Englisch: 
stabilizers (stabilisers) 

Spanisch:
estabilizadores

Französisch:
stabilisateurs

Italienisch:
stabilizzanti (stabilizzatori)

Russisch:
стабилизаторы

Arabisch:
المثبتات

Chinesisch:
安定面 (稳定剂)

Japanisch:
スタビライザー

Allgemeiner Überblick zu Stabilisatoren
Den meisten polymeren und elastomeren Materialien müssen Stabilisatoren zugegeben werden, d.h. Additive, die ihre sichere Verarbeitung ermöglichen, sie gegen Bewitterung zu schützen und ihre Alterung zumindest zu verzögern. Unterschieden werden Hitze-Stabilisatoren, die gegen die Wirkungen von Wärme schützen, und UV-Absorber gegen die Effekte von Licht. Eine Reihe von Additiven wirkt sowohl gegen Licht- und Hitze-, als auch gegen Sauerstoff-Wirkungen (z.B. Phenole, siehe dazu den Eintrag über Antioxidantien). Umgekehrt können Hitze-Stabilisatoren auch als Antioxidantien wirken, deutlich z.B. Alkylzinnmercaptide.

Stabilisatoren haben einen wichtigen Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften und die Kosten von Kunststoff-Mischungen. In der Regel werden Stabilisatoren den Kunststoffen gleich bei der Herstellung zugefügt. Der Trend geht zu flüssigen Systemen und Pellets sowie einem vermehrten Einsatz von Masterbatches. Es gibt mono-, bi- und polyfunktionale Stabilisatoren. Je nach Anwendung werden sie in spezifischen Mischungen geliefert, wobei Metallseifen, Metallsalze und organische Metallverbindungen die Hauptzutaten sind. Durch die Aufgabe von Cadmium und Blei ergeben sich im Markt wesentliche Umschichtungen zugunsten von anderen Systemen.

Hitze-Stabilisatoren basieren meist auf Metallen, nämlich v.a. Blei, Barium, Calcium, Magnesium, Zink und Zinn. Die Hauptgruppen sind Blei-Stabilisatoren, Barium-Zink-Stabilisatoren, Calcium-Zink-Stabilisatoren und Zinn-Stabilisatoren. Sie werden in der Regel mit synergistisch wirkenden Co-Stabilisatoren kombiniert, nämlich mit organischen Materialien wie Polyolen oder epoxidierten Estern. Da der Gebrauch von schwermetallhaltigen Zusatzstoffen zunehmend eingeschränkt oder untersagt wird, geht die Entwicklung in Richtung organischer Verbindungen. Als Ersatz für Schwermetall-Stabilisatoren kommen komplexere und meist auch teurere Formulierungen auf der Basis von Metallseifen, organische Co-Stabilisatoren (Polyole und Phosphite) und Gleitmitteln zum Einsatz, besonders Calcium-Zink-Systeme. Blei- und cadmiumhaltige Stabilisatoren werden bzw. wurden ausschließlich für PVC-Produkte eingesetzt

Licht-Stabilisatoren reduzieren oder verhindern Reaktionen, die durch UV-Strahlung oder sichtbares Licht verursacht werden. Manche Licht-Stabilisatoren wirken nicht nur als Lichtfilter, sondern sind multifunktionale Additive. Meist werden Mischungen verschiedener Lichtschutzmittel in Konzentrationen von 0,2% bis 1% eingesetzt - in der Regel zusammen mit weiteren Additiven. Allgemein wirken Licht-Stabilisatoren nur dann richtig, wenn die Kunststoffe nicht während der Verarbeitung durch Thermooxidation geschädigt wurden - daher ist eine effektive Verarbeitungsstabilität durch den Einsatz von Hitze-Stabilisatoren wichtig bei der Produktion von Kunststoff-Artikeln, die länger halten sollen. Für die Lichtfestigkeit der Endprodukte sind auch die verwendeten Pigmente von Bedeutung, wobei in der Regel anorganische Pigmente bessere Beständigkeit bieten als organische Pigmente.

