Die beiden in Abb. 1 dargestellten Retro-Tastaturen sind etwa gleich alt, sehen jedoch ganz unterschiedlich aus. Die Tastatur in Abb. 1b ein gutes Beispiel für die typische Vergilbung von Kunststoffen. Viele Polymere altern unter verschiedenen Einflüssen – so wie auch unsere Haut.
Abb. 1 Retro-Tastaturen aus ABS a) nicht vergilbt, b) vergilbt
Für die Veränderung der Farbe eines Kunststoffes sind vor allem zwei Mechanismen wichtig: chemische und nanostrukturelle Veränderung.
Bei der chemischen Veränderung spielen Sonnenlicht, Sauerstoff und Wärme eine wichtige Rolle.
Sonnenlicht, vor allem UV-Licht, kann chemische Bindungen in den Polymerketten aufbrechen. Dabei entstehen neue chemische Strukturen, sogenannte Chromophore, die sichtbares Licht absorbieren. Der Kunststoff erscheint dadurch gelblich bis bräunlich.
Luftsauerstoff reagiert im Laufe der Zeit mit dem Kunststoff. Diese oxidative Alterung wird durch Wärme und UV-Licht stark beschleunigt. Dabei können Carbonylgruppen und andere farbgebende Strukturen entstehen.
Hohe Temperaturen – sowohl bei der Verarbeitung als auch während der späteren Nutzung – können Polymerketten und Additive verändern. Deshalb kann ein Kunststoff auch ohne Sonnenlicht vergilben, beispielsweise in der Nähe einer Wärmequelle.
Dazu kommen noch Alterung von Additiven sowie Verunreinigungen und äußere Einflüsse. Kunststoffe enthalten häufig Antioxidantien, Flammschutzmittel, UV-Stabilisatoren, Weichmacher oder andere Zusatzstoffe. Manche dieser Stoffe bzw. ihre Abbauprodukte können mit der Zeit selbst eine gelbliche Färbung verursachen. Tabakrauch, Stickoxide, Fette, Reinigungsmittel oder andere Chemikalien können ebenfalls zu einer oberflächlichen oder chemisch verursachten Vergilbung beitragen.
Bei der nanostrukturellen Veränderung entstehen Inhomogenitäten mit unterschiedlichen Brechungsindizes. Dadurch wird Licht zusätzlich gestreut. Sehr kleine Strukturen weit unterhalb der sichtbaren Wellenlänge streuen nach dem Rayleigh-Prinzip besonders stark kurzwelliges, blaues Licht. Dadurch kann das Material ebenfalls wärmer bzw. gelblicher erscheinen.
Eine Nanostruktur allein macht jedoch einen Kunststoff normalerweise nicht gelb. Sie kann die optische Wirkung der chemischen Alterung verstärken oder verändern. Die eigentliche Gelbfärbung transparenter Polymere beruht meistens stärker auf der Bildung lichtabsorbierender chemischer Gruppen.
Ein bekanntes Vergilbungs-Beispiel sind alte Computergehäuse und -tastaturen aus dem Kunststoff Acrylnitril-Butadien-Styrol ABS (ABS-Acrylnitril-Butadien-Styrol). Bei ihnen kann die Vergilbung unter anderem mit der Alterung des Polymers und – je nach Rezeptur – bromhaltigen Flammschutzsystemen zusammenhängen.
Kurz gesagt: Vergilbung von Kunststoffen entsteht überwiegend durch Photooxidation und thermisch-oxidative Alterung, bei denen sich die chemische Struktur des Kunststoffs verändert und farbgebende Gruppen entstehen.<<
