Ozonschutzmittel

Ozonschutzmittel (Antiozonantien) sollen Schäden durch die Einwirkung von Ozon verhindern oder vermindern. Ozonschutzmittel werden vor allem verwendet, um die Verhärtung und Versprödung und die Ozonrissbildung von Elastomeren, besonders Gummi, zu verhindern. Noch in der Forschung sind Ozonschutzmittel, die Schäden an Pflanzen abwenden sollen.

Ozon kommt in der Atmosphäre normalerweise in Konzentrationen ≤ 50 ppb vor. In Gegenwart von Schadstoffen und UV-Licht kann die bodennahe Ozonkonzentration auf bis zu 400 ppb ansteigen. Dann kommt es auch vermehrt zu Schäden durch Ozon.

Die Doppelbindungen im Gummi werden vom Ozon durch Ozonolyse angegriffen, besonders, wenn der Gummigegenstand zugleich einer kritischen Dehnung ausgesetzt wird. Dann kommt es zu Ozonrissbildung, die exponentiell mit der Dehnung zunimmt. Als Ozonschutzmittel kommen vor allem an den Stickstoffatomen substituierte p-Phenylendiamine zum Einsatz.^[1] Diese können in drei Stoffklassen unterteilt werden:

• Dialkyl-p-phenylendiamine, vor allem 77PD (N,N′-Bis(1,4-dimethylpentyl)-p-phenylendiamin),
• Alkyl-aryl-p-phenylendiamine, darunter 6PPD (N-(1,3-Dimethylbutyl)-N′-phenyl-p-phenylendiamin) und IPPD (N-Isopropyl-N′-phenyl-p-phenylendiamin),
• Diaryl-p-phenylendiamine, darunter DPPD (N,N′-Diphenyl-p-phenylendiamin) und dessen Dimethylderivat DTPD sowie das vom Melamin abgeleitete PPDTZ (2,4,6-Tris(N-1,4-dimethylpentyl-p-phenylendiamino)-1,3,5-triazin).

Die genannten Ozonschutmittel 77PD, 6PPD, IPPD, DPPD, DTPD und PPDTZ zählen zu den gebräuchlichsten der kommerziell verwendeten Produkte.^[2] Der erste Schritt bei der Reaktion dieser p-Phenylendiamine mit Ozon ist die Oxidation des Diamins zu einem mesomeristabilisierten Kation, wobei das O₃⁻-Radikalanion entsteht.^[2] Begünstigt durch die niedrige Ionisierungsenergie der p-Phenylendiamine erfolgt diese Reaktion deutlich schneller als die Ozonolyse einer Doppelbindung.^[2] Da die Reaktionsprodukte, vor allem das O₃⁻-Ozonidion, immer noch stark oxidiernd wirken, sind weitere Alterungsschutzmittel hilfreich, die als Antioxidantien wirken.

Früher wurden Gummiwaren durch Paraffinwachs geschützt. Dieses bildet eine rein physikalische Barriere, die vor allem bei statischer Belastung nützlich ist. Unter wechselnder Belastung wird die Schutzschicht ungleichmäßig und die Schutzwirkung unvollständig.^[2]

Name	Abk.	CAS-Nr.	Strukturformel
N,N′-Bis(1,4-dimethylpentyl)-p-phenylendiamin	77PD	3081-14-9
N-Isopropyl-N′-phenyl-p-phenylendiamin	IPPD	101-72-4
N-(1,3-Dimethylbutyl)-N′-phenyl-p-phenylendiamin	6PPD	793-24-8
N,N′-Diphenyl-p-phenylendiamin	DPPD	74-31-7
N1-(3-Methylphenyl)-N4-(4-methylphenyl)benzen-1,4-diamin N,N′-Di(p-tolyl)-p-phenylendiamin	DTPD	63302-30-7 (Me: m,p′) 620-91-7 (Me: p,p′)
2,4,6-Tris(N-1,4-dimethylpentyl-p-phenylendiamino)-1,3,5-triazin	PPDTZ	121246-28-4

Pflanzen, vor allem Nutzpflanzen wie Winterweizen^[3] oder Mais^[4], können durch Ethylendiharnstoff vor Ozonschäden geschützt werden.^[5]

1. ↑ Fritz Röthemeyer, Franz Sommer: Kautschuktechnologie, Carl Hanser Verlag München Wien, 2. Auflage, 2006, S. 342–343, ISBN 978-3-446-40480-9.
2. ↑ ^{a b c d} Franco Cataldo: Protection Mechanism of Rubbers from Ozone Attack. In: Ozone: Science & Engineering. Band 41, Nr. 4. Taylor & Francis, 4. Juli 2019, S. 358–368, doi:10.1080/01919512.2018.1542518. 
3. ↑ Laila A. Baqasi, Huda A. Qari, Ibrahim A. Hassan: Physiological and Biochemical Response of Winter Wheat (Triticum Aestivum L.) to Ambient O₃ and the Antiozonant Chemical Ethylenediurea (EDU) in Jeddah, Saudi Arabia. In: Biomedical and Pharmacology Journal. Band 11, Nr. 1, 28. März 2018, S. 45–51, doi:10.13005/bpj/1346. 
4. ↑ Aditya Abha Singh, Meenakshi Chaurasia, Vaishali Gupta, Madhoolika Agrawal, S. B. Agrawal: Responses of Zea mays L. cultivars ‘Buland’ and ‘Prakash’ to an antiozonant ethylene diurea grown under ambient and elevated levels of ozone. In: Acta Physiologiae Plantarum. Band 40, Nr. 5, Mai 2018, S. 92, doi:10.1007/s11738-018-2666-z. 
5. ↑ Evgenios Agathokleous: Perspectives for elucidating the ethylenediurea (EDU) mode of action for protection against O₃ phytotoxicity. In: Ecotoxicology and Environmental Safety. Band 142, August 2017, S. 530–537, doi:10.1016/j.ecoenv.2017.04.057.