Projekt 15418/01

Entwicklung industriell anwendbarer gezielt lösbarer Klebstoffe zum umweltgerechten Recycling und Verbesserung der Ökobilanzen

Projektträger

ZIKA Leime + KlebstoffeL. Zimmermann GmbH & Co. KG
Benzstr. 24
72793 Pfullingen
Telefon: 07121/97600

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Geklebte Verbundwerkstoffe werden in fast allen Bereichen der industriellen Fertigung eingesetzt. Ihre weite Verbreitung verdanken sie der Tatsache, dass die Fügetechnik Kleben heterogene Materialien hochwertig und kostengünstig zu verbinden erlaubt. Geklebte Verbindungen sind aber i. A. nicht wieder lösbar, was ein sortenreines Recycling der Verbunde unmöglich macht. Für zwei Branchen, die Klebtechnik anwenden, soll je ein gezielt lösbarer industriell einsetzbarer Klebstoff entwickelt werden. Diese Formulierungen dienen als Modellstrukturen für allgemeinere lösbare Klebverbindungen. Im Vorhaben entstehen insbesondere Vorgehensweisen für die Entwicklung gezielt lösbarer Klebstoffe, die in der betrieblichen Praxis kleiner und mittelständischer Unternehmen nutzbar sind.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn der Entwicklung sind mehrere Phasen unterscheidbar: Laborphase, Technikumphase, Praxisphase. In der Laborphase wurden unter Mitarbeit von allen Partnern prinzipielle Klebstoff-Formulierungen entwickelt, die dann nach Charakterisierung der Klebstoffe durch Modellklebungen, gezielte Lösungsversuche und Untersuchung der getrennten Materialien eine abgesicherte industriell nutzbare Grundlage lieferten. Unabhängig von den verwendeten Lösungskonzepten wurde in der ersten Projektphase mit Modellkleb-stoffen gearbeitet. Erwies sich ein Lösungskonzept als positiv, wurde in Absprache mit den Industriepartnern geklärt, welche Zusatzstoffe das Klebstoffsystem anwendungsspezifisch enthalten soll. Die Klebstoffe wurden anschließend im Technikum bzw. in Praxisversuchen weiter qualifiziert. Als Methoden wurde folgende Verfahren angewendet: Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie (REM), Energy Dispersive X-Ray Analysis (EDX), Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS), Infrarotspektroskopie, Differentialthermoanalyse (DTA), Rheometrie und Endfestigkeitsmessung in Anlehnung an EN 1372.