Der weltweite Markt für Stabilisatoren wird im Jahr 2018 einen Umsatz von ca. 4,8 Milliarden US-Dollar erreichen. Die Nachfrage nach Stabilisatoren hängt von der Entwicklung der Kunststoff-Industrie ab, speziell vom Bereich Polyvinylchlorid. Da Hitze-Stabilisatoren vor allem in PVC-Produkten für die Bauindustrie Verwendung finden, wirkt sich der Einfluss der länderspezifischen Baukonjunktur sehr stark auf die Nachfrage aus. Zu den bedeutendsten Absatzmärkten zählen derzeit Profile, Rohre und Kabel - mehr als 85% aller Stabilisatoren werden dort eingesetzt.

Umfassende Informationen zu Stabilisatoren - den Produkttypen, ihren Eigenschaften, Anwendungsgebieten, Marktdaten und Umweltaspekten - bietet die Marktstudie Stabilisatoren von Ceresana Research.

Wichtige Stabilisatoren-Typen:

Metallseifen / Mixed Metals

Englisch:
metal soaps / mixed metals

Spanisch:
jabón de metal

Französisch:
savon métallique

Italienisch:
sapone metallico

Russisch:
металл мыло

Arabisch:
المعادن والصابون

Chinesisch:
金属皂

Japanisch:
ミッシュメタル

Feste Metall-Salze werden oft als „Seifen" bezeichnet. Zu dieser Stabilisatoren-Gruppe gehören Kombinationen von Metall-Carboxylaten (feste Salze) und einer Reihe von Gleitmitteln und Co-Stabilisatoren (z.B. phenolische Antioxidantien, Organophosphite oder Zeolithe). Als Metallseifen, etwa als Stearate, werden v.a. Calcium-Zink- (Ca-Zn) und Barium-Zink-Stabilisatoren (Ba-Zn) gebraucht. Möglich sind z.B. auch Mischungen mit Magnesium, Oleate oder P-tert-Butyl-Benzoate. Meist handelt es sich um flüssige Produkte (besonders für weiches PVC-P, z.B. in Gartenschläuchen oder Spielzeug), für starres PVC-U werden aber auch feste Formen produziert.

Barium-Zink- und Calcium-Zink-Stabilisatoren sind in Aufbau und Funktion den früher verwendeten Cadmium-Stabilisatoren ähnlich, weshalb sie ab den 1980er Jahren zunehmend als Substitute gebraucht wurden. Besonders für langlebige Produkte mit Außenanwendung mussten dafür eigene Co-Stabilisatoren entwickelt werden. Ca-Zn-Systeme werden heute in allen wichtigen Einsatzgebieten (PVC-U und PVC-P) als Ersatz für Blei gebraucht.

Calcium-Zink-Stabilisatoren basieren meist auf Metall-Carboxylaten. Ihr Zinkgehalt liegt meist zwischen 0,5 und 3 Gewichtsprozent, in Autokabeln bei bis zu 10 %. Zur Verbesserung ihrer Eigenschaften, v.a. Hitzefestigkeit, Farbstabilität und Bewitterungsresistenz, werden ihnen andere Elemente (z.B. Aluminium oder Magnesium), Gleitmittel (z.B. Paraffine, Polyethylen-Wachse oder Ester-Wachse) und Co-Stabilisatoren (z.B. Polyole, epoxidiertes Sojabohnen-Öl, Antioxidantien oder organische Phosphite) zugefügt. Diese komplexeren Stabilisatoren sind teurer als einfache Metallseifen, können aber auch in anspruchsvolleren Anwendungsgebieten eingesetzt werden, z.B. im Kabelschutz oder in Fensterprofilen. In PVC bieten Calcium-Zink-Stabilisatoren hohe Klarheit, gute mechanische und elektrische Eigenschaften und ausgezeichnete organoleptische Eigenschaften. Ihre Licht- und Wetterfestigkeit ist Blei-Stabilisatoren überlegen; mit ihnen kommt es deutlich später zum Auskreiden. Entsprechend werden sie von Blutbeuteln über Spielzeug und Lebensmittel-Folien bis hin zu Wasserrohren in zahlreichen Anwendungen eingesetzt. Calcium-Zink-Stabilisatoren und erprobte Co-Stabilisatoren gelten als ungiftig, sind in der EU für Lebensmittelkontakt zugelassen und können die meisten anderen Stabilisatoren ersetzen, z.B. solche aus Blei oder Barium-Zink. Wenn Barium oder Cadmium durch Calcium ersetzt wird, muss der Stabilitätsverlust durch eine höhere Konzentration von bestimmten Co-Stabilisatoren ausgeglichen werden - beispielsweise brauchen Cn-Zn-Systeme doppelt so viele Phosphite. Stabilisatoren auf Calcium-Basis sind im Vergleich zu Blei-Systemen produktspezifischer, so dass sie oft für bestimmte Anwendungen maßgeschneidert werden müssen. Erhältlich sind auch zinkfreie Calcium-Stabilisatoren, bei denen organische Moleküle als Co-Stabilisatoren wirken.

