Biogene Strahlenvernetzungsverstärker für Polyamide zur Lebensmittelkontaktanwendung und additiven Fertigungen
Projektleiter: Henning Austmann
Projektnummer: BMWi / ZIM - ZF4068923VS8
Laufzeit: 01.03.2019 bis 30.11.2021
Aufgabenstellung
Das Projekt „RayPlast“ untersuchte neue Strahlenvernetzungsverstärker für aliphatische Polyamide, um sie im 3D-Druck und in Lebensmittelkontaktanwendungen einsetzen zu können. Voraussetzung für den Einsatz von Additiven in Kunststoffobjekten mit Lebensmittelkontakt ist deren Listung in der geltenden EU-Verordnung. Da das derzeit für Polyamide eingesetzte TAIC nicht gelistet ist, wurde nach Verbindungen gesucht, die strukturell ähnlich sind, z.B. olefinische Doppelbindungen aufweisen. Mit Sojaöl wurde eine Verbindung gefunden. Anders als in der Literatur für flüssige Systeme beschrieben, zeigte Sojaöl in festem Polyamid 6 kein Vernetzungsverhalten. Um eine Verbindung für Lebensmittelkontaktanwendungen zuzulassen, ist ein von der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (efsa) vorgeschriebenes Prozedere zu durchlaufen. Um mit nur zwei Genotoxizitätstest (OECD TG471 und TG487) eine Zulassung zu erhalten, muss die Migration eines Additivs im Migrationstest kleiner als 0,05 mg/kg Lebensmittelsimulanz sein. Ziel des Projekts sind daher migrationsstabile und genotoxisch unauffällige Verbindungen. Eine aus dem TAIC abgeleitete und sehr intensiv untersuchte Verbindung ist der N,N‘-Diallylharnstoff (DAU, Sinapolin). Durch das freie Wasserstoffatom der Amidgruppen sollte diese Verbindung migrationsstabil sein. Eine weitere Voraussetzung ist die thermische Beständigkeit eines Additivs, die mindestens 10 % über der Verarbeitungstemperatur liegen soll. Daher wurden weitere migrationsstabile Verbindungen untersucht.
Ergebnisse
Die Compounds mit DAU (3), DAM (12), DAS (18) und TACT (TACT_1) zeigen hohe Gelanteile. Um DAU während der Verarbeitung zu stabilisieren, wurden Versuche mit den Masterbatchcarriern Ultramid C37LC, Elvaloy AC 1224 und AC 12024S und zusätzlichen Additiven durchgeführt. Irgafos 168 verhinderte eine Schädigung während der Verarbeitung. Ein Nukleierungsmittel erhöht Gelanteil und HDT/B. Phenolische und aminische primäre Antioxidantien verhindern in höheren Konzentrationen die Gelbildung. Die größte Erhöhung der Wärmeformbeständigkeit zeigte Compound TACT_1, sie konnte von 130 °C (0 kGy) auf 209 °C (165 kGy) gesteigert werden. Für DAU zeigte der am TITK durchgeführte Ames-Mutagenitätstest (OECD TG471) keine Auffälligkeiten mit und ohne S9-Mix. Im InVitro Mikrokerntest zeigte DAU mutagene Eigenschaften. Für weitere Arbeiten steht seit Kurzem die VEGA-Software zur Verfügung. Mit ihr lässt sich ein eventuell mutagenes Potenzial einer potenziellen Verbindung vorhersagen (QSAR).
Anwendung
Bis auf TABTC sind die untersuchten Verbindungen für eine Filamentextrusion für den 3D-Druck thermisch nicht stabil genug, eignen sich aber hervorragend, um TAIC in vielen Anwendungen zu ersetzen. Ein großer Vorteil der Verbindungen ist, dass sie Feststoffe sind. Im Folgeprojekt „RayPrint“ und in einer Industriekooperation werden die Versuche zur weiteren Stabilisierung weiterer Additive, zur Migration und möglichen genotoxischen Eigenschaften fortgeführt.
