mini|Der Weichmacher aus dem Radiergummi ist in das rote Plastikrohr eingewandert und hat es zum Schmelzen gebracht. Weichmacher bzw. Weichmachungsmittel () bewirken, dass Stoffe weicher, flexibler, geschmeidiger und elastischer sind.
Weichmacher wirken als Lösungsmittel. Sie lassen Kunststoffe aufquellen und überführen sie in einen gelartigen Zustand. Wenn Weichmacher wieder entweichen, schrumpft der Stoff, wird spröder, härter und gegebenenfalls rissig.Merkblatt zur Materialverträglichkeit - Materialverträglichkeit rund um das Isolierglas – Isolierglasdichtstoffe, Verglasungsdichstoffe, Klötze (PDF; 399 kB) Bundesverband Flachglas – Großhandel Isolierglasherstellung Veredelung e. V., 6/2014. Ein benachbarter Stoff, in welchen der Weichmacher migriert, kann klebrig werden oder sich schlimmstenfalls verflüssigen. Je niedriger der Dampfdruck eines Weichmachers, desto niedriger ist seine Tendenz, zu verdunsten. Häufig werden Ester der Phthalsäure und der Phosphorsäure als Weichmacher eingesetzt.Maler-Wiki - Weichmacher, In: Mappe.de. Abgerufen im Mai 2020.
87 % der 2012 verbrauchten Weichmacher wurden in Kunststoffprodukten eingesetzt (größtenteils in Folien und Kabeln), danach folgen Gummiprodukte, Farben und Lacke.Ceresana Research: Marktstudie Weichmacher, November 2013. Darüber hinaus werden sie auch in Klebstoffen und Befilmungsüberzügen eingesetzt.
Weichmacher gehören zu den meistverkauften Chemikalien. Dazu gehören zum Beispiel schwerflüchtige Carbonsäureester, fette Öle, Weichharze und Campher. Sie verschieben den thermoelastischen Bereich hin zu niedrigeren Temperaturen, sodass der Kunststoff im Bereich der Einsatztemperatur die gewünschten elastischen Eigenschaften aufweist.
Manche Weichmacher sind gesundheits- und umweltschädlich. Insbesondere Phthalate, die bei den Weichmachern einen Marktanteil von 70 % ausmachen, sind dafür bekannt und inzwischen in vielen Anwendungen verboten.
Methoden und Beispiele Beispiele für Weichmacher, die Kunststoffen zugesetzt werden:
Äußere Weichmachung Bei der äußeren Weichmachung wird der Weichmacher nicht kovalent in das Polymer eingebunden, sondern tritt nur über seine polaren Gruppen (Dipole) mit dem Polymer in Wechselwirkung. Die kleinen, beweglichen Weichmacher-Dipole schieben sich zwischen die Kettenmoleküle des Polymers und binden sich an deren Dipole. Dadurch werden die Kettenmoleküle aufgelockert und beweglicher. Ebenso nehmen Weichheit und Dehnung des weichgemachten Polymers zu, sodass die Zugfestigkeit vermindert wird. Es gibt Scharnier- und Abschirmweichmacher.
Diethylhexylphthalat (DEHP) wird als Weichmacher für PVC und Elastomere verwendet und ist nach wie vor der mit großem Abstand meistgebrauchte Weichmacher. Aufgrund verschiedener negativer Einschätzungen (unter anderem von einer EU-Arbeitsgruppe im Jahr 2000 als fruchtschädigend und fruchtbarkeitsschädigend eingestuft) verzichtet die europäische Kunststoffindustrie weitgehend auf Phthalate in Spielzeugen für Kleinkinder. DEHP wurde auch in Olivenöl nachgewiesen. Eine andere, umgangssprachlich gebräuchlichere Bezeichnung für DEHP ist Dioctylphthalat (DOP). DEHP gehört zur Gruppe der Phthalsäureester. Mesamoll, ein Alkylsulfonsäureester des Phenols (ASE), Weichmacher für PVC, dient als Ersatzstoff für DEHP. Hexamoll DINCH ist ein weiterer Ersatzstoff für DEHP und wird seit dem Jahr 2006 für die Herstellung von Kunststoffartikeln sensibler Anwendungsbereiche wie Kinderspielzeug aus PVC, Medizinartikel und zum Verpacken von Lebensmitteln verwendet. Citronensäure-basierte Weichmacher, wie Citronensäuretriethylester sind zwar teurer als Phthalat-basierte WeichmacherG. Pritchard: Plastics Additives. 2005, ISBN 1-84735-037-2, Kapitel 4.13.5. . aber sie sind kaum toxisch und weisen auch keine hormon-ähnlichen Wirkungen auf. Adipinsäure-basierte Weichmacher, speziell Diethylhexyladipat und Diethyloctyladipat werden ähnlich wie citratbasierte Weichmacher eingesetzt. Auch sie sind zwar toxikologisch weniger bedenklich als Phthalate, aber auch teurer.
