Schleim

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Hintergrund

Slime ist ein einzigartiges Spielmaterial aus einem vernetzten Polymer. Es wird als Flüssigkeit klassifiziert und wird typischerweise durch Kombinieren von Polyvinylalkohollösungen mit Borationen in einem großen Mischbehälter hergestellt. Es hat oft einen unangenehmen Geruch, eine grüne Farbe und fühlt sich kalt und schleimig an.

In wissenschaftlicher Hinsicht wird Schleim als nicht-newtonsche Flüssigkeit klassifiziert. Dies sind dicke Flüssigkeiten, die eine variable Viskosität haben. Die Viskosität ist ein Maß für den Fließwiderstand, wenn eine Scherkraft aufgebracht wird. Newtonsche Flüssigkeiten haben je nach Zusammensetzung eine konstante Viskosität. Wasser ist beispielsweise immer eine dünnflüssige Flüssigkeit mit niedriger Viskosität. Melasse ist dickflüssig und hat eine hohe Viskosität. Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten, wie Schleim, haben eine unterschiedliche Viskosität basierend auf der auf sie ausgeübten Kraft. Wenn etwas Kraft angewendet wird, beispielsweise durch langsames Rühren mit den Fingern, fühlen sie sich dünn und wasserähnlich an. Wenn eine hohe Kraft ausgeübt wird, z. B. gegen eine Wand geworfen, ist der Widerstand sehr stark. Sie werden nicht-Newtonsche Flüssigkeiten genannt, weil sie sich nicht so verhalten, wie es die Newtonschen Gesetze vorhersagen. Andere Materialien, die sich auch so verhalten, sind Ketchup, Gelatine, Kleber und Treibsand.

Die Molekularstruktur des Schleims ist der Faktor, der für sein interessantes Verhalten verantwortlich ist. Spielzeugschleim besteht typischerweise aus verschlungenen, langkettigen Polymermolekülen. Diese Polymermoleküle kann man sich als Spaghetti-Stränge vorstellen. Wenn sie auf einem Teller zusammengelegt werden, werden die Stränge miteinander vermischt, wodurch ein wirres Durcheinander entsteht. Wenn die Strähnen aneinander gerieben werden, richten sie sich auf und werden glatter. Diese Bewegung verleiht der Masse ihr schleimiges, glitschiges Gefühl.

Während die Vermischung der Polymerstränge eine gewisse eingebaute Viskosität ergibt, ist im Schleim auch ein Vernetzungsmittel vorhanden, um ihm das nicht-Newtonsche Fluidverhalten zu verleihen. Vernetzungsmittel sind Ionen, die helfen, Polymerstränge mit relativ schwachen Ionenbindungen vorübergehend zu verbinden. Diese Bindungen sind stark genug, um die Polymerstränge zusammenzuhalten, aber nicht stark genug, um die Masse fest zu machen.

Verlauf

Die Geschichte der Entwicklung von Spielzeugschleim geht auf den Anfang des 20. Jahrhunderts zurück, als die Wissenschaft der synthetischen Polymere erforscht wurde. In den 1920er Jahren legte der Nobelpreisträger Hermann Staudinger den Grundstein für unser modernes Verständnis der Polymerwissenschaft. Er schlug ein neues molekulares Modell für Polymere vor; eines von langen, kettenartigen Molekülen und nicht von Aggregaten oder cyclischen Verbindungen, wie bisher angenommen. 1928 wurden seine Modelle von Meyer und Mark bestätigt. Die beiden Wissenschaftler untersuchten die Dimensionen von Naturkautschuk mit Röntgentechniken. In den 1930er Jahren wurden Staudingers Modelle weithin akzeptiert und die umfassende Entwicklung synthetischer Polymere begann ernsthaft.

Hersteller verkaufen seit Jahren polymere Spielmaterialien wie Schleim. Sie sind dafür bekannt, nicht nur Kinder und Erwachsene zu amüsieren, sondern helfen auch bei der Entwicklung von Geschicklichkeit und Kreativität. Die frühesten dieser Spielzeuge waren formbare Materialien wie Modelliermasse. Der Bedarf an verbesserten und abwechslungsreichen Spielmaterialien führte in den 1950er Jahren zur Entwicklung von albernem Kitt. Später wurde ein im Dunkeln leuchtender alberner Kitt eingeführt. In den 1980er Jahren wurden verschiedene schleimartige Spielzeuge eingeführt. Diese Produkte wurden aus Materialien wie Polyvinylalkohol, Guarkernmehl oder sogar angereicherter Milch hergestellt.

Design

Obwohl eine Vielzahl von Schleimvarianten verkauft werden, haben sie viele gemeinsame Eigenschaften. Im Allgemeinen ist Schleim eine klebrige Flüssigkeit, die in kleinen Wannen erhältlich ist. Es kann einzeln oder als Teil eines Spielzeugsets verkauft werden, z. B. als Zubehör für eine Actionfigur. Schleim hat einen leicht unangenehmen Geruch und fühlt sich kalt und schleimig an. Die Farben variieren, aber am häufigsten sind Grün, Blau und Rot. Einige Hersteller fügen Duftstoffe hinzu, um den Geruch zu verbessern.

