Klebstoff

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Klebstoffaustritt aus einer Tube

Ein Klebstoff ist ein nichtmetallischer Stoff, der in der Lage ist, Werkstoffe durch Oberflächenhaftung (Adhäsion) und seine innere Festigkeit (Kohäsion) zu verbinden.[1] Es handelt sich also um einen Prozesswerkstoff, der beim Fügeverfahren Kleben zum Verbinden verschiedener Werkstoffe verwendet wird. Zusätzlich zu der lastübertragenden Wirkung können weitere Eigenschaften in Bauteile, wie z. B. Schwingungsdämpfung, Abdichten gegen Flüssigkeiten und Gase, Ausgleich unterschiedlicher Fügeteildynamiken, Korrosionsschutz, thermische und elektrische Isolation oder Leitfähigkeit integriert werden.

Aufgrund der vielfältigen Vorteile des Fügeverfahrens Kleben sind Klebstoffe aus dem alltäglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Mit ihren zahlreichen Anwendungen in den verschiedensten Industriezweigen sind sie für das heutige, moderne Leben praktisch unverzichtbar geworden. Viele Produkte, wie z. B. Bücher, Mobiltelefone, Fußböden, E-Reader, Matratzen, Autos und unzählige mehr, wären in ihrer heutigen Form ohne Klebstoffe nicht realisierbar.

Inhaltsverzeichnis

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Kleben ist eine der ältesten und wichtigsten Kulturtechniken der Menschheit. Klebstoffe ermöglichten die Herstellung von Waffen und Werkzeugen und halfen den Frühmenschen, sich gegen eine feindliche Umwelt durchzusetzen. Materielle Beweise sind allerdings rar, da organische Werkstoffe – zu denen auch die damals verwendeten Klebstoffe zählen – den Lauf der Zeit bis auf wenige Ausnahmen nicht überstanden haben.

Der älteste von Menschen eingesetzte Kleb- und Dichtstoff war wohl tonhaltige Erde, mit deren Hilfe z. B. Höhlen und Hütten der Urzeit wohnlicher gemacht wurden. Den fortschrittlicheren Jungsteinzeitmenschen fiel schon die Klebkraft von Asphalt (Erdpech), Baumharzen und Holzteer auf. So wurde in Sachsen-Anhalt Birkenpech als Klebemittel von Klingeneinsätzen bei Schäftungen (Messer, Speere) gefunden, das mindestens 115.000 Jahre alt war. In Süditalien stießen Wissenschaftler auf Birkenpech, das an einem mindestens 180.000 Jahre alten Steinwerkzeug haftete. Und auch Ötzi hatte seine Pfeile vor über 5000 Jahren mit Birkenpech gefertigt. Dieser frühe Klebstoff kommt nicht natürlich vor, sondern muss gezielt aus Birkenrinde durch Trockendestillation hergestellt werden.[2]

Vor 6000 Jahren wurden in Mesopotamien Häuser mit luftgetrockneten Lehmziegeln errichtet und Asphalt zu weiteren Bauzwecken verwendet. So berichtet der antike Geschichtsschreiber Herodot, dass die Mauern Babylons mit Erdpech geklebt wurden. Rund 1000 Jahre später kannten die Sumerer bereits das Herstellen von Leim aus ausgekochten Tierhäuten.

Spätestens seit etwa 1500 v. Chr. verwendeten die Ägypter einen Sud aus Sehnen, Knorpel und anderen tierischen Abfällen als geeigneten Klebstoff für furnierte Schreinerarbeiten. Der so entstandene Klebstoff wurde warm aufgetragen und hat bislang mehr als drei Jahrtausende unbeschadet überdauert, wie eine Tafel aus dem Grab Tutanchamuns beweist. Ebenso nutzten die Ägypter Bienenwachs für handwerkliche Klebungen, indem sie es mit pulverisiertem Steinmehl vermischten und damit z. B. Metallklingen von Rasiermessern mit ihrem Stiel verbanden.

Auch die Griechen und Römer der Antike verwendeten bereits verschiedene Klebemittel. Während es in Griechenland schon den Berufsstand des Leimsieders gab und sie ihren meist eiweißhaltigen Leim „Kolla“ nannten (bzw. heute noch nennen), bezeichneten die Römer ihre aus Mehlkleister, gesäuertem Brot oder Käse-Kalk-Mischungen hergestellten Leime als „Glutinum“. Angeblich stellten die Römer rund 1000 Jahre vor den Germanen den ersten aus Schwimmblasen gewonnenen Fischleim her.

In der nachfolgenden Zeit ist über Klebstoffe vorerst keine große Entwicklung zu verzeichnen. Neben der schlechten Wärme- und Kältebeständigkeit bildeten die damaligen Klebstoffe aufgrund ihrer Zusammensetzung auch einen idealen Nährboden für Bakterien und Pilze, wodurch sie ein Gesundheitsrisiko darstellten. Erst im Spätmittelalter bildeten sich in Europa nach und nach die ersten eigenständigen Leimsiedereien, da nach der Erfindung des Buchdrucks von Gutenberg sich die Papierverarbeitung zum Wachstumsmarkt entwickelte. Die immer zahlreicheren Bücher mussten gebunden und mit stabilen Deckeln und Rücken versehen werden.

Die klebewilligen Werkstoffe (Holz, Leder, Papier, Pappe), die Anwendungsgebiete und damit ebenso die Klebstoffe blieben aber auch dann über Jahrhunderte hinweg im Wesentlichen unverändert. Die Herstellung war eine eintönige Arbeit und so wundert es nicht, dass die Bezeichnung „Leimsieder“ lange Zeit als Schimpfwort für besonders stumpfsinnige Menschen galt.

