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Additiv

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Dieser Artikel behandelt Additive in der Chemie und Verfahrenstechnik; zu additiven Funktionen siehe Additivität, zum anderweitig genutzten Begriff Hilfsstoff siehe auch Hilfsstoff (Rechnungswesen) und beachte auch die Begriffsklärung Zusatzstoff.

Additive (lat. additivum „hinzugegeben, beiliegend“) – auch Hilfsstoffe oder Zusatzstoffe genannt – sind Stoffe, die Produkten in geringen Mengen zugesetzt werden, um bestimmte Eigenschaften zu erreichen oder zu verbessern.

Additive werden eingesetzt, um einen positiven Effekt auf Herstellung, Lagerung, Verarbeitung oder Produkteigenschaften während und nach der Gebrauchsphase zu erreichen. Im Gegensatz zu Füllstoffen tragen Additive meist nur wenige Prozent zum Gesamtvolumen bei und sind im Material sehr fein verteilt (häufig gelöst).

Einsatz von Additiven

Eigenschaften

Additive sind in der Regel auf die jeweilige Anwendung hin optimiert. So müssen beispielsweise Additive in Treibstoffen eher hydrophob sein, während Biozide in Wasserkreisläufen wiederum typischerweise hydrophil oder löslich sind.

An Additive werden neben spezifischen Eigenschaften folgende Anforderungen gestellt:

Hinzu kommen die generellen Anforderungen an alle Rohstoffe:

Die Einsatzmenge wird in der Regel spezifisch abgestimmt. Allgemein ist die Menge sehr gering und umfasst meist einen Anteil von weniger als 1 % an der Gesamtrezeptur.

Bei Weichmachern allerdings kann die Menge bis zu 30 % betragen.

Typische Additive

Die Additive umfassen eine typischerweise breit gefächerte und sehr heterogene Gruppe von Anwendungsmöglichkeiten.

Es können jedoch auch Rohstoffe die Funktion eines Additives übernehmen, die üblicherweise nicht als Additiv eingesetzt werden bzw. so bezeichnet werden.

Additive erhöhen meistens den Materialpreis des hergestellten Produktes, da es sich bei Additiven um Spezialchemikalien handelt, die nur in geringen Mengen produziert werden. Je nach Art und Wirkungsweise des Additivs können sie auch gesundheitlich bedenklich sein. In komplexeren Formulierungen können Wechselwirkungen zwischen verschiedenen gleichzeitig eingesetzten Additiven und eine daraus folgende verminderte oder gar aufgehobene Wirkung nicht ausgeschlossen werden.

Spezielle Anwendungen

Für Treibstoffe

Bei Treibstoffen werden Additive zudosiert, um verschiedene Eigenschaften zu verstärken oder zu verbessern, wie z. B. bei Benzin zur Erhöhung der Klopffestigkeit (früher Tetraethylblei; wegen dessen Wirkung als Katalysatorgift kommen heute bleifreie Antiklopfmittel zum Einsatz), zur Verbesserung der Verbrennung, zur Reinigung/Reinhaltung der Kraftstoffanlage inkl. Ventile und Brennraum, Verbesserung der Lagerfähigkeit. Bei Diesel gibt es Additive für die Verbesserung der Kälteeigenschaften (siehe Winterdiesel, Cloud Point, Cold Filter Plugging Point). Diese Additive werden von den Mineralölgesellschaften zu den eigenen Treibstoffen, wie sie in einer Raffinerie hergestellt werden, zugemischt (sog. Markenkraftstoff). Freie Tankstellen erhalten dagegen meist nur den genormten Grundkraftstoff ohne Additive, welcher jedoch auch alle Normforderungen erfüllt. Den an Markentankstellen vertriebenen Kraftstoffen werden oft auch Farbstoffe beigemischt, die den Flüssigkeiten die jeweilige Markenfarbe des Mineralölkonzerns geben.

