Die Weichmachermigration gehört zu den Problemen, deren Bedeutung bei der Entwicklung von Butylbändern und Butyl-Dichtschnüren leicht unterschätzt wird. Unmittelbar nach der Herstellung kann eine Mischung sämtliche Anforderungen der Qualitätskontrolle erfüllen: Sie weist die erforderliche Plastizität, Oberflächenklebrigkeit (Tack), Penetration und Haftung auf. Unerwünschte Veränderungen zeigen sich erst nach Wochen oder Monaten der Lagerung oder im Einsatz, wenn die Abdichtung Temperatur, Druck und dem Kontakt mit einem Untergrund ausgesetzt ist.

Auf der Bandoberfläche bildet sich dann ein öliger Film, um die Butylschnur entsteht ein dunkler Rand, das Trennpapier wird durchscheinend und Beton oder Naturstein verfärbt sich. Mitunter nimmt die Haftung zunächst zu, um anschließend deutlich abzunehmen. Häufig wird das Problem mit dem Satz „Der Weichmacher migriert“ beschrieben. Aus verfahrens- und werkstofftechnischer Sicht ist dies jedoch eine zu starke Vereinfachung.

Ähnliche Erscheinungen können durch unterschiedliche Prozesse entstehen: Diffusion niedermolekularer Bestandteile, Phasentrennung, Aufnahme von Öl durch den Untergrund, Verdampfen leichter Fraktionen, Auspressen von Flüssigkeit unter Druck oder sogar Kriechen der gesamten unvernetzten Mischung. Nur wenn der Mechanismus richtig erkannt wird, lässt sich vermeiden, dass eine Rezepturänderung einen Parameter auf Kosten anderer verbessert.

Was genau ist Weichmachermigration?

Ein Weichmacher oder ein anderer niedermolekularer flüssiger Bestandteil ist in der Regel nicht chemisch an die Elastomerketten gebunden. Er befindet sich zwischen den Makromolekülen, erhöht deren Beweglichkeit und senkt dadurch die Viskosität und den Modul des Materials.

Aus Sicht des Stofftransports besteht Migration vor allem in der Bewegung eines Bestandteils aus dem Inneren der Mischung an ihre Oberfläche. Anschließend kann er dort verbleiben, verdampfen oder in ein angrenzendes Material übergehen. Die Diffusion wird durch die Fick’schen Gesetze beschrieben. Die Transportgeschwindigkeit hängt unter anderem vom Diffusionskoeffizienten, der Temperatur, der Konzentration und Molekülmasse des Weichmachers sowie von der Beweglichkeit der Polymermatrix ab.

In der Praxis müssen vier Phänomene unterschieden werden, die ähnliche Symptome hervorrufen können.

1. Innere Migration

Ein flüssiger Bestandteil bewegt sich aus dem Inneren der Mischung zur Oberfläche. Dies ist der klassische diffusive Transportmechanismus.

2. Ausschwitzen der flüssigen Phase (Bleed-out)

Auf der Materialoberfläche erscheinen Tropfen oder ein Ölfilm. Das Ausschwitzen kann nicht nur auf einen schnellen Stofftransport hinweisen, sondern auch darauf, dass die Löslichkeitsgrenze des Bestandteils im Polymersystem überschritten wurde. In diesem Fall ist die Mischung thermodynamisch nicht mehr einphasig.

Untersuchungen an Systemen auf Basis von Butylkautschuk (IIR) zeigen, dass die begrenzte Öllöslichkeit zur Bildung einer mehrphasigen Struktur führen kann: einer Matrix aus gequollenem Kautschuk und darin verteilten ölreichen Domänen. Eine Mischung kann daher unmittelbar nach der Herstellung homogen wirken, obwohl ihre Struktur ein späteres Ausschwitzen von Flüssigkeit begünstigt.

3. Kontaktmigration in den Untergrund

Der Weichmacher sammelt sich nicht immer auf der Butyloberfläche. Besitzt ein Material, das mit dem Band in Kontakt steht, eine hohe Affinität zur flüssigen Phase, kann es diese nach und nach aufnehmen und als Senke für den migrierenden Bestandteil wirken. Dies gilt insbesondere für:

• porösen Beton und Naturstein;
• bituminöse Materialien;
• bestimmte Lack- und Beschichtungssysteme;
• andere Elastomere;
• einige Kunststoffe, darunter solche mit eigenen Weichmachern.

