Die Vielfalt der Weichmacher im Kautschuk: Ein Überblick

Weichmacher werden häufig aufgrund des Ursprungs in mineralölbasierte, synthetische und natürliche Weichmacher unterschieden. Für besondere Anforderungen hat Nordmann weitere, spezielle Weichmacherlösungen in seinem Portfolio.

Mineralölweichmacher, die direkt aus Erdöl gewonnen werden, dienen hauptsächlich der Streckung und Verbilligung von Polymeren und lassen sich in paraffinische, naphthenische, und aromatische Öle unterscheiden (,je nachdem welcher Anteil überwiegt).  

Paraffinische Mineralöle: Diese Mineralöle eignen sich für UV-beständige Vulkanisate  und zeichnen sich durch eine gute Löslichkeit aus. Fachleute unterscheiden Weißöle je nach Reinheitsgrad in technische und medizinische Qualitäten. Medizinische Weißöle erfüllen die strengen Vorgaben internationaler Pharmakopöen wie der Europäischen Pharmakopöe (Ph. Eur.) und der US-amerikanischen Pharmakopöe (USP).

• Technische Weißöle: Shell Catenex T- und Shell Risella X-Öle sind hochraffinierte Prozessöle, die durch unterschiedliche Verfahren hergestellt werden. Shell stellt Catenex T-Öle durch das Lösungsmittel-Extraktionsverfahren her, während die Shell Risella X-Öle auf der innovativen Gas-to-Liquids (GTL) Technologie basieren. Beide Öle zeichnen sich durch ihre nahezu farblose und schwefelfreie Zusammensetzung aus. Dadurch eignen sie sich ideal für Anwendungen in Gummimischungen. Als Weichmacher bieten sie hervorragende Farbstabilität, geringe Volatilität und niedrige Schwefelwerte. Technische Weißöle erhöhen die Kettenbeweglichkeit der Polymere. Durch diese Wirkweise verbessern sie die Elastizität und Haltbarkeit der Gummimischungen, tragen zu einer gleichmäßigen Verteilung der Füllstoffe bei und reduzieren die Härte. Dies führt zu einer verbesserten Flexibilität und längeren Lebensdauer der Endprodukte. Shell Catenex T- und Risella X-Öle sind mit einer Vielzahl von Polymeren kompatibel, darunter zum Beispiel BR, EPDM, IIR und NR.
• Medizinische Weißöle: Shell Ondina-Öle sind aromatenfreie, paraffinische Weißöle. Als Weichmacher in Gummimischungen bieten sie hervorragende Farbstabilität, geringe Volatilität und niedrige Schwefelwerte. Shell Ondina-Öle sind mit einer Vielzahl von Polymeren kompatibel, darunter zum Beispiel BR, EPDM, IIR und NR.

Naphthenische Mineralöle: Naphthenische Mineralöle sind eine weitere Art von Mineralölweichmachern, die in der Kautschukverarbeitung verwendet werden und vorwiegend naphthenische, das heißt cycloalkanische Verbindungen enthalten.

• Prozessöle: HyPrene-Öle von Ergon International entstehen durch die Raffination von Rohöl. Im Vergleich zu paraffinischen Produkten bieten sie eine höhere Löslichkeit und tragen so zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften von Elastomeren bei.Sie lassen sich durch ihre Eigenschaften (unter anderem deutlich niedrigere Pourpoints) auch bei niedrigen Temperaturen hervorragend verarbeiten. HyPrene ist kompatibel mit vielen Polymeren (zum Beispiel NR, SBR, EPDM, BR und NBR). Nordmann-Partner Ergon International bietet sie in verschiedenen Viskositäten an.
• EcoPrene-Prozessöle von Ergon International sind teilweise biobasierte Öle, die eine verbesserte Umweltbilanz vorweisen und ISCC+ zertifiziert sind.

Aromatische Mineralöle: Aromatische Mineralöle wie TDAE, RAE und MES sind aufgrund ihrer geringen Kosten und ihrer guten Löslichkeit beliebt. Sie verbessern die Dispersion von Ruß und führen zu einer erhöhten Reißfestigkeit und einem besseren Weiterreißwiderstand.

• Aurora Process Oils von Ergon International sind eine nachhaltige Alternative zu aromatischen Mineralölen und zu 100% biobasiert.
• Auch naphthenische Mineralöle können durch Ihre Zusammensetzung und Eigenschaften aromatische Mineralöle ersetzen. So kann zum Beispiel Hyprene L2000 von Ergon International TDAE und RAE ersetzen, Hyprene L1200 dient als guter Ersatz für MES.

Synthetische Weichmacher umfassen monomere und polymere Ester, Phosphate, Ether und Thioether, Phthalate sowie Flüssigpolymere.

