Glossar

TPE - Thermoplastische Elastomere

Über Thermoplastische Elastomere

Thermoplastische Elastomere, gelegentlich auch als Elastoplaste bezeichnet, umfassen eine wirtschaftlich bedeutende Kategorie von Kunststoffen chemisch sehr unterschiedlicher Zusammensetzungen. Als gemeinsame Merkmale zeigen sie bei Raumtemperatur die grundlegenden, physikalisch-technischen Eigenschaften von Elastomeren. Bei höheren Temperaturen erweichen sie, ohne sich zu zersetzen und lassen sich dabei wie Thermoplaste formen. Die Erwärmung kann bis zur Schmelze fortgeführt werden und ist prinzipiell unbegrenzt oft wiederholbar. Nach dem Abkühlen behalten thermoplastische Elastomere die ihnen in der Wärme gegebene Formung bei und nehmen ihre ursprünglichen Elastizitäts- und Festigkeitswerte wieder an.

Thermoplastische Elastomere setzen sich aus mindestens je einer "weichen" und einer "harten" Polymerkomponente, Sequenz genannt, zusammen. Beide liegen in der jeweiligen Produktkonfiguration entweder als physikalisch-reversibel vernetzte Block-Copolymere oder Pfopf-Copolymere vor oder als Gemische von Polymeren, den Polymerblends. Den Zusammensetzungen von thermoplastischen Elastomeren sind keine engen Grenzen gesetzt, was sich in der Vielzahl der am Markt befindlichen Produkte widerspiegelt. Die chemischen Eigenschaften von thermoplastischen Elastomeren können deshalb nicht allgemein beschrieben werden.
In der Praxis werden thermoplastische Elastomere mit dem technisches Kürzel TPE und einem angefügten Buchstaben als Verweis auf den chemischen Aufbau gekennzeichnet. In der seit dem Jahre 2005 geltenden und im Jahre 2015 überarbeiteten DIN EN ISO 18064 ist ein nur noch drei Buchstaben umfassendes Nomenklatursystem für die jeweiligen Polymertypen festgelegt:

• Thermoplastische Polymamid-Co-Polymere, TPE-A, nach DIN EN ISO 18064 TPA :
Block-Co-Polymere von Polyamid-6 (PA 6) oder Polymaid 12 (PA12) mit Polyethern oder Polyestern;

• Thermoplastische Polyester-Co-Polymere, TPE-E, nach DIN EN ISO 18064 (hier abweichend) TPC :
Block-Co-Polymere von Polyestern mit Polyethern oder Polyestern (sog. Ester-Ester-Typen);

• Thermoplastische Styrol-Co-Polymere, TPE-S, nach DIN EN ISO 18064 TPS :
Block-Co-Polymere von Styrol mit Butadien, Isopren, Ethenbuten oder Ethenpropen;

• Thermoplastische Urethan-Co-Polymere, TPE-U, nach DIN EN ISO 18064 TPU: Block-Co-Colymere aromatischer oder aliphatischer Urethane mit kurz- und
langkettigen Diolen, Polyestern, Polyethern, Polycarbonat oder Polycaprolactam;

• Unvernetzte thermoplastische Poly-Olefin-Blends, TPE-O, nach DIN EN ISO 18064 TPO:
Blends aus Ethylen-Propylen-Dien (EPDM) und Polypropylen oder Ethylen-Vinylacetat und Polyvinylidenchlorid;

• Dynamisch vernetzte, thermoplastische Poly-Olefin-Blends, TPE-V, nach DIN EN ISO 18064 TPV:
Blends aus Polyethylen, Polypropylen und Polydienen.

Darüber hinaus verzeichnet die genannte DIN-Norm unter der Bezeichnung TPE-Silicon noch ein TPE-Silikon-Block-Copolymer und als TPE strahlenvernetzt ein mittels energiereicher Strahlung vernetztes TPE-Polymerblend. Diese bisher kaum bekannten TPE-Typen sind bislang ohne wirtschaftliche Bedeutung. Gelegentlich werden in der Literatur unter dem Kürzel TPZ, das die DIN EN ISO 18064 jedoch nicht kennt, ebenfalls TPE-Kunststoffe genannt.
Das im weiten Bereich der Kunststoffe oft auch anzutreffende technische Kürzel TPX^® steht hingegen für kein thermoplastisches Elastomer, sondern ist der geschützte Waren- und Handelsname der Mitsui Chemicals Inc. für Poly(4-methyl-1-penten). Die Grundeigenschaften dieses homopolymeren Kunststoffs entsprechen denen von Poly-Olefinen. Näheres ist hierzu unter "Polymethylpenten" beschrieben.

Aufgrund ihrer problemlosen Warmformbarkeit lassen sich thermoplastische Elastomere, die von der chemischen Industrie als Granulate geliefert werden und auch eingefärbt verfügbar sind, durch Blasformen, Spritzgießen oder Extrudieren sehr günstig verarbeiten. Gleichermaßen sind sie auch schweißbar. Thermoplastische Elastomere werden daher im großen Umfang für die Fertigung von wertigen Massenprodukten eingesetzt, die bei ihrem Regeleinsatz nicht oder nur mäßig wämebelastet werden. Hierzu gehören vorwiegend Soft-Touch-Formteile für den gehobenen Bedarf der Automobilwirtschaft sowie dauerelastische Industriematten und elektrische Isolierungen.
Da thermoplastische Elastomere generell frei von Weichmachern und ungiftig sind, werden sie in beträchtlichen Mengen auch zu FDA/BGA-konformen Schläuchen verarbeitet, die in der Medizintechnik sowie Pharma- und Foodbereichen zum Einsatz gelangen. Beispielhaft stehen dafür hoch beanspruchbare und dabei in ihrer Elastizität kaum zu übertreffende TPE-E-Food und Pharmaschläuche von Reichelt Chemietechnik, die für Einsatztemperaturen bis +90 °C geeignet sind, sowie TPE-E-Chemie-Schläuche, die sogar Temperaturen bis +120 °C dauerhaft ausgesetzt werden können. Schließlich finden sich thermoplastische Elastomere heute auch in vielen gewöhnlichen Haushalts- und Gebrauchsartikeln wieder, wie Bürsten, Gerätegriffe, Fensterabdichtungen, Fußbodenschutzmatten und Kinderspielzeuge.

Weiterführende Literatur

1.) W. Hofmann, Kautschuk-Technologie, Genter Verlag Stuttgart [1980],
ISBN 3- 8724-7262-3

2.) B. Corley, Polymerwerkstoff, Patent DE 19933279 A1 [1999]

3.) M. Bonnet, Kunststoffe in der Ingenieuranwendung, Verlag Vieweg + Teubner [2009], ISBN 978-3-8348-0349-8

4.) P. Schwarzmann (Herausgeber: ILLIG Maschinenbau GmbH & Co., Heilbronn), Thermoformen in der Praxis, 3. Aufl., Carl Hanser Verlag München [2016], ISBN 973-3-4464-4403-4

5.) DIN EN ISO 18064 [2016], verfügbar über: Beuth Verlag GmbH, Berlin