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Im modernen Leben stoßen wir oft auf verschiedene Kunststoffprodukte, von langlebigen, leuchtenden Kunststoffblumen bis hin zu feuerbeständigen Kunststoffwaren. Diese scheinbar gewöhnlichen Artikel verbergen tatsächlich eine Schlüsseltechnologie – Kunststoffzusätze.
Der Einsatz dieser Additive macht Kunststoffprodukte nicht nur langlebiger und sicherer, sondern verleiht auch der gesamten Kunststoffindustrie neue Dynamik.
Aufgrund der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie und der wachsenden Marktnachfrage weist der Markt für Kunststoffadditive ein enormes wirtschaftliches Potenzial und Aussichten für Innovationen auf.
Als nächstes folgen wir BE-CU, um uns mit den Klassifizierungen, Arbeitsprinzipien und ihrer Rolle in verschiedenen alltäglichen Anwendungen dieser Zusatzstoffe zu befassen.
Was sind Kunststoffzusätze?
Kunststoffadditive sind Verbindungen, die während des Formungsprozesses von Polymeren (Kunstharzen) hinzugefügt werden, um deren Verarbeitungsleistung zu verbessern oder die Eigenschaften des Harzes selbst zu verbessern.
Ihre Hauptfunktion besteht darin, die Verarbeitbarkeit von Polymeren zu verbessern, die Verarbeitungsbedingungen zu optimieren, die Verarbeitungseffizienz zu steigern und die Leistung der Produkte zu steigern, wodurch der Wert und die Lebensdauer der Produkte erhöht werden.
Beispielsweise werden Weichmacher zugesetzt, um die Formtemperatur von PVC-Harzen zu senken und die Produkte weich zu machen.
Oder es werden Treibmittel zur Herstellung leichter, stoßfester, wärme- und schalldämmender Schaumstoffe zugesetzt.
Einige Kunststoffe haben eine thermische Zersetzungstemperatur, die sehr nahe an der Verarbeitungstemperatur des Formteils liegt, was es unmöglich macht, sie ohne den Zusatz von Wärmestabilisatoren zu formen.
Daher nehmen Kunststoffadditive im Kunststoffformprozess eine besonders wichtige Stellung ein .
Um die Rolle und Eigenschaften von Kunststoffadditiven besser zu veranschaulichen, werden wir im Folgenden spezifische Arten von Kunststoffadditiven auflisten.
Die wichtigsten Arten von Kunststoffzusätzen
1. Stabilisatoren
Hitzestabilisator
Hitzestabilisatoren sind entscheidende Zusatzstoffe in der Kunststoffverarbeitung, insbesondere für Polyvinylchlorid (PVC) und seine Copolymere, um den thermischen Abbau zu verhindern.
Diese Stabilisatoren neutralisieren Chlorwasserstoff, einen Katalysator, der bei der PVC-Verarbeitung freigesetzt wird und zum Abbau der Molekülkette führen kann.
Zu den Primärstabilisatoren gehören typischerweise Schwermetallsalze und Seifen wie Bleisulfat und Bleistearat, während Hilfsstabilisatoren aus epoxidierten Ölen und Estern bestehen, die ebenfalls weichmachende Eigenschaften verleihen.
Ihre gemeinsame Aufgabe besteht darin, die Integrität von PVC aufrechtzuerhalten, indem sie die Zersetzung verhindern und eine effektive Formung und Verarbeitung ermöglichen.
Antioxidans
Ungesättigte Doppelbindungen in Kunststoffen werden durch Sauerstoffatome, Hitze und Licht angegriffen, was zum Bruch und zur Bildung freier Radikale führt, was zu Kettenreaktionen führt.
Dadurch kommt es zum Bruch der Molekülkette oder zur Bildung von Kettenvernetzungen, wodurch die Festigkeit des fertigen Kunststoffprodukts abnimmt oder es spröde wird.
Die Funktion von Antioxidantien besteht darin, die Zersetzung von Kunststoffen durch Oxidation zu verzögern und die Lebensdauer von Kunststoffprodukten zu verlängern.
Häufig verwendete Antioxidantien für Kunststoffe werden im Allgemeinen nach ihrer molekularen Struktur und ihrem Wirkungsmechanismus in fünf Kategorien eingeteilt: gehinderte Phenole, Phosphite, Thio, zusammengesetzte und gehinderte Amine (HALS).
UV-Absorber
Polymere unterliegen einem Photoabbau, wenn sie UV-Licht ausgesetzt werden.
