Kontakt und Reibung mit anderen Werkstoffen können die Oberfläche von Kunststoffen statisch aufladen. Bei schlagartiger Entladung werden so empfindliche Bauteile beschädigt. Ein spezielles Masterbatch kann dies in vielen industriell eingesetzten Standard-Kunststoffen verhindern. Es ist nicht nur für Automobil- und Industrieanwendungen geeignet, sondern auch für den Kontakt mit Lebensmitteln zugelassen. 

Masterbatch verhindert elektrostatische Aufladung und ist für Lebensmittelkontakt zugelassen 

Simulation Verpackung

Additive

Antistatika

Masterbatches

Verpackungsmaterial

Entspannt verpackt 

Für nachhaltigere Kunststoffprodukte zeigt Granula auf der Fakuma speziell zugeschnittene Masterbatches. Das Unternehmen hat dafür Typen mit biologischen Farben und abbaubaren Additiven für das Spritzgießen und die Extrusion entwickelt.

Die Masterbatches kommen u. a. zur Einfärbung der Deckel von To-Go-Bechern zum Einsatz

Kunststoff Werkstoffe

Farbstoffe und Pigmente

Messe Fakuma

kunststoffe.de

Farbkonzentrate (Batches)

Farbstoffe

Kunststoff-Rezyklat

Bio- und PCR-basierte Masterbatches

Das israelische Unternehmen Tosaf stellt Funktions-, Farb- und Kombi-Masterbatches vor, die für die Verarbeitung in der Extrusion und dem Spritzgießen geeignet sind. Dazu gehören Farbmasterbatches für Rezyklate mit besonderem Schwerpunkt auf Post-Consumer-Rezyklaten (PCR) sowie biologisch abbaubare Masterbatches.

Mit speziellen Masterbatches können Hochvoltkomponenten in Elektrofahrzeugen dauerhaft orange eingefärbt werden

Elektromobilität

Mobilität

Biokunststoffe

Masterbatches für aktuelle Trends

Der international tätige Chemiedistributeur Nordmann wird sich auf der Fakuma gemeinsam mit seinen Partnern und Co-Ausstellern Marfran (ehemals FFE), Voelpker, PMC, UBE und Repol präsentieren.

Nordmann und Partner präsentieren Zutaten für eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft

Nordmann: „Die Zukunft ist nachhaltig“

Durch Plagiate entgehen Unternehmen Einnahmen und sie können den Ruf einer Marke nachhaltig beschädigen. Auf den Produkten angebrachte Labels oder QR-Codes erhöhen zwar den Produktschutz, lassen sich allerdings relativ einfach kopieren. Sicherer sind spezielle, in die Produkte eingebrachte Pigmente, die mit Messgeräten erfasst werden können.

Ob das Markierungspigment in dem Produkt enthalten ist, lässt sich entweder mittels fluoreszierender Röntgenstrahlen oder fluoreszierendem Licht feststellen.

Mit Markierungsstoffen Originale fälschungssicher machen

Pigmente

Produktschutz

Qualitätsmanagement

Unsichtbarer Schutz gegen  Produktpiraten

Masterbatch unterstützt den Rezyklateinsatz.

16:9

Additiv-Batches

Stadionsitze aus recyceltem PA

Kunststoffe, die duften – an diesem Projekt arbeiten die Entwickler des Farbmittelherstellers Grafe gerade. Als erstes Ergebnis haben sie nun ein Masterbatch für Polypropylen (PP) vorgestellt, das mit Hilfe eines Duftöls Wohlgeruch verbreiten soll.

Das erste Masterbatch der Reihe soll einen Geruch wie ein frisch geputztes Bad verströmen und wurde deshalb auf den Namen „Fresh Air“ getauft.

