WKK Kap 4 Additive.txt

• Temperatur
• Einsatzzeit
• statische und dynamische Belastungen
• Brandverhalten
• Optik
• Haptik
• Bewitterung
• Chemikalieneinfluss
• tribologische Beanspruchungen
• elektrische Beanspruchungen
• Kosten
• Maße

=> Erfüllung der Anforderungen nur durch Zugabe von Zusatzstoffen möglich

• Polymere
  
• Verarbeitungshilfsstoffe
  
• Gebrauchshilfsstoffe
  
• Füllstoffe
  
• Verstärkungsstoffe

• Thermo-Stabilisatoren (Antioxidantien, Säurefänger)
  
• Gleitmittel
  
• Verarbeitungshilfsmittel
  
• Treibmittel
  
• Vulkanisationsmittel, Vernetzungsmittel für Polyolefine
  
• Nukleierungsmittel

Additive werden eingesetzt als Zusatzstoffe zur Abwandlung oder Verbesserung der Materialeigenschaften

• Langzeit-Stabilisatoren (Antioxidantien, Lichtstabilisatoren)
  
• Weichmacher
  
• Farbmittel
  
• Antistatika
  
• Flammschutzmittel
  
• Antimikrobielle Wirkstoffe

• Hohe Thermostabilität
  
• Farbneutralität (außer Farbstoffe)
  
• Verträglichkeit mit anderen Zusätzen
  
• Geringe Flüchtigkeit
  
• Migrationsbeständigkeit
  
• Möglichst keine Verschlechterung anderer Eigenschaften
  
• Gute Lichtstabilität
  
• Geruchs- und Geschmacksneutral
  
• Physiologische Unbedenklichkeit

• Sicherheitstechnische Aspekte
  
• Gewerbe-hygienische Aspekte
  
• Toxikologie (Monomere und Abbau- oder Pyrolyseprodukte sind oft toxisch, Polymere nicht)

• Migration von niedermolekularen Bestandteilen aus Kunststoffen (Herausdiffundieren)
  
• Veränderungen der Kunststoffe und Zusatzstoffe im Gebrauch
  
• Wechselwirkungen aller Bestandteile

• Innere Gleitmittel: reduzieren Schmelzeviskosität von Formmassen
  
• Äußere Gleitmittel: wirken als Schmiermittel (Unverträglichkeit)
  
• Konzentration: häufig < 0,5 %; 1 – 2 %

• Verhindern Aneinanderkleben von Folien
  
• Meist Gleitmittel mit Tendenz zum Migrieren (z.B. Polydimethylsiloxan)
  
• Kreide und Talkum halten in weichmacherhaltigen Kunststoffen Oberfläche trocken
  
• Vernetzte Silikonharze in Pulverform sorgen für gleichmäßig unebene Oberfläche

• Als Additiv z.B. bei der Harzverarbeitung
  
• Zum Einsprühen in Formwerkzeug (Silikon, PTFE)

• erhöhen die Keimzahl bei der Kristallisation
• erhöhen den Kristallisationsgrad
  
• verbessern dadurch die mechanischen Eigenschaften

• spezielle Nukleierungsmittel
  
• fein dispers verteilt, sehr geringe Konzentrationen
  
• erzeugen sehr viele und damit sehr kleine Kristallite und reduzieren die Größe der Kristallite unter die Wellenlänge des Lichtes
  
• verbessern dadurch die optischen Eigenschaften bzw. erhöhen die Transparenz teilkristalliner Thermoplaste (vor allem PP)

• chemische Treibmittel
• physikalische Treibmittel

Schaum entsteht durch gasabspaltende Zersetzung: Abspalten von Stickstoff aus Azo-Verbindungen oder Sulfo-Hydrazinen; Abspalten durch Reaktion mit einer Harz-Komponente (Wasser + Isocyanat bei PUR)

• Physikalische Treibverfahren I:
  
• Verdampfen von niedrig siedenden (25 °C bis 60 °C) chlorfreien, organischen Flüssigkeiten wie Pentan, Cyclopentan oder Fluorkohlenwasserstoffe
  
• Zugabe von Keimbildnern und Porenreglern (z. B. Aerosil)
  
• Zugabe bei Polymerisation des Thermoplasten (vor allem PS, Styropor, BASF)
  
• Physikalische Treibverfahren II:
  
• Zugabe von Treibmitteln zu flüssigen Reaktionsharzen
  
• Schaum entsteht durch Reaktionswärme beim Aushärten z. B. PUR

Dienen zur Senkung von Sprödigkeit und Härte und zur Erhöhung der Schlagzähigkeit

inner und äußere Weichmacher

• Innere Weichmachung
• durch gummielastische Phase in Copolymerisaten oder Blends
  
• Äußere Weichmachung
• durch meist niedermolekulare Produkte mit zähflüssiger bis teigiger Konsistenz;
• Moleküle werden durch Nebenvalenzen an Kunststoffmoleküle gebunden, verringern Wechselwirkungskräfte zwischen Makromolekülen;
• Möglichkeit des Verdampfens und Auswanderns;
• bei Polyamiden wirkt Wasser als Weichmacher