Auf dem Untergrund kann dadurch ein öliger Rand entstehen, obwohl auf dem Band selbst keine ausgeprägte Ölschicht zu sehen ist. Die Norm ASTM C772 zur Ölmigration und zum Ausschwitzen von Weichmachern aus vorgeformten Dichtbändern dient als Referenz bei der Beurteilung dieses Phänomens. In bestimmten Anwendungen kann eine geringe, kontrollierte Migration das Eindringen in einen porösen Untergrund unterstützen. Unkontrollierte Migration beeinträchtigt jedoch in der Regel Qualität und Lebensdauer der Abdichtung.

4. Kaltfluss (Cold Flow), der mit Migration verwechselt wird

Eine unvernetzte Butylmischung ist viskoelastisch und kann unter lang anhaltender Belastung kriechen. Das Austreten von Material aus dem Fügebereich muss daher nicht auf die Migration des Weichmachers allein zurückzuführen sein. Die gesamte Mischung einschließlich Polymer, Füllstoff und flüssiger Phase kann sich bewegen.

Diese Unterscheidung ist unmittelbar praxisrelevant. Ein besser verträgliches Öl kann Bleed-out verringern, ohne die Kriechbeständigkeit zwangsläufig zu verbessern. Eine höhere Vernetzungsdichte kann hingegen den Kaltfluss wirksam begrenzen, löst aber das Problem mangelnder Weichmacherverträglichkeit nicht.

Warum sind Butylbänder und Butylschnüre besonders migrationsanfällig?

Die Einsatzbedingungen dieser Produkte begünstigen die Bewegung flüssiger Bestandteile. Butylbänder und -Dichtschnüre zeichnen sich typischerweise aus durch:

• ein hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen;
• unmittelbaren Kontakt mit einem oder mehreren anderen Materialien;
• einen relativ hohen Anteil flüssiger Bestandteile;
• den Einsatz in einem breiten Temperaturbereich;
• die Notwendigkeit, hohe Klebrigkeit und gute Benetzung des Untergrunds zu erhalten;
• gleichzeitige Anforderungen an Maßhaltigkeit und Widerstand gegen das Herausfließen aus der Fuge.

Bei einer herkömmlichen Kautschukmischung lässt sich der Weichmacheranteil häufig relativ einfach reduzieren. In Butylbändern beeinflussen flüssige Bestandteile wie Öl, flüssiges Polyisobutylen (PIB) oder Polybuten dagegen gleichzeitig Verarbeitbarkeit, Extrusion, Oberflächenklebrigkeit, Untergrundbenetzung (Wet-out), Komprimierbarkeit und Flexibilität bei niedrigen Temperaturen.

Die Entwicklung einer Mischung erfordert daher ein Gleichgewicht zwischen der Beweglichkeit, die für eine dichte Anpassung an den Untergrund nötig ist, und der Stabilität, die die Abdichtung in der Fuge hält.

Welche Bestandteile übernehmen in einer Butylmischung die Weichmacherfunktion?

Bei Butylmischungen wird der Begriff „Weichmacher“ bisweilen zu weit gefasst. Eine Rezeptur für Band oder Schnur kann enthalten:

• Butylkautschuk (IIR);
• mittel- oder hochmolekulares Polyisobutylen (PIB);
• flüssiges PIB oder Polybuten;
• Mineralöl;
• klebrigmachende Harze (Tackifier);
• mineralische Füllstoffe und Pigmente;
• Verarbeitungshilfsmittel;
• ein Vernetzungssystem.

Flüssiges PIB oder Polybuten kann zugleich als Weichmacher, Viskositätsregler und klebrigkeitsfördernder Bestandteil wirken. Die allgemeine Empfehlung „Weniger Weichmacher einsetzen“ reicht daher nicht aus. Zunächst muss festgestellt werden, welche Fraktion tatsächlich migriert: Mineralöl, niedermolekulares Polybuten, eine Harzkomponente oder ein Gemisch mehrerer Stoffe. Erst diese Identifizierung ermöglicht eine gezielte Rezepturanpassung.

Warum ist die Verträglichkeit wichtiger als die Weichmachermenge allein?

