[AKTUALISIEREN] Die drei Arten von Antioxidantien erklärt

Aktualisiert im Juni 2026 · Geprüft vom technischen Team von Nanjing Wellt Chemicals

Antioxidantien für Kunststoffe sind Additive, die die Oxidation unterbrechen und so verhindern, dass Polymere spröde, vergilben oder an Festigkeit verlieren. Die Auswahl der richtigen Antioxidantien für Kunststoffe erfordert nicht das Auswendiglernen einer Liste von Handelsnamen, sondern das Verständnis ihrer drei Funktionen. Jedes Additiv dieser Kategorie lässt sich einer von drei Gruppen zuordnen: Radikalfänger, Hydroperoxidzersetzung oder eine Kombination aus beidem in einem synergistischen System. Wer diese drei Aspekte beherrscht, kann das richtige Additiv (z. B. ein sterisch gehindertes Phenol , ein Phosphit oder eine fertige Mischung) gezielt auswählen.

Kunststoffoxidation und die Aufgabe von Antioxidantien

Polyolefine wie Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE) bieten viele Vorteile: Sie sind relativ kostengünstig, haben eine geringe Dichte und sind sehr robust. Ihr größter Nachteil ist jedoch ihr Polymergerüst, das ausschließlich aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen besteht und daher leicht mit der Umgebung – insbesondere mit Sauerstoff – reagiert. Hitze und mechanische Scherung, wie sie beispielsweise bei Extrusionstemperaturen auftreten, führen zur Dissoziation von Wasserstoff und zur Bildung freier Radikale. Diese freien Radikale binden sich an benachbarte Sauerstoffmoleküle und bilden Peroxyradikale, die wiederum Wasserstoffatome aus benachbarten Polymerketten herauslösen. Peroxyradikale bilden schließlich Hydroperoxide, die den Prozess wiederholen, indem sie sich dissoziieren und dabei weitere freie Radikale und Sauerstoffmoleküle bilden. Dieser sich selbst verstärkende Kettenreaktionszyklus wird als Autoxidation bezeichnet. Da die Autoxidation bei höheren Temperaturen exponentiell aktiver ist, spaltet sie Polymerketten, was zu einer Verringerung des Molekulargewichts, einer Erhöhung der Schmelzfließfähigkeit und schließlich zu Verfärbungen, einem Verlust an Zugfestigkeit und Dehnung sowie zu Sprödigkeit führt.

Antioxidantien verhindern diese Autoxidationsreaktionen. Im Allgemeinen handelt es sich bei Antioxidantien um Kunststoffadditive – oder Stabilisatoren –, die in Spurenmengen zugesetzt werden, um Polymere vor dem Abbau und dem Funktionsverlust bei Sauerstoffkontakt zu schützen. Antioxidantien schützen Kunststoffe vor Polymeroxidation, die auch nach der Synthese und nach dem Schmelzen weitergeht, wenn die Polymerteile in einer Anwendung verwendet werden. Diese Effekte – der Verlust der physikalischen Eigenschaften des Materials – treten lange vor sichtbaren physikalischen Veränderungen am Bauteil selbst auf. Der Materialabbau erfolgt durch thermische Oxidation. Laut ScienceDirect , einer vielzitierten Studie, in der die Herausgeber der Zeitschrift die Funktionalität von Materialadditiven in verschiedenen Kunststoffen zusammenfassen, sind Stabilisatoren notwendig, da der Abbau bereits mit dem Schmelzen des Rohmaterials beginnt. Daher ist es entscheidend, dass das antioxidative Materialadditiv im Kunststoff sowohl den rauen Bedingungen standhält, denen der Kunststoff während der Schmelzverarbeitung nur wenige Minuten lang und während seiner Anwendung über viele Jahre ausgesetzt ist. Kein einzelnes Antioxidansmolekül kann beide Phasen gleichermaßen gut bewältigen – hier kommen die verschiedenen Arten von Antioxidantien zum Einsatz. Bei Wellt behandeln wir dies als eine einzige Regel: Antioxidantien für Polymere sind Stabilisatoren zum Schutz der Polymere. Sie werden hinzugefügt, weil die Oxidation von Polymeren – eine radikalische Kettenreaktion, die mit der Polymerisation beginnt und thermisch schneller abläuft – die mechanischen Eigenschaften und den Endnutzenwert lange vor dem sichtbaren Schaden des Bauteils schleichend mindert.

