Kunststoff

**Additiv (Additive)** ist eine in kleinen Mengen (typisch 0,05 – 10 %) zum Basispolymer hinzugefügte Substanz, die dessen Eigenschaften modifiziert, die Verarbeitbarkeit verbessert oder die Lebensdauer verlängert. Die Kunststoffindustrie ist auf Additive angewiesen, um die Anforderungen jeder Anwendung zu erfüllen. ## Hauptfamilien - **Antioxidantien**: primäre (sterisch gehinderte Phenole) + sekundäre (Phosphite) Stabilisatoren. Verhindern oxidative Degradation - **UV-/Lichtstabilisatoren**: HALS, UV-Absorber. Schutz vor Photodegradation - **Gleitmittel / Trennmittel**: Stearate, Wachse. Verbessern Verarbeitung und Entformung - **Antistatika**: ethoxylierte Amide. Dissipieren elektrostatische Ladung - **Flammschutzmittel (FR)**: bromiert, phosphor-, halogenhaltig, Synergisten. UL94, V0/V2 - **Weichmacher**: Phthalate, Adipate, Citrate. Weich-PVC - **Nukleierungsmittel / Klärungsmittel**: beschleunigen Kristallisation (PP), erhöhen Klarheit - **Pigmente und Farbstoffe**: anorganisch (TiO2, Oxide), organisch (Azo, Phthalocyanine), Masterbatches - **Füllstoffe und Verstärkungen**: Talkum, CaCO3, Glasfaser, Kohlefaser - **Schlagzähmodifikatoren**: EPDM, MBS, Acrylate ## Zugabeformat - **Masterbatch**: konzentriertes Additiv (20 – 50 %) im Granulat, 1 – 10 % zum Neumaterial dosiert - **Compounded Grade**: bereits vom Hersteller mit integrierten Additiven (FR-PP, glasgefülltes PA) - **Flüssigdosierung**: flüssige Additive direkt in die Schnecke ## Überlegungen - Verträglichkeit mit dem Basisharz - Ausblühen (Blooming / Bleeding) bei Überschreiten der Löslichkeitsgrenze - Migration in Lebensmittelkontakt (FDA-/EU-Regulierung) - Kosten: TiO2 kann 30 – 50 % der Compound-Kosten ausmachen - Recyclingfähigkeit: viele Additive überstehen das Regrind, andere degradieren

**Polymer** ist ein Makromolekül, gebildet durch die wiederholte kovalente Verknüpfung vieler kleiner Einheiten, der **Monomere**. Es ist die molekulare Grundlage aller Kunststoffe, Kautschuke, Fasern und vieler biologischer Materialien (Proteine, Zellulose, DNA). ## Klassifizierung nach Herkunft - **Natürlich**: Zellulose, Stärke, Proteine, Naturkautschuk, Lignin - **Synthetisch**: PE, PP, PVC, PS, PET, PA, PC, ABS… (Großteil des Marktes) - **Halbsynthetisch**: Rayon, Zelluloseacetat, modifizierte Naturkautschuk-Derivate ## Klassifizierung nach Architektur - **Linear**: gerade Ketten (HDPE, PA 66, PS) - **Verzweigt**: Ketten mit Verzweigungen (LDPE, ABS) - **Vernetzt (Crosslinked)**: PE-X, vulkanisierter Kautschuk, Duroplaste - **Dendritisch**: baumartige Strukturen (Spezialität) ## Klassifizierung nach Wärmeverhalten - **Thermoplaste**: schmelzen und werden reversibel umgeformt (PP, PE, PA, PC) - **Duroplaste**: chemisch ausgehärtet, kein erneutes Schmelzen (Epoxid, Phenol) - **Elastomere**: flexibel, kehren nach Verformung zurück (Kautschuk, TPE) ## Klassifizierung nach Zusammensetzung - **Homopolymere**: ein einziges Monomer (PE, PP-H) - **Copolymere**: zwei oder mehr Monomere (ABS = Acrylnitril + Butadien + Styrol) - **Blends**: zwei physisch gemischte Polymere (PC/ABS, PA/PPS) ## Strukturabhängige Schlüsseleigenschaften - **Molmasse**: Steifigkeit und Verarbeitbarkeit - **Molmassenverteilung**: Prozessfenster und Zähigkeit - **Kristallinität**: Steifigkeit, Opazität, Schwindung - **Polarität der Kette**: Chemikalienbeständigkeit, Haftung, Transparenz

Synthetisches Material, das in der Industrie weit verbreitet ist und durch die Polymerisation organischer Verbindungen hergestellt wird, was zu einer harten und vielseitigen Substanz führt.

