Kunststoffverarbeitern steht eine breite Farbpalette für das Einfärben ihrer Produkte zur Verfügung. Die Auswahl der passenden Farbe kann schließlich entscheidend für den Erfolg sein.

Von der Natur inspirierte Farben werden auch 2021 sehr gefragt sein. Sie geben Produkten eine nachhaltigere Erscheinung 

Trendbericht zum Einfärben von Kunststoffen

Pigmente

Kunststoff Werkstoffe

Additive

Pigmente, bunt

Masterbatches

Farbstoffe und Pigmente

Kunststoffe

Photonik

Optik

Streifinger, Florian

Recycling

Umweltmanagement

Farbkonzentrate (Batches)

Farbstoffe

Effektpigmente

Kunststoff-Recycling

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Kunststoff-Aufbereitung

Farben, flüssig

Welche Farbe darf es 2021 sein?

Für den dynamischen Markt der Elektro- und Hybridfahrzeuge baut die BASF SE , Ludwigshafen, ihr Portfolio an technischen Kunststoffen aus. Der Polyamidwerkstoff (PA) Ultramid sowie das Polybutylenterephthalat (PBT) Ultradur wurden für diese Anwendungen weiterentwickelt. Die maßgeschneiderten Eigenschaften der Kunststoffe eignen sich für fahrzeuginterne und -externe Hochvoltsteckverbinder. Sie erfüllen laut Pressemitteilung die gesetzlichen Anforderungen an Flammschutz, Farbstabilität, Mechanik und elektrische Isolierung.

Portfolio für Elektro- und Hybridfahrzeuge ausgebaut 

Steckverbinder

Hochleistungskunststoffe

Polyamide

Flammschutzmittel

Ultramid und Ultradur für Hochvoltsteckverbinder 

Mit Budit 620 hat die Chemische Fabrik Budenheim KG, Budenheim, ein umweltfreundliches, halogenfreies Flammschutzmittel speziell für naturfaserverstärkte Kunststoffe wie Wood Plastic Composites (WPC) entwickelt. Weitere halogenfreie Flammschutzmittel in anderen Polymeren, wie etwa in PUR-Schäumen (TCPP-Ersatz), Polyamiden, Polyolefinen u. a. ergänzen die Produktpalette des Herstellers. 

Halogenfreies Flammschutzmittel für WPC 

Schäumen / Reaktive Verarbeitung

Schutzmaßnahmen für Polymere 

Kunststoffabfälle im Meer prägen seit einigen Jahren das negative Image der Branche. Verschiedene Initiativen und Zusammenschlüsse von Firmen haben deshalb Projekte ins Leben gerufen, um diesen Ocean-bound Plastics (OBP) Herr zu werden.

Flaschensammeln für Compounds: In Haiti hat das Unternehmen Lavergne ein Recyclingprojekt ins Leben gerufen, bei dem PET-Flaschen gesammelt, recycelt und anschließend zu Kunststoffcompounds verarbeitet werden

Flammschutz für Compounds aus recycelten Ocean-bound Plastics

Polybutylenterephthalat

Thermoplaste

Elektronik

Polyethylenterephthalat

Vom Meer in die Elektronik

Ohne Masterbatches wären viele Produkte aus Kunststoff ziemlich farblos. Neben Farben werden auch Additive und Füllstoffe bei der Verarbeitung in konzentrierter Form zugegeben. Welche Hilfsmittel es dafür gibt, wo die Probleme liegen und wie man diesen begegnet, waren Themen einer zweitägigen Veranstaltung. 

Masterbatch-Workshop bei Leistritz Extrusionstechnik in Nürnberg 

Vernetzungsmittel

Extruder

Extrusion

Auf die Farben konzentriert 

Die BASF SE , Ludwigshafen, ergänzt mit den Pigmenten Aqua, Indigo, Magenta und Copper ihre bereits 2010 eingeführte Produktreihe Lumina Royal Blue. Die Pigmente verfügen laut Hersteller über eine hohe Brillanz, Reinheit und Farbstärke. Die vier Pigmente Blue, Aqua, Indigo sowie Magenta decken den grün- bis rotstichigen blauen Interferenzfarbbereich ab, während Copper einen opaken kupfernen Effektfarbton bietet.

