Einfluss von Ruß auf die Leistung von PE-Rohren

Bevor wir „Ruß“ verstehen, müssen wir zunächst einen wichtigen Leistungsindikator für Kunststoffrohre kennen – die Witterungsbeständigkeit.
Witterungsbeständigkeit bezeichnet die Fähigkeit eines Materials, Alterung, Verschleiß und Leistungsverschlechterung in der natürlichen Umgebung (unter dem Einfluss natürlicher Faktoren wie Sonnenlicht, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Regen, Wind usw.) zu widerstehen. Sie ist ein wichtiger Indikator für die Bewertung von Materialien für Anwendungen im Außenbereich.
Die Rolle von „Ruß“ besteht insbesondere darin, die Witterungsbeständigkeit von Kunststoffrohren wie PE zu verbessern.

1. Was passiert, wenn PE-Rohre längere Zeit der Sonne ausgesetzt sind?
Wenn PE-Kunststoffrohre im Freien exponiert sind, zersetzen die hochenergetischen ultravioletten Strahlen des Sonnenlichts die Molekülketten an der Kunststoffoberfläche und erzeugen freie Radikale. Diese freien Radikale werden weiter zu Peroxiden oxidiert, welche mit den Polymeren reagieren und deren Alterung verursachen. Die Folge sind Oberflächenrisse und Versprödung der Rohre, die mechanischen Eigenschaften verschlechtern sich kontinuierlich und die Lebensdauer verkürzt sich.

2. Was ist Ruß?
Ruß ist ein schwarzes, pulverförmiges Kohlenstoffmaterial, das üblicherweise aus Erdölnebenprodukten, Erdgas oder Kohle durch unvollständige Verbrennung oder Pyrolyse hergestellt wird. Ruß findet breite Anwendung als Pigment und Füllstoff in Branchen wie der Gummi-, Lack- und Druckfarbenindustrie.
Durch die Zugabe von Ruß bildet sich auf PE-Rohren eine gleichmäßig verteilte Rußschicht, die ultraviolette Strahlen effektiv absorbiert und streut, die antioxidativen Eigenschaften der PE-Rohre verbessert und Alterung und Bruch verhindert.

3. Was ist die Hauptrolle von Ruß?
Bei PE-Rohren manifestiert sich die Rolle von Ruß hauptsächlich in folgenden zwei Aspekten:
- Absorption ultravioletter Strahlen:
Die große Oberfläche und die Lichtabsorptionseigenschaften von Ruß ermöglichen es ihm, ultraviolette Strahlen effektiv zu absorbieren und zu verhindern, dass ultraviolette Strahlen direkt auf Polymermoleküle einwirken.
- Abfangen freier Radikale:
Die funktionellen Gruppen auf der Oberfläche von Ruß (wie z. B. Hydroxylgruppen) können mit durch UV-Strahlung in Polymermolekülen erzeugten freien Radikalen reagieren. Dadurch werden diese reaktiven freien Radikale abgefangen und weitere Polymerzersetzungsreaktionen verhindert. Diese chemische Reaktion trägt zur Stabilisierung der Polymerstruktur bei und verzögert den Alterungsprozess des Polymers.

4. Welche Anforderungen gelten für Ruß in PE-Rohren?
- Rußgehalt:
Um eine gute UV-Blockierungsleistung zu gewährleisten, sollte der Rußgehalt von PE-Rohrmaterialien im Bereich von 2-2,5% gehalten werden.
- Partikelgröße von Ruß:
Die Rußpartikel sollten so fein wie möglich sein, üblicherweise im Bereich von 20-50 Nanometern, um sich besser in PE-Rohrmaterialien zu dispergieren.
- Gehalt an Rußasche:
Je niedriger der Aschegehalt des Rußes, desto höher die Reinheit und desto geringer die Beeinträchtigung der Eigenschaften von PE-Rohren. Im Allgemeinen sollte der Aschegehalt von Ruß für PE-Rohre unter 0,5 % liegen. (Der Aschegehalt bezeichnet die Summe der Nicht-Kohlenstoff-Bestandteile im Ruß, üblicherweise anorganische Salze und andere nicht brennbare Rückstände.)

Die obige Zusammenfassung beschreibt die Verwendung von Ruß in PE-Rohren. Es zeigt sich, dass es bei den meisten Kunststoffrohren, die Ruß benötigen, letztendlich um die Verbesserung der Witterungsbeständigkeit geht.