Wann und wo können Thermoplastische Elastomere Silikon ersetzen?

KRAIBURG TPE-Lösungen als sinnvolle Alternativen für Fahrradteile, Spielzeug uvm.

Vielseitige Modifizierungsmöglichkeiten und gute Recycelbarkeit auf der einen Seite, äußerst hohe Temperatur- und Medienbeständigkeit auf der anderen. Trotzdem gibt es immer wieder Anfragen, Silikonelastomere durch TPE zu ersetzen. Aber ist dies überhaupt sinnvoll? Zusammen mit KRAIBURG TPE geben wir Antworten. Eine davon ist das neue NEXT GENERATION Supersoft TPE – für nachhaltige Anwendungen im weichen Härtebereich von 30 bis 50 Shore 00 bzw. 45 bis 70 VLRH. Mühelos im Spritzguss- und sogar im 3D-Druckverfahren zu verarbeiten, bietet die Lenorplastics Zug AG damit hochwertige KRAIBURG TPE-Kunststoffe als noch dazu recycelbare Silikon-Alternative – für Fahrradteile, Fischköder, Spielzeug, Kosmetikverpackungen, Gel- oder Softpads und Orthesen.

Pro und Contra!

Grundsätzlich ist ein Vergleich zwischen TPE und Silikonkautschuken bzw. Silikonelastomeren wie eine Gegenüberstellung von Äpfeln und Birnen, bei der es am Ende nur wenige Gemeinsamkeiten gibt. Zwar sind TPE und Silikon meist weiche, elastische Materialien mit ähnlichen haptischen Eigenschaften, sie unterscheiden sich jedoch elementar in ihrer chemischen Beschaffenheit. TPE sind Thermoplastische Elastomere und Silikone gehören zur Gruppe der Elastomere. Dies führt zu erheblichen Unterschieden für die Verarbeitung, der technischen Produkteigenschaften, der Aspekte der Nachhaltigkeit und letztlich den Einsatzbereichen.

Herstellung: Kosten, Gesundheit und Kohlenstoffabdruck

Unter TPE sind Materialien zu verstehen, welche die Eigenschaften von Elastomeren mit denen von Thermoplasten vereinen. TPE ist weich wie Gummi, lässt sich aber durch Wärmezufuhr plastisch verformen, was eine Verarbeitung durch Spritzgießen (auch im 2-Komponenten-Verbund) und Extrusion ermöglicht. Es liegt keine Vernetzung vor, woraus sich einige besondere Charakteristika ergeben: Modifikationsmöglichkeiten, breite Verarbeitungsfenster und der Einsatz in Mehrkomponentenanwendungen. Durch die thermoplastische Verarbeitbarkeit von TPE ergibt sich zudem eine End-of-Use- sowie In-Process-Recyclingfähigkeit, weshalb auch der Punkt Nachhaltigkeit hervorzuheben ist.

In der Gegenüberstellung zu einem TPE zeigt sich ein vernetztes Material in bestimmten Bereichen überlegen. Werden hohe Anforderungen an Temperatur- und Medienbeständigkeit oder an die mechanische Performance über weite Temperaturbereiche gestellt, verfügen viele Silikone über bessere Eigenschaften. TPE zeichnet sich dagegen nicht nur durch eine hohe Anpassungsfähigkeit an unterschiedlichste Einsatzbedingungen aus, sondern ist zudem reversibel. Ob Fließfähigkeit, Haftung mit anderen Kunststoffen oder Härte bzw. Weichheit bis hin zu supersoft: TPE lassen sich äußerst vielseitig modifizieren. Auch Materialien mit hohen Anteilen von recyceltem Material oder biobasierten Rohstoffen (Massenbilanzansatz) sind möglich.

Beim Großteil von Silikonen handelt es sich demgegenüber um irreversibel vernetzte Elastomere. Während dieser Aufbau den Modifizierungsmöglichkeiten Grenzen setzt, sind Silikone als Materialien auch häufig kosten- und in der Herstellung energieintensiver als TPE.  Beim Vergleich des Treibhauspotenzials zeigen TPE gegenüber Silikonen einen erheblich niedrigeren Kohlenstoffabdruck (Product Carbon Footprint) gemäß DIN EN ISO 14067. Allein dies macht sie schon zur nachhaltigeren Materialwahl.