Butylkautschuk besitzt einen Kohlenwasserstoffcharakter und eine relativ geringe Polarität. Deshalb kann er mit geeigneten paraffinischen und naphthenischen Ölen sowie Polybutenen gut verträglich sein. In der Formulierungsliteratur wird diese Verträglichkeit unter anderem mit ähnlichen Löslichkeitsparametern der einzelnen Komponenten in Verbindung gebracht.

Das bedeutet jedoch nicht, dass jedes paraffinische Öl gleich gut geeignet ist. Entscheidend sind zugleich:

• Molekulargewichtsverteilung und Viskosität;
• Anteil leichter Fraktionen und Raffinationsgrad;
• paraffinischer oder naphthenischer Charakter;
• Wechselwirkungen mit PIB und dem klebrigmachenden Harz;
• Art, Menge und spezifische Oberfläche des Füllstoffs.

Die Verträglichkeit des Paars IIR–Öl garantiert nicht die Verträglichkeit aller Rezepturbestandteile. Dies ist eine häufige Ursache von Fehleinschätzungen bei der Mischungsentwicklung.

Warum beginnt ein Weichmacher zu migrieren? Sieben Hauptursachen

1. Überschreitung des Rückhaltevermögens der Matrix für die flüssige Phase

Jedes System besitzt bestimmte Grenzen der thermodynamischen Verträglichkeit. Mit steigendem Ölgehalt kann das Öl zunächst in der Polymerphase gelöst bleiben oder darin sehr fein verteilt sein. Oberhalb einer bestimmten Konzentration kann sich jedoch eine separate flüssige Phase bilden.

Eine makroskopische Trennung muss dabei nicht sichtbar sein. Im Material können ölreiche Mikrodomänen entstehen, aus denen der Bestandteil allmählich zur Oberfläche wandert. Deshalb kann eine Mischung mit 20 phr eines passend ausgewählten Öls stabiler sein als eine Mischung mit 15 phr eines unverträglichen Öls. Die Angabe phr – Massenteile eines Bestandteils je 100 Massenteile Kautschuk – entscheidet für sich allein nicht über die Migrationsbeständigkeit.

2. Zu geringe Molekülmasse des Weichmachers

Kleinere Moleküle können sich im Allgemeinen leichter zwischen Polymersegmenten bewegen. Eine höhere Molekülmasse des weichmachenden Bestandteils oder der Einsatz geeigneter Oligomere kann seine Diffusion deshalb verringern. Bei Butylmischungen spricht dies für flüssige PIB- und Polybuten-Typen mit höherer Molekülmasse.

Damit sind jedoch Zielkonflikte verbunden. Meist steigt die Mischungsviskosität und die Extrusion wird schwieriger; mitunter verschlechtern sich auch die Untergrundbenetzung und die Klebrigkeit bei niedrigen Temperaturen. Ein universell bestes Polybuten gibt es nicht – die Auswahl richtet sich nach den Verarbeitungsanforderungen und den Einsatzbedingungen des Produkts.

3. Zu hohe Einsatztemperatur

Mit steigender Temperatur nimmt die Beweglichkeit der Polymersegmente zu, die Diffusion flüssiger Komponenten wird beschleunigt, die Mischungsviskosität sinkt und leichte Fraktionen können verstärkt verdampfen. Ein Band, das bei 23 °C einwandfreie Eigenschaften besitzt, kann daher nach mehreren Wochen bei 70 °C deutliche Veränderungen zeigen.

Bei Produkten für Dach-, Automobil- oder Industrieanwendungen reicht es deshalb nicht aus, die Migration ausschließlich bei Raumtemperatur zu beurteilen.

4. Zu hoher Gesamtanteil der flüssigen Phase

Es ist ein Fehler, den Ölgehalt isoliert von anderen flüssigen Bestandteilen zu betrachten. In die Bilanz gehören Öl, flüssiges PIB oder Polybuten, flüssige Fraktionen der Tackifierharze und sonstige niedermolekulare Additive.

Einzelne Komponenten können mit IIR verträglich sein, während ihre Gesamtmenge die Fähigkeit des Systems übersteigt, eine stabile flüssige Phase zu halten.

