Hilfs-, Full – und Verstarkungsstoffe in Polymeren

Die unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften von Kunststoffen lassen sich nicht nur durch eine gezielte Beeinflussung von Struktur und Vemetzung der Makromole­kule bzw. durch Kombination verschiedener Polymere mit sich erganzenden Eigenschaften abwandeln, sie sind auch durch den Einsatz geeigneter Full-, Hilfs – und Verstarkungsstoffe steuerbar.

Fiillstoffe sind feste, nichtreaktive Stoffe, die sowohl reaktionshartenden Duroplasten und Elastomeren als auch Thermoplasten in sehr feiner Verteilung zugegeben werden und die nahezu alle Eigenschaften des Kunststoffs beeinflussen konnen. Man unterscheidet zwi – schen anorganischen (CaC03, CaS04 • 2 H20, BaSC>4, Quarz, Tone, Glimmer) und organi – schen (Holzmehl, Cellulose) Fullstoffen.

Zu den Hilfsstoffen, die den Polymeren zur Einstellung giinstiger Verarbeitungs – und Gebrauchseigenschaften in relativ kleinen Mengen zugesetzt werden, zahlen vor allem Weichmacher (Кар. 10.4.3.1), Initiatoren, Beschleuniger, Katalysatoren und Inhibitoren, Antioxidantien, Stabilisatoren und Farbmittel.

Initiatoren sind Verbindungen, die beim Erwarmen oder in Gegenwart eines Beschleuni – gers in Radikale zerfallen und dadurch eine Kettenreaktion (Кар. 10.4.4.1) auslosen kon­nen. In der Regel handelt es sich um Peroxide (H2O2, Benzoylperoxid) und Persulfate, aber auch Azoverbindungen, wie z. B. 2,2′-Azoisobutyronitril, exakt: 1,Г-Dimethyl-l, l’-dicya- nazoethan (H3C)2 (CN)C-N=N-C(CN)(CH3)2, finden Anwendung. Substanzen mit Initia – torfunktion werden in der Praxis wie auch in der baupraktischen Literatur mitunter unkor – rekterweise als Katalysatoren bezeichnet.

Zugesetzte Beschleuniger bewirken einen raschen Zerfall der Initiatoren. In Abhangigkeit von der gewahlten Perverbindung werden Co(II)-Salze bzw. – Komplexe oder tertiare Amine verwendet. Die Bildung der Radikale unter Zersetzung der Perverbindung erfolgt im Ergebnis einer Redoxreaktion.

Katalytisch wirksame Substanzen finden vor allem bei der Hartung von Epoxidharzen (Alkohole, Phenole, tert. Amine) und Polyurethanen (Sn-Verbindungen, tert. Amine) An­wendung. Sie sollen die Geschwindigkeit der Hartungsreaktion erhohen. Dagegen werden dem Reaktionsgemisch Inhibitoren zugesetzt, um radikalische Polymerisations – und/oder Vemetzungsvorgange zu verzogem. Indem die Inhibitorsubstanzen – ahnlich wie die prima – ren Antioxidantien (s. u.) – die entstehenden radikalischen Species binden, wird die Lager – stabilitat der reaktiven Ausgangsprodukte (z. B. ungesattigte Polyester – und Methacry- latharze) erhoht.

Antioxidantien (Antioxidationsmittel) sind chemische Substanzen, die unerwtinschte, durch Sauerstoffeinwirkung und/oder andere oxidative Prozesse bedingte Abbauprozesse in den Kunststoffen hemmen bzw. verhindem sollen. Verantwortlich fur den Polymerabbau sind in der Regel Radikale. Die primaren Antioxidantien wandeln die durch Warme, me – chanische Beanspruchung oder auch durch Licht gebildeten freien Radikale um. Sie wirken als Radikalfanger. Meist handelt es sich um substituierte Phenole mit sterisch anspruchs – vollen Gruppen, z. B. 2-tert.-Butylphenol. Sekundare Antioxidantien (z. B. Phosphite Na2HP03) zersetzen die Peroxide praventiv, d. h. sie verhindem von vomherein die Entste- hung von Radikalen. Haufig werden primare und sekundare Antioxidantien kombiniert.