Ergebnisse und Diskussion

In Zusammenarbeit der AWOK mit Firma Follmann wurde die Darstellung von Polymeren mit funktionellen Gruppen für die Vernetzung des Klebstoffs untersucht. Es ergab sich, dass die Konzentration der funktionellen Gruppen noch zu gering und die Konsistenz der synthetisierten Thermoplaste noch nicht befriedigend ist. Es wurden zwei verschieden Wege für die Nachvernetzung gewählt. Der erste Weg beruht auf der Einbeziehung von oberflächeninaktivierten Isocyanaten, die eine Vernetzung mit endständigen Hydroxidgruppen in der Seitenkette von Polyacrylat-Copoylmerisaten ermöglichen. Die Versuche zeigten, dass nur mit Zusatz einer Ammoniak-Lösung die Reaktion zwischen den oberflächeninaktivierten Isocyanaten und den Diol-Komponenten erreichbar war. Aus diesem Grund wurde von einer weiteren Verfolgung dieses Weges Abstand genommen. Im zweiten Weg wurden Monomere, die erstens eine Nachvernetzungsstelle und zweitens eine funktionelle Gruppe für die Einbindung in ein Polyacrylat-Copolymer beinhalten, synthetisiert. Die Basispolymere I beinhalten dabei in der Seitenkette des Polymers statistisch verteilt die elektrophile Nachvernetzungsstelle. Das Basispolymer II weist in der Seitenkette eine endständige nucleophile Gruppe für die Nachvernetzung mit dem Basispolymer I auf. In Abhängigkeit von den verwendeten Monomeren wurden Feststoffe oder Gele erhalten, die jedoch nicht für die Einarbeitung in bestehende Klebstoffe ( z. B. Uzin KE 18) oder für andere Klebstoffmodifikationen zugänglich waren.
Im Bereich der Bauindustrie wurde gefunden (UZIN, Follmann, AWOK, NMI), dass durch Modifikation eines Dispersionsklebstoffes mit einem Schaumbildner ein gezielt durch Mikrowellen lösbarer Klebstoff erhalten werden kann. Versuche mit unterschiedlichen Schaumbildnern ergaben unter Berücksichtigung der anwendungstechnischen Eigenschaften Zusätze von Micropearl F30 und eine Mikrowellenaktivie-rungszeit im Minutenbereich. Die Bestimmung der Endfestigkeiten (in Anlehnung an DIN EN 1372) bzw. Wiederablösbarkeit ergab nach einer mehrmonatigen Lagerung der Probeverklebungen bei Raumtemperatur den gewünschten Effekt der Erniedrigung der Schälfestigkeiten für die mit Schaumbildner versetzten und zusätzlich mit Mikrowelle aktivierten Proben. Da der Schaumbildner Chlor im Wandmaterial PVC enthält und prinzipiell bei der Mikrowellenanregung u. a. HCl abgeben kann, wurde mittels XPS-Untersuchungen festgestellt, ob Reaktionsprodukte detektierbar sind. Das gefundene Chlor ist im PVC am Kohlenstoff gebunden.
Im Möbelbau und der Automobil-Innenausrüstung führt die Modifikation (ZIKA, Follmann, NMI) von relativ niedrig schmelzenden Schmelzklebstoffen durch Zusatz von nanodispersen Füllstoffteilchen zu hochschmelzenden Thermoplasten, die reaktive Hotmelts, Cyanacrylate und lösemittelhaltige Polychloroprenklebstoffe ersetzen können. Diese Thermoplaste sind durch thermische Aktivierung gezielt lösbar. Die derart modifizierten Hotmelts werden bereits im Praxiseinsatz im Kraftfahrzeugbereich erprobt.Durch XPS-Analysen wurde geprüft, ob im Gerüst des Klebstoffes eine chemische Reaktion mit dem nanodispersen Füllstoff auftritt. Man stellte fest, dass offenbar Änderungen am Kohlenstoffgerüst des Polymeren auftreten.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Auf der Europäischen Tagung für Adhäsionsforschung (EURADH 2004) im September in Freiburg werden die Projektergebnisse im Bereich der Bauindustrie auf einem Poster präsentiert. Ein Poster über die gezielte Modifizierung von Schmelzklebstoffen anhand eines Simulationsmodells ist in Vorbereitung.


Fazit

Für den Baubereich konnte durch Modifikation eines Dispersionsklebstoffes mit einem Schaumbildner ein gezielt durch Mikrowellen lösbarer Klebstoff entwickelt werden. Auf der Grundlage der bisherigen Ergebnisse müssen für den Praxiseinsatz weitere Tests mit optimierter Rezeptur in einer Großflächen-Applikation unter Einsatz des weiterzuentwickelnden mobilen Mikrowellen-Applikators durchgeführt werden.
Für den Möbelbau und die Automobil-Innenausrüstung konnten durch Modifikation von Schmelzklebstoffen mit nanodispersen Füllmitteln gezielt durch Wärmeeinfluss lösbare Klebstoffe als Ersatz für nachvernetzende Hotmelts, Cyanacrylate oder Polychloroprenklebstoffe und ein Simulationsmodell zur Ermittlung der Nanoteilchendichte entwickelt werden. Auf der Grundlage der bisherigen Ergebnisse sind weitere Untersuchungen zur Verbesserung der noch unzureichenden Wärmestandfestigkeit, zum Schmelzklebstoffauftrag durch Roboter sowie die Reduzierung des Fadenziehen des Schmelzklebstoffes bei der schnellen Produktion notwendig.

Übersicht

Fördersumme

389.604,41 €

Förderzeitraum

05.10.2000 - 16.08.2004

Bundesland

Baden-Württemberg

Schlagwörter

Ressourcenschonung
Umwelttechnik