Bei mit Erdgas (CNG) und Autogas (LPG) betriebenen Ottomotoren empfiehlt sich aufgrund der höheren Verbrennungstemperatur die Beimischung von Additiven, um die Ventilsitze zu schmieren und zu kühlen. Da beim Gasbetrieb die Additive nicht über den Tank eingefüllt werden können, gibt es spezielle Einbausets, die das flüssige Additiv dosiert durch ein Ventil aus einer Flasche mittels der Ansaugluft direkt in den Vergaser saugt. Dort wird es tröpfchenweise im Gas/Luftgemisch verstäubt, und gelangt so zu den Ventilen. Ähnlich wird bei Oldtimern bisweilen wegen einer vermuteten Schmierwirkung Bleiersatz verwandt.[1][2][3]

Bei neueren Dieselmotoren im LKW-Bereich wird die genormte Harnstofflösung AUS 32 nicht als Additiv bei der Verbrennung, sondern aus einem meist neben dem Diesel-Tank angebrachten Zusatztank in einen speziellen Stickoxid-Katalysator elektronisch geregelt eingesprüht. Dadurch können die gesundheits- und umweltgefährdenden Schadstoffemissionen stark reduziert und die strengen Normen der Euro 4, Euro 5 und Euro 6 erfüllt werden.

Für Schmierstoffe

Prinzipiell bestehen alle Schmierstoffe aus einer Basisflüssigkeit (meistens Grundöl) sowie aus weiteren Inhaltsstoffen, welche man Additive nennt. Additive für Schmierstoffe werden in Schmierölen, Kühlschmierstoffen und Schmierfetten eingesetzt.

Die tribologischen Eigenschaften des Schmierstoffs werden mit folgenden Additiven verbessert:

Folgende Additive werden benötigt, um weitere Anforderungen an den Schmierstoff zu erfüllen:

Die Additive werden dem Grundöl beigemischt (bis zu 30 %). Je nach der Art der Anwendung werden die Additive ausgewählt, um die geforderten Eigenschaften zu gewährleisten. Bei Getriebeölen sind Additive für bestimmte Zwecke, z. B. zur Erhöhung der Druck- und Scherfestigkeit unerlässlich.

Für Treibstoffe und Schmierstoffe speziell für Luftfahrtantriebe

Übliche Additive in Flugzeugtreibstoffen und Flugzeug-Schmierölen sind[4][5][6][7][8] (in alphabetischer Reihenfolge der Substanzklassen):

Prüfung auf Trübung
Verbleites Benzin

AvGas enthält zusätzlich zu den sonstigen Additiven noch Ventil­sitzverschleiß­schutzmittel,[4] Antiklopfmittel wie beispielsweise Tetra-Ethyl-Blei („TEL“)[17][18] zusammen mit 1,2-Di-Brom-Ethan oder 1,2-Di-Chlor-Ethan als auch sogenannte Radikalfänger (um als Endreaktionsprodukt flüchtiges Blei-Bromid oder Blei-Chlorid zu bilden und Bleioxid­ablagerungen zu verhindern). Es sind Treibstoffe mit unterschiedlichen Bleigehalten am Markt (low lead (LL); very low lead (VLL); oder unleaded (UL) „almost all avgas on the U.S. market today [2013] is low lead“.[19] Bis zu 560 mg Blei/Liter in Avgas 100LL (Oktanzahl 100, „wenig Blei“)[20] Bis 2018 wird von der Piston Aviation Fuel Initiative getestet, ob Bleizusätze endgültig weggelassen werden können, weltweit sind [2015] geschätzt 230.000 Kolben-Flugzeugmotoren in Verwendung.[21] Andere verwendete Antiklopfmittel sind (Methylcyclopentadienyl)mangantricarbonyl[22] und Ferrocen[23]

Der weltweite Verbrauch von Additiven für Flugtreibstoffe lag 1990 bei 30.000 Tonnen, bei allen Treibstoffen (inklusive Kraftfahrzeugtreibstoffe) gesamt hatten Detergentien den größten Anteil (50 %), gefolgt von Fließverbesserern (13 %), Cetanzahlverbesserern (8 %), Antioxidantien (7 %), Schmierleistungsverbesserer (etwa 5 %), Vereisungsschutzmittel und Korrosionsschutzmittel (3 %)[24]

Für Beschichtungsstoffe

Lackadditive sind Hilfsstoffe, die einem Beschichtungsstoff in geringen Mengen zugesetzt werden, um diesem bestimmte Eigenschaften zu verleihen oder ihn zu verbessern.