Kreative Gestaltungsmöglichkeiten 

Produkt- / Formteildesign

Effektpigmente Lumina Royal 

Sie kommt in großen Schritten näher – die K 2016. Neben neuen Materialien werden die Werkstoffhersteller in Düsseldorf vor allem zeigen, dass sie sich intensiv mit den globalen Entwicklungen und Herausforderungen auseinandersetzen. Dazu gehört auch, sich Gedanken über die eigene globale Präsenz zu machen. 

Wie Rohstoffhersteller Herausforderungen in Chancen verwandeln wollen 

Polycarbonat

Stabilisatoren

Probleme von morgen heute angehen 

Neben dem Leichtbau hält der Trend zu maßgeschneiderten Produkten weiter an. Dafür müssen Werkstoffe  immer mehr Funktionen gleichzeitig erfüllen, die meist nur mit Additiven und Compounds umsetzbar sind. Dabei rückt die Nachhaltigkeit  zunehmend in den Fokus. 

Additive und Compounds kombinieren immer mehr Eigenschaften 

Compound

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Verarbeitungshilfmittel

Treibmittel

Fasern

Oberflächentechnik

Compoundeure

Vielseitigkeit ist gefragt 

In der Landwirtschaft können Kunststoffe starken Umwelteinflüssen ausgesetzt sein. Agrarfolien sind beispielsweise direkt mit UV-Strahlung, hohen Temperaturen sowie Pflanzenschutzmitteln konfrontiert, die eine schnelle Alterung zur Folge haben. Um dem entgegenzuwirken, hat die BASF SE, Ludwigshafen, den Zusatzstoff Tinuvin NOR 356 entwickelt. Er soll den Abbau durch äußere Einflüsse kompensieren, indem die komplexen Kettenreaktionen neutralisiert werden. Durch den Einsatz dieses Lichtschutzmittels ist die Folie besser geschützt, sodass sich die Einsatzdauer verlängert und der Kunststoffabfall abnimmt. 

UV-Schutz und prächtige Glitzereffekte 

Kunststoffadditive und neue Effektpigmente 

Zum 1. März 2021 übernimmt ein neuer Vorsitzender die Geschäftsführung der Eckart GmbH, einem der vier Geschäftsbereiche des Spezialchemiekonzerns Altana AG.

Übernimmt ab 1. März 2021 den Vorsitz der Geschäftsführung bei der Eckart GmbH: Dr. Christian Przybyla

16:9

Hilfs-und Zusatzstoffe für die Kunststoff-Industrie

Kunststoff-Erzeugung

Personen

kunststoffe.de

Kunststoffhandel

Dienstleistungen

Handel

Pigmente, Perlglanz

Neuer Vorsitzender der Geschäftsführung bei Eckart

Mit einem neuen Verfahren des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik lassen sich das Carbon Black und die Mineralien aus Autoreifen erneut nutzen.

Oben, Primärprodukt von links nach rechts: Roh-rCB, Clean rCB (96+), perliertes Clean rCB (96+). Unten, gewonnene Sekundärprodukte aus der Asche von links nach rechts: „Wasserglas“, gefälltes SiO2, gefälltes ZnSO4

Technik Trend

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Kreislaufwirtschaft

Carbon Black aus Autoreifen recyceln

Für hitzebeständige Hochleistungskunststoffe hat Lanxess mit Colortherm Yellow 5 und 26 zwei anorganische Gelbpigmente vorgestellt.

Die Pigmente eignen sich speziell für hohe Temperaturen bis 260 °C 

Gelb für hohe Temperaturen

Das Pigmentgeschäft von Lanxess hat eine neue Führung. Der bisherige Leiter des Segments übernimmt den neuen Geschäftsbereich Flavors & Fragrances. Sein Nachfolger stammt aus dem Unternehmen.

Interne Nachfolge: Michael Ertl arbeitet bereits seit über 15 Jahren für Lanxess. Er folgt auf Holger Hüppeler

Rochade bei Lanxess

Mit Effektpigmenten können thermoplastische Bauteile mit einer metallisch glänzenden Oberfläche im Spritzgießverfahren hergestellt werden. Mithilfe einer passenden Simulationsmethodik lassen sich optische Fehlstellen auf der Bauteiloberfläche vorhersagen und verhindern.

