Einsatz von Polyamid nach Branchen
Grafik 2: Einsatz von Polyamid nach Branchen.[2]
Wo wird Polyamid verwendet?
Polyamid hat sich einen Platz in unzähligen Branchen erobert. Hier einige Beispiele:
Textilindustrie
Polyamidfasern, also das allen geläufige Nylon oder Perlon, findet sich in Strümpfen, Sportbekleidung, Unterwäsche und vielen weiteren Kleidungsstücken. Die Fasern kommen auch als technische Gewebe, als Angelschnüre oder zur Bespannung von Tennisschlägern zum Einsatz.
Automobilindustrie
Neben der Verwendung als Fasern in der Textilindustrie haben Polyamide als technische Thermoplaste ihren festen Platz im Automobil – bei Armaturen, Kotflügeln oder unter der Motorhaube für Tanks oder Kraftstoffleitungen, Bremsen, Getriebekomponenten und in der e‑Mobilität.
Elektro- und Elektronikindustrie
Polyamide finden sich darüber hinaus in der Elektro- und Elektronikindustrie, als Gehäuse, in Leiterplatten, Isolationsmaterialien, in Haushalts-Elektrogeräten oder Pumpen.
Baubranche
Hier kommt Polyamid als thermische Trennung in Profilen für Fenster und Fassadenkonstruktionen zum Einsatz.
Verpackungsbranche
Polyamid spielt vor allem bei flexiblen Verpackungen eine Rolle. Es findet sich in Vakuumverpackungen von Nahrungsmitteln wie Käse, Wurst und Tiefkühlwaren.
Grafik 3 zeigt, dass der Anteil von Polyamid in der Automobilindustrie stetig zunimmt und auch der Anteil der Verpackungsbranche wächst.
Value of Polyamide (PA) 6 Consumed by end user industry
Grafik 3: Branchenanteile von Polyamid als technische Compounds.[3]
Polyamid unter der Lupe
Doch wie genau sieht Polyamid eigentlich aus und wie wird es hergestellt? Dazu bedarf es eines kleinen Ausflugs in die organische Chemie. Polyamide sind lineare Polymere. Ihre Besonderheit: Sich regelmäßig wiederholende Amidbindungen entlang der Hauptkette. Fast alle bedeutsamen Polyamide leiten sich von primären Aminen ab. Was bedeutet das? In ihren Wiederholeinheiten entlang der Polymerkette kommt die funktionelle Gruppe ‑CO-NH- vor (Vergleich Strukturformel).
Strukturformel von Polyamid: Die blaue Amid-Gruppe wiederholt sich entlang der Polymerkette. R steht für den Rest der zur Synthese eingesetzten Verbindung.
Die Amidgruppe entsteht während der Herstellung von Polyamid aus einer Carbonsäure und einem Amin. Die dabei entstehende Amidbindung ist hydrolytisch wieder spaltbar – sie lässt sich also durch eine Reaktion mit Wasser wieder aufbrechen. Als Monomere für Polyamide setzt die Industrie beispielsweise Aminocarbonsäuren, Lactame, Diamine und Dicarbonsäuren ein.
Herstellung von PA6 und PA66
Als technische Compounds kommen oft PA 66 und PA 6 zum Einsatz. Obwohl diese beiden Polyamide chemisch und auch in ihren physikalischen Eigenschaften ähnlich sind, ist ihr Herstellprozess grundlegend verschieden und beruht auf unterschiedlichen Ausgangsstoffen. Polyamid 66 – allen bekannt unter dem Namen Nylon – lässt sich aus dem Diamin Hexamethylendiamin (HMD) und Adipinsäure, einer Dicarbonsäure, herstellen. Die Carboxylgruppe (-COOH) der Adipinsäure reagiert mit der Aminogruppe des Diamins (-NH2). Dabei entsteht die Peptidbindung (-NH-CO-). Sie ist der Grundbaustein aller Polyamide. Polyamid 6 dagegen – unter dem Begriff Perlon bekannt – entsteht durch Ringöffnungspolymerisation aus ε‑Caprolactam mit Wasser als Starter. Bei erhöhter Temperatur entsteht aus dem ringförmigen ε‑Caprolactam die ω‑Aminocapronsäure (chemisch: ω‑Amino-Hexansäure). Sie besitzt an einem Ende eine Carboxylgruppe und am anderen Ende eine Amingruppe. Diese Eigenschaft wird als bifunktionell bezeichnet. Der ω‑Aminocapronsäure ist es möglich, mit sich selbst zu langkettigen Polyamiden zu reagieren.