Barium-Zink-Stabilisatoren sind überwiegend flüssige Metallseifen und werden meist in der Form von Carboxylaten gebraucht. Mit den gleichen Co-Stabilisatoren, die auch Ca-Zn-Stabilisatoren beigegeben werden, können sie hinsichtlich Eigenschaften wie Klarheit, Wetterfestigkeit, Farbfestigkeit, Haltbarkeit, Eignung für weiße Pigmente, geringe Migration oder geringe Geruchsentwicklung optimiert werden. Manchmal werden auch Lösungsmittel zugefügt. Barium-Zink-Stabilisatoren werden für Pasten-PVC gebraucht. In flexiblen Folien, etwa Membranen, Fußbodenbelag und Schuhen sind sie der hauptsächlich verwendete Stabilisator-Typ, werden aber nach und nach durch Ca-Zn-Produkte ersetzt. Spezielle flüssige Ba-Zn-, Ca-Zn- und Kalium-Zn-Seifen werden als Aktivatoren („Kicker") für Blasmittel eingesetzt, die bei einer Reihe Plastisol-Anwendungen für die Produktion von aufgeschäumten Schichten gebraucht werden. Barium-Verbindungen haben oft Cadmium-Stabilisatoren ersetzt, sind aber selbst gesundheitsschädlich und nicht zugelassen für Lebensmittel-Kontakt, Spielzeug oder medizinische Anwendungen. Manche Co-Stabilisatoren gelten ebenfalls als giftig und umweltschädlich.

Ultrafeine Zinkoxid-Partikel werden auch als UV-Absorber eingesetzt. Da sie kleiner sind als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts, haben sie nur eine minimale Wirkung auf die Transparenz des Polymers. Nach Hersteller-Angaben migrieren oder verschlechtern sich diese Teilchen nicht, liefern längeren UV-Schutz als konventionelle organische UV-Absorber und sind auch für Lebensmittelanwendungen zugelassen.

Die Marktstudie Stabilisatoren von Ceresana Research bietet umfassende Informationen zu Produktion, Verbrauch und Preisentwicklung von Stabilisatoren, und zwar gegliedert nach den verschiedenen Weltregionen.

Hersteller von Metallseifen:
(-> mehr Infos siehe Marktstudie Stabilisatoren)