Typ 1: Primäre Antioxidantien (Gehinderte Phenole)

Primäre Antioxidantien sind Radikalfänger, auch Kettenreaktionsunterbrecher genannt. Die dominierende chemische Komponente ist das sterisch gehinderte Phenol, ein Molekül, dessen sperrige tert-Butyl-Substituenten eine sehr reaktive Hydroxylgruppe abschirmen. Diese Hydroxylgruppe spendet ein Wasserstoffatom an ein Peroxyradikal, wodurch ein aggressives freies Radikal in ein stabiles Molekül umgewandelt und ein Kettenreaktionsschritt unterbrochen wird. Diese sterische Hinderung ist entscheidend: Sie verlangsamt die Oxidation des Phenols selbst, sodass das Molekül lange genug überlebt, um über Jahre hinweg Wasserstoffatome zu spenden. Daher bilden gehinderte Phenole die Grundlage für langfristige thermische Stabilität. Wählt man das falsche primäre Antioxidans, kann ein Bauteil Jahre vorzeitig ausfallen, da die Kettenreaktion ungehindert abläuft, sobald das Phenol verbraucht ist – ein Restphenolgehalt von über etwa 0.05 % verhindert dies.

Was ist ein gehindertes Phenol-Antioxidans?

Ein sterisch gehindertes Phenol-Antioxidans ist ein Antioxidans, das eine oder mehrere phenolische Gruppen enthält, bei denen jedoch in ortho-Position zu den Hydroxylgruppen sperrige Substituenten vorliegen. Dadurch ist das Antioxidans ein sehr effektiver und stabiler Wasserstoffatomdonator. In der Praxis sind die beiden wichtigsten Vertreter Irganox 1010, ein hochmolekulares sterisch gehindertes Phenol , und das niedermolekulare Irganox 1076.

Der Kompromiss ist einfach: Das hohe Molekulargewicht von Irganox 1010 sorgt für eine geringe Flüchtigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Verluste bei der Heißverarbeitung, aber es wandert weniger leicht in dünne Schichten, wohingegen Irganox 1076 leichter dispergiert und wandert.

Ein Mythos, der widerlegt werden sollte, ist die Annahme, dass ein hohes Molekulargewicht bedeutet, dass ein Additiv das Bauteil nie verlässt. Eine von Experten begutachtete Studie zu 20 Antioxidantien in Kunststoffen mit Lebensmittelkontakt (PMC, 2024) ergab, dass Irganox 1010 das Antioxidans mit der höchsten Migrationsrate in Fettsimulanzientests war (0.29 mg/kg, gefolgt von Irganox 1076 und Irgafos 168). Ein hohes Molekulargewicht minimiert zwar die Verflüchtigung und reduziert somit die Migration in fetthaltige Lebensmittelsimulanzien, verhindert sie aber nicht vollständig – und es gibt einen gesetzlichen Grenzwert für diese Migration, den Käufer beachten müssen. Kleinere Phenole wie Butylhydroxytoluol (BHT) eignen sich für weniger extreme Anwendungen, verdunsten aber bei längerer Nutzungsdauer zu schnell. Ein weiterer Nachteil von Phenolen: Sie werden zur Bekämpfung von Hitze und oxidativer Zersetzung eingesetzt, nicht jedoch gegen UV-Strahlung, für deren Schutz Lichtstabilisatoren erforderlich sind. Amine (eine weitere Familie primärer Antioxidantien) wirken ebenfalls Hitze/Oxidation entgegen, verursachen jedoch Vergilbung/Fleckenbildung und werden hauptsächlich für anspruchsvolle Aufgaben und Gummi verwendet.

„In der Produktionshalle ist Phenol Ihre Versicherung für die nächsten zehn Jahre, nicht für die nächsten zehn Minuten. Wer die Vergilbung auf ‚zu wenig Phenol‘ zurückführt, hat in der Regel einen Phosphitmangel während der Verarbeitung.“

Typ 2: Sekundäre Antioxidantien (Phosphite und Thioester)

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Sekundäre Antioxidantien wirken umgekehrt: Anstatt Radikale abzufangen, entfernen sie die von diesen Radikalen hinterlassenen Hydroperoxide und spalten sie in stabile Produkte auf, bevor sie sich in zwei neue Radikale spalten können. Wie BASF die Chemie beschreibt, reagiert diese Stoffklasse, die Phosphite und Thioester, mit Hydroperoxiden zu nicht-radikalischen Produkten. Es gibt zwei Untergruppen, und die Verwechslung dieser beiden ist ein häufiger Auswahlfehler. Wird das falsche sekundäre Antioxidans verwendet, vergilbt das Bauteil während der Hochtemperaturextrusion – ein kostspieliges Problem, das Wellt vor allem bei Automobil- und Verpackungsmassen beobachtet, die bei Temperaturen über 250 °C verarbeitet werden.