Masterbatches mit Duftölen versprechen ein Fest für die Sinne

Denn die Nase entscheidet mit

Unter dem Motto „Future in Plastics“ stellt sich die Grafe Advanced Polymers GmbH , Blankenhain, neu auf und präsentiert zur Fakuma 2018 ihren neuen Markenauftritt. Statt in einzelnen Geschäftsbereichen zu arbeiten, legt das Unternehmen künftig verstärkt Wert darauf, als kompetenter Innovationstreiber rund um die Modifizierung von Kunststoffen wahrgenommen zu werden, der zahlreiche kundenspezifische Dienstleistungen aus einer Hand anbietet. Dazu gehören sowohl die Herstellung von Additivbatches, die Kunststoffe in ihren Gebrauchs- und Verarbeitungseigenschaften verändern, ein umfangreiches Sortiment an kunden- und applikationsspezifischen sowie funktionelle Compounds als auch maßgeschneiderte Farb-Masterbatches. Die entsprechende Inspiration und Innovation für die Farben und Styles von Morgen liefert weiterhin das Grafe-Design-Center.

Grafe auf der Fakuma 2018 

Compound

Neuer Marken-Auftritt und Masterbatches 

Auch in diesem Jahr haben sich die Coloristen des Masterbatch Spezialisten Deifel GmbH & Co. KG , Schweinfurt, wieder an die Umsetzung der aktuellen Pantone Trendfarben gemacht. Mit Namen wie „Princess Blue“ und „Mango Mojito” oder “Living Coral” werden bereits beim Lesen Emotionen geweckt. Wenn man diese Farbtöne erst einmal vor Augen hat, dann können Produktdesigner ihrer Fantasie freien Lauf lassen.

Princess Blue, Mango Mojito und Living Coral 

Pantone Trendfarben 2019 als Masterbatch 

Das Grafe-Design-Center präsentiert ihre Trendfarben für das kommende Jahr. Anlässlich des 10. Geburtstages der internationalen Aufklärungsinitiative Jugend gegen Aids (JGA) arbeiteten die Initiative und die Grafe Advanced Polymers GmbH, Blankenhain, bei Motiv- und Farbauswahl eng zusammen. Jugend gegen Aids ist eine internationale Initiative junger Menschen für die Gesellschaft von morgen. Vor zehn Jahren von Schülern in Hamburg gegründet, leistet sie leidenschaftlich Aufklärungsarbeit auf Augenhöhe. In Schulworkshops für Gleichaltrige, auf Festivals und Events und mit großen Öffentlichkeitskampagnen setzen sie sich für eine vielfältige und aufgeklärte Gesellschaft ein, in der Sexualität niemals ein Grund für Ausgrenzung, Angst und Stigma ist. Schirmherr der Stiftung ist Bundespräsident Dr. Frank-Walter Steinmeier. Die Idee für das außergewöhnliche Projekt entstand bei der Vorstandstagung von JGA im Spa & GolfResort Weimarer Land, dessen Inhaber Matthias Grafe ist. 

Grafe-Design-Center präsentiert die Trendfarben für 2020  

Bunte Aufklärungskampagne 

Neben einer neuen Geschäftsführung bekommt die Resinex Germany GmbH auch einen neuen Country-Manager für Deutschland.  

Resinex Germany unter neuer Leitung 

Kunststoff-Regenerate

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Kunststoffhandel

Personen

Neue Führung für Distributeur 

Der Trend zu maßgeschneiderten Eigenschaften von Additiven und Compounds sowie individuellen Anwendungen ist ungebrochen. Zusatzstoffe sollen möglichst multifunktional sein. Die Diskussionen um die Kreislaufwirtschaft haben allerdings einen Wandel eingeläutet. Durch die Verwendung von Zusatzstoffen dürfen Wiederaufbereitung und -verwertung nicht eingeschränkt werden. Im Gegenteil wird versucht, durch den gezielten Einsatz von Additiven Recyclingprozesse zu erleichtern. Wo sich dazu ein Besuch auf der K 2019 lohnt, zeigt unsere Bildergalerie. 

Nicht nur Polymere, auch Zusatzstoffe und Masterbatches müssen nachhaltig sein 

Sinn für Details 

Nutzer von Biokunststoffen möchten auch bei Additiven oft auf biologische Alternativen zurückgreifen. BASF hat deshalb ein Masterbatch auf Basis von Zuckerrohr vorgestellt. 

Masterbatches für Polyethylen 

Polyethylen

Biokunststoffe auch biologisch einfärben 

An das Jahr 2019 wird sich die Kunststoffbranche vor allem wegen des Imagewandels von Kunststoffen in der öffentlichen Wahrnehmung erinnern. Die technischen Errungenschaften und Fortschritte gingen dabei fast völlig unter. Die Fachartikel der Zeitschrift Kunststoffe im Jahrgang 2019 sind aber Beleg dafür, dass sich die Fachwelt nicht nur mit Umweltthemen befasst hat.  