Metalloptik ist bei Automobilen stark gefragt. Kunststoffbauteile werden dafür häufig lackiert oder galvanisiert. Eine Alternative stellen metallische Effektpigmente dar. Um Oberflächendefekte zu vermeiden, arbeiten Audi und PEG an einem Simulationsverfahren für diese Pigmente.

Mithilfe einer geeigneten Simulationsmethodik lassen sich ‧optische Fehlstellen auf Bauteilen mit metallisch glänzenden Oberfläche vorhersagen.

Simulation von Oberflächendefekten bei Bauteilen mit Effektpigmenten

Simulation

Software

Effektvolle Vorhersage

Kunststoffe hat bei Farbmittelherstellern nachgefragt, was die Trendfarben im kommenden Jahr sein werden. Eine der spannenden Erkenntnisse: Die gegenwärtigen Lieferengpässe haben Auswirkungen auf die Farbauswahl.

Trendfarben für Kunststoffprodukte, die Auswirkungen von Farben auf die Recyclingfähigkeit von Kunststoffen, Zusammenhang von Farbauswahl und Lieferengpässen

Knallig oder doch gezwungen schlicht?

Flammhemmende Polyamide für die Elektronik

Hersteller von Elektrotechnik legen großen Wert darauf, ihre Marke durch ein spezifisches Farbdesign darzustellen. Das gilt für alle sichtbaren Bauteile. Diese müssen jedoch nicht nur optisch überzeugen, sondern vor allem hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften und dem Brandverhalten.

Das sogenannte „Corporate Branding“ stellt die Hersteller von Formmassen für Anwendungen in der Elektrotechnik vor neue Herausforderungen. Denn neben Signaleigenschaften (wie etwa für die Schaltzustände EIN und AUS) sollen Farben auch Warnungen oder Gefahrenstellen signalisieren. So muss beispielsweise jedes Not-Aus-Befehlselement zuverlässig an seiner rot-gelben Farbgebung zu erkennen sein – weltweit und auch in anspruchsvoller Umgebung und nach Jahrzehnten im Einsatz.

Hinzu kommt häufig die Anforderung, Formteile mit unterschiedlichen Lasersystemen individuell zu beschriften. Das macht unter Umständen spezielle Additive erforderlich, die dann ihrerseits auf andere Eigenschaften des fertigen Compounds rückwirken können. Füll- und Verstärkungsstoffe des Kunststoffs beeinflussen die Markierbarkeit zusätzlich. Die Variationsmöglichkeiten werden von den internationalen Zulassungen der Formmassen begrenzt – die zulässige Additivbeladung und ein bei Zulassungsorganisationen hinterlegter „infrarotspektroskopischer Fingerabdruck“ eines Materials setzen enge Grenzen.

Um brandgeschützte Materialien einzufärben, ist ein fundiertes Verständnis für die wechselseitigen Einflüsse der Eigenfarben von Basispolymeren und Brandschutzmitteln einerseits und der verwendeten Farbstoffe andererseits erforderlich. Dafür steht bei Ascend Performance Materials eine breite Palette von Polyamidwerkstoffen und Farbrezepturen zur Verfügung: Vom nicht brandgeschützten, in einfachen Farben eingefärbten Standardmaterial bis hin zu hoch glasfaserverstärkten, auch in geringen Wanddicken zuverlässig brandgeschützten Compounds in kundenspezifischer Einfärbung. Hinsichtlich der möglichen Flammschutzmittel reicht die Bandbreite von kostengünstigen Produkten mit begrenztem Leistungsspektrum bis hin zu Additiven, deren Leistungsvermögen einen höheren finanziellen Aufwand rechtfertigt.