Welche Funktion hat ein Phosphit-Antioxidans während der Extrusion?

Während der Extrusion übernimmt das Phosphit-Antioxidans Irgafos 168 den größten Teil der „Kampfarbeit an vorderster Front“ – es zersetzt die Hydroperoxide, die sich unter Hitze und Scherung bilden – ein Prozess, der der Schmelze ihre Stabilität verleiht und die Vergilbung verhindert, die helle und weiße Teile so leicht beeinträchtigen kann.

Die Lagerung von Phosphit ist jedoch entscheidend. Da es unter feuchten Bedingungen hydrolysieren kann ( Forschungen der Manchester Metropolitan University zur Phosphithydrolyse zeigen, dass synergistische Mischungen und hydrolysebeständige Sorten gerade deshalb existieren, weil Rohphosphit bei der Lagerung zersetzt werden kann), sollte es luftdicht verschlossen und trocken aufbewahrt oder eine hydrolysestabilisierte Sorte gewählt werden. Für Anwendungen, die eine lange Lebensdauer bei erhöhten Temperaturen erfordern, kommen Schwefelester-Antioxidantien (Thioester) wie DLTDP und DSTDP zum Einsatz, wo die Wirkung von Phosphit nachlässt. Eine verwandte Hilfsstoffklasse sind Metalldesaktivatoren, die zur Komplexierung katalytischer Metallionen (Kupfer usw.) verwendet werden, welche häufig in Draht- und Kabelformulierungen vorkommen.

Typ 3: Synergistische Systeme (Mischungen und Co-Stabilisierung)

Drittens gibt es gezielt kombinierte Systeme, die auf den ersten beiden Systemen basieren. In der Praxis werden diese Systeme von den meisten Betrieben eingesetzt. Da ein primäres Phenol und ein sekundäres Phosphit in unterschiedlichen Phasen des Polymerlebenszyklus schützen (zuerst unter Hitze und Scherkräften während der Verarbeitung, dann unter dem allmählicheren Abbau im Betrieb), profitiert man von einem System, das beide Bereiche abdeckt. Synergistische Vorteile wurden nachgewiesen: In Feldversuchen steigerten Stabilisierungspakete mit gehemmter Phenol/Phosphit-Synergismus die Oxidationsinduktionszeit (OIT) von Polyolefinrohren um mehr als 40 % – zusätzlich zur Leistung der einzelnen Komponentensysteme. Das ist die praktische Definition von 1+1>2 bei Antioxidationssystemen.

Das mit Abstand beliebteste gebrauchsfertige Antioxidationssystem ist Irganox B215, eine 1:2-Mischung aus Irganox 1010 und Irgafos 168. Als Hersteller dieser Antioxidationsmittel-Kombinationen empfehlen wir Ihnen, falls Sie die beiden Komponenten nicht separat mischen müssen, eines unserer vorgemischten Synergistensysteme zu verwenden. Diese vermeiden Wiegefehler, garantieren feste Verhältnisse und lassen sich als ein Pellet dispergieren. Nur in sehr speziellen Anwendungsfällen kann eine Abweichung vom Standardverhältnis 1:2 gerechtfertigt sein. Die Dosierung ist entscheidend: Zu wenig Sekundärwirkstoff kann zu Farbverlusten im Verarbeitungsprozess führen; bei über 0.3 % können Additive auslaugen oder ausblühen – ein Kompromiss, den Wellt bei der Mischung eines Kompositpakets berücksichtigt.

Auswahl des richtigen Antioxidantientyps anhand von Polymer und Anwendung

Die Wahl des richtigen Antioxidans hängt von zwei Faktoren ab: der Verarbeitungstemperatur und der geforderten Lebensdauer. Für die meisten Polyolefine empfiehlt sich eine Phenol-Phosphit-Mischung mit 0.05–0.2 %. Für Anwendungen mit hohen Temperaturen sollte ein Thioester und für Drähte und Kabel ein Metalldesaktivator hinzugefügt werden. Die Auswahl hängt von zwei Fragen ab: Bei welcher Verarbeitungstemperatur arbeiten Sie und wie lange muss Ihr Bauteil halten? Der untenstehende Polymer-Antioxidans-Typen-Selektor – unsere 10-Harz-Antioxidans-Karte – bietet Ihnen erste Empfehlungen. Die angegebenen Dosierungen sind branchenübliche Richtwerte und dienen als Ausgangspunkt; sie variieren je nach Polymerqualität, Prozess und Geometrie des Endprodukts.