Die Auswahlkriterien sind neben dem Preis-Leistungs-Verhältnis die Effektivität und die Wirkungsweise.

Bei der Verwendung muss immer darauf geachtet werden, ob Wechselwirkungen zwischen Additiven auftreten. Dies ist vor allem bei Stoffen, die oberflächenaktiv sind, häufig – Tenside können Schaum verursachen, Entschäumer dagegen Krater, Benetzungsstörungen und ähnliche Effekte. Die Wirkungen der beiden Additivgruppen sind einander entgegengesetzt und können sich daher im ungünstigsten Fall aufheben.

Die meisten Additive sind flüssig oder liegen in fester Form vor. Die Einarbeitung ist dadurch sehr einfach. Sie werden nach der Dispergierung zugegeben und eingerührt. Additive, die auf den Produktionsprozess Einfluss nehmen sollen, z. B. Entschäumer, Netz- und Dispergiermittel, werden vor dem Dispergieren zugesetzt.

Wenn mehrere Additive eingesetzt werden, werden diese einzeln zugegeben. Außerdem sollte nach jedem Additiv eine gute Durchmischung erfolgen, um Wechselwirkungen auszuschließen.

Für Kunststoffe

In Kunststoffen werden Additive eingesetzt,[25] zur Verhinderung der Degradation (Korrosion) durch Autoxidation, als Alkylradikalfänger in der Produktion, als Stabilisatoren, Lichtschutzmittel, Verarbeitungshilfsmittel, Antistatikmittel, Farbstoffe, Optische Aufheller, Treibmittel, Flammschutzmittel, Füllstoffe und Verstärkungsmittel, Haftvermittler und Biozide.

Für Arzneimittel

Als Korrigenz oder Corrigens wird ein Zusatzstoff in Arzneimitteln bezeichnet, der den Geschmack, Geruch oder das Aussehen verbessert, jedoch keine pharmakologische Wirkung hat.[26]

Für Lebensmittel

→ Hauptartikel: Lebensmittelzusatzstoffe

Lebensmittelzusatzstoffe werden eingesetzt, um Struktur (beispielsweise die Rieselfähigkeit oder den Biss), Geschmack, Geruch, Aussehen (beispielsweise durch Farbstoffe oder Glanzmittel), chemische Haltbarkeit (mittels beispielsweise Emulgatoren oder Stabilisatoren) und mikrobiologische Haltbarkeit (beispielsweise durch Konservierungsmittel) verarbeiteter Lebensmittel, also ihren Gebrauchs- und Nährwert zu verbessern, sowie um die störungsfreie Produktion der Lebensmittel sicherzustellen.

Literatur

  • DIN-Taschenbuch 157: Farbmittel. 3. Auflage. Beuth, Berlin / Wien / Zürich 1997.
  • Kurt Wehlte: Werkstoffe und Techniken der Malerei. Otto Maier, Ravensburg 1967, ISBN 3-473-48359-1.