Die DIN ISO 1043–1 legt die Nomenklatur der Polyamide fest: PA ist die Kurzbezeichnung für alle Polyamide. Der Kurzbezeichnung folgt die Zahl der in den Monomeren vorliegenden Kohlenstoffatome. Handelt es sich beispielsweise um Perlon, hergestellt aus der bifunktionelles ω‑Amino-Hexansäure mit sechs Kohlenstoffatomen, lautet die Abkürzung PA 6. Entsteht das Polymadi aus einer Dicarbonsäure mit einem Diamin, wie es bei Nylon der Fall ist, sind die Kohlenstoffatome der beiden Monomere relevant, werden gezählt und hintereinander angegeben. Nylon heißt aus diesem Grund PA 66.[4]
Eigenschaften von PA6 versus PA66 – ähnlich und doch anders
Sowohl PA6 als auch PA66 haben gute Gleit- und Dämpfungseigenschaften, sind sehr abriebfest, schlagzäh und sind beständig gegen schwache Laugen, Schmiermittel, Öle und Fette. Durch die unterschiedliche Anordnung der Polymerketten trumpft PA66 mit leichten Vorteilen, wie die Tabelle zeigt.
| PA6 | PA66 | |
|---|---|---|
| Schmelzpunkt in °C | 220 | 260 |
| Glastemperatur in °C (trocken) | 50–60 | 50–60 |
| Dichte | 1,15 g/ml | 1,2 g/ml |
| Feuchtigkeitsaufnahme in % (23 °C, 50 % Luftfeuchtigkeit) | 2,6–3,4 | 2,5–3,1 |
| Bearbeitbarkeit – geringer Werkzeugverschleiss und Oberflächengüte | Gut | Besser |
| Schwindung | Gering | Grösser |
| Wasseraufnahme | Höher | Geringer |
| Zug-Modul in MPa — Trocken | 2700–3500 | 2700–3500 |
| Zug-Modul in MPa — luftfeucht | 900‑1200 | 1000–1600 |
Durch die unterschiedliche Anordnung der Moleküle ergeben sich leichte mechanische Vorteile für PA66. Zudem ist PA66 temperaturbeständiger und nimmt weniger Feuchtigkeit auf, ist somit formstabiler. Aber auch PA6 bringt einige Pluspunkte mit. Die Oberflächenbeschaffenheit besonders bei den glasfaserverstärkten Typen ist besser, da die Schmelze langsamer erstarrt. Zudem führen die niedrigeren Verarbeitungstemperaturen des PA6 zu einem geringeren Energieverbrauch, wodurch die Produktionskosten im Vergleich zum PA66 niedriger ausfallen. Durch die höhere Feuchtigkeitsaufnahme ist PA6 schlagzäher als PA66.
Die mechanischen und thermischen Eigenschaften von Polyamid lassen sich durch die Zugabe von Additiven, Glas- oder Kohlenstofffasern nochmal deutlich verbessern. So lassen sich hoch schlagzähe, wärme- und hydrolysestabilisierte Polyamide herstellen. PA6 und PA66 eignen sich für die Verarbeitung in Spritzguss, Extrusion und Blasformen. Für die Faserindustrie werden die Fasern direkt aus der Schmelze gesponnen.
Vor- und Nachteile von Polyamid
Die Vorteile
Die Vorteile von Polyamid als Faser liegen auf der Hand: Das Material punktet mit hoher Festigkeit, Strapazierfähigkeit, Elastizität und Formstabilität. Es ist leicht, schnell trocknend, unempfindlich gegen Feuchtigkeit und wenig knitteranfällig.
Ein stetig wachsendes Einsatzgebiet haben Polyamide in technischen Anwendungen errungen. Aufgrund der hohen mechanischen Festigkeit und Chemikalienbeständigkeit hat der technische Kunststoff inzwischen viele Metallteile im Fahrzeugbau verdrängt. Hochbelastete Komponenten mit komplexen Geometrien lassen sich vergleichsweise einfach und in hohen Stückzahlen kostengünstig herstellen. Die Substitution des Metalls durch Polyamid senkt das Fahrzeuggewicht und damit dessen Spritverbrauch.
Gleitlager, Treibriemen, Zahnrädern oder Rollen aus Polyamid bewähren sich, das der Werkstoff mit hohem Verschleißwiderstand sowie guten Gleiteigenschaften punktet. Kohlefasern verbessern die ohnehin vorhandenen Gleiteigenschaften noch weiter.
Die Elektro- und Elektronikindustrie ist neben der Automobilbranche der zweitgrößte Abnehmer für technische Polyamide. Sie kommen bei Gehäusen und zur Isolation von elektronischen Bauteilen zum Einsatz, da der Werkstoff eine hohe elektrische Isolations- und Kriechstromfestigkeit mitbringt. Bei Bedarf lässt sich das Material durch Metall- und Graphiteinlagerungen auch elektrisch leitend ausstatten.