Im Zuge der Industrialisierung erfuhr der verschmähte Berufsstand dann einen Aufschwung, der sich Hand in Hand mit der Möbel- und Tapetenindustrie vollzog. Die neuen rationellen Herstellungsmethoden ermöglichten es auch einfachen Leuten, ein komfortables Mobiliar und vornehm gestaltete Wände zu besitzen. Die erste handwerkliche Leimfabrik wurde 1690 in Holland gegründet. 1754, über 60 Jahre später, wurde in England das erste Patent auf einen Fischleim für die Tischlerei erteilt und 1789 eröffnete die erste Tapetendruckerei Deutschlands in Kassel. Obwohl der Mengenbedarf an Holzleimen und Kleister einen beträchtlichen sprunghaften Anstieg verzeichnete, fand zunächst keine nennenswerte Änderung an der Produktgattung statt.

Erst Ende des 19. Jahrhunderts beschleunigte der steigende Bedarf an Gütern aller Art die produktionstechnische Entwicklung, und mit der Massenherstellung wuchsen die Verpackungsprobleme. Die vorhandenen Klebstoffe genügten schließlich den qualitativen Anforderungen nicht mehr. Dies war der Beginn einer systematischen Suche nach modernen Nachfolgeprodukten.

Nachdem 1880 Otto Ring den ersten gebrauchsfertigen Fischleim "Syndetikon" und Ferdinand Sichel 1889 den ersten gebrauchsfertigen Pflanzenleim entwickelte, brach 1909, mit dem Patent zur Phenolharz-Härtung von Baekeland, das Zeitalter der Klebstoffe auf Basis synthetisch hergestellter Rohstoffe an. Chemiker, Physiker und Ingenieure setzten sich mit den Wirkungen von Adhäsions- und Kohäsionskräften auseinander, erforschten den makromolekularen Aufbau der Klebstoffe, vervollkommneten die bekannten Rohstoffe und fanden schließlich in den Kunstharzen die Ausgangsbasis für immer leistungsfähigere synthetische Klebstoffe.

Der bis heute für die Klebstoffherstellung meist verwendete synthetische Rohstoff, das Polyvinylacetat, wurde 1914 von Rollet und Klatte patentiert. 1928 fand in den USA die erstmalige Produktion von Polyvinylchlorid (PVC) und Polymethylmethacrylat (Plexiglas) statt. 1929 wurde ein Verfahren zur Härtung von dem 1919 entdeckten Harnstoffharz entwickelt und machte es somit einsetzbar für Leime.

In den 30er Jahren des letzten Jahrhunderts gelang die erste technische Herstellung von Polyvinylacetat, Polystyrol und Polyacrylnitril sowie der ersten stabile Kunststoff-Dispersion auf Basis von Acrylsäureestern und Vinylacetat. Der Schweizer P. Castan benutzte die Polyaddition zum Aufbau von Kunststoffen und erfand Epoxidharze, die ihm 1939 patentiert wurden. Neben der Entwicklung des ersten transparenten Klebebandes, sind die Herstellung des Rohstoffes Polychlorbutadien und die von Bayer patentierten Polyurethane von enormer Marktbedeutung für die Klebstoffbranche.

Durch die Verwendung von Phenolharz-Polyvinylacetaten und Epoxidharz-Formulierungen hielt der Klebstoff 1943 Einzug in den Flugzeugbau. Als dann 1960 die Produktion von anaeroben und Cyanacrylat-Klebstoffen aufgenommen wurde, gelang der Klebstoffindustrie ein entscheidender Durchbruch im Bereich der Metall- und Kunststoffverbindungen.

Mit der Entdeckung der ersten temperaturfesten Polyimid-Klebstoffe und feuchtigkeitshärtenden Polyurethane erfolgte in den 70er Jahren eine rasche Weiterentwicklung der Polyurethan-Chemie mit vielfältigen 1- und 2-Komponenten-Formulierungen, UV-lichthärtende Acrylat-Formulierungen sowie die Entwicklung von MS-Polymeren. Reaktive Schmelzklebstoffe und anisotrop leitfähige Klebstoffe bezeichnen die größten Errungenschaften der 80er Jahre.

Ab 1990 beginnt die Entwicklung von Klebstoffen mit multiplen Härtungsmechanismen (z. B. UV-Bestrahlung, Luftfeuchtigkeit, Sauerstoffzutritt). Die 1995 entwickelten silanvernetzenden Polyurethan-Prepolymeren (S-PUR) zeigen eine verbesserte Balance zwischen Reaktivität und Lagerstabilität, ein Ausbleiben der Blasenbildung bei der Härtung und besitzen keinen isocyanatbasierten Reaktionsmechanismus mehr. Im Jahre 2000 begann die Entwicklung wiederlösbarer Klebstoffsysteme für Reparatur und Recycling, basierend auf den Methoden Temperatur-, Spannung-, Strom- und ph-Wert-Änderung.

Für die Zukunft kann man weitere Wachstumsopportunitäten zu erkennen. Gründe hierfür sind die Übernahme zusätzlicher Funktionen, die bisher von anderen Materialien übernommen wurden, der zunehmende Leichtbau und nicht zuletzt die Miniaturisierung elektronischer Bauteile.