Monomere Ester werden synthetisch durch Reaktion von Carbonsäuren mit Alkoholen hergestellt. Je nach verwendeter Carbonsäure und Alkohol lassen sich diese Ester unter anderem in Adipate, Sebacate und Trimellitate unterscheiden:

• Adipinsäureester (Adipate) wie Glyplast DOA und Glyplast DIDA von Condensia kommen häufig zum Einsatz, um Tieftemperatureigenschaften von Elastomeren zu verbessern. Sie bieten eine gute Kombination aus geringer Flüchtigkeit und Kälteverhalten. Darüber hinaus eignen sie sich als Weichmacher besonders für Polymere wie ACM, AEM, CR oder NBR und stellen damit sehr gute Alternativen zu Phthalaten dar. Bei Glyplast 801 und Glyplast 803 handelt es sich um optimierte Adipinsäureester, deren Servicetemperaturen gegenüber DOA und DIDA optimiert sind und Bereiche von -50 bis 175-180 °C abdecken.
• Sebazinsäureester (Sebacate) wie Glyplast DOS und Glyplast DIDS werden vor allem verwendet, um die Kälteflexibilität zu optimieren, da sie hervorragende Tieftemperatureigenschaften besitzen. Darüber hinaus bieten sie eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Alterung und Oxidation. Dies verlängert die Lebensdauer der Gummiprodukte. Sebacate-Weichmacher sind auch für ihre geringe Flüchtigkeit bekannt, was zu einer geringeren Emission von flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) führt. Ihre hohe Verträglichkeit mit verschiedenen Elastomeren wie CR, CM, CSM und NBR machen sie vielseitig einsetzbar und verbessern die mechanischen Eigenschaften der Gummimischungen erheblich.
• Trimellitsäureester (Trimellitate) bieten eine sehr geringe Volatilität und eine gute Beständigkeit gegen hohe Temperaturen. Sie werden oft als Ersatz für Phthalate verwendet und sind sehr gut mit ACM, AEM, NBR und HNBR kompatibel. Glyplast TML810 von Condensia besteht zu 70 % aus nachhaltigen Rohstoffen und leistet damit einen bedeutenden Beitrag zur Nachhaltigkeit. Darüber hinaus bietet es eine höhere Hitzebeständigkeit als Glyplast TMO (auch bekannt als TOTM). Phthalate: DINP, DOTP, DOP, DIDP und Glyplast DTDP
• Ausgewählte Phtalate sind bereits als fortpflanzungsgefährdend eingestuft. Laut Umweltbundesamt steht DINP und DIDP zudem im Verdacht, sich in hohem Maße in Organismen anzureichern. Ergon International hat auf Basis nachhaltiger Rohstoffe eine Alternative für industrielle Anwendungen entwickelt: Aurora PHFree.

Polyester-Weichmacher sind polymerisierte Ester und lassen sich als Reaktionsprodukte von Alkoholen und Carbonsäuren herstellen. 

• Polymerisierte Ester-Weichmacher zeichnen sich vor allem durch erhöhte Migrations- und Extraktionsbeständigkeiten aus. Sie bieten darüber hinaus eine ausgezeichnete Verträglichkeit mit verschiedenen Polymeren wie NBR/PVC, HNBR und CO/ECO. Die Polyester-Weichmacher der Serie Glyplast 206/X NL von Condensia bilden ein breites Viskositätsspektrum ab (850 – 9000 cP). Sie weisen eine geringere Flüchtigkeit auf und sind hochtemperaturstabil. Die Weichmacher-Serie Glyplast 20K/X NL von Condensia zeichnet sich durch eine erhöhte Temperatur- und Wasserbeständigkeit aus. Für extreme Anforderungen an die Migrationsbeständigkeit eignet sich Glyplast 1070C mit einer Viskosität von 15.000 cP.

Phosphate oder Phosphorsäureester lassen sich oft als flammwidrige Weichmacher einsetzen. Sie sind mit unpolaren Kautschuken nur in geringen Mengen verträglich. 

Flüssigpolymere

• KURARAY LIQUID RUBBER umfasst flüssigen Isoprenkautschuk (LIR) und flüssigen Butadienkautschuk (LBR). Diese hochviskosen synthetischen Kautschuke basieren auf Isopren, Butadien und Styrol. Sie sind farblos, transparent, fast völlig geruchlos und haben einen niedrigen VOC-Gehalt.
• Die verschiedenen Typen von KURARAY LIQUID RUBBER dienen als reaktive Weichmacher und haben im Vergleich zu anderen Weichmachern ein deutlich höheres Molekulargewicht. Sie sind co-vulkanisierbar und reduzieren die Migration erheblich. Die Verwendung von KURARAY LIQUID RUBBER in der Phase der Gummimischung verkürzt die Verarbeitungszeit, während die physikalischen Eigenschaften auf ähnlichem Niveau bleiben. Zu den üblichen Anwendungen gehören Reifen, Riemen, Schläuche und andere technische Gummiartikel.
• Kuraray hat eine neue Art von Flüssiggummi (LIR, LBR, L-SBR) entwickelt, den so genannten Flüssigfarnesenkautschuk (LFR). Das Produkt basiert auf natürlichen und nachhaltigen Rohstoffen und enthält eine polymerisierte Form von β-Farnesen (ein erneuerbares Monomer). Durch etablierte Fermentationsprozesse wandeln proprietäre Hefestämme Zuckerquellen (zum Beispiel Zuckerrohr) in β-Farnesen um. 

