Projekt 23239/01

Entwicklung lösemittelfreier Vorbehandlungstechniken für die Schuhindustrie auf Basis einer UV-/Ozonbehandlung

Projektträger

Emil Schmid Tack-Service
Cornelius-de-Pauw-Str. 4
46509 Xanten
Telefon: 02801/705939

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Beim Sohlenaufbau moderner Funktionsschuhe werden verschiedene Materialien in Klebverbunden kom-biniert, um optimale Gebrauchseigenschaften zu erzielen. Das nach dem gegenwärtigen Stand der Technik für dämpfende Mittelsohlen vorzugsweise eingesetzte Material Phylon kann nur unter Anwen-dung von Lösemittelsystemen verklebt werden. Dadurch werden hohe VOC-Emissionen verursacht. Auch neue wasserbasierende Klebstoffkomponenten können industriell nur angewandt werden, wenn die Phylonoberfläche mit lösungsmittelbasierenden Systemen vorbehandelt worden ist. Projektziel ist es, durch einen neuartigen Verfahrensansatz der Vorbehandlung von Phylon in der Schuhfertigung eine Verklebung ohne Lösemittel zu ermöglichen und damit eine gravierende Senkung von VOC-Emissionen bei der Herstellung von Funktions- und Freizeitschuhen zu erreichen. Hierzu erfolgt eine umweltfreundliche, emissionsfreie UV-/Ozon-Vorbehandlung in Kombination mit neuen, nicht lösemittelbasierten Primer-/Klebstoffsystemen. Hierfür sollen prädestinierte Klebstoff- und Vorbehandlungssysteme ermittelt und getestet bzw. neue Rezepturen und Verfahren entwickelt werden, die geeignet sind, die speziellen Anforderungen der Schuhproduktion zu erfüllen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenVerfahrensgrundlage ist eine Vorbehandlung von Phylonoberflächen durch Anwendung einer UV-/Ozon-Kombination. Durch physikalisch-chemische Prozesse werden auf der Materialoberfläche aktive Zentren erzeugt, die mit polaren Klebstoffsystemen in Wechselwirkung treten, sodass feste Verbunde entstehen. Bei den Projektarbeiten waren geeignete Verfahrensparameter der UV-/Ozonbehandlung zu ermitteln sowie damit kombinierbare nicht lösemittelbasierte chemische Vorbehandlungssysteme zu entwickeln. Zur Ergebnisbeurteilung waren analytische Untersuchungen und Klebeversuche durchzuführen.
Schwerpunktaufgaben bezüglich des Projektzieles waren:
- chemisch-physikalische Charakterisierung der Phylonoberfläche
- Erarbeiten eines effizienten, lösemittelfreien Reinigungsverfahrens für Phylonsohlen zur Entfernung von störenden Oberflächenverunreinigungen wie z. B. Trennmittelrückständen Untersuchungen zur Wirksamkeit der UV-/Ozon-Behandlung- Untersuchungen und Entwicklungsarbeiten zur Prüfung der Wirksamkeit der UV-/Ozonbehandlung für Phylon und Ermittlung anwendbarer Parameter für die industrielle Praxis
- Methodenentwicklung für die Aktivierung von Phylon durch Kombination von UV-/Ozon-Behandlung und chemischer Vorbehandlung ohne Anwendung von Lösemittelprimern
- Konservierung des Aktivierungseffektes über einen technologisch relevanten Lagerzeitraum
- Auswahl und Optimierung eines geeigneten Dispersionsklebstoff-Systems
- Anpassung des Verfahrens an industrielle Anforderungen.


