Alterungsschutzmittel für Elastomere

Alterungsschutzmittel sind Zusatzstoffe in Gummimischungen bzw. Compounds, die Elastomere gezielt vor schädigenden Umwelteinflüssen schützen. Sie verlängern die Lebensdauer von Dichtungen, O-Ringen, Profilenund Formteilen, weil sie Alterungsprozesse bei Elastomeren bremsen, die sonst zu Härteänderungen, Rissbildung und Funktionsverlust führen können.

Warum Gummiwerkstoffe Alterungsschutzmittel brauchen

Elastomere verändern sich im Einsatz durch physikalische und chemische Einflüsse. Typische Alterungstreiber sind:

• Wärme und Temperaturwechsel(thermo-oxidative Alterung)
• Sauerstoff und Ozon (Ozonrisse, Oberflächenangriffe)
• UV-Strahlung und Witterung (Photooxidation)
• mechanische Wechselbeanspruchung (Mikrorisse wachsen unter Bewegung)
• Medienkontakt (z. B. Öle, Kraftstoffe, Chemikalien) – kann Alterung beschleunigen oder durch Quellung/Extraktion die Eigenschaften verändern

Die Folgen zeigen sich oft schleichend: Ein Elastomer wird mit der Zeit härter oder – je nach Rezeptur und Medium – auch weicher, verliert Rückstellkraft und wird rissanfälliger. Typisch sind Versprödung, feine Oberflächenrisse bis hin zu sichtbaren Ozonrissen, außerdem Maß- und Formänderungen durch Quellung oder Migration von Weichmachern. In Dichtungen äußert sich das häufig darin, dass die Vorspannung abnimmt und der Druckverformungsrest steigt – die Dichtstelle wird empfindlicher gegenüber Toleranzen, Temperaturwechseln und Druckspitzen.

Welche Alterungsschutzmittel gibt es

Alterungsschutzmittel werden je nach Werkstoff und Anwendung ausgewählt. Häufige Gruppen sind:

• Antioxidantien
  Verlangsamen Oxidationsprozesse, besonders bei Wärmebelastung.
• Antiozonantien
  Reduzieren Ozonangriff und die Neigung zu Ozonrissen, vor allem bei Elastomeren mit Doppelbindungen (z. B.NBR, NR).
• UV-Stabilisatoren / Lichtschutzmittel
  Dämpfen UV-bedingte Abbauprozesse und verbessern die Beständigkeit bei Außenanwendungen.
• Schutzwachse
  Bilden an der Oberfläche eine dünne Schutzschicht („Blooming“), die Ozon und Witterungseinflüsse abpuffert – besonders bei eher statischen Bauteilen.

Ein wichtiger Hinweis zur Anwendungsgrenze von Schutzwachsen: Bei dynamisch beanspruchten Bauteilen – Faltenbälge, Membranen, bewegte Profile – reißt die spröde Wachshaut unter Verformung ständig auf. An diesen Rissstellen konzentriert sich der Ozonangriff, was das Bauteil schneller schädigt, als wenn kein Wachs vorhanden wäre. Für dynamische Anwendungen sind chemisch wirkende Antiozonantien, die im Polymernetzwerk verankert sind, zwingend erforderlich.

Bei der Auswahl ist zudem zwischen verfärbenden und nicht-verfärbenden Alterungsschutzmitteln zu unterscheiden. Die wirksamsten Antiozonantien und Antioxidantien – etwa Verbindungen auf PPD-Basis – sind verfärbend: Das Bauteil selbst dunkelt unter Lichteinfluss nach, und die Substanzen können in angrenzende Materialien migrieren und dort Kontaktverfärbungen an hellen Kunststoffen oder Lackoberflächen verursachen. Für sichtbare Bauteile oder Anwendungen mit hellen Kontaktmaterialien müssen gezielt nicht-verfärbende Alterungsschutzmittel gewählt werden – mit dem Wissen, dass deren Schutzwirkung in der Regel geringer ist.

In der Praxis werden diese Additive oft kombiniert, weil Alterung selten nur durch einen einzigen Mechanismus entsteht.

Darum sind Alterungsschutzmittel in der Dichtungstechnik gefragt

In der Dichtungstechnik entscheidet Alterungsbeständigkeit häufig über die Standzeit. Eine Dichtung kann im Neuzustand alle technischen Anforderungen erfüllen und dennoch im Feld versagen, wenn UV, Ozon, Wärme oder Medienkontakt das Fertigteil über die Zeit belasten. Alterungsschutzmittel sind deshalb ein wichtiger Hebel, um die Lebensdauer von Elastomer-Dichtungen zu verlängern, Rissbildung und Versprödung zu vermeiden und Härte sowie Rückstellkraft über Jahre stabil zu halten.

Ein weiterer Aspekt beim Compounding: Schutzwachse müssen an die Oberfläche ausblühen, um zu wirken. Dieser Belag wirkt gleichzeitig als Trennschicht. Bei Bauteilen, die im weiteren Prozess verklebt, bedruckt oder als Teil eines Verbundbauteils gefügt werden sollen, kann dieser Belag die Haftung erheblich beeinträchtigen. Dosierung und Wahl der Alterungsschutzmittel müssen deshalb immer auch die nachgelagerten Fertigungsschritte berücksichtigen.

Das macht Dichtstellen weniger empfindlich gegenüber Temperaturwechseln, Toleranzen und wechselnden Betriebsbedingungen – besonders bei Außenanwendungen, in der Automobiltechnik, im Maschinenbau oder überall dort, wo Wartungsintervalle lang sind.