UV-Absorber sind eine Klasse chemischer Substanzen, die UV-Licht absorbieren oder die Durchlässigkeit von UV-Licht verringern.
Es ist in der Lage, Energie umzuwandeln, indem es hochenergetisches ultraviolettes Licht in Wärme oder zerstörungsfreie längere Lichtwellen umwandelt, um die Energie freizusetzen und so Polymere vor UV-Schäden zu schützen.
UV-Absorber können nach ihrer chemischen Struktur in folgende Kategorien eingeteilt werden: Salicylate, Phenylketone, Benzotriazole, substituiertes Acrylnitril, Triazine und gehinderte Amine.
2.Verarbeitungshilfsmittel
Verarbeitungshilfsstoffe sind Additive zur Verbesserung der rheologischen Eigenschaften bei der Kunststoffverarbeitung sowie der Formgebungseigenschaften, meist niedrige Viskosität oder Oberflächenenergie, mit gewisser Schmierwirkung.
Weichmacher
Die überwiegende Mehrheit der Kunstharze weist Plastizität auf, die Größe der Plastizität ist jedoch nicht gleich.
Um das Harz leicht plastifizierbar zu machen und den Produkten Weichheit zu verleihen, werden dem Harz im Allgemeinen einige niedermolekulare Substanzen zugesetzt. Diese niedermolekularen Substanzen werden als Weichmacher bezeichnet.
Diese niedermolekularen Stoffe werden Weichmacher genannt. Weichmacher sind flüssige Substanzen oder Substanzen mit niedrigem Schmelzpunkt und sollten sich gut mit Harz mischen lassen.
Häufig verwendete Weichmacher sind Benzoldicarbonsäureester, Sebacatester, chlorierte Paraffine usw.
Schmiermittel
Schmierstoffe können in interne und externe Typen unterteilt werden.
Die Hauptfunktion interner Gleitmittel besteht darin, die interne Fließfähigkeit des Harzes zu verbessern, indem sie die interne Reibung zwischen den Molekülketten des Harzes verringern, wie beispielsweise Fettsäureester (z. B. Glycerylmonostearat).
Externe Gleitmittel hingegen verringern die Haftung des Harzes an Verarbeitungsmaschinen und verbessern die Glätte der Produktoberfläche, wodurch das Entformen erleichtert wird, wie z. B. HoechstWax.
3.Füllstoffe
Füllstoffe gehören zu den häufigsten Zusatzstoffen in Kunststoffen und dienen der Verbesserung der Materialeigenschaften, der Kostensenkung und der Verbesserung der Verarbeitbarkeit.
Die zugesetzte Füllstoffmenge liegt typischerweise zwischen 5 % und 50 % und variiert je nach Art des Füllstoffs und der spezifischen Anwendung des Kunststoffs.
Zu den üblichen Füllstoffen gehören anorganische Materialien wie Graphit, Calciumcarbonat und Aluminate sowie natürliche organische Füllstoffe wie Holzmehl, Kokosnussschalenpulver und Baumwolle.
4.Kupplungsmittel
Die Hauptfunktion des Haftvermittlers besteht darin, die Grenzflächeneigenschaften zwischen Füllstoff und Polymermaterial zu verbessern.
Es kann die Viskosität der Kunstharzschmelze im Prozess der Kunststoffverarbeitung verringern, die Verteilung des Füllstoffs verbessern und so die Verarbeitungsleistung verbessern.
Dadurch erhalten die Produkte eine gute Oberflächenqualität sowie mechanische, thermische und elektrische Eigenschaften.
Seine Dosierung beträgt im Allgemeinen 0,5–2 % der Füllstoffdosis.
Der Haftvermittler besteht im Allgemeinen aus zwei Teilen: Ein Teil ist eine pro-anorganische Gruppe, die aus anorganischem Füllstoff oder Verstärkungsmaterial bestehen kann.
Der andere Teil ist eine pro-organische Gruppe, die die Rolle von Kunstharz spielen kann.
Von den vielen Haftvermittlern werden Organosilane am häufigsten verwendet, während Organotitanate eine effizientere Alternative darstellen.
5. Vernetzungsmittel
Vernetzungsmittel werden hauptsächlich in Polymermaterialien (Gummi und duroplastisches Harz) verwendet.
Da die Molekularstruktur von Polymermaterialien linear ist, keine Vernetzung aufweist, ist die Festigkeit gering, sie lassen sich leicht abziehen und weisen keine Elastizität auf.
