Farbentwicklung sowie das sichere Einfärben von Kunststoffen gehören zu einem der anspruchsvolleren Arbeitsgebiete im Rahmen der Compoundierung. Der gesamte Rezepturcocktail eines Compounds bietet zahlreiche komplexe Faktoren, die den Veredelungsprozess und auch die Fertigteileigenschaften beeinflussen. Insbesondere die mögliche Wechselwirkung zwischen Farbpigmenten und anderen Komponenten wie zum Beispiel Füllstoffen spielt eine entscheidende Rolle und bedarf größter Sorgfalt, möchte man eine Veränderung physikalischer Eigenschaften des Materials vermeiden.
Wovon hängt die Farbpigment-Auswahl ab?

Zunächst muss das jeweilige Polymer berücksichtigt werden, da jeder Kunststoff anders zu bewerten ist. Der offensichtlichste Unterschied ist hierbei die Verarbeitungstemperatur in der Compoundierung und in der Formgebung. Aber auch Eigenschaften wie die Kristallinität der exakten Type beeinflussen das optische Erscheinungsbild. Dieser Einfluss kommt insbesondere bei transluzenten oder opaken Farben zum Tragen.

Die Auswahl des Farbmittels hängt zudem von den Verarbeitungsbedingungen – zum Beispiel gewöhnlicher Spritzguss oder Heißkanaltechnik – ab. Die Heißkanaltechnik zeichnet sich dadurch aus, dass das Angusssystem vom restlichen Werkzeug getrennt beheizt wird, um die Fließfähigkeit der Kunststoffschmelze stetig aufrecht zu halten. Die Schmelze und somit auch die Farbmittel werden dadurch aber einer höheren thermischen Belastung ausgesetzt. Deshalb muss die Auswahl der Farbpigmente auch immer unter Berücksichtigung des jeweiligen Verarbeitungsprozesses erfolgen.

Ein weiteres Auswahlkriterium ergibt sich aus der Anwendungsfunktion. Handelt es sich um eine relativ kurzlebige Anwendung für den Büroalltag oder für eine langlebige Außenanwendung? In diesem Falle sind klimatische Bedingungen wie Licht, Temperatur, Feuchtigkeit oder UV-Beständigkeit entscheidende Kriterien, um Farbmittel mit der geeigneten Lichtechtheit auszuwählen. Eine besondere Herausforderung ist das Einfärben von Thermoplastischen Elastomeren. Das Sortiment von Albis Plastic umfasst beispielsweise phenolisch und peroxidisch vernetzte Serien.

Einfärben von TPE

In TPV können nicht alle Farbmittel eingesetzt werden, die sich für herkömmliche Polyolefine eignen – so müssen Wechselwirkungen zwischen Farbmitteln und dem Vernetzungssystem vorab gründlich untersucht werden. Insbesondere beim peroxidisch vernetzten TPV können daher nicht alle Pigmente verwendet werden. Das phenolisch vernetzte TPV ist eher gelblich. Wenn das Grundpolymer nun eine deutliche Eigenfarbe aufweist, lässt sich eine helle, brillante Farbe kaum mehr erzeugen – hierfür eignen sich eher die peroxidisch vernetzten Produkte, da sie sich durch eine bessere Eigenfarbe auszeichnen.

Die Auswahl der Farbmittel wird auch durch den hohen Ölanteil eingeschränkt, da ein besonderes Augenmerk auf das Migrationverhalten gelegt werden muss. Darüber hinaus stellt die Dispergierung von Pigmenten im TPV eine besondere Herausforderung dar.

Anforderungen der Applikation sind zu beachten

Auch regulatorische Vorgaben beeinflussen die Auswahl aller Rezepturkomponenten. Für Anwendungen aus dem Healthcare-Sektor, der Verpackungsindustrie für Lebensmittel oder Spielzeugherstellung steht je nach Polymer nur eine begrenzte Anzahl verwendbarer Farbmittel zur Verfügung (s. Grafik). Aufgrund der unterschiedlichen Temperaturbelastungen reduziert sich die zur Verfügung stehende Auswahl mit steigender Temperatur. Bei Polyolefinen (PE/PP) beläuft sich diese Anzahl auf 70 verschiedene Farbmittel, bei Polyamid lassen sich schon nur noch bis zu 50 Farbmittel einsetzen und bei einem PPS, das bei Albis die höchste Verarbeitungstemperatur der im Sortiment verfügbaren Kunststoffe aufweist, stehen schließlich nur noch 7 Farbmittel zur Verfügung, die den Verarbeitungsbedingungen gerecht werden.

Beim Einsatz von Polyamid für Anwendungen mit Foodcontact reduziert sich unter Berücksichtigung der entsprechenden Regularien die Anzahl sogar auf 25 Farbmittel, aus denen überhaupt eine Farbe zusammengestellt werden darf. Normung versus Kundenanforderungen – ein Dilemma für Compoundeure Farbmittelhersteller und Verarbeiter beziehungsweise OEM haben ein sehr unterschiedliches Verständnis, was die Farbtoleranzen und insbesondere die Farbstabilität angeht. Denn während Pigmenthersteller ihre Produkte mit einem maximalen Delta E von 3 Cielab nach DIN EN 12877 als konstant bewerten, fordern Kunden oftmals nur eine Toleranz von Delta E kleiner 1. Der Compoundeur stellt das Verbindungsglied zwischen diesen beiden Welten dar und muss entsprechend agieren.

Albis führt aus diesem Grund zahlreiche weitere interne Tests durch und betreibt eine umfangreiche Grundlagenarbeit zur Evaluation von neuen Farbmitteln. Bevor ein neues Farbmittel in Rezepturen eingesetzt werden darf, müssen alle Tests in dementsprechenden Polymeren positiv verlaufen. Dazu werden neben der Überprüfung des Migrationsverhaltens, wie zum Beispiel Spritzgussversuche, durchgeführt, in denen die Standzeit der Polymerschmelze künstlich verlängert und künstlich auf ungewöhnlich hohe Werte gesteigert wird; damit wird sichergestellt, dass ausschließlich Produkte mit ausreichender Performance eingesetzt werden.

Detaillierte Informationen vereinfachen die Entwicklung

Bei dieser Anzahl von Anforderungen an die Pigmententwicklung hilft im Vorfeld eine vollständige Beschreibung der Zielfarbe seitens des Kunden. Häufig stehen nur kleine Muster mit krummen und gewölbten Oberflächen für die Farbnachstellung zur Verfügung. Weiterhin muss regelmäßig mit lackierten Mustern, Papierkarten oder Stoffmustern gearbeitet werden. Diese sind jedoch für eine hochwertige Entwicklung äußert ungeeignet. Im Idealfall werden deshalb Farbmuster mit einer planen und glänzenden Oberfläche aus Kunststoff bereitgestellt. Diese müssen groß genug sein, damit sie sowohl visuell als auch messtechnisch gut mit dem Entwicklungsmaterial verglichen werden können.

Aufgrund der zahlreichen oben beschriebenen Wechselwirkungen sind auch weitere Informationen zum Verarbeitungsverfahren und zur Applikation unabdingbar. Hier sind insbesondere Punkte wie Dauergebrauchstemperatur, Medienkontakt oder spezielle Sonderprüfungen zu nennen.

Fakuma 2014: Halle/Stand A3/3105

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Über den Autor

Dr. Eric Richter ist Director Product Development bei Albis Plastic, Hamburg.