Die Nachteile
Wo Licht ist, ist jedoch auch Schatten. Trotz der zahlreichen Vorteile stehen bei Polyamid einige Nachteile im Raum. Der Werkstoff hat eine schlechte chemische Beständigkeit gegenüber Säuren und Basen.
Darüber hinaus bringt das Material sowohl in der Herstellung als auch der Benutzung und Entsorgung Nachteile mit sich. Für die Produktion von Polyamid-Neuware braucht es Rohöl. Die Herstellung ist sehr energieintensiv, genauso wie die Verarbeitung von Polyamid. Die damit verbundenen Klima- und Umweltbelastungen liegen auf der Hand.
Ein weiterer Umweltschaden entsteht, wenn Polyamide in Gewässer und Umwelt gelangen – beispielsweise über Kleidungsstücke: In der Waschmaschine werden kleinste Faserteile abgerieben. Diese, in den Medien als Mikroplastik bekannte winzigen Teilchen, gelangen ins Abwasser. Kläranlagen ist es mit den heute verfügbaren Technologien nicht möglich, Mikroplastik vollständig herauszufiltern. Bei einem einzigen Waschvorgang von Textilien aus Nylon können etwa eine halbe Million Mikrofasern ins Abwasser gelangen.[7]
Recycling von Polyamid: Chancen und Herausforderungen
Wie viele Kunststoffe steht auch Polyamid in der Diskussion um Nachhaltigkeit und Umweltschutz. Ein großes Thema dabei: das Recycling. Nur so lassen sich Polyamid-Abfälle minimieren und wieder in den Stoffkreislauf zurückführen. Die Vorteile: Es ist kein Erdöl für die Rezyklate notwendig, der Energiebedarf pro Kilogramm recyceltem Polyamid liegt weit unter dem von Neuware und das Material landet nicht auf Müllkippen, in Verbrennungsanlagen oder der Natur. Davon profitiert sowohl das Klima als auch die Umwelt. Polyamide lassen sich gut mechanisch recyceln. Aufgrund der chemischen Struktur und der technischen Anforderungen bei der Aufbereitung ist dabei jedoch umfassendes Know-how unabdingbar. Die Herausforderung dabei: Das Rezyklat muss eine gleichbleibende Qualität mit möglichst ähnlichen Eigenschaften wie Neuware erreichen. Nur so können die Kunststoffverarbeiter daraus hochwertige Produkte herstellen, die während ihres Einsatzes im Fahrzeug, Flugzeug oder der Elektronikindustrie optimal performen.
Um dieses Ziel zu erreichen, müssen Recycler in der Lage sein, Polyamidabfälle von konstanter Güte und ausreichender Menge zu beschaffen, um diese sorgfältig aufzubereiten. Genau diese Fähigkeit zeichnet ENNEATECH aus.
ENNEATECH: Recyceltes Polyamid senkt CO2-Fußabdruck um 90%
Der Grund für die positive CO2-Bilanz der Produkte von Enneatech sind die Ausgangsstoffe: Polyamid-Nebenprodukte aus der High-End-Textilindustrie bilden das Herzstück der schlagfesten recycelten Polyamide. Aus diesen stellt das Unternehmen ein homogenes Ausgangsmaterial her. Hier kommt Enneatech das lange Know-how aus der Textilindustrie und ebenso lange Kunden-Lieferanten-Beziehungen zugute. Da das Unternehmen zu den Vorreitern im Markt gehört, verfügt es über ein großes Lieferantenportfolio und kann auch in schwierigen Marktsituationen zuverlässig liefern. Durch das Recycling der hochwertigen Textilabfälle produziert Enneatech Polyamide mit einem nachvollziehbaren und dokumentierbaren CO2-Fußabdruck.
Auf der Grundlage jahrzehntelanger Erfahrung im Polyamid-Recycling ist es Enneatech gelungen, mit der Produktlinie Entron Eco ein extrem schlagfestes, recyceltes gefülltes PA6- und PA6.6‑Compound anzubieten: die Entron Eco Compounds. Mit der eigenen Compoundier-Linie erfüllt das Unternehmen auf Wunsch individuelle Kundenspezifikationen. Die Compounds punkten nicht nur mit herausragenden mechanischen Eigenschaften, sondern auch mit einem um bis zu 90% geringeren CO2-Fußabdruck im Vergleich zu Neuware. Neben den gefüllten Compounds steht Entron Eco auch als Granulat zur Verfügung. Es entsteht ohne Fremdpolymere und Zuschlagstoffe und ist die Basis der gefüllten Compounds. Selbstverständlich gilt auch hier: Der CO2-Fußabdruck liegt immer um 90% unter dem von Neuware.
