Additive (, „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 oder auch nur Promille 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:
spezifische Wirksamkeit evtl. lange andauernde Wirkung z. B. bei Lichtschutzmittel
Hinzu kommen die generellen Anforderungen an alle Rohstoffe:
gute Umweltverträglichkeit geringe Gesundheitsgefährdung hohe Wirtschaftlichkeit / niedriger Preis hohe Stabilität keine negativen Einflüsse
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.
Verarbeitungshilfsmittel wie Dispergiermittel, Verdickungsmittel und Emulgatoren Bindehilfsmittel wie Härter (sog. Co-Härter zum Einstellen eines spezifischen Eigenschaftsprofils), Lösemittel (z. B. sog. Co-Lösemittel in wässrigen Lacken und Verdünnungsmittel) Trockenstoffe (Sikkative) bei Kunststoffen, Lacken und Naturharzen Netz- und Dispergierhilfsmittel, Lacke und Anstrichmittel Antioxidantien, Lacke und Anstrichmittel Trocknungsmittel und Befeuchtungsmittel Zuschlagstoffe in Baumaterialien, Betonzusatzstoffe Weichmacher in Kunststoffen Lichtschutzmittel (UV-Absorber und/oder Radikalfänger) in Kunststoffen und Lacken Verlaufsmittel für eine möglichst glatte Lackoberfläche Entschäumer und Entlüfter in Beschichtungsstoffen Mattierungsmittel (hauptsächlich für Lacke) Triebmittel zur Schaumbildung Hautverhinderungsmittel Korrosionsschutzmittel, Enthärter und Biozide in Wasserkreisläufen, letztere auch in Pigmentpräparationen, wasserbasierten Lacken und Dispersionsfarben Konservierungsmittel und Antioxidationsmittel Nahrungsmittelzusatzstoffe und Futtermittelzusatzstoff wie Mineralien, Vitamine und Farbstoffe Antistatika in Laminatfußböden Flammschutzmittel Adsorptionsmittel Flussmittel (Löten) zur Vorbereitung von Lötflächen 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 die Funktion eines Additives übernehmen, die üblicherweise nicht als Additiv eingesetzt werden bzw. so bezeichnet werden.
Pigmente in geringen Konzentrationen Funktionelle Füllstoffe
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. 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 beigemischte Biozide) und die Lagerstabilität so teilweise vervielfacht werden.
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 die Oktan- bzw. Cetanzahl und sorgen so für erheblich mehr Leistung und Effizienz im Motor.
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 bei Oldtimern bisweilen wegen einer vermuteten Schmierwirkung Bleiersatz verwandt.
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: Verschleißminderer, sog. AW-Additive (Anti wear additives) Reibungsminderer (Friction Modifiers) Fressschutzadditive, sog. EP-Additive (Extreme pressure additives) Viskositätsindexverbesserer (VI Improvers)
Folgende Additive werden benötigt, um weitere Anforderungen an den Schmierstoff zu erfüllen: Korrosionsschutzadditive, sog. Korrosionsinhibitoren (Corrosion inhibitors) Alterungsschutzmittel, sog. Antioxidantien (Antioxidants) Schaumverhütungsadditive, sog. Entschäumer (Anti foam additives) Biozide in wassermischbaren Schmierstoffen (Biocides) Tenside und Emulgatoren (Surfactants/Emulsifiers) Dispergiermittel und Netzmittel (Dispersants/Wetting agents) gegebenenfalls alkalische Zusatzstoffe zur Säureneutralisation im Schiffsdieselmotor (angegeben durch die sogenannte Base Number).
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. Ein typisches Additiv bei Motorölen für Brennkraftmaschinen ist Molybdändisulfid.
Für Treibstoffe und Schmierstoffe speziell für Luftfahrtantriebe
Übliche Additive in Flugzeugtreibstoffen und Flugzeug-Schmierölen sindA. 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.comChemistry of Gasoline Fuel Additives, in Fuel Additives Use and Benefits, Technical Committee of Petroleum Additive Manufacturers in Europe, PDF-Datei online einsehbarLeslie R. Rudnick: Lubricant Additives. CRC Press, 2017, ISBN 978-1-351-64696-3 ()Johannes Karl Fink: Additives for High Performance Applications. John Wiley & Sons, 2016, ISBN 978-1-119-36390-3 ().R. M. Mortier: Chemistry and Technology of Lubricants. Springer, 2012, ISBN 978-1-4615-3272-9, S. 62 (). (in alphabetischer Reihenfolge der Substanzklassen): Antiabsetzmittel (auch Antisedimentationsmittel, Sedimentationsverhinderer, Phasenstabilisatoren oder „wax anti-settling additives“ genannt) verhindern wie auch Ölschlammdispergiermittel das Absetzen von festen Bestandteilen (wie beispielsweise Ruß oder Öl-Asche) oder von durch Kälte ausgeflockten Paraffinen oder Eispartikeln in Treibstoffen oder Schmierölen Antioxidantien verbessern die Lagerfähigkeit in Tanks und verhindern Polymerisierungsreaktionen und damit zusammenhängend Verklumpungen, beispielsweise aromatische Diamine Antischaummittel; sie verhindern die Schaumbildung bei der Betankung (bei Diesel) und erlauben ein schnelleres Betanken, beispielsweise Polysilikone Antistatikmittel (beispielsweise schwefelhaltige Dinonylnaphthylsulfonsäure) oder Leitfähigkeitsverbesserer sollen elektrostatische Aufladungen bei der Betankung und damit Zündgefahren bei einer elektrostatischen Entladung vermeiden. Biozide: Feuchte Luft, die anstelle des verbrauchten Kraftstoffs den Tank füllt, kann Mikroorganismen (Hefen, Sporen von Schleim- und Schimmel- und sonstiger Pilze und Bakterien,The trouble with water…; bei www.shell.com die organische Verbindungen als Nährstoffe akzeptieren) beherbergen, die Feuchte kann gefrieren. Beides kann dann zu Verstopfung von Filtern oder zu anaerober Biokorrosion führen); deshalb werden den Treibstoffen Biozide (beispielsweise Bororganische Verbindungen, Isothiazolinone und Ethylenglycol oder Quaternäre Amine) und Vereisungsschutzmittel (beispielsweise (GlykolmonomethyletherFuel System Icing Inhibitor – Dicing) zugesetzt. (englisch für: Brennkammer-Rückstandsverhinderer), dafür Tri-Alkyl-Phosphor-Säure-EsterYanis C. Athanassiadis: Air Pollution Aspects of Phosphorus and its Compounds. United States Environmental Protection Agency online einsehbar (englisch) verhindern die Bildung von Schmieröl-Asche und -Ruß und von (englisch für: kondensatbedingte Korrosion, Säure-Taupunkt-Korrosion oder Säurekondensatkorrosion, siehe Schwefelsäuretaupunkt) in Erhitzern. mini|Prüfung auf Trübung Demulgatoren verhindern die Emulgation (Emulsionsbildung) von Wasser (aus der Luftfeuchte) in Öl, dehazer wirken gegenteilig, indem sie Wasser-in-Öl-Mikroemulsionen ermöglichen, wodurch sich Wasser nicht in Pipelines (Treibstoffleitungen am Flughafen) ablagertKim B. Peyton: Ondeo/Nalco Fuel Field Manual, McGraw Hill Professional, 2002.