Die Aufgabe des Vernetzungsmittels besteht darin, chemische Bindungen zwischen den linearen Molekülen herzustellen, sodass die linearen Moleküle miteinander verbunden werden und eine Netzstruktur bilden.
Dadurch wird die Festigkeit und Elastizität des Gummis verbessert. Das Gummivernetzungsmittel besteht hauptsächlich aus Schwefel und zusätzlich wird ein Beschleuniger hinzugefügt.
Im Allgemeinen bezieht sich Vernetzungsmittel auf organisches Peroxid, beispielsweise Polyethylen-Vernetzungsmittel, Peroxid-Diisopropylbenzol.
6. Schaummittel
Es gibt drei Hauptarten von Kunststofftreibmitteln:
- (1) Stickstoff, Kohlendioxid und Luft, die direkt in die Kunststoffschmelze gepresst werden, um Schaum zu erzeugen;
- (2) Flüchtige Flüssigkeiten wie Butan, Pentan, Petrolether, Difluordichlormethan usw. dehnen sich bei der Temperatur flüchtig aus und lassen den Kunststoffkörper aufschäumen.Zu dieser Art gehört gewöhnlicher Polystyrolschaum.
- (3) Zersetzung des chemischen Treibmittels. Diese Art von Treibmittel ist im Allgemeinen ein festes Pulver.
Sie zersetzen sich beim Erhitzen unter Freisetzung von Gas (normalerweise Stickstoff oder Kohlendioxid) und dem Kunststoff, wodurch eine Zellstruktur entsteht und das Gewicht verringert wird.
Bei dieser Art von Schaummitteln handelt es sich meist um organische Azoverbindungen wie Azobisformamid, Azobisisobutylen (kurz AIBN).
Die wichtigsten Kunststoffe zum Schäumen sind: ABS, PS, PVC, PU, EVA, PE, PP und so weiter.
7. Nukleierungsmittel
Nukleierungsmittel verändern als funktionelle Additive vor allem das Kristallisationsverhalten von Harzen.
Sie beschleunigen die Kristallisationsgeschwindigkeit, erhöhen die Kristallisationsdichte und fördern eine feinere Kristallkorngröße.
Dies führt zu kürzeren Formzyklen, verbesserter Produkttransparenz, verbessertem Oberflächenglanz, Zugfestigkeit, Schlagfestigkeit und anderen physikalischen und mechanischen Eigenschaften.
Nukleierungsmittel eignen sich für den Einsatz in teilkristallinen Kunststoffen wie Polyethylen und Polypropylen.
8. Farbstoffe
Farbstoffe sind in gewöhnlichen Lösungsmitteln unlösliche Chemikalien und erfordern mechanische Methoden, um Pigmente in Kunststoffen gleichmäßig zu dispergieren, um eine optimale Farbleistung zu erzielen.
Anorganische Pigmente verfügen über eine hervorragende Wärme- und Lichtstabilität und sind kostengünstig, bieten jedoch eine schwächere Färbekraft und eine höhere relative Dichte.
Organische Pigmente, die für ihre hohe Färbekraft, leuchtenden Farben und ihr vollständiges Farbspektrum bekannt sind, haben eine geringere relative Dichte, aber ihre Hitzebeständigkeit, Witterungsbeständigkeit und Opazität sind nicht so gut wie anorganische Pigmente. Zu den Farbstoffen zählen vor allem Masterbatches und optische Aufheller.
9. Antimikrobielle Mittel
Antimikrobielle Mittel sind chemische Substanzen, die das Wachstum oder die Vermehrung bestimmter Mikroorganismen (Bakterien, Pilze, Hefen und Viren usw.) für einen bestimmten Zeitraum unter dem erforderlichen Niveau halten können.
Die antimikrobielle Wirkung antimikrobieller Wirkstoffe wird im Allgemeinen in bakterizide und bakteriostatische Wirkung eingeteilt.
Die Konzentration und Wirkdauer eines antimikrobiellen Wirkstoffs haben großen Einfluss auf die antimikrobielle Wirkung.
Silber, Kupfer, Quecksilber und andere Metallionen sowie starke Oxidationsmittel spielen hauptsächlich eine bakterizide Rolle, während organische antimikrobielle Mittel hauptsächlich eine bakteriostatische Wirkung zeigen.
Das gleiche antimikrobielle Mittel wirkt in geringer Konzentration oft bakteriostatisch, in hoher Konzentration wirkt es bakterizid.