Wirtschaftliche Bedeutung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In Deutschland werden jährlich ca. 1,5 Millionen Tonnen Kleb-, Dicht- und zementäre Bauklebstoffe sowie 1 Milliarde Quadratmeter trägergebundene Klebstoffe (Klebebänder/Klebefolien) produziert und damit ein Gesamtbranchenumsatz von 3,7 Milliarden Euro erzielt. Die durch den Einsatz von Klebtechnik generierte Wertschöpfung beträgt – konservativ gerechnet – deutlich über 360 Milliarden Euro. Dieser Betrag entspricht rund 50 % des Beitrages des produzierenden Gewerbes und der Bauwirtschaft zum deutschen Bruttoinlandprodukt (BIP). Somit stehen rund 50 % der in Deutschland produzierten Waren und Baudienstleistungen mit Klebstoffen in Verbindung.[3]

Interessant ist auch eine vergleichende Betrachtung der Entwicklung des Bruttoinlandprodukts und dem Wachstum der Klebstoffindustrie. Über die letzten zehn Jahre ist deutlich zu beobachten, dass auch die Klebstoffindustrie den gesamtwirtschaftlichen Konjunkturzyklen unterliegt – allerdings mit Wachstumsraten, die im Durchschnitt 2,5–5 % über den Wachstumsraten des BIP liegen.[3]

Das globale Marktvolumen für Klebstoffe für 2016 wird auf 49,5 Milliarden USD geschätzt. Papier und Verpackung war 2015 das größte Anwendungssegment des Marktes für Kleb- und Dichtstoffe. Von den verschiedenen Klebstofftechnologien stellten die wasserbasierten Klebstoffe 2015 sowohl wert- als auch mengenmäßig das größte Segment. Wachsende Bevölkerungszahlen, die steigende Nachfrage nach Konsumgütern in mehreren Ländern rund um den Globus ist ein Schlüsselfaktor, der das Wachstum der Klebstoffindustrie in den kommenden Jahren weiter vorantreiben wird. Länder wie China, Japan und Indien werden weiter an Bedeutung gewinnen. Für 2021 wird erwartet, dass der globale Umsatz an Kleb- und Dichtstoffen gut 63 Milliarden USD betragen wird.[4]

Einteilung der Klebstoffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Aufgrund der vielfältigen Einsatzgebiete für Klebstoffe und der damit verbundenen verschiedenen Anforderungen ist es nicht verwunderlich, dass eine schier unübersehbare Zahl Klebstoffen angeboten wird. Daher ist es sinnvoll, Klebstoffe zu klassifizieren, um so Gemeinsamkeiten, aber auch Unterschiede besser erkennen und verstehen zu können. Eine erste Einteilung kann entsprechend ihrer chemischen Basis erfolgen.

So wird zwischen Klebstoffen, hergestellt auf Basis organischer Substanzen und solchen basierend auf anorganischer Substanzen unterschieden. Dazwischen stehen die Silikone, die sowohl organische als auch anorganische Bestandteile enthalten. Zusätzlich kann zwischen Klebstoffen, die eine natürliche oder eine synthetische organische Basis haben, unterschieden werden. Letzteres ist häufig nicht eindeutig zu erkennen, da viele Klebstoffe sowohl synthetische als auch natürliche Rohstoffe enthalten. Solche auf rein natürlicher Basis, wie z. B. Bienenwachs oder Baumharz sind wegen der für die meisten Anwendungen nicht ausreichenden Eigenschaften recht selten. Seit einigen Jahren beobachtet man, nicht zuletzt als Folge eines zunehmenden Umweltbewusstseins, der Forderung nach mehr Nachhaltigkeit und der Verringerung des Carbon Footprint einen zunehmenden Einsatz von auf nachwachsenden Rohstoffen basierenden Klebstoffbestandteilen.

Eine weitere, mehr ins Detail gehende Einteilung ist die nach dem Mechanismus der Verfestigung. Hierbei wird zwischen einer Verfestigung durch einen physikalischen Vorgang und der durch eine chemische Reaktion unterschieden. Weiterhin gibt es die Gruppe der Klebstoffe, die keinem Verfestigungsmechanismus unterliegen. Diese drei, in der Tabelle 1 zusammengestellten Klebstoffarten werden im Anschluss näher erläutert.

Die weitere Unterteilung der Einteilung in Duroplaste, Thermoplaste und Elastomere, wie sie bei Kunststoffen üblich ist, gibt dem Anwender zwar wertvolle Hinweise zu den Eigenschaften des jeweiligen Klebstoffs in seinem verfestigten Zustand. Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass Klebstoffe ein und derselben Polymerart, in Abhängigkeit von den beigefügten Additiven oder Komponenten zu Duromeren, Elastomeren oder Thermoplasten aushärten bzw. als solche vorliegen können. Ein gutes Beispiel hierfür sind die Polyurethanklebstoffe.

KLEBSTOFFE
chemisch härtend physikalisch abbindend Klebstoffe ohne Verfestigung Klebstoffe mit kombinierten Verfestigungsmechanismen
Härtung durch Polymerisation
  • Cyanacrylate (Sekundenklebstoff)
  • Methylmethacylate (MMA)
  • ungesättigte Polyester
  • anaerob härtende Klebstoffe
  • strahlenhärtende Klebstoffe
Verfestigung durch Trocknen
  • lösemittelhaltige Nassklebstoffe
  • Diffusionsklebstoffe
  • Kontaktklebstoffe
  • wasserbasierte Dispersionsklebstoffe
  • kolloidale Systeme
Keine Verfestigung
  • Haftklebstoffe
Kombination von verschiedenen chemischen Mechanismen
Härtung durch Polyaddition
  • Epoxidharze
  • Polyurethane
  • Silicone
Verfestigung durch Abkühlen
  • Schmelzklebstoffe
Kombination eines physikalisch und eines chemischen Verfestigungsmechanismus
  • feuchtigkeitsnachvernetzende Schmelzklebstoffe
  • 2K Lösemittel- oder Dispersionsklebstoffe
Härtung durch Polykondensation
  • Phenolharze
  • Polyimide
  • Polysulfide
  • Bismaeinimide
  • silan-modifizierte Polymere
  • Silicone
Verfestigung durch Gel-Bildung
  • Plastisole
Kombination von verschiedenen chemischen Mechanismen
  • Härtung durch UV-Licht und durch Wärme

