Taschenbuch der Kunststoff-Additive Stabilisatoren, Hilfsstoffe, Weichmacher, Füllstoffe, Verstärkungsmittel, Farbmittel für thermoplastische Kunststoffe 3. Ausgabe Herausgegeben von Dr. R. Gächter und Dr. H. Müller mit Beiträgen von Dr. H. Andreas, Drs. A.L. Berg, Kurt Berger, Dipl.-Ing. K.-D. Böhme, Dr. W. Damm, Dr. W. Freitag, Dr. F. Gugumus, Dr.-Ing. D. Hepp, Dr. E. Herrmann, Dr. G. Heyn, Dipl.-Ing. H. Hurnik, Ir., J. Jansen, Dr.-Ing. R. Kleinholz, Dr. R. Leimgruber, Dr. J. Lorenz, Dipl.-Ing. L. Meier, Dr. H. Müller, Dr. G. Pfahler, Dr. T. Riedel, Dr. H.P. Schlumpf, Dr. R. Stolze und Dr. J.H. Troitzsch Carl Hanser Verlag München Wien
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Taschenbuch der Kunststoff-Additive - GBV · Taschenbuch der Kunststoff-Additive Stabilisatoren, Hilfsstoffe, Weichmacher, Füllstoffe, Verstärkungsmittel, Farbmittel für thermoplastische
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mit Beiträgen vonDr. H. Andreas, Drs. A.L. Berg, Kurt Berger, Dipl.-Ing. K.-D. Böhme,Dr. W. Damm, Dr. W. Freitag, Dr. F. Gugumus, Dr.-Ing. D. Hepp,Dr. E. Herrmann, Dr. G. Heyn, Dipl.-Ing. H. Hurnik, Ir., J. Jansen,Dr.-Ing. R. Kleinholz, Dr. R. Leimgruber, Dr. J. Lorenz,Dipl.-Ing. L. Meier, Dr. H. Müller, Dr. G. Pfahler, Dr. T. Riedel,Dr. H.P. Schlumpf, Dr. R. Stolze und Dr. J.H. Troitzsch
Carl Hanser Verlag München Wien
Inhaltsverzeichnis
1 AntioxidantienDr. Franfois Gugumus, Basel
1.1 Einführung : 11.2 Autoxidation von Kunststoffen 3
1.2.1 Allgemeine physikalisch-chemische Prozesse . . . 31.2.2 Autoxidation von Polypropylen (PP) 61.2.3 Autoxidation von Polyethylen (PE) 91.2.4 Autoxidation von Polybuten-1 (PB) 111.2.5 Autoxidation von Styrolpolymeren 111.2.6 Autoxidation von Polyamiden (PA) 141.2.6.1 Aliphatische Polyamide 141.2.6.2 Aromatische Polyamide 151.2.7 Autoxidation von Polyurethanen (PUR) 161.2.8 Autoxidation von Polycarbonat (PC) 181.2.9 Autoxidation von Polyacetalen (POM) 191.2.10 Autoxidation von Polyalkylenterephthalaten . . . 221.2.11 Autoxidation von thermoplastischen Elastomeren
auf Basis Polyetherester 261.3 Wirkungsweise von Antioxidantien 26
1.3.1 Stabilisierung durch kettenabbrechendeAntioxidantien 27
1.3.2 Stabilisierung durch präventiveAntioxidantien 28
1.3.3 Synergismus von Antioxidantien 301.4 Anforderungen an Antioxidantien 31
1.4.1 Verfärbungstendenz 321.4.2 Thermische Stabilität 331.4.3 Hydrolytische Stabilität 331.4.4 Flüchtigkeit . . , X 341.4.5 Löslichkeit und Verträglichkeit von Additiven
in Polymeren, Migration und Extraktion . . . . 351.4.6 Löslichkeit von''Additiven in Lösemitteln,
Emulgierbarkeit 371.4.7 Handhabung und Sicherheit 37
1.5 Einarbeitung von Antioxidantien 381.6 Prüfung von Antioxidantien 38
1.6.1 Untersuchungen an Modellsystemen 391.6.2 Praxisbezogene Prüfmethoden 40
X Inhaltsverzeichnis
1.7 Strukturen; Liste der Antioxidantien und Kurzzeichen . . . 421.8 Praxis der Stabilisierung 50