Ergebnisse und Diskussion

Es wurde ein Vorbehandlungsverfahren für Phylonsohlen entwickelt, das deren Verklebung mit PU-Dispersionsklebstoffen ohne die Anwendung von Lösemittelsystemen ermöglicht. Basis dieses Verfah-rens ist die Anwendung einer speziellen UV-/ Ozon-Technologie. Die Entwicklungsarbeiten wurden durch die Anwendung geeigneter Methoden zur physikalisch-chemischen Charakterisierung der zu verkleben-den Phylon-Oberfläche unterstützt. Für die Charakterisierung der Oberflächenreinheit wurde die Methode der Infrarot-ATR-Spektroskopie erfolgreich angewendet. Es wurden Klebverbunde hergestellt und deren Haftfestigkeit geprüft. Bei der Austestung wurde festgestellt, dass übliche Reinigungsmethoden auch bei Anwendung von Lösemitteln für eine ausreichende Entfernung von silikonbasierten Trennmittelrückständen ungeeignet sind. Silikonrückstände führen in der Praxis häufig zu schlechten Verklebungen.
Mit der entwickelten wasserbasierenden Reinigerzusammensetzung ohne Lösemittelzusätze kann eine wirksame Reinigung der im Projekt untersuchten Phylonmaterialien von silikonhaltigen Trennmitteln er-folgen, womit erfolgversprechende Voraussetzungen für haftfeste Verbunde geschaffen sind.
Ziel der Entwicklungsarbeiten war ein Verfahren, bei dem für die Vorbehandlung von Phylonsohlen ausschließlich eine UV-/Ozonbehandlung unter Anwendung geeigneter Parameter erfolgt. Dafür wurde eine spezielle Anlage vom Typ AS 3000 eingesetzt. Für eine ausreichende Aktivierung der Phylonsohlen war eine Behandlung mit der angewendeten UV-/ Ozon-Technologie allein nicht ausreichend. Es konnten ergänzende Haftvermittlersysteme entwickelt werden, mit denen eine Zusammenführung der Verfahrens-schritte Reinigung und Primern im Schritt der aktivierenden Reinigung erreicht wurde. Dazu wird die Phylonoberfläche mit wasserbasierenden Systemen behandelt, die neben Substanzen mit hoher Reinigungswirkung auch solche Inhaltstoffe enthalten, die nach dem folgenden Aktivierungsschritt mittels UV-/ Ozon-Einwirkung als Haftvermittler fungieren. Damit kann ein für eine industrielle Anwendung prinzipiell akzeptables zweistufiges Verfahren angeboten werden.
Nach bisherigen Untersuchungen ist eine sofortige Weiterverarbeitung des aktivierten Materials zwar günstig aber nicht unbedingt erforderlich. Zwischenlagerzeiten von einigen Tagen sind unproblematisch. Bei besonderen Anforderungen wie stark kontaminiertem Material oder längeren Zwischenlagerzeiten ist eine Ergänzung dieses Verfahrens durch einen weiteren, vorgeschalteten Reinigungsschritt und/ oder ei-ne konservierende Auftragung eines wasserbasierenden Primers empfehlenswert. Bisher konnten haftfeste Verbunde nur dann hergestellt werden, wenn sowohl in den PU-Klebstoffsystemen selbst als auch in den Haftvermittlersystemen geringe Anteile von Lösemitteln enthalten sind. Dabei handelte es sich um Klebstoffe und Haftvermittler, die geringe Anteile (max. 10%) Lösemittel enthalten, wobei ausschließlich aliphatische Ester und Ketone eingesetzt werden. Eine Verklebung mit vollständig lösemittelfreien Dispersionsklebstoffen wurde bisher noch nicht erreicht.
Für industrielle Anwendungen müssen sofort nach dem Verkleben ausreichende Anfangshaftungen für eine weitere Verarbeitung erreicht werden. Die Untersuchungen im zeigten, dass die Wirksamkeit der Vorbehandlung wesentlich vom Trocknungszustand des aufgebrachten PU-Dispersionsklebstoffes be-stimmt wird. Es erfolgten umfangreiche Optimierungen des Trocknungsregimes, um eine maximale Wir-kung des Klebstoffes mit minimal erforderlichem technologischen Aufwand zu erreichen. Mit dem ermit-telten, für die gegenwärtig verfügbaren PU-Dispersionsklebstoffe erforderlichen Trocknungsregime von mindestens 15 Minuten bei 55 °C weist der Einsatz von Dispersionsklebstoffen gegenüber Lösemittel-klebstoffen (max. 5 Minuten bei 55°C) derzeit technologisch deutliche Nachteile bezüglich Verarbeitungszeit und Energiebedarf auf. In zukünftigen Entwicklungen soll dieses Problem bearbeitet werden, um die Attraktivität von lösemittelfreien Dispersionsklebstoffen weiter zu erhöhen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

- Präsentation der Ergebnisse auf Fachtagungen (Rubber Bonding 2006; 14. NDVaK)
- Hinweise und Veröffentlichungen in einschlägigen Fachzeitschriften (Plastverarbeiter, Adhäsion, KGK) und in der Regionalpresse (NRZ, RP)


Fazit

Das Verfahren eröffnet neue Möglichkeiten, um Lösemittelklebstoffen durch Dispersionsklebstoffe in der Schuhsohlenfertigung zu ersetzen. Verglichen mit den gegenwärtig praktizierten Vorbehandlungsverfahren können durch die Anwendung des neuen Verfahrens Lösemittelemissionen bei der Verklebung von Phylonsohlen eine gravierende gesenkt werden.
Das Verfahren gestattet die Anwendung von wasserbasierenden Vorbehandlungssystemen für Phylon mit einem maximalen Lösungsmittelanteil von 10 % anstelle der bisher üblichen Lösemittelprimer. Mit dem neuen Phylon-Vorbehandlungsverfahren bei der Herstellung von Sohlenverbunden kann der VOC-Anteil in den eingesetzten Primer- und Klebstoffsystemen von 75 - 80 % auf 2 - 10 % gesenkt werden.
Es wird davon ausgegangen, dass bei Weiterführung der Entwicklungsarbeiten eine weitere Senkung des Lösemittelanteiles in den verwendeten Vorbehandlungs- und Klebstoffsystemen sowie eine Minderung des erforderlichen Trocknungsaufwandes erreicht werden kann.