Weblinks

Wiktionary: Additiv – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelbelege

  1. ↑ Zusatz-Additive - Wer braucht noch Blei-Ersatz? - autobild.de. In: autobild.de. 26. März 2003, abgerufen am 12. März 2016.
  2. ↑ ADAC Info - Oldtimer & Youngtimer - Fahrzeughistorie - Blei im Sprit. (Nicht mehr online verfügbar.) In: adac.de. Archiviert vom Original am 12. März 2016; abgerufen am 12. März 2016.
  3. ↑ Wunscholdtimer: Grundwissen: Bleizusatz im Benzin - Ist dieser notwendig für den Motor? (Nicht mehr online verfügbar.) In: wunscholdtimer.de. Archiviert vom Original am 12. März 2016; abgerufen am 12. März 2016.
  4. ↑ 4,00 4,01 4,02 4,03 4,04 4,05 4,06 4,07 4,08 4,09 4,10 4,11 4,12 4,13 4,14 4,15 4,16 A Groysman: Corrosion in Systems for Storage and Transportation of Petroleum Products and Biofuels – Identification, Monitoring and Solutions. Springer-Verlag, 2014, ISBN 978-94-007-7883-2, S. 23–32; online einsehbar (PDF, ≈ 702 KB; englisch) – bei www.springer.com
  5. ↑ Chemistry of Gasoline Fuel Additives, in Fuel Additives Use and Benefits, Technical Committee of Petroleum Additive Manufacturers in Europe, pdf-Datei online einsehbar
  6. ↑ Leslie R. Rudnick: Lubricant Additives. CRC Press, 2017, ISBN 978-1-351-64696-3 (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche)
  7. ↑ Johannes Karl Fink: Additives for High Performance Applications. John Wiley & Sons, 2016, ISBN 978-1-119-36390-3 (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
  8. ↑ R. M. Mortier: Chemistry and Technology of Lubricants. Springer, 2012, ISBN 978-1-461-53272-9, S. 62 (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
  9. ↑ The trouble with water…; bei www.shell.com
  10. ↑ Fuel System Icing Inhibitor – Dicing
  11. ↑ Yanis C. Athanassiadis: Air Pollution Aspects of Phosphorus and its Compounds, United States Environmental Protection Agency online einsehbar (englisch)
  12. ↑ Kim B. Peyton: Ondeo/Nalco Fuel Field Manual, McGraw Hill Professional, 2002
  13. ↑ S. P. Srivastava, Jenö Hancsók: Fuels and Fuel-Additives. John Wiley & Sons, 2014, ISBN 978-1-118-79639-9 (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
  14. ↑ Leslie R. Rudnick: Lubricant Additives. CRC Press, 2017, ISBN 978-1-351-64696-3 (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
  15. ↑ Metalldeaktivatoren für Mitteldestillate (Link nicht mehr abrufbar), bei www.basf.de
  16. ↑ Metall-Chemie Fine chemicals Produktdatenblatt
  17. ↑ Lawrence K. Wang: Heavy Metals in the Environment. CRC Press, 2009, ISBN 978-1-4200-7319-5, S. 478 (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
  18. ↑ Steve Esomba: Global Tourism & the Environment: the Necessities for Clean Energy and Clean Transportation Usages. Lulu.com, 2012, ISBN 978-1-4717-4968-1, S. 75 (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
  19. ↑ Federal Aviation Administration: Fact Sheet – Leaded Aviation Fuel and the Environment (englisch), 19. Juni 2013
  20. ↑ Avgas bei www.shell.com;
  21. ↑ David Esler: Getting the Lead Out: The Future of Avgas. In: aviationweek.com. 25. Februar 2015, abgerufen am 8. April 2017 (english).
  22. ↑ S. P. Srivastava: Fuels and Fuel-Additives. John Wiley & Sons, 2014, ISBN 978-1-118-79639-9 (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
  23. ↑ Peter Eastwood: Particulate Emissions from Vehicles. John Wiley & Sons, 2008, ISBN 978-0-470-98650-9, S. 98 (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
  24. ↑ S.P.Srivastava, Jenö Hanczok: Fuels and Fuel-Additives, Wiley, Hoboken (New Jersey), 2014, ISBN 978-0-470-90186-1
  25. ↑ Ralph-Dieter Maier: Kunststoff Additive Handbuch. Carl Hanser Verlag GmbH Co KG, 2016, ISBN 978-3-446-43291-8 (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
  26. ↑ wissen.de: 'Corrigens', geladen am 26. September 2018
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