Die als Stabilisatoren zugesetzten Stoffe sollen den Kunststoff vor Schadigungen durch Licht (vor allem UV-Licht der Wellenlangen 315…400 nm, UV-Stabilisatoren), durch Warme (Warmestabilisatoren) und durch Mikroorganismen (.Biostabilisatoren) schutzen. Die UV-Strahlung kann aufgrund ihrer hohen Energie zur direkten photolytischen Spaltung von chemischen Bindungen im Polymer ftihren. Bindungsspaltung, Radikalbildung und sich anschlieBende Autoxidationsprozesse bewirken eine Alterung der Kunststoffe (Кар. 10.4.7).

UV-Stabilisatoren zeichnen sich durch ein ausgepragtes Absorptionsvermogen im ultravi – oletten Bereich aus. Die durch Absorption aufgenommene Energie wird anschlieBend als Warme wieder abgegeben (strahlungslose Desaktivierung). Die Stabilisatorwirkung kann auch darin bestehen, dass die als UV-Stabilisatoren eingesetzten Substanzen Energie von elektronisch angeregten Makromolektilen aufnehmen. Sie,,loschen“ die angeregten Zu – stande des Makromolekuls (Loscher, engl. Quencher) und geben die Uberschussenergie anschlieBend als Warme wieder ab. In beiden Fallen wird eine photochemisch induzierte Zersetzung der Makromolekule verhindert. Als UV-Absorber verwendet man substituierte Benzophenone (Benzophenon: СбН5-СО-СбН5) und Ubergangsmetallkomplexe, z. B. des Nickels. Wo es das Anwendungsprofil erlaubt, kommt auch RuB als UV-Absorber zum Einsatz. Bei Zusatz von Ti02 soil das hohe Reflexionsvermogen des WeiBpigments genutzt werden.

Die Alterung von Polymeren durch Warmeeinwirkung (Sonneneinstrahlung, kunstliche Warmequellen oder heiBe Gase bzw. Flussigkeiten) wird in der Regel durch die vorhande – nen Antioxidationsmittel minimiert.

Die Stabilisierung gegen Mikroorganismen (Schimmel – und Mikrobenbefall) durch den Zusatz von Biostabilisatoren ist nur fur einige bestimmte, bedingt bestandige Kunststoffe wie Polyurethan, Polyvinylacetat oder Polyvinylalkohol bedeutsam. Mitunter fuhrt erst die Anwesenheit von niedermolekularen Zusatzstoffen, z. B. von Weichmachem und organi – schen Ftillstoffen, zu einer Instability gegentiber Mikroorganismen.

Zur farblichen Gestaltung werden dem Polymer Farbmittel zugesetzt. Der Begriff Farb – mittel erstreckt sich It. DIN 55 943 auf Pigmente und Farbstoffe. Pigmente sind in Losungs – und Bindemitteln praktisch unlosliche, meist anorganische Substanzen, die feinkristallin im Kunststoff dispergiert sind (TeilchengroBe 10"6…10~8m). Das wichtigste anorganische Weifipigment ist Titandioxid Ti02. Es verfugt tiber ein ausgezeichnetes Deckvermogen und ist witterungs – und chemikalienbestandig. Das wichtigste Schwarzpigment ist RuB (amor – pher Kohlenstoff). Hochwertige Rotpigmente sind Hamatit Fe2C>3, Mennige РЬз04 und Cadmium-Rot Cd(S, Se); Blaupigmente sind PreuBisch-Blau K[FeinFen(CN)6] (idealisierte Formel!) und Spinell-Blau CoA1204 und Grimpigmente Spinell-Grtin (Co, Ni, Zn)Ti04 und Chromoxid-Grun Cr203. Losliche organische Farbstoffe gibt es sehr viele. Sie liegen im Kunststoff molekular verteilt vor. Da ihre Deckfahigkeit deutlich geringer als die der Pig­mente ist, besitzen sie zum Einfarben von Kunstharzen kaum Bedeutung.

Als Verstarkungsstoffe kommen in erster Linie Glasfasem zum Einsatz. Durch die Ein – bettung der Glasfasem in die Polymermatrix lassen sich die mechanischen Eigenschaften, vor allem die Festigkeit und dadurch bedingt die konstruktive Belastbarkeit, deutlich stei – gem. Von bautechnischem Interesse sind vor allem glasfaserverstarkte Polyester – und Epo – xidharze. Eine verstarkende Wirkung wird auch durch Zusatz von Kohlenstoff – und Textil – fasem erreicht.