Projekt 21747/01

Emissionsarme wässrige Bodenbelagsklebstoffe mit Tackifierkomponenten auf rein nachwachsender Rohstoffbasis

Projektträger

Robert Kraemer GmbH & Co. KG Lackharzwerke
Zum Roten Hahn 9
26180 Rastede
Telefon: 04402/9788-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Vorhabens war, die in bisherigen wässrigen Bodenbelagsklebstoffen eingesetzten ganz oder teilweise petrochemisch hergestellten Tackifier durch solche auf Basis nachwachsender Rohstoffe zu erset-zen und das Langzeitemissionsverhalten zu verbessern.
Gegenwärtig werden neben wässrigen Polymerdispersionen so genannte Tackifier (Klebrigmacher) eingesetzt, die die Adhäsionsfähigkeit und insbesondere das Anfassvermögen des Klebstoffs erhöhen.
Im Projektrahmen sollten sämtliche petrochemischen Rohstoffbestandteile in den Tackifierkomponenten durch solche auf Basis nachwachsender Rohstoffe, wie Kolophonium, Fette und Öle bzw. Fettsäuren ersetzt werden. Die mit diesen Tackifierkomponenten formulierten Klebstoffe sollten besonders niedrige Emissionsraten aufweisen, die den Anforderungen des Umweltzeichens für emissionsarme Bodenbelagsklebstoffe (RAL-UZ 113) entsprechen. Dazu wurden oxidationsempfindliche Rohstoffe ausgeschlos-sen. Auch für den Rohstoff Kolophonium kamen ausschließlich oxidationsstabile, nicht sensibilisierende Qualitäten zum Einsatz. An Hand von Emissionsuntersuchungen wurden weitreichende Erkenntnisse zum Ursprung von Langzeit- und Sekundäremissionen gewonnen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEntwicklung geeigneter Modellharze im Labormaßstab durch Auswahl der Rohstoffe und Synthese der Tackifier als kontinuierlicher Optimierungsprozess, Ermittlung der Klebeigenschaften und Erstellung ausgewählter Modellformulierungen mit neu entwickelten Tackifiern, um die Dispergierbarkeit der neuen Klebstoffkomponenten zu beurteilen. Die Untersuchungen wurden zum Teil vom IFAM durchgeführt.
Zum Einsatz von Bodenbelagsklebstoffen mit Tackifiern auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen werden alle relevanten Charakteristika dieser Klebstoffe ermittelt. Durch Bestimmung des Speichermoduls G, des Verlustmoduls G und der Glasübergangstemperatur Tg von Modellklebstoffen sind Aussagen über die Elastizität und die Temperaturbeständigkeit des Klebstoffes möglich.
Darüber hinaus werden die Klebeigenschaften der Modellklebstoffe im Vergleich mit handelsüblichen Produkten bestimmt. Hierzu zählen die statische Scherfestigkeit bei Raumtemperatur und 50 °C, das Nassanzugsvermögen und das Trockenanfassvermögen des Bodenbelagklebers.
Untersuchungen zum Emissionsverhalten von 30 neuen Modellklebstoffen in einem Screeningverfahren. Zunächst wurden alle Materialien qualitativ auf ihr Emissionspotential untersucht (Thermoextraktion). Ausgewählte Klebstoffe wurden über 28 bzw. bis zu 100 Tage in einer Emissionskammer untersucht. Ab-schließend wurde der so ausgewählte Klebstoff auf die Einhaltung der Anforderungen des Umweltzeichens für emissionsarme Bodenbelagsklebstoffe (RAL-UZ 113) geprüft.


Ergebnisse und Diskussion

Durch Verwendung spezieller Rohstoffe und Modifizierungsverfahren wurden viskose Harzester auf Basis rein nachwachsender Rohstoffe hergestellt.
Diese neuartigen Harzester wurden in Kombination mit Hartharzen als Tackifier in wässrigen Dispersionsklebstoffen getestet.
Verarbeitungseigenschaften, Haftfestigkeiten und Emissionsverhalten der Rezepturen wurden umfassend charakterisiert.
Die neuen Tackifier wurden als erwärmte, niedrigviskose Harzschmelze in die Basisdispersion eingearbeitet. Die verwendete Technologie ist entscheidend für die Klebstoffeigenschaften.
Die neuen Klebstoffe sind niedrigviskoser als der Standard, was durch eine Erhöhung der Füllstoffe ausgeglichen werden kann. Dadurch sind sowohl kostengünstige als auch emissionsarme Klebstoffe herstellbar.
Besonders vorteilhaft ist der Einsatz von polaren Harzestern. Damit wurden Klebstoffe mit marktüblichen klebtechnischen Eigenschaften aber mit deutlich verbesserter Langzeitstabilität und Füllstoff-Benetzung hergestellt.
Die neuen Tackifier zeichnen sich im Unterschied zu den konventionellen durch außerordentlich geringe SVOC-Emissionen (Schwerflüchtige organische Verbindungen) aus. Hauptsächlich wurden Terpene (natürliche Bestandteile der Kolophoniumharze) freigesetzt, deren Konzentrationen sich im zeitlichen Verlauf der Messung rasch verringerten.
Die Klebstoffe mit den neuen Tackifiern erreichen eine Klassifizierung als sehr emissionsam (EC1) nach GEV-Prüfmethode (Gemeinschaft Emissionskontrollierte Verlegewerkstoffe).
Die strengeren Emissionsgrenzwerte der RAL-UZ 113 wurden nur leicht überschritten (blauer Engel der Jury Umweltzeichen). Diese Norm lässt sich jedoch erfüllen, wenn der Terpengehalt der neuen Tackifier durch verfahrenstechnische Vorbehandlungsschritte reduziert wird.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Weitergabe und Präsentation der Ergebnisse bei Kundenbesuchen und bei Messeauftritten.
Die Veröffentlichung ausgewählter Ergebnisse auf der Internet-Seite des Unternehmens ist vorgesehen.


Fazit

Es stehen neue Tackifierformulierungen auf Basis rein nachwachsender Rohstoffe zur Formulierung von Bodenbelagsklebstoffen zur Verfügung, die neben guten klebtechnischen Eigenschaften ein niedriges Emissionspotenzial aufweisen.

Die Herstellung der Tackifier lässt sich im Rahmen eines Upscaling weiter optimieren. Dies wird zu Produkten mit niedrigerem Terpengehalt und weiter gesenkten Emissionswerten führen.

Durch verfahrenstechnische Optimierungen bei der Verarbeitung der Tackifier und der Klebstoffherstellung sind Verbesserungen der Klebstoffeigenschaften (vor allem in der Lagerstabilität und Klebkraft) möglich.