Physikalisch abbindende Klebstoffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hierunter versteht man solche Klebstoffe, bei denen die Polymerketten in dem vom Klebstoffhersteller ausgelieferten Klebstoff bereits in ihrer endgültigen Zusammensetzung und Größe vorliegen. Das heißt das Polymer an sich unterliegt bei der Verfestigung des Klebstoffs keiner chemischen Veränderung. Da Klebstoffe um überhaupt auf einem Fügeteil haften, d. h. Adhäsion aufbauen zu können in flüssiger Form vorliegen müssen, sind für diese Klebstoffklasse nur solche Polymere geeignet, die sich verflüssigen lassen. So lassen sich Thermoplaste durch Erwärmung verflüssigen, um durch Erkalten wieder zu erstarren. Weitere Möglichkeiten sind in Lösemittel lösliche Thermoplaste und die Überführung in eine Dispersion. Die Verfestigung des Klebstoffs erfolgt also durch einen physikalischen Vorgang, dem Erstarren bzw. dem Verdampfen des Lösemittels bzw. des Dispersionsmedium Wasser. Das Abkühlen eines Schmelzklebstoffs hat zur Folge, dass die Beweglichkeit der Polymerketten eingeschränkt wird und sich zwischen den Polymerketten physikalische Wechselwirkungen, wohlgemerkt keine chemischen Bindungen ausbilden, die in ihrer Art und ihrem Ausmaß im Endeffekt die innere Festigkeit, d. h. die Kohäsion des Klebstoffs im verfestigten Zustand bestimmen. Bei Klebstoffen, bei denen der flüssige Zustand schon bei der Herstellung durch Lösen eines Polymers in einem Lösemittel oder die Überführung in eine Dispersion erfolgte, kommt es durch Verdampfen des Lösemittels bzw. des Dispersionsmediums zur Verfestigung. Das Verdampfen des Lösemittels, bzw. des Dispersionsmediums hat zur Folge, dass sich die Polymerketten einander annähern und es dadurch zur Ausbildung von physikalischen Wechselwirkungen kommt. Bildlich dargestellt können die Polymerketten mit Spaghetti verglichen werden. Solange sie sich im heißen Wasser befinden, sind sie relativ leicht beweglich. Verdampft jedoch das Wasser, kommen sie sich näher, bilden Wechselwirkungen untereinander aus und erhalten damit eine gewisse innere Festigkeit.

Im Folgenden werden die wichtigsten Arten der sich physikalich verfestigenden Klebstoffe charakterisiert und hinsichtlich ihrer typischen Eigenschaften und Anwendungsgebiete beschrieben.

Lösemittelhaltige Nassklebstoffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei lösemittelhaltigen Nassklebstoffen liegt das Polymer in organischen Lösemitteln gelöst vor. Der Klebstoff wird meist auf eines der Fügeteile aufgetragen und das Fügen findet zu einem Zeitpunkt statt, zu dem noch ein Großteil des Lösemittels im Klebstoff vorhanden ist. Dies gewährleistet eine ausreichende Benetzung der zweiten Fügeteiloberfläche. Durch Verdunsten der Lösemittel bindet der Klebstoff ab, das heißt, er wird zunächst zäher und verfestigt sich schließlich durch die Ausbildung physikalischer Wechselwirkungen zwischen den Polymerketten. Während bei einigen dieser Klebstoffe der Fügevorgang unmittelbar nach dem Klebstoffauftrag erfolgen kann ist für andere die Einhaltung einer produktabhängigen Mindesttrockenzeit erforderlich, d. h. vor dem Fügen muss eine gewisse Ablüftezeit eingehalten werden um ein Teil des Lösemittels verdunsten zu lassen. Dieser Mindestrockenzeit schließt sich die Nassklebzeit an. Dies ist der Zeitraum innerhalb dessen der Klebstoff noch ausreichend Lösemittel enthält, somit ausreichend flüssig ist und das zweite Fügeteil gut zu benetzen. Wird die Nassklebzeit überschritten ist dies in der Regel mit Qualitätseinbußen hinsichtlich Klebfestigkeit verbunden. Der Zeitraum aus Mindesttrockenzeit und Nassklebzeit wird häufig als offene Wartezeit bezeichnet. Die sich anschließende sogenannte geschlossene Wartezeit beschreibt den Zeitraum innerhalb dessen der Klebstoff soweit abbindet, dass eine, die weitere Handhabung der Klebung erlaubende Anfangsfestigkeit erreicht wird. In diesem Zeitraum darf die Klebung nicht belastet werden, was in der Regel eine Fixierung erfordert. Während die offene Wartezeit und die Nassklebezeit im Wesentlichen vom jeweiligen Klebstoff und den Umgebungsbedingungen abhängen ist die geschlossene Wartezeit zusätzlich von den Fügeteilwerkstoffen, d. h. deren Vermögen, das Lösemittel aus der Klebfuge entweichen zu lassen und den Anforderungen an die Höhe der Anfangsfestigkeit abhängig.

Als Polymere werden z. B. Polyurethane, Polyvinylacetat, Synthese- oder Naturkautschuk sowie Acrylate verwendet. Die Art des Lösemittels, wobei häufig auch Gemische verwendet werden, richtet sich nach dem jeweiligen Polymer und dessen Löslichkeit. Typische Lösemittel sind unter anderem Ester (z. B. Ethylacetat), Ketone (z. B. 2-Butanon) oder auch Tetrahydrofuran.

Lösemittelhaltige Nassklebstoffe können auch zum Diffusionskleben (Kaltverschweißen) thermoplastischer Kunststoffe verwendet werden. Dabei werden beide Klebflächen mit dem Klebstoff bestrichen, der ein Lösemittel enthält, welches imstande ist, die Oberfläche der Fügeteile anzulösen. Nach kurzer Einwirkzeit werden die beiden Fügeteile unter Druck gefügt, wodurch sich die durch das Lösemittel freigelegten Polymerketten der angelösten Oberfläche – ähnlich wie die Borsten zweier Bürsten, die ineinander gedrückt werden – durchdringen und miteinander verschlaufen. Nach Entweichen des Lösemittels entsteht so nach einiger Zeit eine Verbindung, die rein auf Kohäsionskräften beruht. Umgangssprachlich wird dieses verfahren auch als Kaltschweißen oder Quellschweißen bezeichnet.