Innere Weichmachung Neben diesen als äußere Weichmachung bezeichneten Methoden existiert auch die sog. innere Weichmachung. In diesem Fall wird der Weichmacher im Rahmen einer Copolymerisation eingeführt. Im Gegensatz zur äußeren Weichmachung, bei der der Weichmacher nur über zwischenmolekulare Wechselwirkungen mit den Makromolekülen verknüpft ist, wird er bei innerer Weichmachung Teil des Makromoleküls (in dem Fall eines Copolymeres). Dadurch werden die Abstände der einzelnen Makromoleküle vergrößert, die intermolekularen Anziehungskräfte verringert und die Kettenbeweglichkeit erhöht. Deshalb bleibt der Kunststoff dauerhaft weich und es kommt nicht zu einem Ausdiffundieren des Weichmachers. Beispielsweise wird Vinylchlorid mit bis zu 20 Prozent Vinylacetat polymerisiert. Die Copolymerisate des Vinylchlorids werden für Verarbeitungstechniken bei niedrigen Temperaturen und als Lack- und Klebstoffrohstoffe benötigt. Andere Zusätze für die Copolymerisation von Vinylchlorid sind Maleinsäure, Ethen, Methylvinylether oder Acrylsäuremethylester.
Extender Extender sind Sekundärweichmacher, die eine mäßige Polarität besitzen und daher nur in Abstimmung mit den eigentlichen Weichmachern eingesetzt werden. Sie dienen zur Verbesserung der Verarbeitung und zur Verbilligung der Kunststoffformmasse.Otto Schwarz, Friedrich Wolfhard Ebeling (Hrsg.): Kunststoffkunde. 8. Aufl. Vogel, Würzburg 2005, ISBN 3-8023-1987-7, S. 50. Als sekundäre Weichmacher kommen häufig Chlorparaffine sowie auch epoxidierte Pflanzenöle, wie epoxidiertes Sojabohnenöl, zum Einsatz.
Weichmacher in der Tablettenindustrie Zur Herstellung von überzogenen Tabletten mit Hilfe von Polymerlösungen oder Polymerdispersionen werden Weichmacher zugesetzt. Dabei handelt es sich oft um niedermolekulare, hochsiedende Flüssigkeiten, wie etwa der Sebacinsäuredibutylester mit einem Siedepunkt von 343 °C. Ziel ist es die Sprödigkeit der Überzüge zu senken und die Flexibilität zu erhöhen. Außerdem wird durch Weichmacher die Mindestfilmbildetemperatur gesenkt. Diese sollte optimalerweise bei Raumtemperatur liegen. Weichmacher lagern sich zwischen Polymerketten und erhöhen somit die Flexibilität und Elastizität der Ketten. Sie verringern die Sprödigkeit und senken im Zusammenhang mit Polymerlösungen für Überzüge deren Mindestfilmbildetemperatur.
Kurzzeichen nach ISO 1043-3
Kurzzeichen Deutscher Name CAS-Nr.ASE(C10–C21)Alkansulfonsäurephenylester BARButyl-O-acetylrizinoleat BBPBenzylbutylphthalat BCHPButylcyclohexylphthalat BNPButylnonylphthalat BOABenzyloctyladipat BOPButyloctylphthalat BSTButylstearat DBADibutyladipat DBEPDi-2-butoxyethylphthalat DBFDibutylfumarat DBMDibutylmaleat DBPDibutylphthalat DBSDibutylsebacat DBZDibutylazelat DCHPDicyclohexylphthalat DCPDicaprylphthalat DDPDidecylphthalat DEGDBDiethylenglycoldibenzoat DEPDiethylphthalat DHPDiheptylphthalat DHXPDihexylphthalat DIBADiisobutyladipat DIBMDiisobutylmaleat DIBPDiisobutylphthalat DIDADiisodecyladipat DIDPDiisodecylphthalat DIHPDiisoheptylphthalat DIHXPDiisohexylphthalat DINADiisononyladipat DINPDiisononylphthalat DIOADiisooctyladipat DIOMDiisooctylmaleat DIOPDiisooctylphthalat DIOSDiisooctylsebacat DIOZDiisooctylazelat DIPPDiisopentylphthalat DMEPDi-2-methyloxyethylphthalat DMPDimethylphthalat DMSDimethylsebacat DNFDinonylfumarat DNMDinonylmaleat DNOPDi-n-octylphthalat DNPDinonylphthalat DNSDinonylsebacat DOADioctyladipat DOIPDioctylisophthalat DOPDioctylphthalat DOSDioctylsebacat DOTPDioctylterephthalat DOZDioctylazelat DPCFDiphenylkresylphosphat DPGDBDi-x-propylenglycoldibenzoat DPOFDiphenyloctylphosphat DPPDiphenylphthalat DTDPDiisotridecylphthalat DUPDiundecylphthalat ELOEpoxidiertes