Der Titel dieses Artikels ist mehrdeutig. Weitere Bedeutungen sind unterAdditiv (Begriffsklärung) undHilfsstoff (Begriffsklärung) aufgeführt.
Additive (lateinischadditivum, „hinzugegeben, beiliegend“) – auchHilfsstoffe oderZusatzstoffe 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 aufHerstellung,Lagerung,Verarbeitung oder Produkteigenschaften während und nach der Gebrauchsphase zu erreichen. Im Gegensatz zuFüllstoffen tragen Additive meist nur wenige Prozent oder auch nur Promille zum Gesamtvolumen bei und sind im Material sehr fein verteilt (häufig gelöst).
Additive sind in der Regel auf die jeweilige Anwendung hin optimiert. So müssen beispielsweise Additive inTreibstoffen eherhydrophob sein, währendBiozide in Wasserkreisläufen wiederum typischerweisehydrophil oderlöslich sind.
An Additive werden neben spezifischen Eigenschaften folgende Anforderungen gestellt:
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.
Bindehilfsmittel wieHärter (sog. Co-Härter zum Einstellen eines spezifischen Eigenschaftsprofils),Lösemittel (z. B. sog. Co-Lösemittel in wässrigen Lacken undVerdünnungsmittel)
Trockenstoffe (Sikkative) bei Kunststoffen, Lacken und Naturharzen
Netz- und Dispergierhilfsmittel, Lacke und Anstrichmittel
Verschnittmittel sind preiswerte Zusätze, die dem Auffüllen an notwendigen, aber teuren Stoffen dienen, die für die angestrebte Eigenschaft nötig sind.
Es können jedoch auch Rohstoffe dieFunktion 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 umSpezialchemikalien handelt, die nur in geringen Mengen produziert werden. Je nach Art und Wirkungsweise des Additivs können sie auch gesundheitlich bedenklich sein. In komplexerenFormulierungen können Wechselwirkungen zwischen verschiedenen gleichzeitig eingesetzten Additiven und eine daraus folgende verminderte oder gar aufgehobene Wirkung nicht ausgeschlossen werden.
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BeiTreibstoffen werden Additive zudosiert, um verschiedene Eigenschaften zu verstärken oder zu verbessern, wie z. B. bei Benzin zur Erhöhung derKlopffestigkeit (früherTetraethylblei; wegen dessen Wirkung alsKatalysatorgift kommen heute bleifreieAntiklopfmittel zum Einsatz), zur Verbesserung der Verbrennung, zur Reinigung/Reinhaltung der Kraftstoffanlage inkl. Ventile und Brennraum, Verbesserung der Lagerfähigkeit. BeiDiesel gibt es Additive für die Verbesserung der Kälteeigenschaften (sieheWinterdiesel,Cloud Point,Cold Filter Plugging Point). Diese Additive werden von den Mineralölgesellschaften zu den eigenen Treibstoffen, wie sie in einerRaffinerie 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. Neben der Optimierung von Dieselkraftstoffen für Kälteresistenz gibt es weitere Anwendungen von Additiven im Diesel. Zwei weitere, wichtige Wirkungsweisen die für bestimmte Industriezweige ausschlaggebend sind, ist einmal die Stabilisierung des Kraftstoffes bei der Lagerung sowie die Effizienzsteigerung bei der Verpuffung im Motor. Die Lagerstabilität von handelsüblichem Diesel nimmt mit der Zeit ab. Dieser Effekt ist in Deutschland auch als die „Dieselpest“ bekannt. Er entsteht durch die Verwässerung des Kraftstoffs, da Wasser das Wachstum von Mikroorganismen,Hefen und weiteren Pilzen begünstigt, entstehen so Ablagerungen am Boden von Kraftstofftanks. Dieser entstandene Schlick wurde im allgemeinen Sprachgebrauch Pest genannt. Durch die Beimischung von Additiven kann diese Verwässerung hinausgezögert, die Bildung von Schlick fast vollständig verhindert (häufig durch beigemischteBiozide) und die Lagerstabilität so teilweise vervielfacht werden.[1]
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Steigerung des Wirkungsgrades zwischen verbranntem (bei Ottomotoren) / verpufften (bei Dieselmotoren) Kraftstoff und der umgesetzter Leistung. Hier erhöhen einige Additive dieOktan- bzw.Cetanzahl und sorgen so für erheblich mehr Leistung und Effizienz im Motor.[2]
Bei mit Erdgas (CNG) und Autogas (LPG) betriebenen Ottomotoren empfiehlt sich 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 beiOldtimern bisweilen wegen einer vermutetenSchmierwirkungBleiersatz verwandt.[3][4][5]
Bei neueren Dieselmotoren im LKW-Bereich wird die genormte HarnstofflösungAUS 32nicht 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 derEuro 4,Euro 5 undEuro 6 erfüllt werden.