1.8.1 Stabilisierung von Polypropylen (PP) 501.8.1.1 Verarbeitungsstabilisierung 511.8.1.2 Langzeitstabilisierung 551.8.2 Stabilisierung von Polyethylen (PE) 651.8.2.1 Stabilisierung von Polyethylen hoher Dichte
(PE-HD) 651.8.2.2 Stabilisierung von Polyethylen niedriger Dichte
(PE-LD) 701.8.2.3 Stabilisierung von linearem Polyethylen niedriger
Dichte (PE-LLD) 701.8.2.4 Stabilisierung von vernetztem Polyethylen . . . . 731.8.3 Stabilisierung von Polybuten-1 (PB) 741.8.4 Stabilisierung von Styrolpolymeren 751.8.4.1 Stabilisierung von Standardpolystyrol (PS) . . . . 75
.8.4.2 Stabilisierung von S A N 76
.8.4.3 Stabilisierung von schlagfestem Polystyrol (PS-I) . 76
.8.4.4 Stabilisierung von ABS 79
.8.4.5 Stabilisierung von thermoplastischen Elastomerenauf Styrolbasis 83
.8.5 Stabilisierung von Polyamiden (PA) 86
.8.5.1 Stabilisierung von aliphatischen Polyamiden . . . 86
.8.5.2 Stabilisierung von aromatischen Polyamiden . . . 89
.8.6 Stabilisierung von Polyurethanen (PUR) 901.8.7 Stabilisierung von Polycarbonat (PC) 921.8.8 Stabilisierung von Polyacetalen (POM) 941.8.9 Stabilisierung von Polyalkylenterephthalaten
(PET, PBT) 961.8.10 Stabilisierung von thermoplastischen Elastomeren
auf Basis Polyetherester 99Technologischer Trend und Ausblick 100Verzeichnis der Handelsnamen und Hersteller vonAntioxidantien .J 101Literatur ;' . 1 0 3
2 MetalldesaktivatorenDr. Helmut Müller, Basel
2.1 Einleitung 1092.2 Wirkungsweise von Metalldesaktivatoren 1112.3 Anforderungen an Metalldesaktivatoren 113
Inhaltsverzeichnis XI
2.4 Stoffklassen 1142.5 Prüfung von Metalldesaktivatoren 1172.6 Praxis der Stabilisierung von Polyolefinen bei Kupferkontakt 119
2.6.1 Polyethylen 1202.6.1.1 Vernetztes Polyethylen 1232.6.2 Polypropylen und Copolymerisate 1242.6.3 Metalldesaktivatoren als Costabilisatoren in gefüll-
ten und verstärkten Polyolefinen , . . 1252.7 Verzeichnis der Handelsnamen und Hersteller von Metall-
desaktivatoren 1302.8 Literatur 131
3 LichtschutzmittelDr. Franfois Gugumus, Basel
3.1 Einführung 1333.2 Photoabbau von Kunststoffen 135
3.2.1 Das Ultraviolettspektrum des Sonnenlichts . . . 1353.2.2 Abbaumechanismen in Kunststoffen . . . .- . . 1383.2.2.1 Physikochemische Prozesse bei der Lichtabsorption 1383.2.2.2 Schematischer Ablauf der Photooxidation . . . . 1423.2.2.3 Photooxidation von Polyolefinen 1443.2.2.4 Photooxidation von Styrolpolymeren 1533.2.2.5 Photooxidation von Polyvinylchlorid 1563.2.2.6 Photooxidation von Polyacrylaten . . . . . . . 1593.2.2.7 Photooxidation von Polyurethanen 1613.2.2.8 Photooxidation von Polycarbonaten 1653.2.2.9 Photooxidation von Polyacetalen 1673.2.2.10 Photooxidation von Polyamiden 1683.2.2.11 Photooxidation von linearen Polyestern 1733.2.2.12 Photooxidation von thermoplastischen Polyester-
3.6 Verzeichnis der Handelsnamen und Hersteller vonLichtschutzmitteln 270
3.7 Literatur 272
4 PVC-StabilisatorenDr. Holger Andreas, Bensheim
4.1 Die wirtschaftliche und technische Bedeutungder PVC-Stabilisatoren . 283