Ausgewählte Beiträge aus 2019 gratis herunterladen 

Faserverarbeitung

Spritzgießen

Extrusion

Kunststoff-Halbzeuge

Jahresrückblick der Fachartikel 

Nicht nur eine sehr spezielle Präsentation, sondern auch einen guten Zweck hatten die Farbexperten von Grafe bei ihrer diesjährigen Color-Preview im Sinn. In Zusammenarbeit mit einer Jugendinitiative ist eine mutige und informative Kampagne für die Farbvorschau 2020 entstanden.

Bild 2. Die Januar-Farben Sticky Berry, Blush und Eros werden anhand  des humanen Papillomavirus (HPV)-Virus präsentiert. Er kann Gebärmutterhalskrebs hervorrufen. Das Motiv wurde von Mikroskopiebildern  inspiriert

Die Trendfarben von Grafe werden zusammen mit dem Verein „Jugend gegen Aids“ vorgestellt

Einfärben

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Aufklärendes Design

Besserer Schutz vor ESD für Kunststoffbauteile

Antistatikadditive verhindern elektrostatische Aufladungen und dadurch die Anhaftung von Staub bei Kunststoffprodukten. Das sorgt nicht nur für ein ansprechendes Aussehen, sondern kann auch relevant für die Sicherheit sein. Der Masterbatchhersteller Grafe hat jetzt eine Antistatikausrüstung entwickelt, die einen deutlich geringeren Oberflächenwiderstand erreicht und sich zusammen mit Farbmasterbatches und verschiedenen Füllstoffen verwenden lässt.

Antistatikadditive verhindern elektrostatische Aufladungen und dadurch die Anhaftung von Staub bei Kunststoffprodukten. Das sorgt nicht nur für ein ansprechendes Aussehen, sondern kann auch relevant für die Sicherheit sein. Viele Antistatiksysteme entfalten allerdings nur eine unzureichende Wirkung. Der Masterbatchhersteller Grafe hat deshalb eine Antistatikausrüstung entwickelt, die einen deutlich geringeren Oberflächenwiderstand erreicht und sich zusammen mit Farbmasterbatches und verschiedenen Füllstoffen verwenden lässt.

Elektrostatische Aufladung und das daraus folgende Einstauben von Kunststoffen stellt für viele Anwenderbranchen ein erhebliches Problem dar. „Diese Beeinträchtigung der Oberfläche führt in der Verpackungsindustrie zu einer negativen Kaufentscheidung des Kunden. Bei Kleidung oder Spielwaren wiederum ist es für Hersteller besonders wichtig, die Staubanziehung durch die Oberflächen soweit wie möglich zu verringern, um Gesundheitsgefahren durch allergieauslösenden Stäuben zu verhindern. Daher steigt die Bedeutung einer wirksamen antistatischen Schutzausrüstung auf Kunststoffartikeln“, erklärt Lars Tonnecker, Vertriebsleiter bei dem Masterbatchproduzenten Grafe. Auch bei Automobilherstellern sind eingestaubte Kunststoffteile im Innenraum von hochwertigen Fahrzeugen unerwünscht.

Relevant ist die Thematik ebenfalls für den Arbeitsschutz. Tonnecker verweist auf die ATEX-Betriebsrichtlinie 1999/92/EG. Diese definiert die Mindestvorschriften für den Gesundheitsschutz und die Sicherheit der Arbeitnehmer, die durch explosionsfähige Atmosphären gefährdet werden können. „Für den Arbeitsschutz ist die Thematik sehr relevant. Statische Elektrizität ist eine wirksame Zündquelle. Es besteht deshalb die Gefahr, dass dadurch explosionsfähige Atmosphären aus Gemischen brennbarer Gase, Dämpfe oder Stäube mit Luft entzündet werden“, erklärt der Vertriebsleiter.