Anwendungsbeispiel: Angenommen, Sie müssen 1,000 kg PP für allgemeine Formteile compoundieren und entscheiden sich für ein synergistisches Antioxidantienpaket vom Typ B215 mit einer Gesamtadditivkonzentration von 0.1 %. Dies entspricht 1,000 kg * 0.001 = 1 kg der Mischung pro Charge. Dieses 1 kg der Mischung enthält ca. 0.033 % Irganox 1010 und 0.067 % Irgafos 168 im Verhältnis 1:2. Wenn das Bauteil im Einsatz hitzebeständig sein muss, beispielsweise eine Motorhaubenklammer, können Sie die Konzentration auf 0.2 % bis 0.3 % erhöhen, indem Sie einen Teil des Phosphits durch einen Thioester ersetzen, um die Hitzebeständigkeit zu verbessern. Antioxidantien werden üblicherweise als Antioxidantien-Masterbatch oder als Bestandteil eines Kunststoff-Antioxidantien-Pakets zugegeben , damit sich die geringe Dosis gleichmäßig im Harz verteilt.

Als Gruppe von Antioxidantien bieten Kunststoffadditive in verschiedenen Bereichen thermischen Schutz vor Hitze. Dieselben Antioxidantien, die in Bau- und Verpackungsprodukten eingesetzt werden, stabilisieren auch organische Substrate wie Kunststoffe in Medizinprodukten, synthetische Fasern, Polyurethanschäume sowie Bau- und Konstruktionsprofile. Phosphite verbessern die Verarbeitungsstabilität und unterstützen Verarbeiter bei der Verarbeitung und dem Schutz von Polymeren wie Polyethylen und PP. Phenole hingegen schützen die fertigen Kunststoffprodukte über deren gesamte Lebensdauer. Einige Kunststoffadditive können bei Überdosierung migrieren (ausblühen). Daher ist eine möglichst geringe Dosierung erforderlich, die das Bauteil vor Oxidation durch hohe Temperaturen schützt. Die meisten Kunststoffteile benötigen sehr geringe Mengen an Antioxidantien, weit unter 1 %.

📐 Technischer Hinweis

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Bei Verwendung von PP-Fasern oder -Klebeband sollte der Anteil an Antioxidantien unter 0.1 % liegen und Phosphite eingesetzt werden. Eine zu hohe Zugabe von Antioxidantien vom Phenoltyp kann bei starker Einwirkung von Verbrennungsgasen, insbesondere bei Lagerung und damit verbundener Exposition gegenüber Gasen aus der Erdgasverbrennung, zu einer Verfärbung führen. Die Oxidationsleistung verschiedener Antioxidantien kann in unserem Labor gemäß ASTM D3895 mittels DSC-Methode schnell ermittelt werden.

Häufige Auswahlfehler (aus der Praxis)

Drei Hauptursachen für Probleme und/oder Beschwerden im Zusammenhang mit Antioxidantien sind: 1. Übermäßiger Gebrauch, 2. Phosphite werden nicht verwendet, und 3. Hydrolyse von Phosphiten.

• Übermäßige Beladungsgrade – die höhere Menge an Antioxidantien, die dem Kunststoff zugesetzt wird, führt nicht zu einem proportionalen Nutzen bei höheren Leistungsniveaus und kann zu Ausblühungen führen, die dem Teil ein mattes Aussehen verleihen und Platten in Formen und Geräten verursachen können, die zur Verarbeitung des Teils verwendet werden.
• Die Behandlung sekundärer Antioxidantien (Phosphite) als optional – Viele Verarbeiter sind der Ansicht, dass Phosphite in ihrer Mischung nicht benötigt werden, um Kosten zu senken, und dass der erforderliche Gesamtschutz der Kunststoffteile nur auf einem der Antioxidantien beruht. Zum Schutz ihres Produkts während des Prozesses kann es beim Extrudieren zu erheblichen Farbverlusten kommen, wenn ein Phosphit-Antioxidans weggelassen wird, da diese als Verarbeitungshilfsmittel wirken und die Farbe und Klarheit der Produkte während der Extrusionsprozesse schützen.
• Lagerung und Handhabung von Phosphiten: Viele Verbindungen enthalten offene Behälter mit Phosphiten in ihrem Bestand, was eine direkte Ursache für die Hydrolyse des Phosphits bei Einwirkung von Feuchtigkeit ist. Verwenden Sie eine verschlossene und trockene Lagerung oder kaufen Sie eine Sorte, die hydrolysebeständig ist.