4.2 Thermische Schädigung und Stabilisierung von PVC . . . . 2844.2.1 Schädigung durch (thermische Einflüsse 2844.2.2 Wirkungsweise vqn Thermostabilisatoren . . . . 288
4.3 Die verschiedenen ProduktgVuppen und ihre spezifischen,chemischen und anwendungstechnischen Besonderheiten . . 2934.3.1 Organozinnstabilisatoren 2934.3.1.1 Organozinnmercaptide und-sulfide 2944.3.1.2 Organozinncarboxylate 2984.3.1.3 Richtrezepturen 2994.3.2 Metallcarboxylatstabilisatoren 300
5.5 Auswahl von Weichmachern 3575.5.1 Verträglichkeit von Weichmachern 358
5.6 Technologische Funktionen 3605.6.1 Löse- und Gelierverhalten 3615.6.2 Auswirkungen auf die Härte 3635.6.3 Auswirkungen bei mechanischer Belastung . . . . 3655.6.4 Auswirkungen auf die Tieftemperaturflexibilität . 3665.6.5 Auswirkungen auf das Verhalten bei elektrischer
Belastung 3695.6.6 Verhalten in der Wärme 3735.6.7 Einfluß von Weichmachern auf die optischen Eigen-
schaften von PVC 3745.7 Verhalten von Weichmachern gegenüber Umwelteinflüssen . 375
5.7.1 Extraktion von Weichmachern durch Wasser . . . 3755.7.2 Verhalten von Weichmachern gegenüber chemi-
schen Flüssigkeiten 3765.7.3 Verhalten von Weichmachern gegenüber Lösemit-
teln und rein organischen Flüssigkeiten 3765.7.4 Verhalten von Weichmachern gegenüber Gasen und
Dämpfen 3775.7.5 Verhalten von Weichmachern gegenüber feuchten
Gasen und Dämpfen 3775.7.6 Spannungsrißbildung durch Weichmacher bei Kon-
takt mit thermoplastischen Kunststoffen 3785.7.7 Verhalten gegenübepfesten Kontaktstoffen . . . . 3785.7.8 Bewitterungsverhalten von Weichmachern . . . . 3795.7.9 Gewerbehygiene i 3795.7.10 Weichmacher inüKontakt mit Bedarfsgegenständen
und Lebensmitteln 3805.7.11 PVC-weich für medizinische Artikel 380
5.8 Prüfung von Weichmachern 3815.9 Das Weichmachersortiment 383
5.9.1 Phthalate 3865.9.2 Monocarbonsäureester 3975.9.2.1 Ester der Essig-, Propion- und Buttersäure . . . . 398
Inhaltsverzeichnis XV
5.9.2.2 Ester der Ethylbutter- und Ethylhexansäure . . . 3985.9.2.3 Glykolsäureester 3985.9.2.4 Benzosäureester 3995.9.2.5 Epoxidierte Fettsäureester 3995.9.3 Spezialweichmacher auf Basis Phthalsäuren . . . 4005.9.4 Aliphafische Dicarbonsäureester 4015.9.5 Phosphate 4085.9.6 Polyesterweichmacher/Polymerweichmacher . . . 4125.9.7 Trimellitsäureester 4155.9.8 Zitronensäureester 4175.9.9 Sulfonsäureester und Sulfamide 4185.9.10 Alkohole, Ether, Ketone 4195.9.11 Abietinsäureester 4195.9.12 Polymerisierbare Weichmacher 4195.9.13 Elastomere als hochmolekulare Weichmacher für
Wirkung 4566.2.3.3 Verhindern von Schmelzebruch 4576.2.4 Beeinflussung von Fertigteiloberflächen 4596.2.4.1 Formtrenneffekt 4596.2.4.2 Slipwirkung 4606.2.4.3 Antiblock- und Antislipwirkung 4616.2.5 Sonstige Wirkungen von Gleitmitteln 4616.2.5.1 Dispergierwirkung 4616.2.5.2 Hydrophobierung 4646.2.5.3 Bindefähigkeit 464
