Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel der Arbeiten war die umweltfreundliche Modifizierung des Prozessschrittes der Verklebung von Polyurethanbauteilen mit Dekorfolien insbesondere f\u00fcr die Inneneinrichtung von Caravan, Flugzeug und Schiffen in Leichtbauweise. Zum Erreichen einer ausreichenden Haftung werden bis heute bei der Her-stellung von Polyurethan-Profilen in diesem Industriebereich l\u00f6sungsmittelhaltige Haftvermittler eingesetzt. Um die Umweltbelastung mit L\u00f6sungsmitteln, insbesondere auch chlorierten Kohlenwasserstoffen zu vermeiden, wurde der vollst\u00e4ndige Ersatz von Haftvermittlern durch ein Atmosph\u00e4rendruck-Plasma (AD-Plasma) als umweltfreundliches Reinigungs- und Aktivierungsverfahrenuntersucht.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Umsetzung des Verfahrens von den plasmatechnischen Laboranlagen auf eine Pilotanlage stand im Mittelpunkt der Arbeiten des Projektes AZ 22774\/02. Es wurde eine Pilotanlage mit Vorbehandlungsein-heit aufgebaut und der Prozess auf diese \u00fcbertragen. In Labor- und Technikumsarbeiten wurde die Ef-fektivit\u00e4t der Vorbehandlung verbessert und auf gekr\u00fcmmte Oberfl\u00e4chen \u00fcbertragen. Daneben stand die Einstellung der prozesstechnischen Parameter des Klebeprozesses der Dekorpapiere auf die vorbehandelten PU-Profile im Vordergrund. Hierzu wurden Klebungen unter Feuchtigkeits- und Temperaturein-fluss durchgef\u00fchrt. Zur Verbesserung der Klebverbindungen sind zwei verschiedene Klebstoffgruppen untersucht worden, thermoplastische, d. h. nicht-reaktive und reaktive Schmelzklebstoffe. Ein weiterer Aspekt der Arbeiten war es, die Vermeidung von Trennmitteln zu erforschen, um dadurch trennmittelfreie Bauteiloberfl\u00e4chen zu erhalten. Dazuwurden permanente Trennschichten bei Entformungen in der Produktion eingesetzt. Um die Ergebnisse zu bewerten, wurden Messungen der Oberfl\u00e4chenenergie und lichtmikroskopische Untersuchungen durchgef\u00fchrt. Die begleitenden Untersuchungen zur Analyse der Elemente und Bindungen erfolgten mit spektroskopischen Verfahren. Dabei wurden die R\u00f6ntgen-Photoelektronenspektroskopie XPS und die Infrarotspektroskopie in abgeschw\u00e4chter Totalreflexion (ATR) eingesetzt. Um die Qualit\u00e4t der Vorbehandlung in der Praxis zu testen, wurden Bauteile verklebt und die Festigkeiten gepr\u00fcft.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Verklebung von Polyurethan-Profilen mit Dekorpapieren war bisher nur mit Hilfe von Haftvermittlern m\u00f6glich. Es konnte gezeigt werden, dass ein Plasmaverfahren f\u00fcr die Oberfl\u00e4chenvorbehandlung der PU-Profile auch im produktionstechnischen Ma\u00dfstab geeignet ist, Produktionshilfsstoffe von der Bauteiloberfl\u00e4che zu entfernen und die Oberfl\u00e4che zu aktivieren. Einen wichtigen Einfluss bei der produktionstechnischen Umstellung stellte dabei die festgestellte inhomogene Verteilung der Trennmittel auf dem Bauteil dar. Die Oberfl\u00e4chenenergie eines mit Trennmittel entformten PU-Profils liegt im nicht behandelten Zustand bei ca. 30 mN\/m und konnte durch die Vorbehandlung an der Pilotanlage auf 56 – 60 mN\/m erh\u00f6ht werden. Auf den Materialien konnte anschlie\u00dfend eine gute Haftung der Dekorfolien mit reaktiven Schmelzklebstoffen auf Basis von Polyurethan und nichtreaktiven Systemen auf Basis von Polyamiden erzielt werden. Nichtreaktive Systeme auf Basis von Polyolefinen zeigten im technischen Ma\u00dfstab keine ausreichenden Klebfestigkeiten. Diese Klebungen erwiesen sich als nichtlangzeitstabil.<\/p>\n