Prinzipiell bestehen alle Schmierstoffe aus einer Basisflüssigkeit (meistens Grundöl) sowie aus weiteren Inhaltsstoffen, welche man Additive nennt. Additive fürSchmierstoffe werden in Schmierölen, Kühlschmierstoffen und Schmierfetten eingesetzt.
Die tribologischen Eigenschaften des Schmierstoffs werden mit folgenden Additiven verbessert:
gegebenenfallsalkalische Zusatzstoffe zur Säureneutralisation imSchiffsdieselmotor (angegeben durch die sogenannte Base Number).
Die Additive werden demGrundöl 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. Ein typisches Additiv beiMotorölen für Brennkraftmaschinen istMolybdändisulfid.
Für Treibstoffe und Schmierstoffe speziell für Luftfahrtantriebe
Antiabsetzmittel (auch Antisedimentationsmittel, Sedimentationsverhinderer, Phasenstabilisatoren oder „wax anti-settling additives“ genannt) verhindern wie auch Ölschlammdispergiermittel das Absetzen von festen Bestandteilen (wie beispielsweiseRuß oderÖl-Asche) oder von durch Kälte ausgeflockten Paraffinen oder Eispartikeln in Treibstoffen oder Schmierölen[6]
Antischaummittel; sie verhindern die Schaumbildung bei der Betankung (bei Diesel[6]) und erlauben ein schnelleres Betanken, beispielsweisePolysilikone[6]
combustion improvers verhindern die Bildung von Schmieröl-Asche und -Ruß und voncold-end corrosion (englisch für: kondensatbedingte Korrosion, Säure-Taupunkt-Korrosion oder Säurekondensatkorrosion, sieheSchwefelsäuretaupunkt) in Erhitzern.
Prüfung auf Trübung
Demulgatoren verhindern dieEmulgation (Emulsionsbildung) von Wasser (aus derLuftfeuchte) in Öl,dehazer wirken gegenteilig, indem sie Wasser-in-Öl-Mikroemulsionen ermöglichen, wodurch sich Wasser nicht inPipelines (Treibstoffleitungen am Flughafen) ablagert[14]
Vereisungsschutzmittel; sie verhindern bei den Tieftemperaturen in derStratosphäre die Bildung von Eiskristallen und Paraffineindickungen, die Leitungen verstopfen könnten (siehe dazu auchFlughöhe),
Metalldeaktivatoren; Spuren von Metallen (festerAbrieb oderLösungen) können Metallkorrosion und die Oxidation der Treibstoffe begünstigen, was zu Polymerisationsreaktionen und Bildung von Ablagerungen führen kann.[17] Deshalb werden den TreibstoffenAntioxidantien (beispielsweiseDilinolsäure) und Metalldeaktivatoren (beispielsweise schwefelhaltige 2,5-Dimercapto-1,3,4-thiadiazole[18]) zugesetzt.
Strömungsverbesserer („drag reducing agents“), erleichtern die schnellere Betankung bei tieferen Temperaturen. Kältefließverbesserer für Diesel,cold flow improvers oderPour Point Depressants, vermindern dieViskosität (Zähflüssigkeit) bei tieferen Temperaturen (verbessern dadurch das Fließverhalten durchÖlfilter), verhindern (wie Antiabsetzmittel) das Auskristallisieren von Paraffinen und verbessern dieKaltstarteigenschaften. ImEnglischen wird noch zwischen CFFP- (ausgeschriebencold filter plug point) und LTFT-Additiven (low temperature flow test) sowieextreme pressure-(EP)-Pour Point Depressants (PPD) unterschieden.
AvGas enthält zusätzlich zu den sonstigen Additiven nochVentilsitzverschleißschutzmittel,[6] Antiklopfmittel wie beispielsweise Tetra-Ethyl-Blei („TEL“)[19][20] zusammen mit1,2-Di-Brom-Ethan oder1,2-Di-Chlor-Ethan als auch sogenannteRadikalfänger (um als Endreaktionsprodukt flüchtigesBlei-Bromid oderBlei-Chlorid zu bilden undBleioxidablagerungen zu verhindern). Es sind Treibstoffe mit unterschiedlichen Bleigehalten am Markt (low lead (LL);very low lead (VLL); oderunleaded (UL) „almost all avgas on the U.S. market today [2013] is low lead“.[21] Bis zu 560 mg Blei/Liter in Avgas 100LL (Oktanzahl 100, „wenig Blei“).[22] Bis 2018 wird von derPiston Aviation Fuel Initiative getestet, ob Bleizusätze endgültig weggelassen werden können, weltweit sind [2015] geschätzt 230.000 Kolben-Flugzeugmotoren in Verwendung.[23] Andere verwendete Antiklopfmittel sind(Methylcyclopentadienyl)mangantricarbonyl[24] undFerrocen.[25]
Der weltweite Verbrauch von Additiven für Flugtreibstoffe lag 1990 bei 30.000 Tonnen, bei allen Treibstoffen (inklusiveKraftfahrzeugtreibstoffe) gesamt hatten Detergentien den größten Anteil (50 %), gefolgt von Fließverbesserern (13 %), Cetanzahlverbesserern (8 %), Antioxidantien (7 %), Schmierleistungsverbesserer (etwa 5 %), Vereisungsschutzmittel und Korrosionsschutzmittel (3 %)[26]
Lackadditive sind Hilfsstoffe, die einemBeschichtungsstoff in geringen Mengen zugesetzt werden, um diesem bestimmte Eigenschaften zu verleihen oder ihn zu verbessern.
