Projekt 24702/01

Entwicklung lösemittelfreier, wässriger Klebstoffe

Projektträger

RENIA-Gesellschaft m.b.H.
Ostmerheimer Str. 516
51109 Köln
Telefon: 0221/630799-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die beim Verarbeiten lösemittelhaltiger Kontaktklebstoffe freiwerdenden Lösemittel belasten Mensch und Umwelt und können Unverträglichkeiten bis hin zu Erkrankungen hervorrufen. Lösemittelhaltige Produkte erfordern aufgrund der möglichen Bildung explosiver Luft-Gas - Gemische Maßnahmen beim Transport, Lagerung und der Verarbeitung. Lösemittelfreie wässrige Klebstoffe (Dispersionsklebstoffe) sind für die Gesundheit vorteilhaft und tragen aufgrund problemloser Lagerfähigkeit und den Wegfall aufwendiger Schutzausrüstungen zu einer Reduzierung der Umweltbelastung bei. Wässrige Dispersionsklebstoffe lassen sich prinzipiell wie lösemittelhaltige Klebstoffe, jedoch mit großem apparativem Aufwand, verarbeiten. Zurzeit ist das Anwendungsspektrum von Dispersionsklebstoffen durch eine schlechte Benetzung der Oberfläche und eine geringe Beständigkeit der Klebungen gegen Umwelteinflüsse begrenzt. Es ist geplant, lösemittelfreie wässrige Kontaktklebstoffe mit den Eigenschaften leistungsfähiger lösemittelhalti-ger Kontaktklebstoffe zu entwickeln.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenFür die Entwicklung lösemittelfreier wässriger Kontaktklebstoffe werden zwei Wegen beschritten: Zum einen wird die Formulierung verfügbarer wässriger Klebrohstoffdispersionen unterschiedlicher Rohstofftypen verfolgt. Weiterhin ist die Herstellung / Produktion von auf dem Markt nicht verfügbarer Klebrohstoffdispersionen, insbesondere Dispersionen geeigneter Harze, geplant. Dazu werden verschiedene Methoden zum Einbringen der Harze in die wässrige Phase getestet und geeignete Verfahren entwickelt, diese Rohstoffe in Emulsionen / Dispersionen zu überführen. Mit diesen und auch kommerziell erhältlichen Klebrohstoffdispersionen werden lösemittelfreier wässriger Kontaktklebstoffe entwickelt. Es folgt die Optimierung der Formulierungen mit dem Ziel der Hydrolysenbeständigkeit, der Erhöhung der Wärmebeständigkeit und der Verbesserung der Substratbenetzung. Leistungsfähige einkomponentige Dispersionsklebstoffe, bei denen sich die Zugabe einer zweiten Komponente erübrigt, sind einfacher und ohne Verlust zu verarbeiten. Es ist beabsichtigt, die Zugabe von Vernetzern durch den Verarbeiter überflüssig zu machen. Darüber hinaus sollen die fertigen Produkte Klebereserven enthalten, die z. B. durch eine chemische Reaktion aktiviert werden können. Die Zielprodukte sollen für die Klebung dünner flexibler Schichten aus gängigen Gummi- und Kunststoffen universell einsetzbar sein und sich durch sehr gute Haftung auf polaren und unpolaren Oberflächen auszeichnen. Bei lösemittelfreien wässrigen Klebstoffen sind die Klebrohstoffe als kleinste Teilchen in Wasser verteilt. Nach dem Auftragen verdampft Wasser, bis ein trockener Klebefilm auf dem Substrat zurück bleibt. Lösemitteldämpfe werden vollkommen vermieden. Mit dem Austausch der Lösemittel durch Wasser als Transportmedium für die Klebrohstoffe wird das Gefährdungspotential der Klebstoffe für den Menschen minimiert und die Belastung der Umwelt re-duziert.


