Drei Schritte zur Lösung von Kunststoffalterungsproblemen: Empfehlungen für die besten Antioxidantien Deutschland

Kunststoffe sind ein wichtiger Bestandteil fast aller Bereiche menschlicher Aktivität, von Schönheitsprodukten bis hin zu Automobil- und Luftfahrtkomponenten. Dennoch bleibt die Alterung von Kunststoffmaterialien oder ihre Verschlechterung durch verschiedene Umweltphänomene im Laufe der Zeit ein großes Problem. Dieser Artikel nennt drei Hauptgründe und Lösungen für die Alterungsprobleme von Kunststoffen und schlägt die besten verfügbaren Antioxidantien vor, um solche Probleme zu verhindern.

Die Alterung von Kunststoffen verstehen

Die Alterung von Kunststoffen erfolgt hauptsächlich durch die Einwirkung von Umweltfaktoren wie UV-Licht, Sauerstoff und Wärme. Diese Faktoren führen im Laufe der Zeit zu Verfärbungen und Sprödigkeit des Materials und es kommt zu einem Verlust der meisten mechanischen Eigenschaften. Freie Radikale wirken als Auslöser der Abbauprozesse. Diese freien Radikale wirken auf die Struktur der Polymermoleküle und führen zu einer Reihe schädlicher Ereignisse. Um die Alterung von Kunststoffen gezielter zu bekämpfen, ist es wichtig, die Mechanismen und auch die potenziellen Ziele zu kennen.

Schritt 1: Erste Sichtung und Materialauswahl

Der allererste Schritt zur Lösung der Probleme im Zusammenhang mit der Alterung von Kunststoffen besteht in einer spezifischen Prüfung der zu verwendenden Materialien. Umweltfaktoren haben unterschiedliche Auswirkungen auf verschiedene Polymere. So neigen beispielsweise die meisten Polyethylene stark zu UV-Abbau, Polycarbonate sind widerstandsfähiger, können aber dennoch einem photooxidativen Abbau unterliegen. Die Materialauswahl sollte auf die jeweilige Anwendung und die erwarteten Umweltbedingungen abgestimmt sein, unter denen der Kunststoff verwendet wird.

Das Screening sollte beschleunigte Alterungstests umfassen, bei denen es darum geht, über einen kurzen Zeitraum die Leistung des Materials bei längerer Nutzung in einer natürlichen Umgebung vorherzusagen. Diese Informationen sind bei der Auswahl von Polymeren für die gewünschte Anwendung hilfreich, da sie wertvolle Informationen über das Materialverhalten unter verschiedenen Belastungen liefern. Und sie können dabei helfen, die Menge der einzuarbeitenden Antioxidantien und anderer Stabilisatoren besser einzuschätzen.

Schritt 2: Die richtigen Antioxidantien auswählen

Nachdem Sie das richtige Material identifiziert haben, besteht die nächste Aufgabe darin, die richtigen Antioxidantien auszuwählen. Antioxidantien sind wichtig, um den Alterungsprozess zu verzögern, da sie direkt auf freie Radikale einwirken, um sie zu neutralisieren oder ihre Aktivität zu hemmen. Antioxidantien werden weiter in primäre und sekundäre Antioxidantien unterteilt, die operativ als Radikalfänger und Hydroperoxidzersetzer bezeichnet werden.

Primäre Antioxidantien: Diese Antioxidantien haben eine Aufwärmaktivität, wie gehinderte Phenole und aromatische Amine. Sie jagen chelatbildende Übergangsmetalle und optimieren den Sauerstoffverbrauch in den Anfangsphasen. Einige Beispiele sind Butylhydroxytoluol (BHT) und Diphenylamin sowie einige gehinderte Amine (HALS) wie gehinderte Amine (Lichtstabilisatoren).

Sekundäre Antioxidantien: Phosphit- und Thioetherester sind Verbindungen, die Hydroperoxide in nichtradikalische Spaltungen unterdrücken und so die Vorwärtsschritte des oxidativen Kettenmechanismus vermeiden. Ein häufig verwendetes sekundäres Antioxidans ist Tris(2,4-di-tert-butylphenyl)phosphit, das unter dem Markennamen Irgafos 168 und Distearylthiodipropionat vertrieben wird.

Schritt 3: Optimierung der Formulierung und Verarbeitung

Nach der Identifizierung der wirksamsten Antioxidantien besteht die nächste wichtige Aufgabe darin, die Formulierung und die Verarbeitungsparameter zu optimieren. Dazu gehört es, die erforderliche Menge an Antioxidantien sowie die besten Parameter für die Polymerdispersion der Antioxidantien herauszufinden. Eine zu hohe oder zu niedrige Zufuhr von Antioxidantien kann ebenfalls eine optimale Leistung verhindern, indem entweder die physikalischen Eigenschaften des Materials zerstört werden oder kein wirksamer Schutz gewährleistet wird.

Auch andere Verarbeitungsparameter wie Temperatur, Extrusionsgeschwindigkeit und Mischzeit sind für die Wirksamkeit der Antioxidantien von großer Bedeutung. Zu hohe Verarbeitungstemperaturen können zum Zerfall der Antioxidantien führen, bevor sie genutzt werden, während unzureichendes Mischen zu einer falschen Dispersion der Antioxidantien führen kann, was zu Schwachstellen führt, die anfälliger für Alterung sind.

Empfehlungen für bestimmte Anwendungen

Jede Anwendung erfordert einen spezifischen Ansatz hinsichtlich des bereitgestellten Antioxidans. Beispielsweise sollten Verpackungsmaterialien, die dem Sonnenlicht ausgesetzt sind, zusätzlich zu Antioxidantien mit UV-Stabilisatoren ausgestattet werden. Unter den oben genannten Parametern können Automobilteile neben sekundären Stabilisatoren auch interne Antioxidantien mit hohem Schmelzpunkt verwenden.

Dünne Filme und Fasern werden voraussichtlich mehr dispergierende Antioxidantien mit niedriger Molekülmasse enthalten, während dicke und steifere Kunststoffe hochmolekulare Plug-in-Antioxidantien für eine langfristige Schutzwirkung enthalten sollen. HALS sind für den Einsatz im Freien eindeutig die beste Option, da sie unter UV-Licht nicht zerfallen.

Schlussfolgerung

Der Umgang mit dem Kunststoffproblem im Hinblick auf die Alterung ist von Natur aus komplex und erfordert einen strategischen Ansatz. Durch Einhaltung der drei Schritte der Prüfung und Auswahl der Materialien, der Auswahl der richtigen Antioxidantien für die Materialien und der Optimierung der Materialien bei Formulierung und Verarbeitung können die Hersteller die Lebensdauer und Leistung von Kunststoffprodukten erheblich verbessern. Die besten Antioxidantien für Kunststoffe, die für bestimmte Anwendungen geeignet sind, werden so ausgewählt, dass die Kunststoffe ihre Funktion erfüllen und ihr Aussehen auch unter extremen Einsatzbedingungen behalten können.