6.3 Prüfung von Gleitmitteln 4656.3.1 Stoffcharakterisierung 4656.3.2 Prüfungen an Kunststoffschmelzen 4686.3.2.1 Kapillarviskosimetrie 4686.3.2.2 Spiraltest 4696.3.2.3 Prüfung der Bindenahtfestigkeit 4696.3.2.4 Entformungskraft 4706.3.2.5 Laborkneter (Plastograph) 4706.3.2.6 Meßextruder (Extrusiometer) 4726.3.2.7 Schmelzefestigkeit 4756.3.2.8 Walztests 4766.3.3 Prüfungen am Fertigteil 4776.3.3.1 Glanz und Glätte 4776.3.3.2 Slipmessungen 477
6.4 Produktgruppen und ihre Eigenschaften 4786.4.1 Struktur-Wirkungs-Beziehungen 4786.4.2 Die wichtigsten Produktgruppen 4786.4.2.1 Fettalkohole und ihre Dicarbonsäureester . . . . 4806.4.2.2 Fettsäureester des Glyzerins und anderer kurz-
kettiger Alkohole ,y, 4806.4.2.3 Fettsäuren . . .f. 4816.4.2.4 Fettsäureamide .| 4816.4.2.5 Metallseifen . . ,\ 4816.4.2.6 Oligomere Fettsäureester (Fettsäure-Komplexester) 4816.4.2.7 Fettsäureester langkettiger Alkohole 4826.4.2.8 Montansäure, ihre Ester und Seifen 4826.4.2.9 Polare Polyethylenwachse und ihre Folgeprodukte 4836.4.2.10 Unpolare Polyolefinwachse 4836.4.2.11 Natürliche und synthetische Paraffine 4846.4.2.12 Fluorpolymere 484
Inhaltsverzeichnis XVII
6.4.2.13 Kombinationsgleitmittel 4856.4.3 Produkte und typische Kennwerte 485
6.5 Praxis der Gleitmittelanwendung 4886.5.1 Gleitmittel für PVC 4896.5.2 Gleitmittel für Styrolpolymerisate 4916.5.3 Gleitmittel für Polyolefine 4946.5.4 Gleitmittel für technische Thermoplaste 496
6.6 Ausblick auf zukünftige Entwicklungen 4986.7 Verzeichnis der Handelsnamen und Lieferanten von Gleitmit-
10.3 Kohlenstoff- und Aramidfasern 64010.3.1 Kohlenstoffasern 64010.3.1.1 Herstellung 64010.3.1.2 Typen und Eigenschaften 64110.3.1.3 Produktformen . . ijf, 64310.3.1.4 Sicherheitshinweise für die Verarbeitung und
Anwendung von Kohlenstoffasern 64310.3.2 Aramidfasern . .,' 64410.3.2.1 Herstellung . .' ? 64410.3.2.2 Aramidtypen und Eigenschaften 64510.3.2.3 Produktformen 64710.3.2.4 Sicherheitsempfehlungen für die Verarbeitung und
Anwendung von Aramidfasern 64910.3.3 Kohlenstoff- und aramidfaserverstärkte
Thermoplaste 649
XXII Inhaltsverzeichnis
10.3.3.1 Verbundwerkstoffe mit thermoplastischenMatrizes 650
10.3.3.2 Compounds 65510.4 Ausblick 66010.5 Verzeichnis der Handelsnamen und Hersteller
von Verstärkungsfasern 66010.6 Literatur 662
11 FarbmittelTeil I: Pigmente und FarbstoffeDr. E. Herrmann, Leinfelden-Echter dingen
11.7 Verfahrenstechnik der Einfärbung 71411.7.1 Einfärbung mit Pulverpigmenten 71511.7.2 Einfärbung mit Pigmentpräparationen 71511.7.3 Maschinenaggregate 715
11.8 Einfärbung von PVC 71711.8.1 Kalanderverarbeitung 71711.8.2 Einflußfaktoren der Wetterbeständigkeit von PVC 71911.8.3 Verwitterungserscheinungen 71911.8.4 Wechselwirkung zwischen Pigmenten und
12.7 Einsatzgebiete für Thermoplaste mitBrandschutzausrüstung 766
12.8 Praxis der Brandschutzausrüstung 76712.8.1 Rezepturbeispiele 768
12.9 Ausblick 772
Inhaltsverzeichnis XXV
12.10 Verzeichnis der Handelsnamen und Herstellervon Flammschutzmitteln 773
12.11 Literatur 776
13 AntistatikaDr. Gerhard Pfahler, Gersthofen