5. Zu geringer Anteil hochmolekularer Polymere

Die Ketten hochmolekularer IIR- und PIB-Typen bilden physikalische Verschlaufungen, die das Fließen der Mischung erschweren und den Transport kleinerer Moleküle begrenzen können. Eine Erhöhung des wirksamen Polymerphasenanteils ist daher ein möglicher Weg zu größerer Stabilität.

In älteren Rezepturen für Butylbänder wurden unter anderem höhere Polymeranteile und teilweise vernetztes IIR verwendet, um die Materialfestigkeit bei weiterhin guter Applizierbarkeit zu erhöhen.

6. Ungeeignete Auswahl oder Dispergierung der Füllstoffe

Füllstoffe dienen nicht nur dazu, das Produktgewicht zu erhöhen und die Rezepturkosten zu senken. Sie können auch die Verteilung der flüssigen Phase erheblich beeinflussen. Maßgeblich sind spezifische Oberfläche, Partikelgröße und -form, Oberflächenchemie und -modifizierung, Feuchtigkeit und Dispergiergrad.

Ein Füllstoff mit hoher spezifischer Oberfläche kann die Beweglichkeit der flüssigen Phase teilweise einschränken. Ist er jedoch mit der Kohlenwasserstoffmatrix unverträglich oder unzureichend dispergiert, entsteht eine heterogene Mikrostruktur. In einer scheinbar homogenen Mischung können Bereiche mit hohem Polymer-, Füllstoff- oder Ölgehalt auftreten, die eine spätere Migration fördern.

7. Falsche Mischreihenfolge

Wird Öl zu früh zugegeben, kann die Chargenviskosität stark sinken und die zur Füllstoffdispergierung erforderliche Scherbeanspruchung abnehmen. Die Mischung lässt sich dann zwar leichter verarbeiten, ihre Mikrostruktur kann jedoch weniger homogen sein.

Deshalb wird der weichmachende Bestandteil in der Kautschuktechnik häufig erst nach einer ausreichenden Dispergierung eines Teils der Feststoffphase dosiert. Bei der Herstellung von Butylbändern und -schnüren sollte die Zugabereihenfolge der Rohstoffe als wichtiger Teil des Verfahrens und nicht nur als organisatorische Frage betrachtet werden.

Unvernetzte oder teilweise vernetzte Mischung – worin liegt der Unterschied?

Herkömmliche unvernetzte Butylmischung

Unvernetzte Butylbänder und -schnüre zeigen ein ausgeprägt viskoelastisches Verhalten. Sie benetzen den Untergrund gut, passen sich Unebenheiten an, besitzen hohe Klebrigkeit, füllen Spalten leicht aus und können lange plastisch bleiben. Unter geeigneten Bedingungen lässt sich das Material zudem erneut extrudieren.

Dieselben Eigenschaften bringen Nachteile mit sich: höhere Anfälligkeit für Kriechen (Creep), Kaltfluss (Cold Flow), Herauspressen aus der Fuge (Squeeze-out), Bewegungen der flüssigen Phase und temperaturbedingte Eigenschaftsänderungen. Unvernetzter Butyl ist somit keine schlechtere Variante eines vernetzten Werkstoffs. Er eignet sich lediglich für andere Einsatzbedingungen.

Was verändert die Vernetzung?

Bei der Vernetzung entstehen zwischen Polymerketten Bindungen, die ein dreidimensionales Netzwerk bilden. Dadurch wird die dauerhafte Verschiebung der Ketten gegeneinander eingeschränkt. Je nach Zusammensetzung und Vernetzungsgrad können sich folgende Eigenschaften verbessern:

• Beständigkeit gegen Kriechen und Herauspressen aus der Fuge;
• Maßhaltigkeit;
• Verhalten unter dauerhafter Belastung;
• Beständigkeit gegen Verformung bei erhöhten Temperaturen.

Die verringerte Beweglichkeit der Polymersegmente kann auch die Diffusion kleiner Moleküle verlangsamen. Teilweise vernetzter Butyl wird deshalb dort eingesetzt, wo die Dichteigenschaften erhalten und gleichzeitig die Verformungsbeständigkeit erhöht werden sollen. Beschrieben wurde außerdem die Extrusion dünner Bänder aus dynamisch teilweise vernetzten, mit PIB weichgemachten IIR-Mischungen bei verbesserter mechanischer Festigkeit.