Verarbeitung: Werkzeugaufwand, Nachbehandlung und Haftfähigkeit

TPE bieten eine sehr gute Verarbeitbarkeit, denn TPE liefern Fertigteile im Sinn des Wortes direkt aus dem Werkzeug, während Silikonteile nach dem Prozess meist gelagert bzw. temperiert oder auch nachbearbeitet werden müssen. Darüber hinaus haften Silikone auf Kunststoffen nur bedingt. Hart/Weich-Zweikomponentenanwendungen erfordern somit einen Haftvermittler oder Kleber. TPE hingegen zeigen abhängig von ihrer Materialtype eine leichte Modifizierbarkeit und selbst im direkten Verbund mit polaren Kunststoffen, wie Polyamiden, eine ausgezeichnete und langlebige Haftung.

Anwendung: Dominanzen, Überschneidungen und Weichheit

Ein entscheidender Vorteil von vernetzten Silikonen ist die hohe Elastizität über einen weiten Temperaturbereich (bis 250 °C), sogar bei hoher mechanischer Wechselbelastung. Dies verdanken sie ihrem kovalent gebundenen 3D-Netzwerk, das sie zudem sehr chemikalien-, UV- und witterungsbeständig macht. Von diesem Eigenschaftsprofil profitieren bspw. elastische Backformen und Dosierschläuche in der Lebensmittel- und chemischen Industrie. TPE dominieren hingegen bei einer Vielzahl unterschiedlichster Mehrkomponentenanwendungen, von Konsumgütern bis hin zu Spielzeug und Sportartikeln.

Aufgrund der unterschiedlichen USP grenzen sich die Anwendungsbereiche der beiden Materialien grundsätzlich klar voneinander ab. Die wenigen überschneidenden Einsatzgebiete, in denen gegebenenfalls über Alternativen nachgedacht werden könnte, sind zum aktuellen Zeitpunkt überschaubar und bestehen zum Beispiel aus Menstruationstassen, Babysaugern, Profilen und medizinischen Schläuchen.

Keinen Spagat, aber dennoch eine Annäherung macht KRAIBURG TPE mit NEXT GENERATION Supersoft TPE, für Anwendung im weichen Härtebereich (VLRH). NEXT GENERATION Supersoft TPE kommt den besonders hohen Ansprüchen an Weichheit nach und ist voreingefärbt sowie in transluzenten und transparenten Einstellungen lieferbar. Diese superweichen Produkte – mit Härtegraden von 30 bis 50 Shore 00 bzw. 45 bis 70 VLRH – sind im Spritzguss- und sogar im 3D-Druckverfahren verarbeitbar. Sie sorgen für eine sehr angenehme, trockene und hautähnliche Oberflächenhaptik bei hoher Elastizität und guter Medienbeständigkeit. Das Anwendungsspektrum reicht von Fahrradteilen und Fischködern über Spielzeug und Kosmetikverpackungen bis hin zu Gel- oder Softpads und Orthesen. Mehr dazu im Fact Sheet.

Recycling: Kreislaufwirtschaft, Post-Consumer- und In-Process-Recycling, Zertifizierung

Im Gegensatz zu Silikon sind Anwendungen aus TPE sehr gut recycelbar, Zertifikate des unabhängigen Aachener Institut cyclos-HTP GmbH bestätigen die Co-Recyclingfähigkeit diverser Produkte von KRAIBURG TPE in bestehenden PP- und HDPE-Strömen der Recyclingwirtschaft. Darüber hinaus beinhaltet das Portfolio von KRAIBURG TPE bereits viele bewährte nachhaltigere Alternativen mit Post-Consumer- und Post-Industry-Recyclinganteilen und adressiert damit die Anforderungen aller Zielmärkte, u.a. ein materialabhängiger reduzierter PCF. Für streng regulierte Märkte, in denen diese Lösungen nicht greifen, bietet KRAIBURG TPE seit Anfang 2023 Compounds mit einer entsprechenden ISCC PLUS-Zertifizierung an. Mittels Massenbilanzierung profitieren Kundinnen und Kunden von einem geringeren PCF bei gleicher Verarbeitbarkeit sowie technischer Performance und gewährleisten zudem die Einhaltung regulatorischer Anforderungen. Die Zertifizierung gewährleistet, dass die gesamte Lieferkette strenge Umwelt- und Sozialstandards einhält. Darüber hinaus sind Compounds, mit zertifizierbarem ISCC PLUS-Anteil, dank des Massenbilanzansatzes aus regulatorischer Sicht ihren fossilen Pendants vollständig gleichwertig.