Additive und Stabilisatoren in Rezyklaten: Grundlagen, Wirkungsweise und Auswahlkriterien

Sekundäre Antioxidantien, insbesondere organische Phosphite und Thiosynergisten, zersetzen die entstehenden Hydroperoxide in stabile, nicht radikalische Produkte, bevor diese den Abbau weiter initiieren können. In der Praxis werden primäre und sekundäre Antioxidantien kombiniert eingesetzt, da sie synergistisch wirken. Für Rezyklate empfiehlt sich generell eine höhere Dosierung als bei Neuware, da die ursprüngliche Additivierung bereits weitgehend verbraucht ist. Typische Einsatzmengen liegen je nach Polymer und Belastungsgeschichte zwischen 0,1 und 1,0 Massenprozent.

Lichtstabilisatoren: UV-Schutz für Post-Consumer-Materialien

Post-Consumer-Rezyklate aus Außenanwendungen — etwa aus der Agrarfolien- oder der Bauwirtschaft — tragen häufig bereits UV-induzierte Schäden in sich. Um eine weitere Degradation bei erneuter Außenanwendung zu verhindern, sind Lichtstabilisatoren essenziell. Die wichtigste Klasse stellen sterisch gehinderte Amine (Hindered Amine Light Stabilizers, HALS) dar. Sie wirken nicht durch Absorption der UV-Strahlung, sondern durch Fangen der im photochemischen Abbau entstehenden Radikale.

UV-Absorber, darunter Benzotriazole und Benzophenone, ergänzen HALS-Systeme, indem sie die Strahlungsenergie in Wärme umwandeln und so die photochemische Aktivierung von Chromophoren unterdrücken. Für pigmentierte Rezyklate ist zudem zu beachten, dass bestimmte Pigmente, insbesondere anorganische Oxide, eigene UV-Schutzeffekte aufweisen können, während andere Pigmentreste aus dem Vorzyklus die Lichtabsorption nachteilig beeinflussen. Eine Abstimmung von HALS-Typ und eingesetzten Pigmenten ist daher ratsam.

Kettenextender und Viskositätsregulatoren für Polykondensate

Bei Polykondensaten wie PET oder PA führt der Molmassenabbau durch Hydrolyse, thermische Spaltung oder mechanische Belastung zu einem Viskositätsabfall, der die Verarbeitbarkeit und die mechanischen Eigenschaften des Rezyklats erheblich verschlechtert. Kettenextender — reaktive Additive auf Basis von Epoxid-, Anhydrid- oder Isocyanatgruppen — ermöglichen es, abgebaute Polymerketten wieder miteinander zu verknüpfen und so die Molmasse gezielt anzuheben.

Styryl-Acrylat-Copolymere mit multiplen Epoxidgruppen sind kommerziell verbreitete Kettenextender für PET-Rezyklate und werden im Extruder in-situ eingearbeitet. Die Dosierung muss sorgfältig auf den tatsächlichen Abbaugrad des Rezyklats abgestimmt werden: Eine Überdosierung führt zu Gelbildung und Vernetzung, was sich in schlechter Oberfläche und Sprödigkeit äußert. Regelmäßige Viskositätsmessungen — etwa über den Schmelzvolumenfließindex oder die Lösungsviskosimetrie — sind daher unverzichtbar.

Kompatibilisatoren und Haftvermittler für Mischfraktionen

Post-Consumer-Rezyklate enthalten oft Polymerblends, die im Ursprungsprodukt bewusst eingesetzt wurden, oder Verunreinigungen durch Fremdfraktionen. Für viele technische Anwendungen sind solche Polymermischungen problematisch, da unterschiedliche Polymere thermodynamisch nicht miteinander mischbar sind und zur Phasenseparation neigen. Dies führt zu schlechter Haftung zwischen den Phasen, niedrigen Bruchdehnungen und einem charakteristischen Schichtbruchbild im Bruchbild.

Kompatibilisatoren auf Basis von funktionalisierten Polyolefinen — etwa maleinsäureanhydridgepfropftes Polypropylen (PP-g-MAH) oder Ethylen-Acrylat-Copolymere — verbessern die Grenzflächenhaftung zwischen den Polymerphasen und können die mechanischen Eigenschaften von Mischrezyklaten signifikant anheben. Sie wirken als Phasenvermittler, indem sie an der Phasengrenze adsorbieren und die Grenzflächenspannung absenken. Haftvermittler spielen darüber hinaus eine Rolle bei Mehrschichtsystemen und gefüllten Compounds, wo Polymer und Füll- oder Verstärkungsstoff eine ausreichende Anbindung erfordern.

Auswahlkriterien und Praxis der Additivierung

Die Auswahl des richtigen Additivpakets für ein Rezyklat beginnt mit einer systematischen Charakterisierung des Inputmaterials: Polymeridentifikation mittels Infrarotspektroskopie (ATR-FTIR), Molmassenbestimmung, thermische Analyse (DSC, TGA) sowie rheologische Messungen liefern die wesentlichen Basisdaten. Ergänzend geben Migrationsanalysen und die Bestimmung von Restadditivgehalten Aufschluss darüber, welche Stabilisatoren noch aktiv sind und welche nachzudosieren sind.

In der Compoundierpraxis werden Additive häufig als Masterbatch oder als Flüssigadditivsystem eingebracht, um eine gleichmäßige Verteilung in der Schmelze zu gewährleisten. Trockene Pulvermischungen sind zwar kostengünstiger, erfordern aber eine sehr homogene Vorvermischung, um Dosierinhomogenitäten zu vermeiden. Für sicherheitskritische Anwendungen — etwa im Lebensmittelkontakt oder in der Medizintechnik — sind zusätzlich die regulatorischen Anforderungen zu beachten: Viele Additive sind für Post-Consumer-Rezyklate in solchen Anwendungen nicht zugelassen oder unterliegen strengen Migrationsgrenzen nach der EU-Verordnung 10/2011 bzw. den Vorgaben der EFSA.

Mit zunehmender Verfügbarkeit von Post-Industrial- und Post-Consumer-Rezyklaten in technischen Qualitäten gewinnt die werkstofftechnische Kompetenz im Umgang mit Additivsystemen für Recyclat-Compounds an strategischer Bedeutung. Verarbeiter, die Degradationsmechanismen kennen, die richtigen Additivklassen gezielt kombinieren und ihre Rezyklat-Compounds messtechnisch begleiten, können auch aus inhomogenen Inputfraktionen reproduzierbare Produktqualitäten erzeugen — eine Grundvoraussetzung für den wirtschaftlichen Einsatz von Sekundärrohstoffen in anspruchsvollen Anwendungen.

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