**Thermoplast** ist ein Polymer, das beim Erhitzen über seine Schmelz- oder Glasübergangstemperatur erweicht und wieder schmilzt und beim Abkühlen wieder erstarrt — ohne dauerhafte chemische Reaktion. Diese Reversibilität ermöglicht Spritzguss, Extrusion und mechanisches Recycling der meisten Kunststoffe. ## Thermoplast vs. Duroplast - **Thermoplast**: lineare oder verzweigte Ketten ohne chemische Vernetzungen. Schmilzt und lässt sich umformen (PP, PE, ABS, PC, PA, PET, POM). - **Duroplast** (Thermoset): vernetzt chemisch beim Aushärten (Phenol-, Epoxid-, Melaminharze). Nicht wieder schmelzbar; erneutes Erhitzen führt nur zur Zersetzung. ## Klassifizierung der Thermoplaste - **Massenkunststoffe**: PP, PE-HD/LD, PS, PVC, PET → hohes Volumen, niedrige Kosten - **Technische Kunststoffe**: ABS, PA (Nylon), PC, POM, PMMA, PBT → bessere Mechanik - **Hochleistung**: PEEK, PPS, PSU, PEI, LCP → hohe Dauergebrauchstemperatur, teuer - Nach Struktur: amorph (PC, PS, ABS) vs. teilkristallin (PP, PE, PA, POM) ## Verarbeitbarkeit Nahezu jeder Thermoplast lässt sich spritzgießen, extrudieren, thermoformen, blasformen und rotationsformen. Teilkristalline Typen erfordern präzise Werkzeugtemperaturen zur Kristallinitätskontrolle; amorphe vertragen breitere Fenster. ## Recyclingfähigkeit und Wiederverwendung Die thermische Reversibilität erlaubt das Mahlen und Wiederverarbeiten von Scrap (Regrind) bis zu 20 – 30 % mit Neuware ohne deutlichen Eigenschaftsverlust — abhängig vom Polymer. Additive, Fremdharz-Kontamination und akkumulierte thermische Schädigung begrenzen die Zahl der Zyklen.

**Duroplast (Thermoset)** ist das Polymer, das während der Verarbeitung eine chemische Vernetzungsreaktion (Härtung) durchläuft, die permanente kovalente Bindungen zwischen den Ketten erzeugt. Einmal ausgehärtet, **kann es nicht mehr geschmolzen werden**; erneutes Erhitzen führt nur zur Zersetzung. ## Grundunterschied zu Thermoplasten | | Duroplast | Thermoplast | |---|---|---| | Verarbeitung | Einmal (chemisch gehärtet) | Mehrfach thermisch | | Recycling | Schwierig (nur als Füllstoff) | Einfach (Regrind) | | Struktur | 3D-vernetztes Netzwerk | Unabhängige Ketten | | Scrap-Nutzung | Nicht wiederverarbeitbar | Wiederverarbeitbar | | Wärmebeständigkeit | Bis zur Zersetzung | Bis Tm oder Tg | ## Kommerzielle Duroplaste - **Phenolharz (PF, Bakelit)**: der erste synthetische Kunststoff, weiter eingesetzt - **Epoxid**: Klebstoffe, Beschichtungen, strukturelle Composite - **Ungesättigtes Polyester (UP)**: Glasfaser, Gelcoat - **Vinylester**: verbesserte Polyester, chemisch und mechanisch - **Melaminharz (MF)**: Geschirr, Schichtstoffe - **Harnstoff-Formaldehyd (UF)**: Holzspanplatten - **Polyurethan (PU)**: Schäume, RIM - **Vulkanisiertes Silikon**: Dichtungen, Vulkanisate ## Verarbeitungsverfahren - **Pressen (Compression Molding)**: klassisch, einfach, langsam - **Spritzpressen (Transfer Molding)**: komplexer, höhere Qualität - **Duroplast-Spritzguss**: Spezialmaschinen mit kaltem Zylinder - **RIM**: zwei flüssige Komponenten reagieren im Werkzeug - **Pultrusion**: kontinuierliche Profile mit Faser - **Handlaminieren**: große Teile manuell ## Vorteile - Sehr hohe Wärmebeständigkeit (Epoxid: 200 °C; Phenolharz: 300 °C) - Hervorragende Dimensionsstabilität - Überlegene Chemikalienbeständigkeit - Kein Kriechen unter Last (im Gegensatz zu Thermoplasten) - Gute elektrische Isolierung ## Einschränkungen - Am Lebensende nicht recyclingfähig - Lange Härtungszeit bei einigen Verfahren - Spröde ohne Faserverstärkung - Risiko von Restmonomeren (Formaldehyd, Styrol) während der Aushärtung