13.1 Wirkung und Ursache statischer Aufladung . 77913.1.1 Probleme der Aufladung 77913.1.2 Ursachen der Aufladung . . 780
13.2 Maßnahmen gegen statische Aufladung 78113.3 Wirkungsweise von Antistatika 783
13.3.1 Mechanismus • • • 78313.3.2 Verbindungsklassen . 78313.3.2.1 Kationaktive Verbindungen 78413.3.2.2 Anionaktive Verbindungen 78413.3.2.3 Nichtionogene Verbindungen 78413.3.2.4 Externe Antistatika 78513.3.3 Ausbildung des antistatischen Effekts 78513.3.4 Wechselwirkung mit anderen Systembestandteilen . 79013.3.5 Dauerhaftigkeit der Ausrüstung 79113.3.6 Volumenleitfähigkeit 793
13.4 Meßmethodik zum Bestimmen der antistatischenWirksamkeit 79513.4.1 Messung der Aufladung 79613.4.2 Widerstandsmessungen 79613.4.3 Zusammenhang zwischen Halbwertszeit und Ober-
flächenwiderstand 79713.5 Praxis der antistatischen Ausrüstung 798
13.5.1 Einarbeiten in die Polymermasse 79813.5.2 Oberflächenauftrag 80013.5.3 Markt und Einsatzgebiete 801
13.6 Rechtliche Aspekte . . . . S' 80313.7 Verzeichnis der Handelsnamen und Hersteller von
Antistatika /. 80313.8 Literatur / ' 805
14 Optische AufhellerKurt Berger, Basel
14.1 Einleitung 80714.2 Definition eines optischen Aufhellers 807
14.9 Verzeichnis der Handelsnamen und Hersteller von optischenAufhellern 821
14.10 Literatur 821
15 BiostabilisatorenDr. Joachim Lorenz, Bensheim
15.1 Biologische Materialverschlechterung 82315.1.1 Grundlagen 82315.1.2 Erscheinungsformen der biologischen Material-
verschlechterung 82415.1.3 Besonders gefährdete Fertigerzeugnisse 82515.1.4 Verhinderung der biologischen Material-
verschlechterung 82615.2 Biostabilisatoren 827
15.2.1 Begriff und Definition 82715.2.2 Anforderungen . y 82715.2.3 Substanzklassen .*. 82815.2.4 Auswahl und Prüfding von Biostabilisatoren . . . 82915.2.4.1 Prüfmethoden . j . 83015.2.4.2 Auswertung 83115.2.4.3 Probleme der Interpretation von Testergebnissen . 832
15.3 Toxizität 83715.3.1 Toxizität von Biostabilisatoren 83715.3.2 Toxizität des ausgerüsteten Materials 837
15.4 Technologischer Trend und Ausblick 83815.4.1 Neue Biostabilisatoren 838
Inhaltsverzeichnis XXVII
15.4.2 Mengenzuwachs von biostabilisiertemMaterial 838
15.5 Prüfnormen 83915.6 Verzeichnis der Handelsnamen und Hersteller von
Biostabilisatoren 84015.7 Literatur 840
16 Chemische TreibmittelDipl.-Ing. H. Hurnik, Leverkusen
16.1 Technische und wirtschaftliche Gegebenheiten 84316.1.1 Einleitung 84316.1.2 Die chemischen Treibmittel 84316.1.2.1 Definition 84316.1.2.2 Anforderungen 84316.1.2.3 Anwendung 84416.1.2.4 Verarbeitung und Einsatzgebiete 84516.1.2.5 Eigenschaften der Schaumkunststoffe 84716.1.2.6 Wirtschaftliche Bedeutung 847
17.10.4 Einfluß von Verunreinigungen 88817.10.5 Physiologische Eigenschaften 888
17.11 Verzeichnis der Handelsnamen und Hersteller organischerPeroxide 889
17.12 Literatur 892
18 KeimbildnerIr. Joost Jansen, Gehen
18.1 Zur Kristallisation von Polymeren 89318.2 Anforderungen an Keimbildner, Stoffklassen . . . . . . . . 89518.3 Charakterisierung der Wirksamkeit von Keimbildnern . . . 89618.4 Einfluß von Keimbildnern auf das Eigenschaftsbild von