Einer der Schlüsselaspekte der Schleimformulierung ist, dass die Materialien für kleine Kinder sicher sein müssen. Im Allgemeinen bedeutet dies, dass die zur Herstellung von Schleim verwendeten Rohstoffe nicht reizend für die Haut oder die Augen und beim Verschlucken ungiftig sein dürfen. Darüber hinaus fordern die Verbraucher, dass Schleim (und ähnliche Spielzeuge) Dinge wie Kleidung, Polster, Stoffe oder Teppiche nicht beschädigen.

Rohstoffe

Schleimrezepturen werden zunächst in Labors von Chemikern hergestellt. Diese Wissenschaftler beginnen damit, festzustellen, welche ästhetischen Eigenschaften der Schleim haben wird. Sie bestimmen zum Beispiel die Konsistenz, die Farbe und den Geruch. Verbrauchertests werden oft verwendet, um diese Entscheidungen zu treffen. Nach der Ermittlung der Merkmale werden im Labor kleine Testchargen aus den Primärrohstoffen hergestellt. Die am häufigsten verwendeten Zutaten bei der Herstellung von Spielzeugschleim sind Wasser, Polymermaterialien, Geliermittel, Farbstoffe, Füllstoffe und Konservierungsmittel.

Das am häufigsten vorkommende Material in Schleim ist Wasser, das normalerweise über 90% der Formel ausmacht. Im Allgemeinen wird speziell aufbereitetes entionisiertes Wasser verwendet. Wasser ist ein Verdünnungsmittel, das dem Schleim seine flüssige Konsistenz verleiht. Die Quelle des Wassers kann aus unterirdischen Brunnen, Seen und Flüssen stammen.

Die polymeren Materialien sind für die wichtigen Eigenschaften von Schleim verantwortlich. Das am häufigsten verwendete Material ist Polyvinylalkohol (PVA). PVA ist ein langkettiges Polymer, das ein Rückgrat aus Kohlenstoffmolekülen mit zahlreichen gebundenen Hydroxylgruppen (OH) aufweist. In einer typischen Schleimformel werden etwa 2% PVA benötigt. Ein weiteres ähnliches Polymer ist Polyvinylacetat (PVAC). Dieses hat eine etwas andere chemische Zusammensetzung, verhält sich jedoch wie PVA, wenn ein Geliermittel hinzugefügt wird. Bestimmte "natürliche" Polymere können auch verwendet werden, um Schleim herzustellen. Gängige Beispiele sind Guarkernmehl, das aus der Bohne der Guarpflanze gewonnen wird, Methylcellulose, die aus Pflanzen stammt, und Maisstärke.

Während die polymeren Materialien dem Schleim seine Substanz verleihen, wird ein Geliermittel benötigt, um ihm das nicht-newtonsche Flüssigkeitsverhalten zu verleihen. In klassischen Schleimformulierungen wird Natriumborat (Borax) oder Natriumtetraborat verwendet. Beim Auflösen in Wasser dissoziiert Natriumborat in Natriumionen und Borationen. Wenn ein Polymer wie PVA vorhanden ist, interagieren die Borationen mit den Polymerketten und bilden schwache ionische Bindungen, die die Lösung dicker machen. Diese Bindungen verleihen auch die Fähigkeit, sich zu dehnen, wenn eine Kraft ausgeübt wird. Normalerweise macht Natriumborat etwa 2% des Endprodukts aus. Das Verhältnis von Polymer zu Geliermittel ist ein Faktor bei der Bestimmung der Konsistenz des Schleims.

Schleimprodukten werden eine Vielzahl zusätzlicher Inhaltsstoffe zugesetzt, um Farbe und Geruch zu verbessern. Im Allgemeinen sind die bei der Schleimherstellung verwendeten Polymerlösungen farblos. Daher werden verschiedene Farbstoffe hinzugefügt, um dem Produkt Farbe zu verleihen. Dies sind in der Regel staatlich zertifizierte Lebensmittelfarben wie FD&C Blue und FD&C Yellow. Um den Schleimgeruch zu verbessern, wird oft ein Duftstoff hinzugefügt. Duftstoffe bestehen aus flüchtigen Ölmaterialien. Da eine Kontamination durch Schimmelpilze und Bakterien möglich ist, werden auch Konservierungsstoffe wie Formaldehyd oder Methylparaben zugesetzt, um das mikrobielle Wachstum zu verhindern. Außerdem können verschiedene Säuren oder Basen enthalten sein, um den pH-Wert des Schleims zu kontrollieren.

Der Herstellungsprozess

Die Schleimproduktion erfolgt in zwei Schritten. Zuerst wird eine Charge Schleim hergestellt. Anschließend wird es in seine Endverpackung gefüllt. Dieser Vorgang kann jedoch variieren, da das Befüllen einfacher sein kann, wenn das Vernetzungsmittel nicht zugegeben wird, bis sich die Polymerlösung in der Endverpackung befindet. Die folgende Beschreibung skizziert einen Batch-Prozess.

