Alterungsbeständige PVC-Materialien mit Primärweichmachern aus modifizierten Fettsäureestern

Quellenangaben
BMWi / AiF: 155 ZBR

Erzeugnisse aus Polyvinylchlorid sind ein bedeutendes Standbein der kunststoffverarbeitenden Industrie. Für die Herstellung flexibler Bahnenware wie z. B. Folien, Kunstleder oder Bodenbeläge werden als Weichmacher hauptsächlich Phthalate verwendet. Sie werden als gesundheits- und umweltschädlich angesehen, wobei des Risikopotenzials unterschiedlich bewertet wird. Die Industrie hat daher großes Interesse an der Entwicklung von physiologisch unbedenklichen Weichmachern, welche die Anforderungen sowohl der Produktion von Kunststoffbahnen als auch an deren Gebrauchseigenschaften erfüllen.

Epoxidierte Fettsäureester erwiesen sich als aussichtsreiche Kandidaten für die Substitution von Phthalaten – sie zeichnen sich durch exzellentes Gelierverhalten und hohe weichmachende Wirkung aus. Nachteilig ist ihre hohe Migrationsneigung. Mit dem Forschungsvorhaben wurde daher das Ziel verfolgt, durch chemische und physikalische Modifizierung der epoxidierten Fettsäureester geringflüchtige und migrationsarme Weichmachersysteme für alterungsbeständige PVC-Materialien zu entwickeln. Die Arbeiten umfassten einerseits Untersuchungen zur Identifizierung der bevorzugt migrierenden und flüchtigen Ester sowie zur Minimierung der Weichmachermigration durch Änderung der Fettsäurezusammensetzung und Verwendung epoxidierter Ester aus Fettsäuren und raumfüllenden Alkoholen (z. B. Zuckeralkohole) und andererseits die Untersuchung des Alterungsverhaltens von ausgewählten PVC-Materialien.

Im Vergleich zu den meisten bekannten Phthalatalternativen wirken die epoxidierten Fettsäureester wie Primärweichmacher. Durch Alkoxylgruppen mit großem Raumbedarf konnten Flüchtigkeit und Migration deutlich gesenkt werden. Jedoch wurden erst durch das Blenden mit einem Sekundärweichmacher Weichmachersysteme erhalten, die für die Verarbeitung von Plastisolen zu migrationsarmen PVC-Materialien geeignet ist. Dabei erwies sich die Entfernung der gesättigten Fettsäureester als vorteilhaft. Im Pilotmaßstab wurden Kunstleder und Folien erzeugt, die ausreichende Alterungsbeständigkeit aufweisen. Die wichtigsten mechanischen Eigenschaften blieben über einen Zeitraum von sechs Monaten nahezu unverändert. Die Emissionen sanken in wenigen Tagen auf ein niedriges Niveau. Die Materialien besitzen eine außergewöhnlich hohe Thermostabilität.

Mit der vorliegenden Studie gelang es zum ersten Mal, alterungsbeständige PVC-Materialien herzustellen, die epoxidierte Fettsäureester enthalten. Aus den durchgeführten Untersuchungen haben sich neue Ansatzpunkte für weitere vorwettbewerbliche Forschungsarbeiten ergeben.

Ausführende Forschungsstellen:

FSt. 1: Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen gGmbH (FILK), Freiberg
FSt. 2: Pilot Pflanzenöltechnologie Magdeburg e. V. (PPM), Magdeburg

Das Forschungsvorhaben wurde aus Haushaltmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V. (AiF) gefördert. Wir bedanken uns für die gewährte Unterstützung