Das Plasma entfernt nach den vorliegenden Untersuchungen oberfl\u00e4chlich vorhandene Trennmittel teilweise. Zum anderen Teil werden die Trennmittel im Plasma oxidiert und verbleiben auf der Oberfl\u00e4che. Die Ver\u00e4nderung der PU-Oberfl\u00e4che durch eine Behandlung im AD-Plasma zeigt sich bei der Aufnahme eines ATR-Spektrums. Aus der Intensit\u00e4tsabnahme der CH2- und CH3-Banden (2850 – 2920 cm-1) l\u00e4sst sich ableiten, dass eine Oxidation stattfindet. Die wichtigsten Parameter f\u00fcr die Vorbehandlung sind ne-ben Abstand und Geschwindigkeit der eingesetzten Plasmad\u00fcsen das zu verwendende Ionisationsgas und die elektrische Leistung. Als Ionisationsgas in den eingesetzten Plasmad\u00fcsen ist die Verwendung von Druckluft ausreichend, der Einsatz von speziellen Gasen ist nicht erforderlich. Eine gute Wirkung er-zielt man mit hohen elektrischen Leistungen. Zur fl\u00e4chigen Behandlung des Polyurethans eignen sich Rotationsd\u00fcsen. F\u00fcr den Kantenbereich, in denen z. T. verst\u00e4rkt Trennmittel nachgewiesen werden konnte, k\u00f6nnen auch Rundd\u00fcsen verwendet werden, ohne das Polyurethan thermisch zu sch\u00e4digen.<\/p>\n
Als wichtigster Parameter f\u00fcr eine gute Haftung stellte sich die Kontakttemperatur zwischen Klebstoff und Polyurethan heraus. Die Temperaturf\u00fchrung im Klebprozess muss bei dem neuen Vorbehandlungsverfahren mit Atmosph\u00e4rendruck-Plasma exakt eingestellt werden. Ein Einfluss der Feuchtigkeit auf die Klebqualit\u00e4t bei den reaktiven Klebstoffen konnte bei den Untersuchungen nicht nachgewiesen werden. Das Verfahren konnte erfolgreich \u00fcbertragen werden. Umweltsch\u00e4dliche l\u00f6sungsmittelbasierte Haftvermittler k\u00f6nnen durch eine Vorbehandlung im AD-Plasma substituiert werden.<\/p>\n
F\u00fcr die \u00d6kologische Betrachtung ist nur die Vorbehandlung zu ber\u00fccksichtigen. Die anderen Hilfsstoffe brauchen zum Vergleich nicht herangezogen zu werden, da die gleichen Trennmittel und \u00e4hnliche Klebstoffe verwendet werden k\u00f6nnen. Durch den Ersatz der l\u00f6sungsmittelbasierten Haftvermittler mit einer Reinigung und Aktivierung im Plasma kann die Umwelt erheblich entlastet werden. F\u00fcr eine M\u00f6beloberfl\u00e4che von 100 m\u00b2 werden nach dem herk\u00f6mmlichen Verfahren etwa 10 l chlorierte kohlenwasserstoffhaltige Haftvermittler verbraucht, die aufw\u00e4ndig entsorgt werden m\u00fcssen. Zur Vorbehandlung im Plasma sind f\u00fcr die gleiche Fl\u00e4che lediglich ca. 5 m\u00b3 Druckluft und 6 – 7 kW elektrische Leistung notwendig.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Projektergebnisse flie\u00dfen direkt in die Seminare und Veranstaltungen am Klebtechnischen Zentrum des IFAM ein. Dadurch wird gezielt ein Fachpublikum erreicht. Weiterhin wurden die Resultate bei einigen Messepr\u00e4senzen von der Schr\u00f6ter GmbH und vom IFAM pr\u00e4sentiert.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Projekt konnte gezeigt werden, dass bei der Herstellung von Profilen in der M\u00f6belindustrie die Primerung mit chlorierten Kohlenwasserstoffen durch eine umweltfreundlichere AD-Plasma Vorbehandlung ersetzt werden kann. Durch die flexible Gestaltung der Plasmad\u00fcsen ist das Vorbehandeln auch von schwierigen Profilgeometrien m\u00f6glich. Ein anschlie\u00dfendes Verkleben der Dekorfolien ist prozesssicher m\u00f6glich. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass ohne Plasmavorbehandlung kein prozesssicheres Kleben der Dekorfoilen realisiert werden kann. Das Ziel, Profil- und M\u00f6belteile auf Basis von PU-Sch\u00e4umen ohne Haftvermittler zu kleben ist erreicht worden. Der Einsatz chlorierter Kohlenwasserstoffe ist in diesem Industriebereich nicht mehr notwendig. Die VOC-Richtlinien k\u00f6nnen eingehalten werden und somit wird die Umwelt nachhaltig entlastet.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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