Dodatki

Aditivi so materiali, ki jih v majhnih količinah dodajamo plastiki in s tem izboljšamo njene lastnosti. Razvrščajo jih glede na njihovo funkcijo na: modifikatorje, izboljševalce lastnosti in tehnološke dodatke. Modifikatorji se uporabljajo za izboljšanje trdnosti, udarne in kemijske obstojnosti in za transformacijo materiala v popolnoma novo stanje. V to kategorijo uvrščamo mehčala, kemijska penila, oprijemala, žilavostne modifikatorje, organske perokside, zamreževala in nukleirna sredstva. Izboljševalci lastnosti zagotavljajo, da material ostane stabilen med predelavo in pri uporabi. Ta kategorija vključuje zaviralce gorenja, toplotne stabilizatorje, antioksidante, svetlobne stabilizatorje in antistatike. Tehnološki dodatki so tretja kategorija, uporabljajo pa se za izboljšanje kompaundiranja ali brizganja osnovnega materiala. Tehnološki dodatki so gladila, ločila za kalupe, protiblokirna sredstva in protidrsna sredstva.

Zaviralci gorenja oz. dodatki za samogasnost lahko pri procesu izgorevanja delujejo na različne načine. Postopek je kompleksen, glede na proces gorenja, kemijsko zgradbo polimera in pogoje, npr. PC in PPS imata zaradi zgradbe polimernih verig že sama dobre ognjeodporne lastnosti. Tudi PVC je zaradi visoke vsebnosti klora samogasen. Dodatki delujejo lahko fizikalno, npr. z razredčenjem plastike kot negorljiva polnila, s sproščanjem negorljivih plinov, npr. vodne pare, ali pa s hlajenjem izdelka, pri endotermni reakciji aditiv porablja toploto. Pride lahko do tvorbe trdnega ali plinastega zaščitnega sloja, npr. aluminijevega hidroksida, ki ščiti pred dovodom kisika in nadaljnjim gorenjem materiala. Najpomembnejši dodatki so fosforne in spojine na melaminski osnovi, kovinski hidroksidi, ekspandirni grafit in slojevite gline.
Antioksidanti se uporabljajo za zmanjšanje oksidacijske razgradnje polimerov. Kisik in toplota povzročata termooksidacijsko razgradnjo, do katere lahko pride med predelavo, skladiščenjem in uporabo izdelka. Polovico porabe antioksidantov v termoplastih predstavljajo fenolni antioksidanti, tretjino organski fosfiti in 8 % tioestri.