Ergebnisse und Diskussion

Mit den im Rahmen dieses Projekts entwickelten drei lösemittelfreien wässrigen Klebstoffsystemen auf der Basis von Polychloropren-, Polyurethan- und Harzdispersionen können die Materialien Leder, Gum-mi, EVA, PUR, PVC, Textilien, Kork etc. geklebt werden, jedoch ist die Wahl des richtigen Klebstoffsystems Voraussetzung für die erfolgreiche Anwendung. Zum derzeitigen Stand der Technik ist die universelle Anwendbarkeit und der einfache komplette Austausch der lösemittelhaltigen Systeme gegen ein lösemittelfreies wässriges System aus mehreren Gründen noch nicht möglich: Lösemittelfreie Klebstoffe benötigen aufgrund des Transportmittels Wasser eine längere Ablüftezeit, die durch geeignete Hilfsmittel (Infrarot-Geräte) auf wenige Minuten verkürzt werden kann. Sie müssen ohne die das Material anlösende Lösemittel auskommen. Je nach Materialzusammensetzung und -beschaffenheit führt diese Eigenschaft zu Einbußen bei der Anfangshaftung des Klebstoffs und kann Folgen für die weitere Verarbeitung mit sich bringen. Durch die Formulierung mit Harzdispersionen sind reine CR-Systeme derart konzipierbar, dass sie bei Raumtemperatur verarbeitet werden können und eine gute Haftung an EVA aufweisen. Die-se Eigenschaft wird durch niedrige Anfangshaftungen bezahlt und ist auf Reste von Feuchtigkeit in dem bei Raumtemperatur abgelüfteten Klebstofffilm zurückzuführen. Nach 24 Stunden ist zu beobachten, dass mit CR-Systemen dauerhafte und belastbare Klebeverbindungen erzielt werden, die je nach Füge-teilstärke bis zum Materialbruch führen können. Es ist zu beachten, dass Hart- PVC geklebt, Weich-PVC (Kunstleder) aber aufgrund der Unbeständigkeit gegen Weichmacher nicht geklebt werden kann. Die ho-hen Festigkeiten der PUR-Systeme sind auf die adhäsionsverstärkende Wirkung der bei einigen Gummimaterialien notwendigen Halogenierung und die Vernetzung durch ein thermoaktives Additiv zurückzu-führen. PUR-Klebstoffe müssen durch Wärmezufuhr reaktiviert werden. Es kann kein EVA geklebt werden. Durch die Kombination von CR- mit PUR-Dispersionen in Gegenwart von Harzdispersionen bleibt die Haftung auf EVA erhalten. Die Klebkraft der CR/PUR-Systeme ist mit der eines reinen CR-Systems vergleichbar. Auch bei diesen Klebstoffen war keine Klebung von Weich-PVC möglich. Bedingt durch die niedrigen Erweichungspunkte des Polychloroprens (ca. 55°C) und der Harze in Dispersion sowie der Verbleib von (Spuren an) feuchtigkeitsanziehenden / -haltenden Additiven wird die Temperaturbeständigkeit der Klebungen der wässrigen lösemittelfreien Klebstoffe auf Basis CR gesenkt, so dass für spezielle Anwendungen ein Vernetzer zwingend erforderlich ist. Die Wärmestandfestigkeit der wässrigen PUR-Systeme bewegt sich mit den Erweichungsbereichen der Rohstoff-Dispersionen zwischen 45 und 70°C. Durch die Zugabe einer zweiten Komponente wurde die Temperaturbeständigkeit aller Systeme auf ca. 95°C erhöht. Alterungs- und Hydrolysetests haben gezeigt, dass aus EVA, einem getriebenen Ma-terial, je nach Hersteller mit CR- bzw. Harz-Dispersionen nicht verträgliche Inhaltsstoffe austreten können. Generell ist bei der Entwicklung und Verarbeitung von wässrigen lösemittelfreien (Kontakt)-Klebstoffen die Prüfung der Materialien auf Eignung zur Klebung mit Dispersionen durch vorausgehende Tests empfehlenswert.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Bereits in einem frühen Stadium wurde mit der Ausgabe von Mustermengen von noch in der Entwicklung befindlichen Produkte an umstellungswillige Handwerker und Kleinserienproduzenten, die an lösemittelfreien Klebstoffen zur Reduzierung der Belastung durchaus interessiert sind und Bereitschaft zeigen, eine Änderung des Arbeitsverfahrens zu akzeptieren, begonnen. Auf den Ausstellungen ISS in Wiesbaden und EGROH in Kassel wurden Vorträge zur Anwendung von Dispersionsklebstoffen gehalten und Klebstoffmuster ausgegeben. Durch den Außendienst und eine Hotline werden diese Kontakte aufrechterhalten, um konstruktive Anmerkungen in die Optimierung mit einfließen lassen zu können. Informationen über die Anwendung der wässrigen lösemittelfreien Kontaktklebstoffe sind auf der Homepage www.renia.com veröffentlicht und werden in Fachzeitschriften behandelt, da die Nachfrage zunimmt. Mit mehreren Firmen, die langjährige Verarbeiter lösemittelhaltiger Klebstoffe sind, bestehen Kooperationen zur Einführung und Anwendung von lösemittelfreien wässrigen Klebstoffsystemen für die Schuh- und Einlagenproduktion. Es wird nun nach technischen Lösungen für den rationellen Klebstoffauftrag gesucht.


Fazit

Gegenwärtige Arbeiten erstrecken sich unter Berücksichtigung des pH-Wertes in Anbetracht der Problematik mit chromgegerbtem Leder auf die Optimierung der Formulierungen durch die Variation der Additive, insbesondere bei den Formulierungen der Polyurethan-Dispersionen. Von großem Interesse ist, ob auf Additive verzichtet werden kann. Da das Angebot an Harzdispersionen begrenzt ist, ist die Fortsetzung der Arbeiten zum Dispergieren von Harzen eminent wichtig. Um die wässrigen lösemittelfreien Klebstoffe in den kooperierenden Firmen zu etablieren, ist nach wie vor eine intensive Betreuung durch den technischen Außendienst notwendig, da für Dispersionssysteme präzises Arbeiten unter Beachtung der Ablüftezeit und der Temperaturführung unabdingbar ist. Sobald die Mitarbeiter ihre kritische Einstellung gegenüber Dispersionen abgelegt und ihren persönlichen Vorteil durch die Reduzierung der Lösemittelbelastung erkannt haben, wächst die Begeisterung für wässrige Klebstoffsysteme und der Rückschritt zu lösemittelhaltigen Produkten wird verbaut sein.

Übersicht

Fördersumme

57.250,00 €

Förderzeitraum

31.08.2006 - 31.08.2007

Internet

www.renia.com

Bundesland

Nordrhein-Westfalen

Schlagwörter

Klimaschutz
Landnutzung
Umweltforschung
Umweltkommunikation
Umwelttechnik