Anwendungsgebiete[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beispiele für lösemittelhaltige Nassklebstoffe waren lange Zeit die sogenannten "Alleskleber". Hierzu sei angemerkt, dass es eigentlich "Allesklebstoff" heißen müsste, es diesen aber definitiv nie gegeben hat. Es gab, genauso wie es nie die "Universalschraube" gegeben hat, noch zu keiner Zeit einen Klebstoff, der in der Lage war alles kleben zu können.

Während in der Vergangenheit vielfach Lösemittelklebstoffe u. a. auch im Bereich Hobby und Haushalt verwendet wurden, sind diese aus ökologischen und arbeitssicherheits Gründen hier und in vielen Anwendungsgebieten durch andere Systeme, die keine brennbaren und/oder gesundheitsschädlichen Lösemittel enthalten ersetzt worden. Heute kommen sie insbesondere zum Kleben von Papier und Pappe sowie zum Diffusionskleben, insbesondere von PVC zum Einsatz.

Beim Einsatz von lösemittelhaltigen Nassklebstoffen sind neben deren Entzündlichkeit und/oder gesundheitsschädlichen Wirkung zu beachten, dass

  • insbesondere bei großflächigen Klebungen mindestens ein Substrat lösemitteldurchlässig sein muss, da ansonsten das zum Abbinden erforderliche vollständige Entweichen des Lösemittels aus der Klebfuge sehr lange dauern kann (bis zu einigen Tagen oder Wochen).
  • die Eignung lösemittelhaltiger Nassklebstoffe zur Klebung spannungsrissempfindlicher Materialien wie Polycarbonat kritisch betrachtet werden muss, da die enthaltenen Lösemittel Spannungsrisse auslösen können.

Lösemittelhaltige Nassklebstoffe ermöglichen klebstoffabhängig Festigkeiten bis hin zu etwa 10 MPa bei Bruchdehnung im Bereich ca. 5 bis 400 %. Da es sich bei den als Klebrohstoffen eingesetzten Polymeren um Thermoplaste handelt, weisen die Klebungen eine begrenzte Wärmeformbeständigkeit auf, zeigen unter Belastung eine Neigung zum Kriechen und sind empfindlich gegenüber Lösemitteln.

Kontaktklebstoffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei Kontaktklebstoffen handelt es sich um in Lösemitteln gelöste Polymere (insbesondere Polychloropren und Polyurethane) oder als umweltfreundlichere Alternative um Dispersionen in Wasser. Sie unterscheiden sich jedoch in ihrer Verarbeitung dahingehend, dass Kontaktklebstoffe auf beide Fügeteile aufgetragen werden. Erst nachdem ein Großteil des Lösemittels bzw. Wassers verdunstet ist, d. h. der Klebstofffilm quasi trocken ist, werden die Bauteile gefügt. Hierbei ist der Anpressdruck, er sollte mindestens 0,5 MPa betragen, von ausschlaggebender, die Anpressdauer von untergeordneter Bedeutung. Durch das Zusammenpressen fließen die beiden im amorphen Zustand vorliegenden Klebstoffschichten ineinander, um sich anschließend weiter, unter Ausbildung kristalliner Strukturen zu verfestigen. Die Klebung ist nach dem Fügen sofort belastbar, die Einhaltung einer geschlossenen Wartezeit ist also für typische Kontaktklebstoffe nicht erforderlich.

Die Mindesttrockenzeit bezeichnet hier den Zeitraum, den der Klebfilm benötigt, bis er beim Berühren mit der Fingerkuppe zwar noch eine gewisse Restklebrigkeit aufweist, aber keine Fäden mehr zieht und somit das Fügen erfolgen kann. Um Hautkontakt mit den Restlösemitteln zu vermeiden, sollten bei diesem sogenannten Fingertest geeignete Handschuhe getragen werden. In den technischen Datenblättern der Kontaktklebstoffe wird in der Regel die Kontaktklebzeit, d. h. der Zeitraum nach Ende der Mindesttrockenzeit, innerhalb derer gefügt werden muss, angegeben. Wird erst nach Überschreiten der Kontaktklebzeit gefügt, ist mit Einbußen bei der Festigkeit der Klebung zu rechnen. Bei vielen Kontaktklebstoffen ist, sollte die Kontaktklebzeit überschritten sein, eine Reaktivierung des Klebfilms durch Wärme möglich. Angaben hierzu finden sich ebenfalls in den technischen Datenblättern der jeweiligen Klebstoffe.

Zur Verwendung der lösemittelfreien, wasserbasierten Kontaktkleber muss jedoch angemerkt werden, dass insbesondere die langen Mindesttrockenzeiten und die häufig nur begrenzte Feuchtigkeitsbeständigkeit ihrer Verwendung entgegenstehen. Die Trocknung kann durch einen entsprechenden Wärmeeintrag in Trockenkanälen beschleunigt und die mangelnde Feuchtigkeitsbeständigkeit durch ein zwei-komponentiges Arbeiten, d. h. der Zugabe eines Vernetzers vor der Verwendung (siehe Klebstoffe mit kombinierten Verfestigungsmechanismen) kompensiert werden.

Anwendungsgebiete[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Kontaktklebstoffe werden z. B. zum Kleben von Bodenbelägen, bei der Herstellung von Matratzen und Schuhen und zum Anbringen von Zier- und Scheuerleisten eingesetzt. Da das Lösemittel bereits vor dem Fügen nahezu vollständig aus dem Klebfilm entwichen ist, eignen sich Kontaktklebstoffe auch für das Kleben zweier lösemittelundurchlässiger Fügeteile.