Zinn-Stabilisatoren

Englisch:
tin stabilizers

Spanisch:
estabilizadores de estaño

Französisch:
stabilisateurs d'étain

Italienisch:
stabilizzanti a base di stagno

Russisch:
стабилизаторы на основе олова

Arabisch:
مثبتات القصدير

Chinesisch:
锡稳定剂

Japanisch:
スズ安定剤

Zinn-Stabilisatoren sind überwiegend organische Zinn-Verbindungen (englisch: organotin), d.h. Mischungen von Mono- und Dialkyl-Zinn-Salzen, wobei die Anteile je nach gewünschter Anwendung variiert werden können. Die physikalischen, chemischen und toxikologischen Eigenschaften hängen von den jeweiligen organischen Gruppen ab, die über Kohlenstoff, Schwefel oder Sauerstoff mit den Zinn-Atomen verbunden sind. Vor allem schwefelhaltige Produkte gehören zu den effektivsten Hitzestabilisatoren. Ihr typischer Geruch stört in der Regel nur bei weichen Endprodukten. Schwefelfreie Organozinn-Verbindungen sind geruchlos und bieten gute Licht- und Wetterbeständigkeit. Zinn-Stabilisatoren können bleihaltige Produkte ersetzen, sind allerdings teurer.

Die meistverwendeten Zinn-Stabilisatoren werden durch Reaktion von Mono- und Dialkylchloriden mit Mercaptoestern produziert. Sie sind nicht zu verwechseln mit trisubstituierten Organozinn-Verbindungen, die in der Landwirtschaft als Biozide verwendet werden (Triphenylzinnacetat, Triphenylzinnhydroxid). Die für Wasserlebewesen besonders giftigen Trialkylzinn-Verbindungen (Tributylzinn / TBT) werden für Schiffs-Antifoulingfarben gebraucht.

Es gibt zwei Haupttypen von Stabilisatoren mit mono- oder disubstituierten Organozinn-Verbindungen, die zur Kombination ihrer Eigenschaften auch in Mischungen erhältlich sind:
• Dicarbonsäure-Halbester, Stabilisatoren mit Zinn-Sauerstoff-Verbindungen, die auch als Maleate oder Carboxylate bezeichnet werden, kommen v.a. dann zum Einsatz, wenn gute Wetter- und Lichtbeständigkeit und geringe Geruchsentwicklung verlangt werden. Anwendungsbeispiele sind transparente Platten und Wände für Treibhäuser. Octylzinnmaleate sind z.B. für Verpackungen von Süßwaren zugelassen.
• Thiosäure-Halbester, Stabilisatoren mit Zinn-Schwefel-Verbindungen, wie z.B. Mercaptide, ermöglichen klare, starre PVC-Artikel. Sie sind leichter zu verarbeiten und wirksamere Hitze-Stabilisatoren als Carboxylate, haben aber meist einen charakteristischen Geruch und bieten nur moderate Lichtfestigkeit, die aber zumindest in hell-gefärbten Produkten durch den Einsatz von Titandioxid verbessert werden kann. Die stärksten Verbindungen dieser Gruppe sind Thioglycolat-Ester-Derivate, die auch am meisten verwendet werden.

Zinn-Verbindungen sind in Nordamerika die meistgebrauchten Hitze-Stabilisatoren. In den USA werden für praktisch alle starren PVC-Anwendungen Zinn-Stabilisatoren auf der Basis von Methyl-Gruppen verwendet. In Europa kommen eher Sorten mit Butyl- oder Octyl-Gruppen zum Einsatz, die sehr gute Hitzefestigkeit und Farbstabilität bieten und die Herstellung von starren, transparenten Produkten ermöglichen. In Europa sind Zinn-Stabilisatoren als giftig eingestuft, und für verschiedene Sorten werden Verbote diskutiert.

Eine Reihe von organischen Zinn-Stabilisatoren, besonders Produkte mit Methyl, Octyl- und Lauryl-Gruppen, haben jedoch nationale Zulassungen für Lebensmittel-Kontakt. Zinn-Stabilisatoren werden z.B. für Trinkwasser-Rohre gebraucht, für die in vielen Ländern Blei verboten ist - besonders in den USA, Frankreich und Belgien. Butyl-Zinn wird für technische Anwendungen gebraucht. Das Haupteinsatzgebiet von Zinn-Stabilisatoren sind PVC-Produkte: starre Verpackungsfolien (z.B. Blister-Verpackungen für Medikamente), Flaschen, technische Artikel, spritzgegossene Fittings und transparente Platten für Bau-Anwendungen.

