Kann man vorhersagen, wie lange ein Kunststoff seine Eigenschaften behält? Ist es möglich zu überprüfen, wie wirksam ein Material Alterungsprozessen widerstehen wird, noch bevor es über viele Jahre hinweg im Einsatz ist? Die Antwort lautet: Ja. Eines der effektivsten Werkzeuge, die wir bei Almara zu diesem Zweck einsetzen, ist die OIT-Prüfung (Oxidation Induction Time), also die Messung der Oxidationsinduktionszeit. Sie ermöglicht es, die Beständigkeit eines Materials bereits im Labor zu bewerten – lange bevor das Produkt dem Test der Zeit ausgesetzt wird.
Auch wenn der Name kompliziert klingt, ist das Prinzip der Prüfung relativ einfach. Kunststoffe unterliegen – wie viele andere Materialien – im Laufe der Zeit Oxidationsprozessen. In der Praxis bedeutet dies eine schrittweise Degradation der Materialstruktur, die zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften, Veränderungen des Erscheinungsbildes und einer verkürzten Lebensdauer führen kann. Dies betrifft Materialien, denen wir täglich begegnen: Wasser- und Gasrohre, die für Jahrzehnte im Boden verlegt werden, Verpackungsfolien, Konstruktionsbauteile oder Fahrzeugkomponenten. Um dies zu verhindern, werden den Materialien spezielle Stabilisatoren zugesetzt – sogenannte Antioxidantien. Die OIT-Prüfung ermöglicht die Bewertung, wie wirksam diese Zusätze das Material vor Alterung schützen. Das Prinzip ist einfach: Je länger der OIT-Wert, desto höher die Beständigkeit des Materials gegenüber Degradation.
Die Messung erfolgt mit einem Dynamisches Differenzkalorimeter (DSC – Differential Scanning Calorimetry). Eine kleine Materialprobe wird in einen Tiegel – aus Aluminium, Keramik oder Kupfer, abhängig vom zu untersuchenden Material – eingebracht und in einer inerten Gasatmosphäre, meist Stickstoff, auf eine definierte Temperatur erhitzt. Anschließend wird der Stickstoff durch Sauerstoff ersetzt, und die Messung beginnt. Die OIT wird als die Zeit bestimmt, die vergeht, bis das Material mit Sauerstoff reagiert, also zu oxidieren beginnt.
Die OIT-Methode wird vor allem bei folgenden polymeren Werkstoffen eingesetzt:
- Polyethylen (PE)
- Polypropylen (PP)
- Verschiedene Polymerverbundwerkstoffe
Untersucht werden können Granulate, Pulver und Rohstoffe ebenso wie Fertigprodukte, Halbzeuge oder Proben aus Bauteilen, die bereits viele Jahre im Einsatz waren. Dadurch findet die OIT-Prüfung Anwendung in Forschung und Entwicklung, der Qualitätskontrolle sowie bei Schadensanalysen.
Für Hersteller und Anwender liefern OIT-Ergebnisse wertvolle Informationen über die Materialqualität und die Wirksamkeit des eingesetzten Stabilisatorpakets. Sie ermöglichen den Vergleich verschiedener Rezepturen, die Überwachung von Veränderungen während der Verarbeitung sowie die Bewertung der Auswirkungen von Alterungsprozessen auf die Produkteigenschaften. Mit anderen Worten: Die OIT-Prüfung erlaubt es, die Zukunft eines Materials vorherzusagen. Dadurch können Hersteller fundierte Entscheidungen hinsichtlich Zusammensetzung, Qualität und Haltbarkeit ihrer Produkte treffen, bevor diese einer langjährigen Nutzung ausgesetzt werden.
Bei Almara bilden solche Untersuchungen eine der Grundlagen unserer Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten. Wir beschränken uns nicht auf die Qualitätskontrolle fertiger Produkte, sondern suchen aktiv nach neuen Lösungen, analysieren die in Materialien ablaufenden Mechanismen und überprüfen die Wirksamkeit verschiedener Konzepte bereits im Laborstadium. Die Kombination aus spezialisiertem Fachwissen, der Erfahrung unseres F&E-Teams und moderner Prüftechnik ermöglicht es uns nicht nur, die Produktqualität zu kontrollieren, sondern auch Lösungen zu entwickeln und zu optimieren, die den steigenden Anforderungen des Marktes gerecht werden. Dank solcher Untersuchungen treffen wir Entscheidungen auf Basis von Daten und nicht von Vermutungen.