Schleim wird durch Kombinieren einer 5:1 Mischung aus Polyvinylalkohol (PVA)-Lösung und einer Borax-Lösung hergestellt.

Zusammensetzen des Stapels

• 1 Die Schleimchargen werden in großen Edelstahltanks hergestellt, die mit Mischern und einem Temperaturkontrollsystem ausgestattet sind. Ausgehend von Wasser geben Compounder die restlichen Rohstoffe nach Rezepturvorschrift zu bestimmten Zeiten und Temperaturen zu. Über Computersteuerungen werden Mischgeschwindigkeit und Temperatur geregelt. Schleim wird normalerweise erhitzt, damit sich das PVA in die Lösung einmischt. Farbstoffe, Konservierungsmittel und andere Zusatzstoffe werden zuletzt hinzugefügt.

Qualitätskontrolle

• 2 Nach der Compoundierungsphase wird eine Chargenprobe zur Freigabe in das Qualitätskontrolllabor gebracht. In diesem Bereich werden physikalische und chemische Bewertungen durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Charge die in der Rezepturanleitung angegebenen Mindestspezifikationen erfüllt. Tests wie pH-Bestimmung, Viskositätsprüfungen und Erscheinungsbild- und Geruchsbewertungen können durchgeführt werden. An dieser Stelle können bei Bedarf Anpassungen vorgenommen werden. Nachdem die Charge freigegeben wurde, wird sie in einen Vorratstank gepumpt, wo sie vor dem Abfüllen gelagert wird.

Abfüllen und Verpacken

• 3 Die Abfüllphase hängt von der Verpackungsart ab, in der der Schleim verkauft wird. Für die typische Schleimwanne erfolgt der Prozess auf einer Abfülllinie. An einem Ende der Abfüllleitung befindet sich ein Trichter mit den leeren Bottichen. Diese Bottiche werden durch eine rotierende Maschine physisch manipuliert, bis sie aufrecht stehen. Anschließend werden sie über ein Förderband zu den Füllköpfen transportiert, die die Schleimlösung enthalten.
• 4 Die Füllköpfe sind eine Reihe von Kolbenrohren, die auf einem kreisförmigen Karussell miteinander verbunden sind. Während die Wannen unter den Füllköpfen hindurchfahren, wird Produkt in sie eingespritzt.
• 5 Nach dem Befüllen werden die Becher zu einer Verschließmaschine transportiert. Diese Maschine sortiert die Deckel, legt sie auf die Wannen und zieht sie fest.
• 6 Bei Bedarf durchlaufen die Becher eine Etikettiermaschine. Manchmal ist dies nicht erforderlich, da vordekorierte Verpackungen verwendet werden. An dieser Stelle können weitere Verpackungsschritte erfolgen, wie z. Anschließend werden die Pakete in Kartons verpackt und auf Paletten gestapelt. Die Paletten werden zum Lager transportiert und schließlich an lokale Einzelhandelsgeschäfte versandt.

Qualitätskontrolle

Qualitätskontrolle ist ein kontinuierlicher Prozess, der während des gesamten Produktionsprozesses stattfindet. Vor der Dosierung werden die Rohstoffe inspiziert und getestet, um sicherzustellen, dass sie die Mindestspezifikationen erfüllen. Dieser Inspektionsprozess umfasst typischerweise die Arbeit von Chemikern für die Qualitätskontrolle, die verschiedene physikalische und chemische Eigenschaften überprüfen. Sie messen Eigenschaften der eingehenden Rohstoffe wie Partikelgröße, pH-Wert, Viskosität, Aussehen und Geruch. Entspricht ein Rohstoff nicht den vorgegebenen Spezifikationen, wird er aussortiert. Chargen werden ähnlich getestet.

Wenn eine Charge nicht alle Spezifikationen erfüllt, kann eine Anpassung vorgenommen werden. Wenn beispielsweise die Farbe der Charge nicht stimmt, kann mehr Farbstoff hinzugefügt werden. Konservierungstests helfen sicherzustellen, dass die Spielzeuge bei längerer Verwendung vor mikrobiellem Wachstum geschützt sind. Stabilitätstests werden ebenfalls durchgeführt. Diese Studien überwachen die Leistung einer fertigen Charge unter einer Vielzahl von Umgebungsbedingungen. An den Abfülllinien prüfen Linieninspektoren das Aussehen der Flaschen, die Verschlussversiegelung und das Füllgewicht.

Die Zukunft

Spielzeuge wie Schleim haben eine intrinsische Qualität, die sie sowohl faszinierend als auch unterhaltsam macht. Während gegenwärtige Materialien kommerziellen Erfolg haben, verbleibt ein Bedarf an verbesserten und vielfältigen Spielmaterialformulierungen. Es sind bereits einige Variationen des klassischen Schleimprodukts erhältlich. Zum Beispiel werden Schleimkits verkauft, die es dem Benutzer ermöglichen, seine eigenen Schleimprodukte herzustellen. In Zukunft werden sich die Spielzeughersteller darauf konzentrieren, neue Wege zu finden, um aktuellen Schleim zu verkaufen und auch neue, neuartige Materialien zu entwickeln.