Vernetzung bindet den Weichmacher nicht chemisch

Beteiligt sich Mineralöl nicht an der Vernetzungsreaktion, führt die Bildung von Bindungen zwischen den Kautschukketten nicht zu seiner chemischen Bindung an die Matrix. Das Öl bleibt beweglich. Das Netzwerk kann seine Mobilität einschränken, den Transport erschweren und die Verformung der Mischung vermindern, beseitigt aber keine thermodynamische Unverträglichkeit zwischen Weichmacher und Polymer.

Kann zu starke Vernetzung das Ölausschwitzen verstärken?

Unter bestimmten Bedingungen ja. Liegt die Mischung bereits vor der Vernetzung nahe an der Löslichkeitsgrenze der flüssigen Phase, verändert ein steiferes Netzwerk die Polymerbeweglichkeit, das Quellungsgleichgewicht und die lokale Systemstruktur. Dadurch kann ein Teil der Flüssigkeit aus der Polymerphase verdrängt werden und leichter an der Oberfläche austreten.

Die Faustregel „Je höher der Vernetzungsgrad, desto geringer die Migration“ gilt daher nicht uneingeschränkt. Eine gezielt ausgelegte Teilvernetzung einer verträglichen Mischung kann die Beweglichkeit der flüssigen Phase und das Kriechen verringern. Eine unausgewogene Rezeptur kann sie jedoch nicht ausgleichen.

Herkömmlicher und teilweise vernetzter Butyl – Eigenschaftsvergleich

Der wichtigste Vorteil der Vernetzung ist keine automatische Erhöhung der Haftung, sondern die bessere zeitliche Kontrolle der Kohäsion und der rheologischen Eigenschaften. Bereits ältere Patente zu Butylbändern zeigten, dass sich durch die Kombination von vernetztem und unvernetztem IIR die Materialfestigkeit erhöhen lässt, ohne ausreichende Flexibilität und Verarbeitbarkeit einzubüßen.

Warum ist die vollständige Vermeidung von Migration nicht immer das richtige Ziel?

Ein Butylband muss den Untergrund wirksam benetzen und sich an dessen mikroskopische Unebenheiten anpassen. Dafür sind ein hinreichend niedriger Oberflächenmodul sowie die Fähigkeit zu lokaler Verformung und lokalem Fließen erforderlich.

Eine drastische Senkung des Weichmacheranteils, ein höherer Anteil hochmolekularen PIB, eine übermäßige IIR-Vernetzung oder große Mengen aktiven Füllstoffs können die Migration verringern. Zugleich können sich jedoch Klebrigkeit, Untergrundbenetzung, Applizierbarkeit bei niedrigen Temperaturen und die Fähigkeit, Unebenheiten auszufüllen, verschlechtern. Auch die zum Zusammendrücken der Dichtung nötige Kraft kann steigen.

Ziel sollte deshalb nicht die maximale Ölretention um jeden Preis sein. Wichtiger ist eine kontrollierte Beweglichkeit der Bestandteile bei langfristig erhaltener Kohäsion und Dichtfunktion.

Wie lässt sich die Weichmachermigration in Butylbändern und -schnüren reduzieren?

1. Zuerst die Verträglichkeit der Bestandteile verbessern

Bevor die Füllstoffmenge erhöht oder der Vernetzungsgrad verändert wird, sollte die gegenseitige Verträglichkeit von IIR, PIB, Weichmacher und Tackifierharz beurteilt werden. Ist das System phaseninstabil, können weitere Zusätze das Problem lediglich weniger sichtbar machen, ohne seine Ursache zu beseitigen.

2. Die Molekülmasse der weichmachenden Phase passend wählen

Ein Teil der niedermolekularen flüssigen Phase lässt sich durch höhermolekulares flüssiges PIB, viskoseres Polybuten oder ein geeignetes verträgliches Oligomer ersetzen. Solche Bestandteile diffundieren gewöhnlich langsamer. Dabei darf die Gesamtviskosität der Mischung jedoch nicht zu stark steigen. Eine Kombination aus zwei oder mehreren Fraktionen unterschiedlicher Molekülmasse kann vorteilhaft sein.