Darüber hinaus können elektronische Bauteile durch ESD-Effekte (Elektrostatische Entladungen; engl. Electrostatic Discharge) geschädigt werden. „Selbst Entladungen unterhalb der Wahrnehmbarkeitsschwelle können zum Ausfall empfindlicher Bauelemente führen“, berichtet Lars Tonnecker. Auch auf Mess- und Regeltechnik haben elektrostatische Aufladungen negative Auswirkungen, denn Messgeräte könnten durch diese in ihrer Funktion gestört werden.

Um dem Problem zu begegnen, setzt die Industrie auf verschiedene antistatische Lösungen. „Grundsätzlich wird zwischen internen und externen Antistatika sowie zwischen oberflächen- und volumenaktiven Substanzen unterschieden“, erklärt Petra Henkel, Additiv-Spezialistin bei Grafe. Sie alle haben jedoch verschiedene Nachteile. Deshalb hat Grafe ein High-Performance-Antistatiksystem für Kunststoffanwendungen entwickelt. Das so genannte HPAS ist vor allem für Schläuche und Nonwovens im industriellen Bereich, Interieur-Bauteile im Automobil sowie Verpackungen für Elektronikbauteile interessant, da bei diesen seine Vorteile besonders zum Tragen kommen.

Geringerer Oberflächenwiderstand als bei bisherigen Antistatiksystemen

Bei HPAS handelt es sich um eine rein interne antistatische Ausrüstung, die mittels Extrusion und Verdünnung in einem Trägerkunststoff, meist Polypropylen (PP) aber auch Ethylenvinylacetat (EVA), erzeugt wird. „Dabei erreichen wir ohne Probleme je nach Masterbatch-Dosierung Oberflächenwiderstände von 10 x 106 bis 10 x 109 Ω, elektrostatisch ableitend. Und das nach kurzer Zeit, oft sofort nach Produktion des Bauteils, und unabhängig von den im Betrieb herrschenden Umgebungsbedingungen“, berichtet Petra Henkel.

Der Effekt beruht ihr zufolge rein auf der Migration von oberflächenaktiven Substanzen, die einen Feuchtigkeitsfilm auf der Oberfläche bilden. Jedoch ist diese Schicht zum Teil dicker und mit mehr Ladungsträgern versehen, als bei den als Standard verwendeten Materialien. „Dadurch wird ein über Jahre hinweg langanhaltender Effekt erreicht. Zudem ist eine Kombination mit Farbmasterbatches und Füllstoffen wie Kreide oder Talkum möglich. Durch die sehr gute Wirkung bei niedriger Dosierung erreicht man eine deutlich bessere Performance und Kosteneffizienz“, führt Henkel weiter aus.

Viele Antistatika mit ungenügender Leistung

Herkömmliche interne Antistatika werden meist in Form eines Masterbatches eingesetzt und finden sich bei der Herstellung von vielen Arten von Polyolefinfolien, wie Stretch-, orientierten PP- (OPP), biaxial orientierten PP- (BOPP), Blas- und Castfolien, wieder. Sie kommen beim Spritzgießen und in der Extrusion häufig zum Einsatz. Bei der Produktion von Spinnfasern und Nonwovens werden sie ebenfalls verwendet. Als antistatisch-aktive Substanzen werden Glycerolmonostearat (GMS) und ein ethoxyliertes Alkylamin als synergistische Mischung im Verhältnis 2:1 meist in Polyethylen (PE) extrudiert und später mit einer Dosierung von 2 - 3 % im Endprodukt eingesetzt. GMS dient dabei als schnell wirkendes Antistatikum, das ethoxylierte Alkylamin als länger wirkendes Antistatikum. Der Vorteil dieser Kombination besteht im Verhältnis von Preis und Performance.

Jedoch kann der niedrige Preis, an den sich viele Anwender seit Jahren und Jahrzehnten gewöhnt haben, nicht darüber hinwegtäuschen, dass sehr oft die Dosierung und die Leistung nicht im Einklang stehen. Häufig ist eine höhere Dosierung notwendig, als vorgeschlagen oder erwartet. Auch hält in vielen Fällen der antistatische Effekt nur kürzer an, als gewünscht, der Widerstand ist höher als angenommen und die Leitfähigkeit ist schlechter als erwartet, oft nicht besser als 10 x 1010 Ω. Je nach Produktionsprozess stellen sich weitere negative Bedingungen ein. Zu solchen Effekten kommt es teilweise etwa beim Spritzgießen bei der Zugabe von Füllstoffen wie Glasfasern, beim Übergang zu Extrusionsteilen oder nach dem Tiefziehen (Thermoforming) sowie unter Umgebungsbedingungen mit hoher Luftfeuchtigkeit.