Schon lange sind Elektrogeräte nicht mehr nur hellgrau oder schwarz. „Lichtgrau“ wird von den meisten Kunden in aller Regel eng spezifiziert. Hier sind zulässige Farbabweichungen häufig auf ΔE ≤ 1,0 begrenzt. Die Toleranz muss über die einzelnen Lieferungen hinweg selbstverständlich eingehalten werden. Allein im Bereich der grauen Farben produziert Ascend weit über 100 verschiedene Typ-Farbkombinationen (Bild 1). Aufgrund der möglicherweise wechselnden Eigenfarbe des Basispolymers und der unterschiedlichen Eigenfarben verschiedener Flammschutzmittelchargen ist es unabdingbar, den sogenannten Farbort über den gesamten Herstellungsprozess – je nach Produkt mehrere Stunden – nachregeln zu können. In Bild 2 sind die Farbabweichungen über mehrere Produktionskampagnen einer bestimmten Farbeinstellung über den Zeitraum von neun Monaten dargestellt. Für solche anspruchsvollen Compounds setzt Ascend auf pulverförmige Farbstoffe, die eine rasche Justierung der Farben innerhalb des kontinuierlichen Produktionsprozesses ermöglichen.

Die RAL-„Classic“-Farbpalette umfasst über 200 verschiedene Farben zwischen weiß und schwarz. Der Chemiekonzern stellt daher laufend etwa 100 weiße Einfärbungen her und regelmäßig kommen neue hinzu – sei es, um kundenspezifische Ausgangsfarben einzustellen oder um beispielsweise die Farbstabilität für definierte thermische Anforderungsprofile über unterschiedliche Zeithorizonte anzupassen. Diese Adaptionen dürfen das Entzündungs- und Brandverhalten der jeweiligen Formmasse nicht beeinträchtigen. Bei Anwendungen für die Leistungselektrik von Fahrzeugen hat sich orange als Signalfarbe etabliert. Weil die Signalwirkung bis zum Ende des Fahrzeuglebens gegeben sein muss, verlangen die Hersteller den Nachweis der Farbstabilität auch nach lang andauernder Temperatureinwirkung. In Bild 3 sind die Ergebnisse einer Temperaturlagerungsprüfung einer unverstärkten flammgeschützten Type mit unterschiedlichen Additivrezepturen abgebildet.

Die Wahl des richtigen  Flammschutzmittels

Die Palette der bei Polyamiden eingesetzten Flammschutzmittel (FSM) reicht von Produkten auf Stickstoffbasis über organische Phosphorverbindungen bis hin zu rotem Phosphor (rP). Häufig lässt es sich nicht vermeiden, auf halogenhaltige FSM zurückzugreifen.

Das Brandverhalten fester, nicht geschäumter Kunststoffe in sogenannten Kleinanwendungen wird häufig entsprechend den Anforderungen der UL 94 in unterschiedliche Leistungsklassen gruppiert. Hier beschreibt „HB“ ein nicht brandgeschütztes Material, wohingegen ein Material, welches die Anforderungen der Klasse „V-0/5VA“ erfüllt, unter anderem eine Prüfung mit einem 500-W-Gasbrenner bestanden hat.

Während FSM auf Basis von Stickstoffverbindungen und organischen Phosphorverbindungen farbneutral sind, lassen sich Produkte mit rotem Phosphor nur in für roten Phosphor charakteristischem Dunkelrot oder in dunkelgrauen/schwarzen Einfärbungen herstellen.

Die verschiedenen Flammschutzmittel werden in Konzentrationen zwischen etwa 5 und 25 Gew.-% ins Compound eingearbeitet, was die Eigenschaften des Werkstoffs mehr oder minder stark beeinflusst. Ein Beispiel: Die Steifigkeit eines mit 25 % Glasfasern verstärkten Polyamids verringert sich infolge von Feuchtigkeitsaufnahme um über 30 %, bei einer hell eingefärbten, brandgeschützten Version dagegen nur um weniger als 20 %. Nicht ideal ausgewählte Farbrezepturen können hier weiteren, teilweise erheblichen Einfluss auf die Eigenschaften des Compounds haben.

Ascend bietet die gesamte Palette der für Polyamide in technischen Anwendungen infrage kommenden Flammschutzmittel in den verschiedenen Typen der Produktreihe „Starflam“ an (Bild 4). Dabei muss in enger Kommunikation zwischen Kunde und Formmassenhersteller die ideale Balance zwischen den verschiedenen Anforderungen gefunden werden. Auch hier erweitert die Verwendung pulverförmiger Einsatzstoffe die Variationsmöglichkeiten. Die Vorteile und Einschränkungen verschiedener Flammschutzmittel sind in Bild 5 dargestellt.