Lucant 

Lucant von Mitsui Chemical ist ein Ethylen/α-Olefin-Oligomer und damit ein synthetisches Weichmacher-Öl. Es verleiht, im Vergleich zu Mineralölen, vor allem EPDM-Mischungen verbesserte Verarbeitbarkeit, Flexibilität, Hitze- und Kältebeständigkeit, sowie optimierte Gleit- und Entschäumungseigenschaften. Damit stellt Lucant eine ausgezeichnete Wahl für Anwendungen wie Förderbänder, Dämpfer und Dichtungen dar. Insbesondere die mechanischen Eigenschaften wie Zugfestigkeit und Bruchdehnung bei hohen Temperaturen werden durch den Einsatz von Lucant nennenswert verbessert, ebenso die Verarbeitungseigenschaften auf der Walze durch die erhöhte Klebrigkeit. Mit Hilfe von Lucant lässt sich der Druckverformungsrest von Mischungen wesentlich verringern. Diese Eigenschaft macht das Produkt besonders geeignet für den Einsatz in Dämpferanwendungen. Lucant ist in unterschiedlichen Viskositäten verfügbar.

Pflanzliche Öle wie Palmöl, Sojabohnenöl, Rapsöl und Sonnenblumenöl und deren Derivate enthalten Fettsäuren, die eine weichmachende Wirkung auf Kautschuk haben können. 

• Prozessöle: RBD Vegetable Oils von Ergon International sind umweltfreundliche Prozessöle, die speziell für die Verwendung in Gummimischungen entwickelt wurden. Diese Öle lassen sich aus raffinierten, gebleichten und desodorierten pflanzlichen Ölen herstellen. Dies macht sie zu einer nachhaltigen Alternative zu herkömmlichen mineralischen Ölen. Sie bieten eine hervorragende thermische Stabilität und Oxidationsbeständigkeit. Dadurch verlängert sich die Lebensdauer der Gummiprodukte. Darüber hinaus verbessern RBD Vegetable Oils die mechanischen Eigenschaften der Gummimischungen, indem sie die Flexibilität und Elastizität erhöhen. Ihre geringen Flüchtigkeiten führen zu einer reduzierten Emission von flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs). Insgesamt tragen RBD Vegetable Oils von Ergon International zur Herstellung von leistungsfähigen und langlebigen Gummiprodukten bei, die sowohl in heißen als auch in kalten Umgebungen zuverlässig funktionieren.
• Epoxidiertes Sojaöl ist ein Derivat von Sojabohnenöl, das durch Epoxidierung hergestellt wird. Epoxol von FACIwird häufig als natürlicher Weichmacher für Kautschuk verwendet, da es eine gute Weichmachungswirkung hat und gleichzeitig umweltfreundlicher als einige, synthetische Weichmacher ist.
• Weitere, natürliche Weichmacher sind Harze wie Kolophonium, Gummiharz und Dammarharz sowie Steinkohlenteerpech, das sich als Naturprodukt aus der Destillation von Steinkohlenteer gewinnen lässt.

Neben den in der Gummiindustrie weit verbreiteten Weichmachern gibt es für spezielle Anwendungen weitere Produkte: 

• Antistatika: Bei Glyplast AS3 von Condensia handelt es sich um einen polymeren Weichmacher mit hoher Polarität, der zur Verbesserung antistatischer Eigenschaften konzipiert wurde.  Er zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, die elektrische Resistivität der Gummimischungen nach kurzer Zeit durch Aktivierung mit Luftfeuchtigkeit erheblich zu reduzieren. Erist der einzige Weichmacher auf dem Markt, der diesen Effekt in rußfreien Mischungen erzeugt. Dieser Effekt tritt an der Oberfläche auf und kann durch Abrasion verringert beziehungsweise aufgehoben werden. Glyplast AS3 ist FDA zugelassen. 
• Alternativ und in Kombination kann Glyplast AS809 verwendet werden. Der antistatische Effekt, den dieser Weichmacher besitzt, ist nicht oberflächlich, sondern er wirkt innerhalb der Kautschukmischung und kann daher auch durch Abrasion und Reibung nicht entfernt werden. Glyplast AS809 ist „nicht FDA approved“. 
• Entformungshilfen: Speziell für die Entformung von polaren ACM/AEM Elastomer-Mischungen wurde Glyplast 706/5 entwickelt. Dieses, auf Wasser basierende Weichmacher-Öl, verringert die Anzahl von Reinigungszyklen. Es lässt sich durch Destillation wiedergewinnen und daher mehrfach verwenden.

Weichmacher sind ein zentraler Bestandteil der Polymerverarbeitung. Durch ihre gezielte Auswahl und Anwendung lassen sich die Materialeigenschaften und die Verarbeitbarkeit von Polymeren maßgeblich beeinflussen. Sie ermöglichen die Herstellung maßgeschneiderter Produkte mit spezifischen Funktionen und tragen damit entscheidend zur Leistungsfähigkeit moderner Werkstoffe bei.