10. Flammhemmend
Die Additive, die das Brennverhalten von Kunststoffen verlangsamen, werden als Flammschutzmittel bezeichnet. Die meisten Kunststoffe, die Flammschutzmittel enthalten, sind selbstverlöschend oder haben die Wirkung, die Brenngeschwindigkeit zu verlangsamen.
Das Prinzip der Flammschutzmittel in Kunststoffen lässt sich grob in drei Arten einteilen:
- (1) Reaktive Flammschutzmittel können mit Sauerstoff reagieren und ein Inertgas bilden, das in das brennende Material eingehüllt wird und den Sauerstoffgehalt des brennenden Materials verringert, um den Zweck der Beendigung der Verbrennung zu erreichen.Wo bei der Verbrennung CO, CO2, NH3 und Halogenverbindungen entstehen können, werden für dieses Verfahren PVC, PU-Schaum, Polyester oder Epoxidharz ausgewählt.
- (2) Nicht reaktive Flammschutzmittel enthalten Halogen-, Phosphor-, Stickstoff- oder Borverbindungen.Wenn es zu einer Verbrennung kommt, kann es eine Art inertes Material zersetzen, eine Phi-Abdeckung auf der Oberfläche des Kunststoff-Verbrennungsmaterials und eine Hindernisschicht bilden, um die Außenwelt von Sauerstoff zu isolieren und den Zweck der Flammhemmung zu erreichen.
- (3) Wasserhaltige Oxide wie flammhemmendes Aluminiumoxid, die beim Verbrennen auftreten, können Wasser freisetzen und die Wärme des Verbrennungsprozesses absorbieren.
Damit die Temperatur um das brennende Material herum die Ausbreitung der Flamme hemmt und die Bildung von Rauch verhindert.
11. Antistatische Mittel
Die Hauptfunktion des Antistatikmittels besteht darin, dem Kunststoff elektrische Leitfähigkeit zu verleihen, um die Ansammlung statischer Elektrizität durch Reibung zu vermeiden.
Häufig verwendete Antistatikmittel sind quaternäres Ammoniumsalz (Quaternaryammoniumsalz), Ethylenoxidamin, Fettsäureester und sulfoniertes Wachs (sulfoniertes Wachs) und so weiter.
| Additive | Funktionen | Anwendungen |
| Weichmacher | Erhöht die Plastizität und Flexibilität von Kunststoffen und verringert die Sprödigkeit | PVC-Weichprodukte |
| Hitzestabilisator | Verzögert oder stoppt den Abbau von Kunststoffen durch Hitze, Licht oder Oxidation, einschließlich Rissbildung, Vernetzung und Kettenspaltung, und verlängert so die Lebensdauer von Kunststoffprodukten. | PVC-Produkte |
| Flammhemmend | Reduziert die Entflammbarkeit von Kunststoffen | technische Kunststoffprodukte |
| Verarbeitungsmodifikator | Verbessert die Plastizität von Hart-PVC, verbessert die rheologischen Eigenschaften thermoplastischer Schmelzen und erhöht die Schlagfestigkeit von Hartpolymerprodukten | PVC-Hartprodukte |
| Antioxidans | Hemmt den thermisch-oxidativen Abbau von Polymerharzen | Polymerharze |
| Schmiermittel | Reduziert die Reibung zwischen Polymermaterialien und den Oberflächen von Verarbeitungsmaschinen sowie zwischen Polymermolekülen selbst und verbessert so den Verarbeitungsfluss | Verschiedene Kunststoffe |
| Treibmittel | Eine Substanz in Harz- und Gummiformulierungen, die die Freisetzung von Gasen fördert und zur Senkung der Produktkosten und zur Gewichtsreduzierung eingesetzt wird | geschäumte Kunststoffe |
Wie wählt man Additive für die Kunststoffmodifikation aus?
Vor der Verarbeitung der einzelnen Kunststoffarten gilt es nach der Auswahl des Polymers als nächstes die Wahl der Zusatzstoffe und deren Mengen zu berücksichtigen.
Die richtige Auswahl der Kunststoffadditive hat direkten Einfluss auf die Verarbeitung, Leistung und Lebensdauer des Produkts.
Auswahl nach Zweck
- Zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit: Gleitmittel, Trennmittel, Stabilisatoren, Weichmacher, PVC-Stabilisatoren.
- Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften: Weichmacher, Zähigkeitsverbesserer, Schlagzähmodifikatoren.