Leinsamenöl ESOEpoxidiertes Sojabohnenöl GTAGlycerintriacetat HNUAHeptylnonylundecyladipat (= 711A)nicht vergebenHNUPHeptylnonylundecylphthalat (= 711P) HXODAHexyloctyldecyladipat (= 610A)nicht vergebenHXODPHexyloctyldecylphthalat (= 610P) NBBSN-Butylbenzolsulfonamid NUANonylundecyladipat (= 911A)nicht vergebenNUPNonylundecylphthalat (= 911P) ODAOctyldecyladipat ODPOctyldecylphthalat ODTMn-Octyldecyltrimellitatnicht vergebenPOParaffinöl PPAPolypropylenadipat PPSPolypropylensebacat SOASucroseoctaacetat TBACTributyl-O-acetylcitrat TBEPTri-2-Butoxyethylphosphat TBPTributylphosphat TCEFTrichlorethylphosphat TCFTrikresylphosphat TDBPPTris(2,3-dibrompropyl)phosphat TDCPPTris(2,3-dichlorpropyl)phosphat TEACTriethyl-O-acetylcitrat THFOTetrahydrofurfuryloleat THTMTriheptyltrimellitat TIOTMTriisooctyltrimellitat TOFTrioctylphosphat TOPMTetraoctylpyromellitat TOTMTrioctyltrimellitat TPPTriphenylphosphat TXFTrixylylphosphat
Analytik Die zuverlässige qualitative und quantitative Bestimmung der verschiedenen Weichmacher gelingt nach angemessener Probenvorbereitung durch Einsatz der Kopplung der Gaschromatographie mit der MassenspektrometrieW. Xiang, Q. Gong, J. Xu, K. Li, F. Yu, T. Chen, S. Qin, C. Li, F. Wang: Cumulative risk assessment of phthalates in edible vegetable oil consumed by Chinese residents. In: J Sci Food Agric. Band 100, Nr. 3, Feb 2020, S. 1124–1131. PMID 31680259. oder durch Kopplung der HPLC mit der Massenspektrometrie.J. An, Y. Y. Kim, H. D. Cho, J. Kim, J. Y. Lee, Y. Lee, E. Jo, J. Lee, S. Cha, S. B. Han: Development and investigation of a QuEChERS-based method for determination of phthalate metabolites in human milk. In: J Pharm Biomed Anal. Band 181, 2. Jan 2020, S. 113092. PMID 31915107. Die Verfahren eignen sich auch für die Bestimmung der Weichmacher in Kunststoff-Spielzeug.X. Meng, N. Zhang, X. Sun, Z. Niu, Y. Deng, J. Xu, H. Bai, Q. Ma: Suspect screening of 200 hazardous substances in plastic toys using ultra-high-performance liquid chromatography-hybrid quadrupole time-of-flight mass spectrometry. In: J Chromatogr A., 27. Dez 2019, S. 460830. PMID 31902577. Auch in neuerdings auf dem Markt befindlichen essbaren Insekten (Orthoptera, Coleoptera, Lepidoptera, Hemiptera, Odonata, Hymenoptera) konnten mit der beschriebenen Methodik Weichmacher in geringer Menge nachgewiesen werden.G. Poma, S. Yin, B. Tang, Y. Fujii, M. Cuykx, A. Covaci: Occurrence of Selected Organic Contaminants in Edible Insects and Assessment of Their Chemical Safety. In: Environ Health Perspect. Band 127, Nr. 12, Dez 2019, S. 127009. PMID 31891522
Gesundheitliche Auswirkungen und Folgen
Eine generelle Aussage über die Auswirkungen von „Weichmachern“ ist schwierig, weil je nach Anwendung unterschiedliche Gruppen von Chemikalien so bezeichnet werden. In der Kritik stehen hauptsächlich Weichmacher für spröde Kunststoffe.
Weichmacher auf Basis von Phthalaten zum Beispiel können Unfruchtbarkeit bei Männern verursachen, da sie in ihrer Wirkung bestimmten Hormonen ähnlich sind.„45 Min – Gefahr Weichmacher“: Warum sind immer mehr Männer nur noch eingeschränkt fruchtbar? Die Mitgliedsstaaten der Europäischen Union stuften die Phthalate DEHP, DBP und BBP als fortpflanzungsgefährdend ein.Umweltbundesamt: Phthalate – die nützlichen Weichmacher mit den unerwünschten Eigenschaften. (PDF; 370 kB) abgerufen am 1. Mai 2015. Sie beeinflussen die Testosteron-gesteuerten Entwicklungsstufen. medizinauskunft.de, 22. März 2010. Außerdem stehen sie in Verdacht, Diabetes zu verursachen. Auch das als nötiges Antioxidans zugesetzte – also damit vergesellschaftete – Bisphenol A steht im Verdacht, gesundheitliche Auswirkungen zu zeigen.