Beim Compoundieren von Kunststoffen sind es häufig nicht die sichtbaren Fehler, die den größten Ausschuss verursachen, sondern unsichtbare Einschlüsse: gelöste Gase, Feuchtigkeit, Restmonomere oder flüchtige organische Verbindungen (VOC), die erst im fertigen Bauteil als Blasen, Stippen oder Trübungen sichtbar werden. Die Entgasung – also das gezielte Austragen flüchtiger Bestandteile aus der Polymerschmelze während des Extrusionsprozesses – ist deshalb eine der anspruchsvollsten verfahrenstechnischen Aufgaben beim Compoundieren. Ihre korrekte Auslegung entscheidet maßgeblich über Produktqualität, Verarbeitungssicherheit und die Eignung des Compounds für sensible Anwendungen wie Lebensmittelverpackungen oder Medizintechnikteile.
Die physikalischen Grundlagen der Entgasung sind eng mit dem Löslichkeitsverhalten von Gasen und Dämpfen in Polymerschmelzen verknüpft. Nach dem Henryschen Gesetz ist die im Polymer gelöste Menge einer flüchtigen Komponente proportional zu deren Partialdruck in der Gasphase. Wird dieser Druck – etwa durch Öffnen einer Entgasungszone zur Atmosphäre oder durch aktives Anlegen von Vakuum – abgesenkt, entsteht ein thermodynamisches Ungleichgewicht. Das volatile Medium strebt aus der Schmelzephase in die Gasphase. Wie schnell dieser Stofftransport abläuft, hängt von der Diffusionsgeschwindigkeit im hochviskosen Polymer, der verfügbaren Phasengrenzfläche und der Temperatur ab.
Quellen flüchtiger Bestandteile im Compound
Flüchtige Störstoffe können sehr unterschiedlichen Ursprungs sein. Hygrokopische Polymere wie Polyamid (PA), Polycarbonat (PC) oder Polyethylenterephthalat (PET) absorbieren Luftfeuchtigkeit, die beim Aufschmelzen zu Hydrolyse und Viskositätsabfall führt. Selbst bei vorgetrocknetem Material kann residuale Feuchtigkeit im Bereich einiger hundert ppm ausreichen, um Schlieren oder Oberflächenfehler zu provozieren.
Darüber hinaus enthalten viele Polymere herstellungsbedingt Restmonomere – etwa Styrol in Polystyrol oder Caprolactam in PA 6 – die sowohl die Produkteigenschaften beeinflussen als auch aus emissions- und lebensmittelrechtlicher Sicht relevant sind. Weitere Quellen sind Lösemittelrückstände in Rezyklaten, Zersetzungsprodukte aus thermischer Belastung, niedermolekulare Oligomere sowie Trägermedien von flüssigen Additiven. Masterbatches und Füllstoffe können ebenfalls adsorbierte Feuchte oder flüchtige Bestandteile einbringen, die im Prozess freigesetzt werden.
Konstruktiver Aufbau der Entgasungszone im Doppelschneckenextruder
Im gleichläufigen Doppelschneckenextruder – dem Standardaggregat für das Compoundieren – wird die Entgasung durch eine gezielte Zoneneinteilung der Schneckengeometrie realisiert. Stromaufwärts der Entgasungsöffnung befindet sich ein Staubereich, der durch rückfördernde Schneckenelemente oder Knetzonen einen Druckaufbau erzeugt und die Schmelze gegenüber der Atmosphäre abdichtet. Dieser sogenannte Melt-Seal verhindert, dass Gase oder Vakuum in Richtung Einzug wirken.