Die Auswahlkriterien sind neben dem Preis-Leistungs-Verhältnis dieEffektivität und dieWirkungsweise.
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 dagegenKrater, 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 derDispergierung 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.
Säurefänger: Diese werden beispielsweise Roh-PVC zugesetzt, um dieThermostabilität während der Verarbeitung zu erhöhen und dieWitterungs- undAlterungsbeständigkeit zu verbessern. Dazu werden Verbindungen, beispielsweiseStearate oderCarboxylate[28] auf Basis von Schwermetallen wieBlei,Cadmium,Zinn,Barium/Zink,Calcium/Zink und Calcium/Aluminium/Zink wieCadmiumstearat oderBleistearat, eingesetzt.[29] (die Metalle fangen beiPolyvinylchlorid im Aufschmelzprozess als „Säurefänger“ freiwerdendesChlor ab und bilden Metallchloride[30]). Cadmiumverbindungen als Stabilisator wurden 2001 von der EU verboten, bis 2015 sollen (laut einer Quelle aus 2010) auch Blei-Stabilisatoren ersetzt sein (freiwilliges Minderungsziel).[31] Derartige metallhältige Thermostabilisatoren können durchHydrotalcit (ein Magnesium-Aluminium-Hydroxycarbonat) ersetzt werden.[30]
Schlagzäh-Modifier:Zähigkeit beschreibt die Widerstandsfähigkeit einesWerkstoffs gegenBruch oderRissausbreitung[33], wie sie beiplastischer Verformung auftreten kann. DieSchlagzähigkeit beschreibt das temperaturabhängige Verhalten eines Werkstoffsbei Einwirkung von Energie (Stoßenergie oderSchlagenergie) einen Teil derkinetischen Energie durch Verformung zu absorbieren. Bei geringer Schlagzähigkeit würde die Probespröde zerbrechen oder zerbröseln. Eigenschaften von Kunststoffen können sich abhängig von der Verarbeitung stark verändern, fürSpritzguss wird in der Literatur beispielhaft angeführt,[34] was Einfluss auf mechanische Eigenschaften haben kann:Aufheizgeschwindigkeit des Granulats mit örtlichen Überhitzungen, Temperatur, Durchmischung, Verweilzeit im aufgeschmolzenen Zustand, der Spritzdruck und die Nachdruckzeit, die Temperatur der Form und die Abkühlzeit". Schlagzäh-Modifier verbessern dabei dieDuktilität bei der Verarbeitung und im Gebrauch der daraus hergestellten Artikel.
AlsKorrigens oderCorrigens wird ein Zusatzstoff in Arzneimitteln bezeichnet, der den Geschmack, Geruch oder das Aussehen verbessert, jedoch keine pharmakologische Wirkung hat.[35]
Lebensmittelzusatzstoffe werden eingesetzt, um Struktur (beispielsweise die Rieselfähigkeit oder den Biss), Geschmack, Geruch, Aussehen (beispielsweise durchFarbstoffe oder Glanzmittel), chemische Haltbarkeit (mittels beispielsweiseEmulgatoren oder Stabilisatoren) undmikrobiologische Haltbarkeit (beispielsweise durchKonservierungsmittel) verarbeiteter Lebensmittel, also ihrenGebrauchs- undNährwert zu verbessern, sowie um die störungsfreie Produktion der Lebensmittel sicherzustellen.
↑Actioil International / Universität Porto Alegre und Fachhochschule für Erdölerzeugnisse Rio de Janeiro: Multifunktionale Kraftstoffadditive. In: Actioil. Abgerufen am 28. Januar 2020 (englisch, deutsch, französisch).
↑Chemistry of Gasoline Fuel Additives, in Fuel Additives Use and Benefits, Technical Committee of Petroleum Additive Manufacturers in Europe,PDF-Datei online einsehbar
↑Yanis C. Athanassiadis:Air Pollution Aspects of Phosphorus and its Compounds. United States Environmental Protection Agencyonline einsehbar (englisch)
↑Kim B. Peyton: Ondeo/Nalco Fuel Field Manual, McGraw Hill Professional, 2002.
↑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).
↑GesamtberichtBehandlungs- und Verwertungswege für PVC-Abfälle; Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft, Wien, Dezember, 2002(pdf-Datei), zuletzt abgerufen im Februar 2023