Beim Einsatz von Kontaktklebstoffem ist zu beachten, dass

  • die produktspezifischen Prozesszeiten, Mindesttrockenzeit und Kontaktklebzeit eingehalten werden
  • beim Fügen der erforderliche Anpressdruck gewährleistet ist

Kommen lösemittelhaltige Kontaktklebstoffe zum Einsatz ist neben deren Entzündlichkeit und/oder gesundheitsschädlichen Wirkung zu berücksichtigen,

  • dass die enthaltenen Lösemittel bei Kunststoffen Spannungsrisskorrosion auslösen können.

Dispersionsklebstoffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei Dispersionsklebstoffen wird in der Regel Wasser verwendet, um die Klebstoffpolymere in den fürs Kleben erforderlichen flüssigen Zustand zu überführen. Jedoch liegen die Polymere nicht, wie bei Lösemittelklebstoffen gelöst, sondern in Form einer Dispersion vor. Die Polymerteilchen liegen in Form kleinster Teilchen vor und schweben sozusagen in dem (als mobile Phase bezeichneten) Wasser. Bei einem Dispersionsklebstoff handelt es sich also um einen Klebstoff, bei dem die Klebstoffmoleküle unter Zuhilfenahme von Emulgatoren und anderen Hilfsstoffen durch die sie umgebenden Wassermoleküle auseinander gehalten werden, also nicht zu größeren Agglomeraten zusammenlagern können.

Dispersionsklebstoffe können sowohl für die Verarbeitung als Nassklebstoff, analog der oben beschriebenen lösemittelhaltigen Nassklebstoffe, als auch als Kontaktklebstoff formuliert werden. Bei beiden Formen erfolgt das Abbinden durch das Entfernen der mobilen Phase, dem Wasser. Dies kann entweder durch Verdunsten oder durch Aufnahme ins Fügeteil erfolgen. Hierbei erhöht sich die Konzentration der Polymerpartikel und die der sie auseinanderhaltenden Wassermolekülen nimmt ab. Als Folge nähern sich die Polymerpartikel immer weiter an, bis sie schließlich miteinander verfließen. Bei diesem als Filmbildung bezeichneten Vorgang kommt es zur Ausbildung von Wechselwirkungen untereinander (Ausbildung von Kohäsion) und zur Fügeteiloberfläche (Ausbildung von Adhäsion).

Ebenfalls für beide Formen gilt, dass Dispersionsklebstoffe in der Regel frostempfindlich sind, d. h. die Dispersion durch Frosteinwirkung zerstört werden kann, wodurch es zum sogenannten Brechen der Dispersion kommt, die Polymerteilchen koagulieren zu Agglomeraten, sodass kein einheitlicher Klebstofffilm mehr aufgetragen werden kann. Dies hat auch einen nachteiligen Einfluss auf die Ausbildung von Adhäsion zum Fügeteil. Die bei Förderung des Klebstoffs durch Schlauch- oder Rohrleitungen, bzw. in den dafür verwendeten Pumpen auftretenden Scherkräfte können ebenfalls zum Brechen der Dispersion führen. Weiterhin sind Dispersionsklebstoffe für Schimmelbefall im Lagerbehälter anfällig. Meist werden deshalb durch den Klebstoffhersteller Konservierungsstoffe zugegeben, trotzdem muss jedoch,insbesondere bei Lagerung in Tanks auf Sauberkeit geachtet und ggf. Nachkonserviert werden. .

Bei Nassklebstoffen ist wiederum deren offene Zeit, d. h. der Zeitraum, beginnend mit dem Klebstoffauftrag, innerhalb dessen der Fügeprozess erfolgen muss, einzuhalten. Sie wird durch Temperatur, relative Feuchte der Umgebungsluft, Klebschichtdicke und dem Wasseraufnahmevermögen des Fügeteils bestimmt. Zum Fügen werden die Fügeteile miteinander verpresst. Die Presszeit ist wiederum von der Temperatur und dem Wasseraufnahmevermögen der Fügeteile abhängig. Bei Kontaktklebstoffen sind entsprechend die Mindestablüftezeit, die wiederum von der Temperatur, der relativen Feuchte der Umgebungsluft, der Klebschichtdicke und dem Wasseraufnahmevermögen des Fügeteils abhängig ist und die Kontaktklebzeit einzuhalten sowie beim Fügen ein ausreichend hoher Anpressdruck anzuwenden.

Allgemein sind die mit Dispersionsklebstoffen erreichbaren Festigkeiten begrenzt, ebenso die Wärmeformbeständigkeit aufgrund des thermoplastischen Charakters der verwendeten Polymere. Aufgrund der zur Stabilisierung der Dispersion erforderlichen Emulgatoren zeigen sie, wenn auch die Filmbildung nicht reversibel ist, eine eingeschränkte Feuchtigkeitsbeständigkeit. Sowohl Wärmeform, also auch Feuchtigkeitsbeständigkeit lassen sich durch Zugabe eines Vernetzers, also einem zweikomponentigen Arbeiten deutlich verbessern (siehe auch Klebstoffe mit kombinierten Verfestigungsmechanismen).

Dispersionsklebstoffe für die Verwendung als Nassklebstoff eignen sich besonders gut für großflächige Klebungen von wasserdurchlässigen Werkstoffen, wie Holz, Papier und Pappe. Demgemäß werden sie vielfach in der Papierverarbeitung, bei der Herstellung von Verpackungen und in der Möbelindustrie verwendet. Als Kontaktklebstoff werden Dispersionsklebstoffe vielfach in der Automobilindustrie für die Kaschierung von Innenausstattungsteilen mit Dekorfolien, Textil oder Leder verwendet. Wegen der für die Anwendung erforderlichen guten Temperatur und Feuchtebeständigkeit erfolgt die Verarbeitung meist als 2K-System (siehe auch Klebstoffe mit kombinierten Verfestigungsmechanismen).

Schmelzklebstoffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schmelzklebstoffe – oft auch als Hotmelts bezeichnet – sind bei Raumtemperatur fest und werden durch Aufschmelzen verarbeitbar. Die heiße Klebstoffschmelze wird auf das zu verklebende Teil aufgebracht und sofort mit dem zweiten Teil innerhalb der Offenzeit gefügt. Unmittelbar nach dem Abkühlen und Erstarren des Klebstoffs ist die Verbindung fest und funktionsfähig. Dies ermöglicht in Produktionsprozessen sehr schnelle Taktzeiten und unmittelbares Weiterverarbeiten.

Für den Hobby- und Kleinanwender kommen Schmelzklebstoffe in Form von Klebekerzen (Klebesticks) in den Handel, die mit Schmelzklebepistolen verarbeitet werden können. Bei technischen Anwendungen werden sie auch in Form von Folien, Granulaten oder Blöcken mit Hilfe von Schmelzgeräten und nachgeschalteten Auftragköpfen verarbeitet.

Schmelzklebstoffe sind lösemittelfrei, jedoch ist ihr Einsatz wegen der hohen Verarbeitungstemperaturen auf temperaturresistente Werkstoffe beschränkt. Andererseits verhält sich der Klebstoff reversibel, das heißt, bei Temperaturerhöhung wird er wieder weich und besitzt daher nur eine eingeschränkte Wärmebeständigkeit (siehe auch Reaktiver Schmelzklebstoff).

Plastisole[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Unter dem Begriff Plastisol versteht man Dispersionen, also zweiphasige Systeme bestehend aus einem pulverförmigen thermoplastischen Polymer  in einer hochsiedenden organischen Flüssigkeit (Weichmacher). Weitere Rezepturbestandteile sind Füllstoffe, Pigmente sowie Additive wie z. B. Haftvermittler.[1] Als Polymere kommen hauptsächlich PVC und Acrylate, als Weichmacher meist Phthalsäureester zum Einsatz.

Bei der Auswahl des Polymers und des Weichmachers muss berücksichtigt werden, dass das Polymer in dem Weichmacher zwar löslich, die Lösungsgeschwindigkeit bei Raumtemperatur aber verschwindend klein sein muss. Erst bei höheren Temperaturen diffundiert der Weichmacher in das Polymer und das zunächst zweiphasige System wandelt sich in ein einphasiges Gel um, das Plastisol geliert. Hierfür sind Temperaturen von 150 – 180 °C erforderlich. Beim Abkühlen erstarrt dieses aus einem plastifizierten Polymer bestehende Gel, wodurch eine Masse von extrem hochviskoser Konsistenz entsteht, die bei Raumtemperatur nicht mehr fließfähig ist. Die als Kleb- oder Dichtstoff verwendeten Plastisole verfügen über eine hohe Flexibilität und gute Schälfestigkeiten, weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie unter Belastung eine Neigung zum Kriechen zeigen. Ferner weisen sie als Thermoplaste nur eine begrenzte Temperaturbeständigkeit auf.

Plastisole als Kleb- und Dichtstoffe

Die Verwendung von Plastisolen in der Klebtechnik ist naturgemäß auf Prozesse beschränkt bei denen die, für die Gelierung erforderlichen Temperaturen angewendet werden können. Das Hauptanwendungsgebiet ist der Karosseriebau im Automobilbau, wobei meist PVC-Plastisole eingesetzt werden. Hier stehen mit den Ofenprozessen zur Lackhärtung entsprechende Temperaturen zur Verfügung. Die Plastisole übernehmen neben einer fügenden Funktion, oft verbunden mit einer Steifigkeitserhöhung der Karosse auch das Abdichten von Fugen gegen Feuchtigkeitseintritt (Vermeidung von Korrosion), sowie eine dämpfende Funktion. Die Fähigkeit der Plastisole bei der Gelierung auf der Blechoberflächen befindliche Korrosionsschutz- und Ziehöle in sich aufzunehmen stellt einen weiteren Vorteil dar. Somit müssen diese Öle erst unmittelbar vor dem Lackierprozess entfernt werden, sodass die Karosse während ihrer aus einer Vielzahl von Einzelschritten bestehenden Herstellung vor Korrosion geschützt ist.

Ein weiterer Vorteil ist, dass der Prozess der Gelierung stufenweise erfolgen kann. So kann durch eine, bei geringerer Temperatur erfolgenden Vorgelierung das pastöse Plastisol soweit verfestigt werden, dass es bei den vor der Lackierung zwingend erforderlichen Waschprozessen zur Entfernung u. a. der Korrosionsschutz- und Ziehölen nicht mit ausgewaschen wird.

Nachteile liegen z. B. in der schon erwähnten begrenzten Temperaturbeständigkeit, einer begrenzten Festigkeit, der Freisetzung von korrosiver Salzsäure bei Überhitzung z. B, beim Punktschweißen durch das oder in der Nähe PVC-Plastisol, der Gefahr des langsamen Ausschwitzens der Weichmacher während der Lebensdauer des Fahrzeugs, was zu einer gewissen Versprödung des Plastisols führt und auch zu einer Innenraumbelastung des Fahrzeuginnenraums mit,  als gesundheitlich bedenklich eingestuften Weichmachern führen kann sowie in der allgemeinen „PVC-Problematik“ beim Fahrzeugrecycling. Nichtsdestotrotz konnten PVC-freie Alternativen, sofern sie keine weiteren Vorteile zeigen die PVC-Plastisole aufgrund ihrer deutlich höheren Materialkosten nicht verdrängen. Die in den Achtzigerjahre des letzten Jahrhunderts begonnene Entwicklung von chemisch durch Wärmebeaufschlagung härtenden Klebstoffen hat neue Anwendungsgebiete für das Kleben im Karosseriebau eröffnet. Zum Teil haben diese Klebstoffe auch aufgrund ihres verbesserten Eigenschaftsprofils, trotz des höheren Preises die Plastisole in einigen Anwendungen ersetzt. Diese Systeme und ihre Anwendungen werden weiter unten bei der Beschreibung der chemisch härtenden Klebstoffe näher beschrieben.