Häufig werden aus brandgeschützten Formmassen hergestellte Formteile zur Fertigung von Endgeräten eingesetzt, deren späterer Einsatz im Geltungsbereich von Regularien der Underwriters Laboratories (UL) erfolgt. In diesem Fall sind die kennzeichnende Eigenschaften der jeweiligen Rezeptur bei UL hinterlegt und die Variationsmöglichkeiten des Formmassenherstellers äußerst begrenzt.

Wie so häufig, müssen die Vorteile pulverförmiger Einsatzstoffe bei der Farbeinstellung durch Kompromisse an anderer Stelle „erkauft“ werden: Die Dosierung der relativ kleinen Mengen an benötigten Rezepturbestandteilen ist aufwendiger und die Reinigung der Anlagen arbeitsintensiver als beispielsweise bei der Verwendung von Farbkonzentraten (Batches). Es kann für Kunden attraktiver sein, sich durch den Einsatz von Batches preisgünstigere Lösungen mit Kompromissen bei der Farbkonstanz zu sichern.

Funktionale Additive und Farbstoffe können die elektrischen Eigenschaften einer Formmasse stark beeinflussen. So ist zum Beispiel die Kriechstromfestigkeit (IEC 60 112) eine wesentliche Kenngröße zur Dimensionierung geometrischer Abstände in Elektrogeräten. Die Verwendung ungeeigneter Additive kann die Kriechstromfestigkeit und damit die Vergleichszahl der Kriechwegbildung einer Formmasse unter Umständen so weit herabsetzen, dass eine gegebene Konstruktion den einschlägigen Normen nicht mehr genügt. In einem solchen Fall können erhebliche Haftungsrisiken auf den Hersteller eines Geräts zukommen. Additive mit negativem Einfluss auf die Kriechstromfestigkeit können beispielsweise Flammschutzmittel beziehungsweise deren Synergisten sein oder auch Verbindungen, die zur Kontrasterhöhung bei der Laserbeschriftung von Kunststoffen eingesetzt werden.

Die Herstellung flammgeschützter Formmassen konzentriert sich im Werk in Fosses (Frankreich). Dort ermöglicht unter anderem ein eigenes Laserlabor die gezielte Optimierung der Laserbeschriftbarkeit kundenspezifischer Farben, während die gleichzeitige Überwachung der übrigen, für die jeweilige Anwendung kritischen Eigenschaften das erforderliche Leistungsvermögen sichert. Darunter versteht man beispielsweise eingearbeitete Schmiermittel, um Reibung und darauf zurückzuführenden Verschleiß zu minimieren. Ascend nutzt die gesamte Palette der von der vorgelagerten Industrie bereitgestellten Additive, um seinen Kunden Formmassen mit den gewünschten Eigenschaftsprofilen anzubieten. Mit der Akquisition von Poliblend (Mozzate, Italien) hat man Kompetenz und Kapazität erworben, um solche – teilweise kundenindividuellen – Formulierungen in kleinen und großen Mengen liefern zu können.

Der Einsatz von strahlenvernetzbaren Materialien

Formmassen, die mit einer speziellen Chemikalie zur Vernetzungsbeschleunigung hergestellt werden, lassen sich durch Bestrahlung mittels Elektronen (Betastrahlung) oder elektromagnetischen Wellen (Gammastrahlung) molekular vernetzen. Damit lassen sich die Eigenschaften der Polymere ebenfalls erheblich beeinflussen.