Gründe für diesen Umstand liegen vor allem in der Wechselwirkung, Kompatibilität und Affinität zwischen den primären Kunststoffen und der jeweiligen Antistatikmischung. Sehr oft sind auch die Bedingungen bei den Verarbeitern dafür verantwortlich – nämlich spezielle Produktionsverfahren – die bewusst auf die schnelle Optimierung des Endprodukts zielen. Oder es liegt an hausgemachten Fehlern, z. B. wenn das Test- und Messequipment im Labor oder in der Qualitätssicherung den gestellten Anforderungen nicht entspricht. Beispielsweise werden die Oberflächenwiderstände sehr oft unmittelbar nach Herstellung des Bauteils gemessen, statt nach einer gewissen Warte- und Ruhezeit, in der der Kunststoff langsam abkühlt, damit die Kristallisation des Polymers aus der Schmelze in Ruhe stattfinden kann.

Weitere Gründe für die unzureichende Wirkung von üblichen Antistatik-Masterbatch-Systemen liegen in der komplexen Struktur des Endprodukts, etwa bei Mehrschicht-Folien mit zum Teil entgegengesetzten oder sich verstärkenden Oberflächeneffekten. Diese ergeben sich etwa durch Füllstoffe, Farben, Glasfasern und andere oberflächenaktive Substanzen wie Antifog-, Dispergierhilfs- und Gleitmittel.

Um einen Vergleich zwischen einem Standard-Antistatik-Masterbatch und dem HPAS zu erhalten, wurden bei Grafe u. a. Versuche an damit ausgerüsteten dünnen PP-Cast-Folien durchgeführt (Bild 1). In Abhängigkeit von der Masterbatchdosierung erreicht das HPAS Werte unterhalb von 10 x 1010 Ω. Das stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber sonstigen bestehenden Systeme dar. Das optimale Verhältnis zwischen Kosten (Masterbatch-Dosierung) und Leistung (Oberflächenwiderstand) wird dabei bei Dosierungen von 1 - 5 % erreicht.

Als Basis für die Entwicklung diente die Kombination von Synergisten wie GMS und ethoxylierten Alkylaminen. Jedoch ist dabei ein Blick auf die Reinheit (Bezugsquelle) und auf die Partikelgröße aller eingesetzten Chemikalien notwendig. Darüber hinaus muss das Verhältnis zwischen Masterbatch und Performance im Endprodukt genau beobachtet und optimiert werden, um die besten Ergebnisse zu erhalten. Da hier mit Substanzen gearbeitet wird, die sehr stark zur Feuchteaufnahme neigen, spielt das Handling unter Produktionsbedingungen eine zentrale Rolle. Es ist deshalb bewusst auf die Vermeidung von Feuchteaufnahme vor der Verarbeitung zu achten. Schonende Extrusionsbedingungen helfen zusätzlich, das beste Ergebnis im Endprodukt zu erhalten.

Bei den Untersuchungen wurde die Entwicklung des Oberflächenwiderstands an PP-Cast-Folien von 30 µm Dicke bei verschiedenen Dosierungen von HPAS über mehrere Tage hinweg verfolgt (Bild 2). Die Folien wurden bei 23 °C und 50 % Luftfeuchtigkeit gelagert, um eine weitgehende Anlehnung an DIN-Prüfbedingungen zu erzielen. Bereits bei 1 % – also der kleinsten empfohlenen Dosierung – wird eine signifikante Wirkung schon am ersten Tag der Folienproduktion erreicht.

Üblicherweise wird das HPAS-Masterbatch mit 2 - 3 % verwendet. Dabei konnten in der Regel Werte von 10 x 107 bis 10 x 108 Ω Oberflächenwiderstand erreicht werden. Eine weitere Zugabe des Masterbatches erzeugt Werte bis 10 x 106 Ω. Jedoch ist dann die Oberfläche der Folie stark mit Additiv gesättigt, was zu Trübung, verringerter Transluzenz und schlechterer Haptik, die Folie fühlt sich schmierig an, führt.