3. Den Anteil der wirksamen Polymerphase erhöhen

Je nach Rezeptur kommen IIR mit höherer Mooney-Viskosität, hochmolekulares PIB, teilweise vernetztes IIR oder eine Kombination mehrerer verträglicher Polymere in Betracht. Ziel ist weniger eine bloße Härtezunahme als vielmehr eine Struktur, welche die flüssige Phase besser hält und ausreichend Kohäsion bietet.

4. Eine kontrollierte Teilvernetzung erwägen

Für viele Bänder und Schnüre ist eine Teilvernetzung möglicherweise der beste Kompromiss. Das Material sollte weiterhin am Untergrund haften, sich unter Druck verformen, Unebenheiten ausfüllen und extrudier- oder kalandrierbar bleiben. Gleichzeitig sollte das Polymernetzwerk Kriechen, Herausfließen und die Bewegung der gesamten Polymerphase begrenzen. Die höchstmögliche Vernetzungsdichte ist nicht unbedingt mit den besten Gebrauchseigenschaften verbunden.

5. Das Tackifierharz richtig auswählen

Ein klebrigmachendes Harz ist kein unabhängiger Haftungsregler, sondern Bestandteil des Gesamtsystems. Ein Harzwechsel kann die Glasübergangstemperatur der kontinuierlichen Phase, die Viskosität, die IIR–PIB-Verträglichkeit, die Ölverteilung, die Klebrigkeit und die Kohäsion beeinflussen.

Wird ein Harz im Verhältnis 1:1 durch ein anderes ersetzt, kann sich die Migrationsneigung der Mischung daher erheblich ändern – selbst bei ähnlichem Erweichungspunkt. Der Erweichungspunkt allein ist kein Maß für die Verträglichkeit.

6. Das Füllstoffsystem rheologisch optimieren

Bei der Auswahl von Calciumcarbonat (CaCO₃), Talkum oder Kieselsäure sollten nicht nur die Einsatzmengen, sondern auch Partikelgrößenverteilung (PSD), spezifische Oberfläche (z. B. nach BET), Morphologie, Oberflächenbehandlung, Ölabsorptionsvermögen und Feuchtigkeit untersucht werden.

Zwei CaCO₃-Typen mit ähnlicher mittlerer Partikelgröße können die Rheologie und Stabilität der Mischung sehr unterschiedlich beeinflussen.

7. Den Mischprozess kontrollieren

Eine zu niedrige Temperatur kann die Dispergierung erschweren; eine zu hohe Temperatur senkt die Viskosität möglicherweise übermäßig, begünstigt den Verlust leichter Fraktionen, kann die Harzeigenschaften verändern und unkontrollierte Reaktionen des Vernetzungssystems auslösen.

Bei teilweise vernetzten Mischungen sind nicht nur die Endtemperatur, sondern auch die Verweilzeiten in den einzelnen Prozessstufen und der gesamte Temperaturverlauf zu überwachen.

Wie lässt sich feststellen, was tatsächlich migriert? Diagnoseverfahren

Eine Sichtprüfung liefert erste Hinweise, reicht aber zur Ursachenbestimmung nicht aus. Eine wirksame Diagnose sollte mehrere sich ergänzende Untersuchungen umfassen.

Test 1. Massenbilanz

Eine Probe wird in Kontakt mit einem definierten absorbierenden Material gelagert. Nach der Alterung wird die Massenänderung sowohl der Butylmischung als auch des Kontaktmaterials bestimmt. So lässt sich ein tatsächlicher Stoffübergang von einer bloßen Formveränderung der Dichtung unterscheiden.

Test 2. Prüfung nach ASTM C772

ASTM C772-03(2025) behandelt die Bewertung der Ölmigration und des Weichmacherausschwitzens aus vorgeformten Dichtbändern. Sie kann damit als hilfreiche Referenz für Butylprodukte dienen. Ein einzelnes Prüfergebnis sollte jedoch keine umfassende Produktvalidierung unter den vorgesehenen Einsatzbedingungen ersetzen.

Test 3. FTIR- oder GC-MS-Analyse der migrierenden Fraktion

Bildet sich auf Trennpapier oder Untergrund ein öliger Rand, sollte dessen chemische Zusammensetzung untersucht werden. So lässt sich feststellen, ob Mineralöl, Polybuten, ein Harzbestandteil oder ein anderes Additiv migriert. Ohne diese Identifizierung bleiben Rezepturänderungen weitgehend Versuch und Irrtum.