Kunststoffen 89718.5 Keimbildner für Polyethylenterephthalat (PET) 89818.6 Keimbildner für Polyamide (PA) 90018.7 Keimbildner für Polypropylen (PP) 90118.8 Keimbildner für Polyethylen (PE) 90418.9 Keimbildner für Polybuten (PB) 90418.10 Literatur 905
19 Gewerbehygiene, Umwelt, BedarfsgegenständeDr. Roland Leimgruber, hingen
19.3.3 Europäische Gemeinschaft (EG): Richtlinie desRates der EG 916
19.3.4 Schweiz: Umweltschutzgesetz 91619.4 Additive im Bedarfsgegenstand 917
19.4.1 Einleitung 91719.4.2 Grundsätzliche Problemstellung bei der Verwen-
dung von Additiven für Kunststoff-Lebensmittel-verpackungen 918
19.4.3 Das Migrationsverhalten von Additiven 91919.4.4 Prüflebensmittel und Simulantien 92019.4.5 Migrationsprüfung gemäß BGA- und EG-Empfeh-
lungen 92219.4.6 Migrationsprüfung gemäß
Food and Drug Administration (FDA) 92419.4.7 Toxikologische Untersuchungen 92519.4.7.1 Fütterungsversuche 92819.4.8 Berechnungsgrundlagen für die Lebensmittel-
Tauglichkeit 93019.4.8.1 ADI und PADI 93019.4.8.2 Zulassungsbedingungen für ein Additiv 93119.4.8.3 Abschätzung der täglichen Aufnahme von
indirekten Lebensmittel-Additiven 93219.4.9 Zulassungsarten für Additive in Lebensmittel Ver-
packungen 93419.4.9.1 Prinzip I: Mengenbegrenzung im Kunststoff . . . 93419.4.9.2 Prinzip II: Mengenbegrenzung des Migrats bzw.
der Verunreinigungen im Lebensmittel 93519.4.9.3 Heutige Situation . . 93619.4.10 Zulassungsvorgang in einzelnen Ländern . . . . 93719.4.10.1 Europa 93719.4.10.2 Übersee 93819.4.11 Kosten f 93919.4.11.1 Migrationsuntersuchungen 93919.4.11.2 Toxikologische Untersuchungen 939
20 Analyse von AdditivenDr. Wolfgang Freitag, Basel
20.1 Einleitung 94520.2 Probenvorbereitung 946
Inhaltsverzeichnis XXXI
20.2.1 Extraktion 94620.2.2 Isolierung durch Umfällung 947
20.3 Dünnschichtchromatographie (DC) 94920.3.1 Probenvorbereitung 95020.3.2 DC-Bedingungen 95020.3.3 Ausführung und Auswertung 95220.3.4 Probleme und Hinweise 952
20.4 Flüssigchromatographie (LC, HPLC) 95520.4.1 Stationäre und mobile Phasen 95520.4.2 Detektionsmethoden . . . 95620.4.3 Probenvorbereitung 95720.4.4 HPLC-Bedingungen 95720.4.4.1 HPLC-Systeml 95720.4.4.2 HPLC-System II 96020.4.5 Flüssigchromatographie von polymeren Additiven 960
20.5 Gaschromatographie (GC) 96220.5.1 Probenvorbereitung 96220.5.2 GC-Trennung auf einer „wide bore"-Säule . . . 96320.5.3 GC-Trennung auf einer Kapillarsäule 966
20.6 UV/Vis-Spektroskopie 96620.6.1 Direkte UV/Vis-Analyse am Kunststoff 96720.6.2 UV/Vis-Analyse nach Isolierung aus dem
Kunststoff 96820.7 IR-Spektroskopie 97020.8 NMR-Spektroskopie 97320.9 Massenspektroskopie 97320.10 Bestimmung von Elementen 97420.11 Andere Methoden 97420.12 Probleme bei gealterten Kunststoffen 97520.13 Strukturen der behandelten Additive 97620.14 Literatur 982
Verzeichnis der Kurzzeichen X. 985Handelsnamen-Verzeichnis >. 989Sachregister 993