Im Spritzgießverfahren gefertigte Formteile aus strahlenvernetzbaren Materialien sind nach der Strahlenvernetzung nicht mehr aufschmelzbar. Während die für Polyamid typische Festigkeit und Zähigkeit erhalten bleibt, wird der ursprüngliche Schmelzpunkt eliminiert. Während Polyamid 66 bei 260 °C aufschmilzt, behalten vernetzte Polyamide ihre Form auch bei Temperaturen weit oberhalb von 300 °C für mehrere Minuten bei. Solche Temperaturspitzen treten zum Beispiel in elektrischen Schaltgeräten auf. Beim Abschalten von Strömen entstehen Lichtbögen, deren Temperaturen mehrere 1000 K betragen können. Solche Lichtbögen sind in Industrie-Schaltgeräten sowie in Gleichstrom-Leistungskreisen von elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen zu beobachten.

„Klassisch“ lassen sich solche Temperaturen nur mit duroplastischen Materialien handhaben, die aber wiederum zahlreiche Kompromisse erfordern. Die Aufzählung ist mit hohen Wanddicken, langen Aushärtungs- und damit Zykluszeiten, Entgratung, stark begrenzter Duktilität und hohem Verschleiß bei bewegten Teilen keineswegs vollständig. Auch für Anwendungen in Metall-Schweißanlagen können strahlenvernetzte Polyamide Duroplaste substituieren. Speziell bei relativ kleinen Formteilen mit wiederholt auftretenden Temperaturspitzen – dies können zum Beispiel glühende Metallpartikel sein – können strahlenvernetzbare Thermoplaste (gemäß ISO 1043 durch ein der Formmassenbezeichnung nachgestelltes „-X“ gekennzeichnet) ihre Vorteile ausspielen.

Neben der Erhöhung der Spitzentemperaturbeständigkeit bringt die Strahlenvernetzung auch deutliche Verbesserungen beim Kriech- und Reibverhalten. Die Palette vernetzungsfähiger Compounds reicht hier vom unverstärkten Material bis zur hoch glasfaserverstärkten, halogenfrei brandgeschützten Formmasse. Auch diese Produkte lassen sich kundenspezifisch einfärben. Von der „stabilen“ Farbe, die sich durch die Bestrahlung nicht verändert, bis zur Rezeptur mit gezielter Farbveränderung sind unterschiedliche Kundenwünsche realisierbar; die UL-Zulassung bleibt nach dem Vernetzungsvorgang erhalten.

Ascend Performance Materials  

https://www.ascendmaterials.com

Ausgabenartikel KU07-22

Prüfung mit einem 850 °C heißen Glühdraht an einem Schaltgerät: Führt ein Fehler beim Anschluss eines Schaltgerätes dazu, dass sich zum Beispiel ein Kabel stark erhitzt, dann muss eine eventuell entstehende Flamme selbstständig verlöschen.

Bild 1. Eine sehr kleine Auswahl aus der Palette der ständig hergestellten Grautöne für Elektroanwendungen

Bild 2. Farbabweichungen für verschiedene Produktionskampagnen eines flammgeschützten PA66

Bild 3. Probekörper in oranger Farbgebung nach Temperaturlagerungsprüfung

Bild 4. Übersicht Flammschutzmittel in Polyamid-Formmassen

Bild 5. Vorteile und Einschränkungen verschiedener Flammschutzmittel

Ascend - KU 2022-07 - Special

Farbdesign, mechanische Eigenschaften und das Brandverhalten müssen zum Bauteil passen.

Pigmente: Flammhemmende Polyamide für die Elektronik

Thilo Hindert ist seit 2020 bei Ascend Performance Materials als Anwendungsentwickler für Elektro-Anwendungen zuständig.

Ascend Performance Materials ist einer der weltweit größten, vollständig rückintegrierten Hersteller von Polyamid 66. Mit drei Produktionsstätten in Europa (Niederlande, Frankreich und Italien) können Kunden unterschiedlichster Industriezweige sowohl mit großvolumigen Standardwerkstoffen als auch mit kundenindividuell eingefärbten Compounds auf Basis von PA6 und PA66 bedient werden. Unter der Marke HiDura stellt das Unternehmen PA6.10- und PA6.12-Compounds her. Mit mehreren Akquisitionen während der vergangenen beiden Jahre hält das Unternehmen trotz weltweiter Krisen an seinem starken Wachstumskurs fest. Die beiden jüngsten Firmenkäufe in Mexiko und Indien unterstreichen den Anspruch, globaler Partner mit Fertigungsstätten in allen Weltregionen zu sein.

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