In einem Beispiel extrudierte ein Kunststoffrecycler PP-Abfälle in zwei Schritten, was zu erhöhtem Schmelzfluss und grauen Bauteilen führte. Nach Zugabe von ca. 0.2 % einer synergistischen Antioxidantienmischung erreichte das Recyclingprodukt wieder die ursprünglichen Schmelzfluss- und mechanischen Eigenschaften. Dies ist eine gängige Maßnahme bei Produktionsanlagen, die PP-Regranulat bei ca. 230 °C verarbeiten. Wiederholte Hitzeeinwirkung dieser Art verursacht den bekannten Additivverlust und die Migration von Kunststoffadditiven.

Ausblick auf Regulierung und Recycling: Was ändert sich?

Die größten Veränderungen in der Kunststoffindustrie – nicht neue chemische Zusammensetzungen, sondern Vorschriften, Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft: Diese Faktoren führen zu einem verstärkten Einsatz von Recyclingmaterialien und beeinflussen somit die Auswahl an Additiven für Kunststoffverarbeiter. Lebensmittelkontaktmaterialien aus den USA müssen mit nach 21 CFR 178.2010 zugelassenen Produkten formuliert werden. Die FDA-Liste enthält Antioxidantien und Stabilisatoren für Polymere , die EU-Entsprechung findet sich in der Verordnung 10/2011. Gängige Antioxidantien wie Irganox 1010 und Irgafos 168 sind zwar in diesen Datenbanken aufgeführt, die Verordnung schreibt jedoch die Einhaltung von Migrationsgrenzwerten vor. Daher sind die bisherigen Migrationsdaten entscheidend für die Auswahl eines Antioxidans und insbesondere für das Jahr 2026.

Recycling ist die bessere Wahl. Bei der mechanischen Wiederverwertung von Kunststoffen geht das vorhandene Antioxidans zwar verloren, wird aber verbraucht: Jeder Verarbeitungsschritt führt zu einer zusätzlichen thermischen Belastung, die einen Teil des Stabilisators verbraucht. Wie PLASTICS in Bezug auf recycelte Lebensmittelverpackungen anmerkt , bleiben die vorhandenen Antioxidantien bei der herkömmlichen mechanischen Wiederverwertung erhalten, anstatt wiederhergestellt zu werden. Daher müssen Recyclingunternehmen frischen Stabilisator hinzufügen, um die Schmelzstabilität wiederherzustellen. Ein OECD-Bericht aus dem Jahr 2026 zur Validierung des chemischen Inhalts von recycelten Kunststoffen bestätigt dies und verknüpft die Rückverfolgbarkeit gemäß EU EN 15343 mit dem Anteil an recycelten Kunststoffen, die Lebensmittelkontakt haben. Wenn Sie ein Projekt mit Recyclinganteil für 2026 planen, denken Sie daran, eine höhere Dosis an Synergisten in Ihre Kosten einzukalkulieren und die Einhaltung der regionalen Vorschriften für Lebensmittelkontakt zu überprüfen, bevor Sie die Rezeptur endgültig festlegen. (Die Prognosen für die Marktgröße von Kunststoff-Antioxidantien im Jahr 2025 variieren je nach Forschungsquelle enorm und liegen zwischen etwa 2.6 Milliarden und 5.9 Milliarden US-Dollar. Betrachten Sie diese Zahlen daher als Kontext und nicht als verbindliche Fakten für Ihre Planung.)

Das Risiko ist konkret und kostspielig: Wird eine nicht konforme Sorte spezifiziert, kann ein Projekt mit Lebensmittelkontakt aus dem Jahr 2026 die Migrationsprüfung kurz vor der Qualifizierung nicht bestehen – ein teurer Fehler. Da mechanisches Recycling zu wiederholter Hochtemperaturbelastung führt, müssen Recyclingunternehmen die Produkte gegen thermische und oxidative Zersetzung durch Hitze stabilisieren. Wellt entwickelt Verpackungen in Recyclingqualität für die Bereiche Verpackung, Bauwesen, Automobilindustrie und Medizintechnik, die den Normen 21 CFR 178.2010 und EU EN 15343 entsprechen müssen. Da diese Klasse von Antioxidantien – Additive in der Kunststoffindustrie, die in immer mehr Anwendungen eingesetzt werden – zunehmend auf Rezyklat umgestellt wird, bestehen nur Produkte, die mit geprüften, konformen Antioxidationssystemen zur Verarbeitung und zum Schutz des Harzes hergestellt werden, die Audits.

Häufig gestellte Fragen