Paket für besseren Schutz
	Hautschutz der Natur - mit Unterstützung der BASF
	Kunststoffe besonders anspruchsvoll
	Für Tests ist Phantasie gefragt
	Entwicklung bis zum Herstellverfahren

 
Die menschliche Haut wird mit den Jahren runzlig, Kunststoffe werden spröde und vergilben, der Lack auf Autos wird trübe und milchig. Der Zahn der Zeit zeigt sich in ganz unterschiedlichen Formen, aber immer steckt das Zusammenspiel zweier Faktoren dahinter: UV-Licht und Wärme verursachen jeweils allein oder im Zusammenspiel die Bildung von Radikalen, die dann die Molekülstrukturen der Polymere abbauen oder vernetzen. Die Suche nach Substanzen, die Radikale unschädlich machen können, ist eine anspruchsvolle Daueraufgabe, da neue zu schützende Materialien und neue Anwendungen auch immer neue Anforderungen stellen. Foto wie vorhanden Mikrorisse in Kunststoffen entstehen unter dem Einfluss von Radikalen, die durch UV-Strahlung gebildet werden.

Mikrorisse in Kunststoffen entstehen unter dem Einfluss von Radikalen, die durch UV-Strahlung gefördert werden.

 
Langkettige Moleküle wie zum Beispiel in der menschlichen Haut oder auch in Kunststoffen werden unter dem Einfluss von Radikalen und gleichzeitiger Gegenwart von Sauerstoff abgebaut. Es entstehen immer mehr Kohlenstoff-Sauerstoff-Verbindungen, verkürzte Molekülketten und vernetzte Polymerverbindungen mit völlig anderen physikalischen und chemischen Eigenschaften als das Ausgangsmaterial. UV-Strahlen beschleunigen diese Abbauprozesse erheblich, denn sie "heizen" die Bildung von Radikalen an.

Autoxidation organischer Materialien

Nachhaltigen Schutz vor Alterungsprozessen, die von Radikalen ausgelöst werden, bildet deshalb nur ein Paket aus UV-Absorbern und Radikalfängern. In ihrer Kombination ist die Schutzwirkung sogar besser als die Summe des Schutzes, den jeder Faktor separat entfalten kann. Unter dem Markennamen Uvinul^® vermarktet die BASF UV-Absorber, Radikalfänger und Kombinationsprodukte daraus. Die Palette der Radikalfänger umfasst Produkte zum Einsatz gegen Kohlenstoff- (HALS) wie auch gegen Sauerstoffradikale (Antioxidantien).

 
In der menschlichen Haut schluckt Melanin, das natürliche Schwarzpigment des Körpers, die UV-Strahlung und verhindert so die Bildung von Radikalen. Diese Schutzwirkung kann durch die Vitamine C und E verstärkt werden. Bei starker Sonneneinstrahlung muss man die Natur unterstützen, z.B. mit Sonnencremes. Darin enthaltene Lichtschutzmittel nehmen das Licht auf und machen die Strahlungsenergie unschädlich, indem sie sie in Wärme umwandeln, ohne dabei selbst zerstört zu werden. Dafür bietet die BASF eine umfassende Palette kosmetischer Lichtschutzmittel an, u.a. Uvinul^® MC 80, ein Zimtsäureester, der nach einem patentgeschützten ressourcenschonenden Verfahren produziert wird und weltweit in den meisten Sonnencremes Verwendung findet. Als Radikalfänger sind die von der BASF hergestellten Vitamine C und E ebenfalls oft in Sonnenschutzprodukten enthalten.

 
Auch die meisten Kunststoffe sind anfällig gegen Strukturschäden durch Radikale. Bei ihnen muss der Schutz besonders leistungsfähig sein, da sie nicht nur solchen Radikalen ausgesetzt sind, die durch UV-Licht verursacht werden. Große Mengen an Radikalen entstehen schon während des Extrusionsvorgangs von Kunststoffen bei Temperaturen von ca. 200-300°C.

Auch zum Schutz von Kunststoffen gegen die Allianz aus UV-Licht und Radikalen sind in der Uvinul-Produktfamilie geeignete Radikalfänger, UV-Absorber und Kombinationsprodukte enthalten. Sauerstoffradikale kann wiederum Vitamin E neutralisieren, Kohlenstoffradikale können mit Hilfe von Phosphor- oder Phenolverbindungen oder sogenannte HALS-Verbindungen (Hindered Amine Light Stabilizers) aus dem Verkehr gezogen werden.

Bei ihrer Suche nach Radikalfängern und UV-Absorbern stellen die Chemiker grundlegende Untersuchungen zum Wirkmechanismus an - oft in Kooperationen mit Hochschulen. Auf der Basis des so gewonnenen Wissens können sie gezielter neue Radikalfänger und UV-Absorber entwickeln.

 
Schutz vor oxidativer Alterung für ganz unterschiedliche Systeme in einer Vielfalt von Anwendungsbereichen - dies stellt besondere Ansprüche an die Prüfung der anwendungstechnischen Eigenschaften.

Erste Frage: Wie gut ist die Schutzwirkung eines Entwicklungsprodukts? Hier wird es knifflig für die Wissenschaftler: Denn sie sind an der Langzeitwirkung interessiert. Ihre Frage lautet zum Beispiel: Wie hoch ist die Bruchfestigkeit eines Kunststoffs für Stoßstangen nach zehn Jahren? Aber die Antwort auf diese Frage wollen die Forscher möglichst bald haben. Die Entwicklung von Testmodellen, die zuverlässige und auf die realen Einsatzbedingungen übertragbare Vorhersagen erlauben, ist deshalb eine dauernde Herausforderung.

Oberflächenqualität von bewittertem Polyamid

In anwendungstechnischen Versuchen werde die Auswirkungen von UV-Licht oder Wärme und den von ihnen hervorgebrachten Radikalen nach der Vorgaben von DIN-Normen überprüft.Klimakammern mit speziellen Lampen, deren Licht dem Spektrum von Sonnenlicht nahe kommt, sind ein Standardinstrument für die Überprüfung der Schutzleistung von UV-Absorbern und Radikalfängern. Freilandversuche sind jedoch am Ende der Produktentwicklung in der Regel unverzichtbar. Diese finden in Weltregionen mit besonders hoher Sonneneinstrahlung statt, oft in enger Kooperation mit Kunden.

 
Hat ein Produkt seine Schutzleistung unter Beweis gestellt, sind weitere Tests erforderlich: Substanzen für Kunststoffe dürfen deren Materialeigenschaften nicht negativ beeinflussen; sind Lebensmittelverpackungen der zukünftige Einsatzbereich, dann ist auszuschließen, dass Radikalfänger oder UV-Absorber mit dem Verpackungsinhalt, z.B. Fruchtsäften, in Wechselwirkung treten. Ganz andere Fragen werfen Autolacke auf: Hier ist unter anderem sicherzustellen, dass die schützenden Substanzen sich mit den Farbmitteln vertragen.

Last but not least: Erst, wenn ein pfiffiges, kostengünstiges und ressourcenschonendes Herstellverfahren, das außerdem hohe Ausbeuten bietet, ausgearbeitet und eine für den Kunden maßgeschneiderte Konfektierung - z.B. rieselfähig und staubfrei - entwickelt ist, ist der Auftrag der Forschung erfüllt.