Das HPAS kann außerdem in Kombination mit Farbmasterbatches eingesetzt werden. Untersucht wurden etwa die Widerstände von jeweils drei PP-Spritzgussteilen, die vorher mit 3 % HPAS und 5 % eines Farbmasterbatches hergestellt wurden (Bild 3). Anders als bei vergleichbaren Produkten verringert sich dabei die antistatische Wirkung nach der Farbzugabe nicht.

In Farbmasterbatches werden üblicherweise verschiedene Füllstoffe wie Kreide, Talkum, Bariumsulfat, Titandioxid und Ruß verwendet. Es konnten keine Nachteile in Kombinationen mit diesen Substanzen festgestellt werden. Allerdings ergaben sich Farbabweichungen in der Helligkeit (L-Achse). Grund dafür ist der erhöhte Glanzgrad durch den leitenden Feuchtigkeitsfilm auf der Oberfläche. Die anderen Farbachsen (a und b) bleiben hingegen fast unverändert.

Das High-Performance-Antistatiksystem ist in erster Linie für industrielle Anwendungen gedacht. Nicht geeignet ist es für Lebensmittelverpackungen, Medizintechnikprodukte sowie technische Kunststoffe. Bei diesen erweisen sich die relativ hohen Verarbeitungstemperaturen gepaart mit der Empfindlichkeit solcher Polymere gegenüber Feuchtigkeit als problematisch. Da die Herstellung solcher Produkte oft einen zweiten Prozess wie Streckung, Thermoforming oder Coextrusion beinhaltet, sind migrierender Masterbatches für diese nicht geeignet. Stattdessen kommen Sprays, Lackierungen, Coatings und ein Mehrschichtaufbau in Frage.

Der Einsatz des HPAS erfordert mehr Aufwand bei Rohstoffbereitstellung, Prozess und Produktion. Deshalb müssen Verarbeiter einige Besonderheiten beachten, um gute Ergebnisse zu erzielen. Beispielsweise muss bei dem Masterbatch eine Feuchtigkeitsaufnahme vermieden werden, weshalb es nicht vorgetrocknet werden darf und luftdicht verpackt und gelagert sein muss. Die Wirkung des HPAS ist zudem nicht permanent leitfähig. Zudem beeinflusst die veränderte Oberfläche das Bedrucken und Lackieren. Der antistatische Effekt wiederum wird durch direkten oder ständigen Kontakt mit Waschflüssigkeiten reduziert.

Das Antistatiksystem bietet im Gegenzug allerdings zahlreiche Vorteile. Bereits eine geringe Masterbatch-Dosierung von 1 – 3 % zeigt eine signifikante Wirkung. Diese liegt außerdem sofort nach Produktion des Bauteils vor. Darüber hinaus ist der gewünschte Effekt auch bei der Zugabe von Farbmasterbatches und Füllstoffen vorhanden und diese führen nicht zu einer Verringerung der antistatischen Wirkung. Das HPAS lässt sich zudem sowohl für dünn- als auch für dickwandige Artikel einsetzen und zeichnet sich durch eine Langzeitwirkung von mindestens einem Jahr aus.

Grafe Advanced Polymers GmbH 

https://www.grafe.com

Ausgabenartikel KU10-21

Im Technikum von Grafe werden u. a. Antistatiksysteme für staubfreie Kunststoffbauteile entwickelt

Bild 1. Oberflächenwiderstände von PP-Cast-Folien in Abhängigkeit der Masterbatchdosierung: HPAS erreicht erkennbar bessere Werte als vergleichbare Systeme 

Bild 2. Elektrostatische Ableitung an zwei PP-Folien (30 µm): Bereits bei Zugabe von 1 % HPAS ist eine deutliche Wirkung schon am ersten Tag der Folienproduktion festzustellen 

Bild 3. Kombination von HPAS mit Farbmasterbatches an PP-Spritzgussproben: Die antistatische Wirkung verringert sich nach Farbzugabe nicht

KU 10-21_Grafe - Hauptartikel

Dr. Juan Carlos Caro ist seit 2002 bei Grafe tätig, gegenwärtig in der Business Unit elektrisch leitfähige Compounds; <a href="mailto:carlos.caro@grafe.com">carlos.caro@grafe.com</a>

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