• Hochsiedende Ester der Phthalsäure, Phosphorsäure
• Polare Polymere nehmen Wasser auf, das als Weichmacher fungiert

• Kleine Anteile
• bei weichgemachten PVC-P Anteile von 20 % bis 50 %

• Gute Verträglichkeit mit Kunststoff, dadurch kein Ausschwitzen
  
• Kein Verdunsten oder Auswaschen
  
• Geruch-, Geschmack-, Farblosigkeit, physiologische Unbedenklichkeit
  
• Lichtechtheit, hohe chemische und thermische Beständigkeit
  
• Gute Wirkung bei geringer Menge über breiten Temperaturbereich

Relativ billige schwerflüchtige Flüssigkeiten, werden in Kombination mit eigentlichen Weichmachern eingesetzt

• Farbe ist Erkennungsmerkmal
  
• Gleiche Farben für verschiedene Teile (Materialien) sollen Qualität vermitteln

• Reproduzierbar färben
  
• Verarbeitbar (löslich im Kunststoff, temperaturstabil im Prozess)
  
• Wetter- und Lichtecht (keine Farbveränderung im Sonnenlicht)
  
• Unempfindlich für Migration (Wandern des Farbstoffs an die Oberfläche)
  
• Unempfindlich gegenüber gängigen Medien (Putz- & Lösungsmittel, Wasser, Fett, …)

• Pigmente
• Farbstoffe

• im Kunststoff unlöslich
  
• gedeckte Durchfärbung
• organische Pigmente (Azopigmente,  Polycyclische Pigmente)
  
• anorganische Pigmente (Oxide, Sulfide, Chromate, Kohlenstoff)
  

• im Kunststoff löslich (molekulardispers)
  
• bei glasklaren Kunststoffen farbig transparente Formteile oder Halbzeuge

• Anteil ungefähr 0,5 % bis 2 %
  
• Bei kleinen Anteilen im Allgemeinen keine Änderung anderer Eigenschaften, Veränderung aber bei inhomogener Dispergierung möglich

• Farbe entsteht an der Oberfläche von Bauteilen durch wellenlängenabhängige
  
• Reflexion und Spiegelung
  
• Brechung
  
• Absorption
  
• Transmission
  
• Emission

• Pigmente zeigen mehrere Eigenschaften
• Farbstoffe zeigen nur Absorption

• Masterbatch (Granulat, hochkonzentriert, Träger auf Endprodukt abgestimmt, varibale und einfache Dosierung, Pigmente/ Additive bereits ausdispergiert))
  
• Flüssigdosierung (in flüssigem Medium dispergiert, erlauben feine Effekte und tiefe Farbtöne)
  
• Trockenmischungen (z. B. für PVC)

• Temperatur
• Licht
• Mechan. Belastung
• Natürliche Medien
• Chemische Medien
• Biologische Medien

• Luft/ Feuchtigkeit
• Wasser
• Erde

• Oel, Tenside
• Schadstoffe (Ozon,...)

• Mikroorganismen (Bakterien, Pilze)
• Pflanzen, Tiere

• Sichtbare Veränderungen
• Veränderung technischer Eigenschaften
• Chemische Veränderungen
• Mikroskopische Veränderungen

• Licht und Sauerstoff führen zu einer beschleunigten Alterung von Kunststoffen durch Photooxidation
  
• Radikale sind die Träger des autooxidativen Abbaus
  
• Die Schädigung durch das Licht führt zur Bildung sogenannter „Startradikalen“

werden gebildet durch mechanisches „Zerreissen“ von Polymerendurch Mechanische-, Wärme- oder Lichtenenergie

Die Radikale bilden mit Sauerstoff ein Hydroperoxidradikal, welches sich mit der Kette verbindet und dann in zwei neue Radikale zerfällt

• Ausschluss von Licht
• Herausfiltern der UV-Strahlung
• Deaktivieren von angeregten Molekülen
• Abfangen freier Radi

• Schattieren
• Deckende Pigmentierung
• a) Völlige Lichtabsorption (Ruß)
• b) Völlige Lichtreflexion (Weißpigment, TiO2)
• Lackieren

• UV-Absorber
• => Nachteil: Guter Schutz nur für dickwandige Bauteile
• Lackieren

• Fangen die konzentrierte Energie (UV-Strahlung) und wandeln sie in unschädliche mechanische bzw. thermische Energie
• → kontrollierte Energiedissipation von Photonenenergie
• Schützen den darunter liegenden Kunststoff durch Absorption
• 

UV-Absorber sind mehr oder weniger gelblich

Monomere Verbindungen mit Molmassen bis zu 500 g/mol

• UV-Quencher
• (Übernahme von Anregungsenergie benachbarter Moleküle mit Dissipation als Wärme oder Strahlung)
• Nachteil:
• meist Nickelverbindungen mit grüner Farbe
• kein präventiver Mechanismus

