Jahresbericht 2017

Neue Stabilisatoren für die Langzeitstabilität von Polyolefinen.

Additive, Alterung, Kunststoff, neue Antioxidantien

Kunststoffe unterliegen speziell in ihrer Langzeitanwendung bei hohen Temperaturen, in Gegenwart von Sauerstoff, oxidativen Alterungsprozessen. In der Konsequenz verlieren sie ihre gewünschten Eigenschaften, wie z.B. Bruchfestigkeit, und müssen mit zugesetzten Antioxidantien stabilisiert werden. Neben der Langzeitstabilisierung sind u.a. Hydrolysestabilität und geringe Verfärbungstendenz gefordert.

Neue Antioxidantien mit exzellenter Langzeitwirkung

Der Schädigung von Kunststoffen durch die sogenannte (Aut)oxidation, liegt eine radikalisch induzierte Kettenspaltung des Matrixpolymers zugrunde. Zugesetzte Antioxidantien fangen entsprechende reaktive Spezies ab und machen diese unschädlich. Mit der Entwicklung immer besserer (Hightech-)Kunststoffe – die es durchaus mit Stahl aufnehmen können – steigen jedoch auch die Anforderungen an Stabilisatoren. Neben einem kostengünstigen Preis, müssen u.a. unerwünschte Verfärbungstendenzen ausgeschlossen werden. Auch dem Einsatz des additivierten Kunststoffes in heißer und feuchter Umgebung müssen die Additive standhalten (Hydrolysestabilität).

Wissenschaftler aus dem Fraunhofer LBF verfügen über großes Know-how in der Entwicklung und Synthese maßgeschneiderter Additive und haben unter Entwicklung eines einfachen Syntheseverfahrens für komplexe Antioxidantien, neue Stabilisatoren mit hervorragenden Eigenschaften hervorgebracht. Die Besonderheit liegt hierbei in der hohen thermischen Stabilität der neuartigen Antioxidantien bei gleichzeitig exzellenter Langzeitstabilisierung von Polyolefinen.

Darüber hinaus weisen die entwickelten Antioxidantien neben ihrer geringen Verfärbungstendenz eine geringe Migrationsneigung aus der Polymermatrix auf und sind auch im Hinblick auf REACH (Europäische Chemikalienverordnung zur Risikobewertung chemischer Stoffe) für die Zukunft gerüstet.

Im Hinblick auf eine nachhaltige und gleichzeitig wirtschaftlich attraktive Anwendung, eignen sich die neuen Verbindungen u.a. für die Optimierung gängiger Commodity-Systeme (z.B. PP-Talkum) im Hochtemperaturbereich und können somit die kostenintensiveren technischen Kunststoffe ersetzen.

Für die Bewertung der Langzeitwirksamkeit der neuen Stabilisatoren, wurde auf ein thermisches (Ofen-)Alterungsverfahren mit periodischer Probenentnahme zurückgegriffen. Schnelle Resultate ermöglicht die Bestimmung der OIT (Oxidationsinduktionszeit) durch kombinierte TGA-DSC Analyse (Abb. 1). Die OIT in Minuten entspricht dabei der Inhibierungszeit, der das Polymer durch das zugesetzte Antioxidans Stand hält, bevor die Oxidation und somit Zerstörung eintritt. Neben den genannten Methoden, lassen sich die chemischen/physikalischen Eigenschaften gealterter Proben durch weitere analytische Charakterisierungsmethoden wie beispielsweise der Bruchdehnung oder des Carbonylindex bestimmen.

Die Arbeiten finden im Rahmen eines Eigenforschungsprojekts des Fraunhofer LBF statt und intensivieren am Institut die Kompetenz der Methodenentwicklung zur Synthese und beschleunigten Bewertung von Stabilisatoren.

Kundennutzen

Das Fraunhofer LBF bietet die volle Palette von der Idee über die Umsetzung bis zum fertigen Endprodukt an. Neu entwickelte Antioxidantien ermöglichen den Einsatz von Polyolefinen bei hohen Temperaturen unter gleichzeitig hervorragender Langzeitstabilisierung. Die Aufwertung gängiger Polymer-Systeme (wie beispielsweise Talkum gefülltes Polypropylen) mit den neuen Hochtemperatur-Stabilisatoren, prädestiniert diese u.a. für den Einsatz im Automobilbau (Motor-/Innenraumverkleidung) sowie für Kabel/Schläuche. Dabei können teure Hightech-Kunststoffe ggf. durch die vorgestellten optimierten Standardkunststoffe substituiert werden.

Zusammenfassung

Das Institut ermöglicht Lösungsansätze zu speziellen Fragestellungen der Additiv-Synthese und Evaluierung. Es konnten komplexe Antioxidantien über einfache Syntheseverfahren zugänglich gemacht werden, wobei diese eine exzellente Wärmealterungsstabilisierung von Polyolefinen ermöglichen. Die neuen Antioxidantien ermöglichen an Stelle von preisintensiven Engineering-Kunststoffen, die kostengünstige Verwendung von Commodity-Kunststoffen wie Polypropylen unter thermischer Dauerbelastung. Darüber hinaus zeigen die neuen Antioxidantien eine geringe Flüchtigkeit und niedrige Verfärbungstendenz des Polymers.