UV-stabilizatorji so potrebni skoraj v vseh polimerih. UV-svetloba in kisik povzročata pri večini polimerov pričetek razgradnje. Na plastičnih izdelkih so znaki razgradnje vidni kot razbarvanje, izguba površinskih lastnosti, poslabšanje fizikalnih in mehanskih lastnostih. UV- razgradnja in fotooksidacija lahko v polimeru potekata vzporedno ali pa ena za drugo. Količinsko predstavljajo prostorsko ovirani amini HALS približno polovico svetlobnih stabilizatorjev, sledijo jim saje in UV-absorberji tipa benzotriazol, benzofenon in triazin. Primer: PP brez stabilizatorjev postane zaradi terciarnih atomov pri spoju stranskih verig pri 135 °C ali na UV krhek že v nekaj dneh.
Žilavostni dodatki so ključni za povečanje prožnosti in udarne žilavosti, občutljivosti na zareze in razpoke, vključujejo pa elastomerno komponento za absorbiranje ali razpršitev energije udarca. TPE se uporablja za PP in PA, blok kopolimeri za PS, akrilat in kloriran polietilen CPE za PVC.
Nukleirni dodatki NA se uporabijo za izboljšanje kristaliničnosti in s tem večino lastnosti ter za zmanjšanje celic pri proizvodnji pen in s tem povečanje izolativnosti. Anorganski NA so talk, in nanooksidi kot silika in kalcit, organski pa policiklični aromati, amidi in soli kislin – cinkov citrat, fenilfosfonat, pirimidin in polimeri. Učinek NA na PP, TPU ali PHA je lahko do 100 %.
Plastifikatorji (mehčala) naredijo plastiko in gumo mehkejšo in prožnejšo, plastično, zmanjšajo viskoznost in trenje med predelavo. So nizkohlapne tekočine ali trdne snovi. Najbolj poznani so ftalati. Dodajajo jih PVC, ki je sicer trd in krhek, da postane mehak in upogljiv in primeren za zavese, talne obloge, oblačila, torbe, prožne cevi in kable. Trg mehčal je 7,5 mt oz. 15 milijard ameriških dolarjev z rastjo 4,12 %. Trend je prehod na visokomolekulske ortoftalate DINP in DIDP, ki so deklarirani kot varni.
Polnila in ojačala so trdne snovi, ki na osnovi svojih fizikalnih in kemijskih lastnosti odločilno vplivajo na lastnosti osnovnega materiala. Površina delcev polnila mora biti intenzivno v kontaktu s polimerom. Trg polnil presega 10 milijard ameriških dolarjev pri rasti 5,2 %. Vsa polnila, tudi tipi s kroglastimi delci, npr. kreda ali steklene kroglice, zvišajo E-modul in togost termoplastov. Pri ojačitvi z vlakni (ojačali) je precej izboljšana natezna trdnost in togost, posebej pri povišani temperaturi. Karbonat, talk, kaolin in wolastonit predstavljajo 80 % porabe polnil; talk 300 nm se uporablja kot jedra za kristalizacijo. Organska polnila so lesna vlakna, juta, bombažni kosmiči, viskoza, mlete orehove in riževe lupine, lignin in pluta. Polnila se v mnogih polimerih in procesih uporabljajo v malih doziranih količinah, takrat je ugodneje uporabiti koncentrat (masterbatch).
Steklena vlakna premera 13 µ imajo za ojačitev termoplastov največji pomen. Tipi stekla: A – alkalno odporno, D – dielektrično steklo, E – za elektroindustrijo, M – visokomodulno steklo, R – temperaturno obstojno in S – visokotrdno steklo za letala. Močnejšo vez s plastiko dosežemo z uporabo oprijemal iz anorganske in organske komponente. Z dodatkom 30 % steklenih vlaken podvojimo natezno trdnost, potrojimo E-modul, znižamo razteznostni koeficient, skrček zmanjšamo na tretjino, kompaundi po trdnosti presegajo Al in Mg.
Steklene kroglice so novejša, do 10-krat lažja ojačala, z gostoto votlih kroglic 0,3–0,6 g/cm³, premer je 10–250 µ. Izboljšajo tečljivost talin in dajejo boljšo porazdelitev napetosti.
Sintetična ojačitvena vlakna iz PET in PVA izboljšajo žilavost, iz aromatskih poliamidov (aramid) imajo visoko trdnost in E-modul 2-krat večji, kot je pri steklenih vlaknih. Ogljikova in grafitna vlakna so za letalsko industrijo, saj imajo pri nižji teži specifični E-modul 4,5-krat večji kot jeklo, grafitna tudi 3–9-krat višjo togost kot titan. Trg sintetičnih vlaken obsega 109 mt oziroma 66 milijard ameriških dolarjev z rastjo 6 %.
Naravna vlakna se zaradi visoke specifične trdnosti predvsem konopljinih, lanenih in vlaken ramije lahko uporabljajo za lahke izdelke in imajo ekološke ter mnoge tehnične prednosti pred steklenimi vlakni: so 2-krat lažja, cenejša, obnovljiva in biorazgradljiva, se enostavno reciklirajo, porabijo manj energije, so CO₂ nevtralna, povzročajo manjšo abrazijo strojev, ne pa zdravstvenega tveganja.