• Radikalfänger: Hindered Amine Light Stabilizers (HALS)
• Nachteile:
• kein präventiver Mechanismus
• chemisch sehr reaktiv ⇒ viele Wechselwirkungen

Sie schützen den Kunststoff durch Unterbrechen der autooxidativen Kettenreaktion

• Kunststoffe sind als organische Werkstoffe (wie auch z.B. Holz, Faserstoffe etc.) mehr oder weniger leicht entzündlich
• Werden Kunststoffe über ihre Zersetzungstemperatur erwärmt, so spalten sich flüchtige niedermolekulare Bestandteile ab (Kohlenwasserstoffe), die entflammbare Gasgemische eingehen

Herabsetzung der Entflamm- und Brennbarkeit von Kunststoffen

• physikalisch (Kühlen, Beschichten, Verdünnen)
• chemisch durch Reaktion in der Gasphase (Beseitigung energiereicher Radikale) oder festen Phase (Ausbildung einer schützenden Ascheschicht)

• Bei ihrem Abbau bzw. ihrer Verdampfung wird Wärme verbraucht (Aluminiumhydroxid spaltet z.B. molekular gebundenes Wasser ab)
  
• Erzeugung unbrennbarer Pyrolyserückstände wie vor allem Phosphor und seine Verbindungen. Diese Wirkung hemmt die Entflammbarkeit.
  
• Radikalfänger, die die sich beim Brand des Polymeren bildenden Radikalebinden (z.B. Chlor und Brom). Diese bilden zusätzlich schwere Gase, die den Brandherd gegen Zutritt von Sauerstoff abschirmen.
  
• Anorganische Füll- und Verstärkungsstoffe verringern den brennbaren Anteil.

• Antistatika
• Leitfähige Zusatzstoffe

vermindern Oberflächenwiderstand von > 10¹⁵ Ohm auf unter 10¹⁰ Ohm so dass reibungselektrische, statische Aufladung (Staubanziehung) verhindert wird

erniedrigen spezifischen Widerstand auf 10⁰ cm bis 10² cm (abhängig von Art und Anteil); wichtig ist die Berührung der Zusatzstoffe, um durchgehende Leitfähigkeitspfade zu erzeugen

• Leitruß, Kohlefasern, Graphit
  
• Stahlfasern, Kupferfasern
  
• Aluminiumflocken, Kupferflocken
  
• Metallisierte Glasfasern

• kationische Antistatika aus langkettigem Alkylrest mit quartärer Ammonium, Phosphonium- oder Sulfoniumgruppe (Anione: Chlorid, Nitrat, Sulfat)
  
• anionische Antistatika aus langkettigem Alkylrest mit Sulfonat-, Sulfat- oder Phosphatgruppe (Kationen: Alkalimetalle, insbes. Natrium)
  
• externe Antistatika: Lösungen von Polyolen (werden auf Oberfläche aufgebracht)

• durch Compoundieren mit gut leitfähigem Werkstoff
• Auftreten einer Perkolationsgrenze (erstmaliges Auftreten eines durchgehenden Leitfähigkeitspfades) => muss überschritten werden

• Reduktion der Schwindung zur Verbesserung der Maßhaltigkeit
  
• Erhöhung der akustischen Dämpfung
  
• Erhöhung der Steifigkeit (nur bei kleinen Belastungen)
  
• Verbesserung der Wärmeformbeständigkeit
• Preisreduzierung

• Verstärken ist das Erhöhen der Festigkeit eines Grundwerkstoffs durch Zufügen eines Verstärkungsstoffs
  
• => höhere Festigkeit und höhere Steifigkeit bei höheren Temperaturen
  
• => Verbesserung der Wärmeformbeständigkeit

• 1-dimensional
• 2-dimensional
• 3-dimensional

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• Fasern (Glas, Kohlenstoff, organisch natürlich (Flachs) oder synthetisch (Aramid)), Wollastonit, (Carbon-Nanotubes)
• Vorteile: Verbesserung thermomechanischer Kennwerte, geringere Schwindung
• Nachteile: Anisotropie, deutliche Orientierung in Strömung

• 
• Glimmer, Silikate, Talkum, Graphit
• Vorteile: preisgünstig, merkliche Kennwertverbesserung, verminderte Schwindung
• Nachteile: leichte Anisotropie, Bindenahtschwäche

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• Glaskugeln, Kreide, Metall- oder Keramikpulver, Silikate
• Vorteile: wenig Verarbeitungsschwierigkeiten, verbesserte Maßhaltigkeit, keine Anisotropie, E-Modul erhöht, Ausdehnung erniedrigt

• Ist die Faser-Matrix-Anbindung unzureichend, können die Fasereigenschaften nicht ausgenutzt werden.
• Pull-Out-Versagen der Fasern tritt dann vorrangig auf.
• Festigkeit, Zähigkeit und Steifigkeit des Verbundes bleiben hinter den Potenzialen zurück

• Anisotropie mechanischer Eigenschaften des Bauteils
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