Test 4. Kontaktalterung an realen Untergründen

Prüfungen ausschließlich auf Glas oder Edelstahl bilden nicht alle Einsatzbedingungen ab. Wenn die Dichtung mit PVC, lackiertem Aluminium, Beton, EPDM, Polyethylen (PE), einer Dachbahn oder Pulverbeschichtung in Kontakt kommt, sollten genau diese Materialien in das Prüfprogramm aufgenommen werden.

Die Migrationsneigung hängt nämlich nicht nur von der Butylmischung, sondern auch von den Eigenschaften des Kontaktmaterials ab.

Test 5. Rheologische Prüfungen und Kriechversuche

Es muss geklärt werden, ob das beobachtete Herausfließen durch Migration der flüssigen Phase oder durch Kriechen der gesamten Mischung verursacht wird. Rheologische Messungen sowie Kriech- oder Dauer-Scherbelastungsprüfungen (Static Shear) helfen dabei. Ohne sie lassen sich beide Mechanismen leicht verwechseln.

Test 6. Gelanteil und Quellung vernetzter Mischungen

Die bloße Bezeichnung „vernetzt“ sagt wenig über die Materialstruktur aus. Sinnvoll ist es, Gelanteil (Gel Fraction), Quellgrad (Swelling), Vernetzungsdichte und Homogenität der Vernetzung zu bestimmen. Zwei als „Crosslinked Butyl“ angebotene Mischungen können sich hinsichtlich Struktur und Verhalten im Einsatz grundlegend unterscheiden.

„Crosslinked Butyl“ – was bedeutet dieser Begriff tatsächlich?

Am Markt kann die Bezeichnung „vernetzte Butylmischung“ für verschiedene technische Konzepte stehen:

• Variante A – Zugabe von teilweise vernetztem IIR. Der übrige Teil der Mischung behält thermoplastischen oder plastischen Charakter.
• Variante B – Vernetzung der gesamten Kautschukphase während der Herstellung. Es entsteht eine stärker zusammenhängende Netzwerkstruktur.
• Variante C – dynamische Teilvulkanisation beim Mischen oder Extrudieren. Das Netzwerk entsteht während der Verarbeitung.
• Variante D – fortschreitende Vernetzung nach der Applikation. Ähnliche Ansätze wurden auch zur Verringerung des Kaltflusses eingesetzt.

Auch wenn diese Materialien unter ähnlichen Bezeichnungen verkauft werden, sind sie aus technischer Sicht nicht gleichwertig. Beim Produktvergleich sollten daher das tatsächliche Vernetzungsverfahren und die erzielten Eigenschaften geprüft werden, nicht nur der Handelsname.

Häufige Fehler bei Maßnahmen gegen Migration

„Wir geben mehr Füllstoff zu“

Dadurch kann das Ölausschwitzen vorübergehend weniger sichtbar werden; zugleich können sich jedoch Klebrigkeit und Untergrundbenetzung verschlechtern. Mehr Füllstoff beseitigt keine mangelnde Verträglichkeit der Bestandteile.

„Wir verwenden ein viskoseres Öl“

Das kann helfen, wenn vor allem eine zu schnelle Diffusion das Problem ist. Ist das neue Öl jedoch schlecht mit der Polymermatrix verträglich, bleibt die gewünschte Wirkung aus.

„Wir erhöhen den Vernetzungsgrad“

Eine stärkere Vernetzung kann die Kriechbeständigkeit verbessern, gleichzeitig aber Klebrigkeit, Verarbeitbarkeit und Spannungsrelaxation beeinträchtigen. In einem unausgewogenen System kann sie zudem die Trennung der flüssigen Phase fördern.

„Wir reduzieren den Ölgehalt um 20 %“

Weniger Öl kann die Migration verringern. Wenn das Öl jedoch die Untergrundbenetzung und die Flexibilität bei niedrigen Temperaturen gewährleistet, verliert die Abdichtung möglicherweise notwendige Gebrauchseigenschaften.

Wie plant man die Entwicklung einer stabilen Butylmischung?

Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten an einem Butylband oder einer Butylschnur sollten vorzugsweise in folgender Reihenfolge erfolgen:

1. Einsatztemperaturbereich und vorgesehene Kontaktmaterialien festlegen.
2. Alle niedermolekularen Rezepturbestandteile identifizieren.
3. Die Verträglichkeit des Systems IIR–PIB–Weichmacher–Tackifierharz bewerten.
4. Die Molekulargewichtsverteilung der PIB- oder Polybutenphase optimieren.
5. Art, Menge und Eigenschaften der Füllstoffe auswählen.
6. Migration der flüssigen Phase und Kriechen der Mischung getrennt untersuchen.
7. Bei unzureichender Hochtemperaturstabilität eine kontrollierte Teilvernetzung erwägen.
8. Das Produkt nach Alterung in Kontakt mit realen Untergründen validieren.

Dieses Vorgehen ist aufwendiger als eine kurzfristige Änderung des Ölgehalts um einige phr, erhöht aber die Aussicht auf eine langfristig stabile Lösung.

Ist eine vernetzte Mischung immer besser als eine unvernetzte?

Nein. Ausschlaggebend sollten vor allem Funktion und Einsatzbedingungen der Abdichtung sein.

Eine unvernetzte Mischung ist in der Regel vorteilhaft, wenn hohe Klebrigkeit, leichte Untergrundbenetzung, große Verformbarkeit, erneute Extrudierbarkeit und statische Abdichtung bei geringen Belastungen im Vordergrund stehen.

Eine teilweise vernetzte Mischung kann besser geeignet sein, wenn Kriechbeständigkeit, Formstabilität, erhöhte Einsatztemperaturen, geringeres Herausfließen aus der Fuge, höhere Kohäsion oder dauerhafte mechanische Belastung entscheidend sind.

Kommerzielle Beispiele zeigen, dass Bänder aus teilweise vernetztem Butyl vor allem wegen Formstabilität, Kriechbeständigkeit und Einsatzfähigkeit bei höheren Temperaturen angeboten werden und nicht ausschließlich zur Erzielung einer maximalen Schälfestigkeit.

Wichtigster Grundsatz: zuerst Verträglichkeit, dann Vernetzung

Vernetzung gilt mitunter als universelles Mittel gegen Migration, sollte die richtige Rohstoffauswahl jedoch nicht ersetzen. Eine stabile Butylmischung erfordert:

• einen verträglichen Weichmacher mit geeigneter Molekülmasse;
• eine ausgewogene Zusammensetzung der gesamten flüssigen Phase;
• eine geeignete Struktur und einen passenden Anteil von IIR und PIB;
• ein klebrigmachendes Harz, das keine unerwünschte Phasentrennung verursacht;
• einen passend ausgewählten und gleichmäßig dispergierten Füllstoff.

Erst wenn diese Voraussetzungen erfüllt sind, wird die Teilvernetzung zu einem wirksamen Werkzeug zur Einstellung von Rheologie und Kohäsion. Sie sollte nicht dazu dienen, Rezepturfehler zu kaschieren.

Fazit

Weichmachermigration in Butylkautschukmischungen ist nicht einfach eine Folge von zu viel Öl. Sie hängt von der Verträglichkeit der Bestandteile, deren Molekülmasse, der Beweglichkeit der Polymermatrix, Temperatur, Füllstoffart und -dispersion, Mischprozess, Zeit, Druck, Kontaktuntergrund und Vernetzungsgrad ab.

Bei Bändern und Schnüren ist die Unterscheidung zwischen tatsächlicher Migration der flüssigen Phase und Kriechen der gesamten Mischung besonders wichtig. Unvernetzte Produkte bieten normalerweise sehr gute Klebrigkeit, Benetzung und Verformbarkeit, sind aber empfindlicher gegenüber Kriechen und Dauerbelastung. Eine Teilvernetzung kann die Maßhaltigkeit und Verformungsbeständigkeit verbessern, beseitigt jedoch nicht automatisch die Probleme eines unverträglichen Weichmachers.

Die besten Ergebnisse entstehen nicht durch eine möglichst starke Einschränkung der Materialbeweglichkeit, sondern durch ein ausgewogenes Verhältnis von Adhäsion, Kohäsion, Plastizität, Verträglichkeit und kontrollierter Beweglichkeit der flüssigen Phase. Dieses Gleichgewicht bestimmt, ob die Abdichtung ihre Eigenschaften nicht nur unmittelbar nach der Herstellung, sondern auch während der Lagerung und über viele Einsatzjahre behält.