Zu Produktion und Verbrauch von Zinn-Stabilisatoren informiert die Marktstudie Stabilisatoren von Ceresana Research.

Hersteller von Zinn-Stabilisatoren:
(-> mehr Infos siehe Marktstudie Stabilisatoren)

Hindered Amine Light Stabilizers (HALS, auch HAS)

Englisch:
Hindered Amine Light Stabilizers

Spanisch:
estabilizadores obstaculizados de la luz de amina

Französisch:
stabilisateurs gênés de lumière d'amine

Italienisch:
stabilizzanti alla luce a base di ammine inibite

Russisch:
помешанные стабилизаторы света амина

Arabisch:
أعاق أمين الخفيفة المثبتات

Chinesisch:
受阻胺光稳定剂

Japanisch:
ヒンダードアミン系光安定剤

HALS sind die kommerziell wichtigsten Licht-Stabilisatoren. Dabei handelt es sich um sterisch gehinderte Piperidine, die sehr effizient durch UV-Strahlen produzierte freie Radikale einfangen (daher werden sie im Englischen auch „scavengers" genannt) und Hydroperoxide deaktivieren. Sie schützen also den Kunststoff, ohne direkt die UV-Strahlung zu absorbieren. Ihre Wirkung hängt nicht von der Substratdicke ab, sie unterbinden Reaktionen aggressiver Fotooxidationsprodukte auch an den Oberflächen von Kunststoff-Produkten. Von besonderer Bedeutung ist das bei Fasern, da diese bei geringem Volumen große Oberflächen aufweisen. HALS erreichen bereits bei relativ geringer Dosierung hohe Stabilisierung. Da sie sich in einem zyklischen Prozess regenerieren, haben sie eine lange Lebensdauer. Häufig werden HALS mit hohem Molekulargewicht gemischt mit HALS mit geringem Molekulargewicht, um einen guten Ausgleich von UV-Stabilität, Hitzefestigkeit und Substrat-Kompatibilität zu erhalten. Da HALS im UV-Bereich transparent sind, werden oft auch andere UV-Absorber zugemischt, die synergistisch wirken können.

Derivate von 2,2,6,6-Tetramethylpiperidin wurden zunächst als Antioxidantien eingesetzt, dann aber als sehr effektive UV-Stabilisatoren entdeckt. Mittlerweile gibt es mindestens 40 verschiedene monomere, oligomere und polymere Varianten. Oxidationsprodukte von HALS wie Hydroxylamine und Hydroxylamin-Ether behindern Photo-Oxidation ebenfalls. In Polyolefinen können HALS allein eingesetzt werden, besonders in Polypropylen und Polyethylen-HDPE. Styrol-Polymere und PVC-P benötigen oft noch weitere Stabilisatoren, z.B. Benzotriazole. Bei den an sich recht lichtstabilen Acryl-Kunststoffen, z.B. PMMA, werden Mischungen von HALS und UV-Absorbern eingesetzt, um Farbänderungen zu vermeiden.

In PVC wird eine NOR HALS genannte Variante eingesetzt, die auf Alkyloxyaminen basiert. NOR HALS sind im Gegensatz zu konventionellen, basischen HALS auch für Landwirtschaftsfolien aus Polyethylen oder Polypropylen von Bedeutung, da sie kaum mit sauren Derivaten aus Agrochemikalien reagieren und gegen Pestizide resistenter sind. Die neusten HALS-Licht-Stabilisatoren ermöglichen es, technische Kunststoffe oder andere Materialien durch Polyolefine zu ersetzen. NOR HALS sind allerdings meist teurer als Mischungen von Nickel-Quenchern und UV-Absorbern, die ebenfalls Landwirtschaftsfolien stabilisieren können.

Zu Produktion und Verbrauch von HALS informiert die Marktstudie Stabilisatoren von Ceresana Research.

Hersteller von HALS:
(-> mehr Infos siehe Marktstudie Stabilisatoren)

 

Letzte Änderung: 09.07.11