Jahresbericht 2018

Neue Wege zu ultraleichten Kunststoffen.

QUALITATIVE ANALYSE, FLÜSSIGCHROMATOGRAFIE, ULTRALEICHTBAU

Viele Anwendungen von Kunststoffen im Ultraleichtbau werden erst durch den Einsatz von Additiven erschlossen, welche es erlauben, das Eigenschaftsprofil von Kunststoffen für eine gewünschte Anwendung maßzuschneidern. So müssen beispielsweise Kunststoffe in vielen Fällen gegen den schädigenden Einfluss von Luftsauerstoff, Licht oder aggressiven Medien geschützt werden. Das Fraunhofer LBF entwickelt Methoden, damit auch ultraleichte Produkte, wie – Autoteile, Verpackungen oder Bauteile, – zuverlässig ihren vorgesehenen Einsatz leisten können.

Antioxidantien schützen das Polymer gegen den thermo-oxidativen Abbau während der Verarbeitung und der Anwendung. Eine weitere Klasse breitflächig eingesetzter Additive sind UV-Absorber und Lichtschutzmittel (HALS, Hindered Amine Light Stabilizers), die Kunststoffe vor dem schädigenden Einfluss von UV-Bestrahlung bewahren. Eine allen stabilisierenden Additiven gemeinsame Anforderung ist, dass sie ihre Funktion über einen langen Zeitraum erfüllen müssen. Daher ist ein effizienter Verbleib im Bauteil unter Einsatzbedingungen von höchster Bedeutung. Vor diesem Hintergrund werden stetig neue Stabilisatoren, mit dem Ziel deren Migrationsfähigkeit zu verringern, entwickelt. 

Strukturell ähnliche Additive getrennt und quantitativ nachweisen

Einhergehend mit den Entwicklungen im Bereich der Additive steigen die Anforderungen an die analytischen Methoden, die deren Charakterisierung möglich machen. Da bei den stetig steigenden Anforderungen an Kunststoffe im Ultraleichtbau ein gewünschtes Eigenschaftsprofils immer häufiger nur durch Kombination unterschiedlicher Additive erreicht werden kann, ist es erforderlich, strukturell ähnliche Additive getrennt und quantitativ nachzuweisen. Chromatografie ist eine sehr geeignete Methode zur Auftrennung von Stoffgemischen. Während die Gaschromatografie sich bei leichter flüchtigen Additiven bewährt, ist die Wechselwirkungschromatografie (HPLC) eine sehr effiziente Methode zur Auftrennung von höhermolekularen Analyten. In der HPLC wird eine Lösung der Analyten über eine stationäre Phase (chromatografische Säule) geleitet, mit welcher die einzelnen Additive unterschiedlich stark wechselwirken.

Poröses Graphit als Problemlöser

Bisherige Methoden der HPLC verwenden i.d.R. Kieselgel oder modifiziertes Kieselgel als stationäre Phase und versagen bei modernen Additiven aufgrund intensiver Wechselwirkung zwischen Additiv und Säulenmaterial. Eine Alternative bietet hier die Verwendung von porösem Graphit (PGC) als stationärer Phase.

Während PGC seit vielen Jahren im Bereich der Wirkstoffanalytik eingesetzt wird, ist sein Potential zur Trennung von Additiven vollkommen unerschlossen. Untersuchungen haben nun gezeigt, dass sich mit PGC als stationärer Phase bisher ungelöste Fragestellungen bei der Trennung und Identifizierung von Additiven angehen lassen.