1 + 1 ergibt nicht immer 2 – Die Kraft der Synergie von Antioxidantien
Eines der Projekte, das kürzlich vom Almara-F&E-Team durchgeführt wurde, befasste sich mit der Bewertung verschiedener Antioxidantiensysteme mithilfe von OIT-Prüfungen. Ziel war es nicht nur, die Wirksamkeit einzelner Komponenten zu vergleichen, sondern auch zu untersuchen, ob sorgfältig ausgewählte Kombinationen einen wirksameren Schutz vor Oxidationsprozessen bieten können.
Im ersten Schritt wurde die Wirkung einzelner Antioxidantien separat untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass eines davon (AOX 1) die Oxidationsinduktionszeit mit steigender Konzentration deutlich verlängerte. Dies bestätigte seine hohe Wirksamkeit beim Schutz des Materials vor Degradation.
Ein zweites Antioxidans (AOX 2) führte bei alleiniger Anwendung nicht zu einem vergleichbar starken Anstieg der OIT-Werte. Dies könnte zunächst den Eindruck erwecken, sein Beitrag zur Stabilisierung sei begrenzt. Erst die Untersuchung von Mehrkomponentensystemen offenbarte jedoch seine tatsächliche Bedeutung und zeigte, dass ein scheinbar geringer Effekt einer einzelnen Komponente nicht zwangsläufig auf eine geringe Relevanz für das Gesamtsystem schließen lässt.
Die interessantesten Ergebnisse wurden für eine Formulierung erzielt, die beide Antioxidantien enthielt, wobei die Konzentration von AOX 1 konstant bei 0,5 % gehalten wurde. In diesem Fall war die Oxidationsinduktionszeit deutlich höher als bei jedem der beiden Antioxidantien allein. Dies zeigt, dass die Additive nicht unabhängig voneinander wirkten. Im Gegenteil: Sie unterstützten sich gegenseitig in ihren Schutzmechanismen und bildeten ein System, das wirksamer war, als es die Leistung der einzelnen Komponenten erwarten ließ.
Dieses Phänomen wird als Synergieeffekt bezeichnet. Eine anschauliche Analogie ist die Wechselwirkung von Vitamin C und Eisen im menschlichen Körper: Vitamin C liefert selbst kein Eisen, verbessert jedoch dessen Aufnahme erheblich. Ähnlich verhielt es sich mit dem zweiten Antioxidans: Obwohl es allein keine spektakulären Ergebnisse zeigte, konnte es die Wirksamkeit des ersten deutlich steigern. In der Praxis bedeutet dies, dass eine gezielt entwickelte Kombination von Additiven einen wesentlich besseren Schutz bieten kann als die separate Anwendung mehrerer Komponenten – insbesondere dann, wenn eine davon allein keine außergewöhnlichen Resultate erzielt.
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen haben erneut bestätigt, dass die spannendsten Erkenntnisse in Wissenschaft und Werkstofftechnik häufig nicht in einzelnen Komponenten liegen, sondern in den Wechselwirkungen zwischen ihnen. Die Entdeckung solcher Zusammenhänge ist ein wesentlicher Bestandteil der Forschungs- und Entwicklungsarbeit bei Almara. Durch den Einsatz moderner analytischer Methoden können wir nicht nur die Beständigkeit von Materialien bewerten, sondern auch Lösungen entwickeln, die den Herausforderungen der modernen Industrie besser gerecht werden.
Und dies ist erst der Anfang. Die OIT-Forschung bei Almara wird kontinuierlich fortgesetzt. Wir analysieren weitere Stabilisatorsysteme, testen neue Kombinationen und untersuchen, wie unterschiedliche Verarbeitungsbedingungen die Materialbeständigkeit beeinflussen. Über die Ergebnisse unserer Arbeit werden wir auch künftig regelmäßig berichten.