- Zur Verbesserung der optischen Eigenschaften: Keimbildner, optische Aufheller.
- Zur Verbesserung der Alterungseigenschaften: Antioxidantien, PVC-Stabilisatoren, UV-Absorber, Biozide.
- Zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften: Antistatika, Antiblockmittel, Antibeschlagmittel.
- Zur Kostenreduzierung: Verdünnungsmittel, Füllstoffe.
- Zur Verbesserung anderer Eigenschaften: Treibmittel, Brennhilfsmittel, chemische Vernetzungsmittel, Haftvermittler usw.
Kompatibilität mit Polymeren
Unter Kompatibilität versteht man die Fähigkeit von Additiven, sich ohne Phasentrennung oder Ausfällung gleichmäßig mit dem Polymer zu vermischen.
Um wirksam zu sein, müssen Additive im Produkt über einen längeren Zeitraum stabil bleiben. Daher sollten Additive mit guter Kompatibilität mit dem Polymer gewählt werden.
Allerdings weist jedes Additiv einen spezifischen Kompatibilitätsbereich mit einem bestimmten Polymer auf; Eine Überschreitung dieses Bereichs kann zur Ausfällung des Additivs führen.
Anpassungsfähigkeit an Verarbeitungsbedingungen
Wenn bei der Polymerverarbeitung über einen längeren Zeitraum hohe Temperaturen erforderlich sind, sollten Additive gewählt werden, die diesen Bedingungen standhalten, ohne sich zu zersetzen oder zu verflüchtigen.
Beispielsweise sollten bei der Verarbeitung von Polypropylen, die höhere Temperaturen erfordert, Stabilisatoren verwendet werden, die sich bei diesen Temperaturen nicht zersetzen oder verflüchtigen, sowie Farbstoffe, die sich bei hohen Temperaturen nicht zersetzen oder ausbleichen.
Unterschiedliche Verarbeitungsmethoden für dasselbe Polymer erfordern möglicherweise unterschiedliche Zusatzstoffe.
Menge der Zusatzstoffe
Für einige Zusatzstoffe gibt es einen optimalen Mengenbereich. Beispielsweise ist bei leitfähigen Stoffen nur so viel erforderlich, dass ein elektrischer Pfad entsteht; Mehr hinzuzufügen ist wirkungslos.
Ebenso ist bei Haftvermittlern nur so viel erforderlich, dass die Oberfläche bedeckt ist; mehr ist überflüssig.
Ebenso ist bei Antistatika nur so viel erforderlich, dass sich eine Entladungsschicht auf der Produktoberfläche bildet.
Entwicklungstrend von Kunststoffadditiven in China
Die Kunststoffadditivindustrie in China ist derzeit mit den strengsten Umweltauflagen der Geschichte konfrontiert.
Vor dem Hintergrund der weltweiten Befürwortung von Umwelt- und Umweltschutz sind umweltfreundliche und effiziente Kunststoffadditive der wichtigste Entwicklungstrend der chinesischen Kunststoffadditivindustrie.
Führende Hersteller von Kunststoffadditiven setzen sich dafür ein, Produktstrukturanpassungen und -verbesserungen voranzutreiben.
Sie beschleunigen die Entwicklung und Anwendung umweltfreundlicher, energiesparender und effizienter Produktionsprozesse und -technologien und treiben technologische Innovationen und hochwertige Entwicklungen in Chinas Kunststoffadditivindustrie voran.
Jike Chemical, eines der bedeutendsten Unternehmen im chinesischen Kunststoffadditivsektor, erhöht auch seine Investitionen in Forschung und Entwicklung sowie Produktverbesserungen.
Chinesische Unternehmen der additiven Fertigung von Kunststoffen werden sich auf die Optimierung der Produktstruktur, den Übergang zu einer diversifizierten Produktentwicklung, die Verbesserung der Produktqualität und die Entwicklung maßgeschneiderter Produkte auf der Grundlage spezifischer Kundenanforderungen konzentrieren.
Nach und nach streben sie danach, sich einen Wettbewerbsvorteil in der globalen Kunststoffadditivindustrie zu verschaffen.
Abschluss
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Kunststoffadditive in der Kunststoffherstellungsindustrie eine zentrale Rolle spielen und die Eigenschaften, Verarbeitbarkeit und Leistung von Kunststoffprodukten erheblich verbessern.
Sie verbessern nicht nur die Haltbarkeit und Funktionalität von Kunststoffen, sondern tragen auch zu Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit bei.
