verbessern bestimmte mechanische Eigenschaften (Zugfestigkeit,
    • Kerbschlagzähigkeit, oder Abrieb) durch starke Wechselwirkungen mit dem Kunststoff (reaktive
    • Oberfläche der Füllstoffe z.B. durch polare Gruppen)
    • z.B.: Ruß (aktiv), SiO2(aktiv), Fasern (Kurz- und Langfasern, Glas-, Kohle-, Aramidfasern), Wiskers (Alumniumoxid, Siliziumcarbid), Glimmer
  • Gleitmittel
    • -Verringern die Gleitreibung entweder durch Wirkung an der Grenzfläche (äußere Gleitmittel)
    • oder durch Verbesserung des Fleißverhaltens und der Homogenität (innere Gleitmittel)
    • -verhindern die Bildung von Reibungswärme
    • 60% aller Gleitmittel werden für PVC (Folien und Flaschen) verwendet, für Polyolefine werde
    • Gleitmittel zusammen mit dem Füllstoff zugegeben
    • Innere Gleitmittel: partiell lösliche amphipolare niedermolekulare Verbindungen z.B. modifizierte Ester langkettiger Fettsäuren
    • Äußere Gleitmittel: nicht gut mischbar mit den Polymeren, bilden instabile Blends und reichern
    • sich bevorzugt an der Oberfläche an
    • für polare Polymere z.B.: Metallstearate, Fettsäureamide-oder ester
    • für apolare Polymere z.B.: Wachse
  • Trennmittel

    • -verhindern das Anbacken an das Werkzeug bei der Verarbeitung und wirken wie Gleitmittel
    • -oft Silikone oder Fluorpolymere (nicht haftend), auch Wachse und Fettsäuren (für polare Polymere)

    Plastifiziermittel

    • -verbessern Schmelzefestigkeit durch Erhöhung der Dehnviskosität
    • -meist hochmolekulare Copo des MMA mit Butyl-oder Ethylmethacrylat(für PVC)
  • Flammschutz

    • Polymere (außer einigen anorganischen) sind als organische Verbindungen brennbar und müssen dementsprechend flammhemmend ausgerüstet werden. PVC enthält einen hohen Chloranteil und ist daher inherent flammgeschützt, ganz im Gegensatz zu Polyolefinen. Man muss sowohl die Entzündbarkeit als auch die Flammausbreitung betrachten. Dazu kommt noch Rauchentwicklung und Giftigkeit der Rauchgase.
    • Alle wichtigen Flammschutzmittel enthalten wenigstens eines der folgenden Elemente: P, Sb, Cl, Br, B, N
    • Wirkungsweisen:
    • a) Verhinderung des Sauerstoffzutritts durch Abspalten nicht brennbarer Gase und Ausbildung von Schutzschichten
    • b) „Vergiftung“ der Flamme durch Radikale
    • zu a) PC setzt CO2frei, Cellulose Wasser; Phosphorhaltige Flammschutzmittel oxidieren zu Phosphoroxiden, reagieren mit Wasser zu Phosphorsäure, diese reagiert mit Wasser zu festen, verkohlten Rückständen auf
    • der Kunststoffoberfläche; ähnlich reagiert Al(OH)3
    • zu b) Chlor-und Bromverbindungen spalten beim Erhitzen Halogenradikale ab, die mit den Radikalen bei der
    • Verbrennung von Polymeren reagieren und so die Flamme vergiften
  • Biozide

    • Biozide sollen das Wachsen von Mikroorganismen auf Polymeren verhindern (wichtig für Weich-PVC, Polyurethane, PE und Polyester). Geschützt werden: Fußböden, Wandbeläge, Duschvorhänge, Dichtungen, Dachabdeckungen, Schwimmbadauskleidungen etc.
    • Verwendete Biozide: 10,10-Oxibisphenocyarsin,
    • N-(Trichlormethylthio)phthalimid
    • Tributylzinn-Verbindungen