Chemisch härtende Klebstoffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei chemisch härtenden Klebstoffen, oft auch Reaktionsklebstoffe genannt, werden die einzelnen chemischen Bausteine für den Klebstoff im richtigen Verhältnis in die Klebefuge eingebracht. Die Verfestigung wird durch chemische Reaktion der Bausteine miteinander erreicht.

Grundsätzlich unterscheidet man bei den Reaktionsklebstoffen zwischen zwei- (oder mehr-) komponentigen und ein-komponentigen Systemen. (Siehe auch Kunstharz)

Bei 2-Komponenten-Klebstoffen (kurz 2K-Klebstoffe) werden zwei räumlich getrennte Zubereitungen eingesetzt, die manchmal mit A und B bezeichnet sind. In diesen befinden sich die Monomere, Grundbausteine des bei der Reaktion entstehenden Polymers. Eine der beiden Zubereitungen enthält Harzmonomere (oder auch Binder), während die andere Härter enthält. Als weitere Inhaltsstoffe der Zubereitungen können Stabilisatoren, Thixotropiermittel, Beschleuniger, weitere Additive sowie Farb- oder Füllstoffe zum Einsatz kommen. In den meisten Fällen müssen die beiden Komponenten vor der Applikation im korrekten Verhältnis intensiv vermischt werden. Mit dem Kontakt von Harz und Härter startet die chemische Reaktion zum Klebstoffpolymer. Dies bedingt, dass 2K-Klebstoffe nur innerhalb der sog. Topfzeit verarbeitbar sind. Durch die fortschreitende Reaktion nimmt die Viskosität der Mischung stetig zu und kann schließlich nach Überschreiten der Topfzeit die zu verbindenden Oberflächen nicht mehr benetzen. Nach dem Einbringen des Klebstoffs in die Fuge folgt die Aushärtezeit, in der sich die Endfestigkeit der Verklebung aufbaut. Diese Aushärtezeit wird stark von äußeren Einflüssen, besonders der Temperatur, beeinflusst. Temperaturerhöhung führt zu einer beschleunigten Aushärtung und oft auch zu einer höheren Festigkeit, während niedrigere Temperaturen die Aushärtezeit verlängern. Für besondere Anwendungsfälle werden auch Drei- oder Mehrkomponentenklebstoffe hergestellt.

Bei 1-Komponenten-Klebstoffen (kurz 1K-Klebstoffen) wird der gebrauchsfertig verkaufte Klebstoff direkt in die Klebfuge gebracht. Der Klebstoff härtet dann durch Veränderung der Umgebungsbedingungen aus. Dies kann beispielsweise durch Temperaturerhöhung, Zutritt von Luftfeuchtigkeit, Ausschluss von Luftsauerstoff oder Kontakt mit der Substratoberfläche geschehen. Auch bei den chemisch härtenden 1-Komponentenklebstoffen sind chemische Reaktionen zwischen Harzmonomeren und Härter für den Aufbau des Polymers verantwortlich. Im Unterschied zu den 2-Komponenten-Klebstoffen können sie aber bei den vom Hersteller empfohlenen Lagerungsbedingungen nicht bzw. nur extrem langsam miteinander reagieren.

Die Unterscheidung nach der Art der chemischen Reaktion – Polymerisation, Polykondensation oder Polyaddition – ist für den Anwender meist von geringerer Bedeutung.

Anwendungsrisiken[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Bei 2-komponentig verarbeiteten Polyadditions- und Polykondensationsklebstoffen können schon relativ geringe Abweichungen vom vorgeschriebenen Mischungsverhältnis oder eine ungleichmäßige Durchmischung der Komponenten vor der Applikation zu starken Einbußen der Festigkeit des ausreagierten Klebstoffs führen. Zur Qualitätssicherung bei der Verarbeitung kommen daher oft spezielle Doppelkartuschensysteme mit statischen Mischern zum Einsatz, die für eine homogene Durchmischung sorgen. Bei 2-komponentigen Polymerisationsklebstoffe sind dagegen sogar Produkte auf dem Markt, die ohne Durchmischung der Komponenten verarbeitet werden können (No-Mix-Klebstoffe).
  • Aufgrund der während der Aushärtereaktion freigesetzten Reaktionswärme sollten beim Anmischen von 2-Komponenten-Klebstoffen die vom Hersteller im technischen Datenblatt angegebenen Klebstoffmengen unter keinen Umständen überschritten werden. Zu große Mengen können sonst zu einer Kettenreaktion (Temperaturerhöhung → Reaktionsbeschleunigung → Beschleunigte Freisetzung von Reaktionswärme → Temperaturerhöhung) und letztendlich zur Selbstentzündung führen.
  • Bei Polykondensationsklebstoffen werden als Nebenprodukte der Aushärtereaktion Kondensate (Flüssigkeits- oder Gasmoleküle) freigesetzt, die unter Umständen die Fügeteiloberflächen angreifen oder zum Aufschäumen der Klebstoffschicht führen können.

Cyanacrylat-Klebstoffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Cyanacrylat-Klebstoffe sind im Allgemeinen besser bekannt unter dem Begriff Sekunden- oder auch Superkleber. Es handelt sich dabei um dünnflüssige oder bewusst eingedickte Ester der Cyanoacrylsäure, die in 1K-Form als Monomere in den Handel kommen und durch Polymerisationsreaktion im Fügespalt zum eigentlichen Klebstoffpolymer reagieren. Voraussetzung für den Start der Polymerisation, die zur Aushärtung führt, ist das Vorhandensein polarer Gruppen oder Teilchen, beispielsweise die OH-Ionen in der Feuchtigkeitsschicht an der Fügeteiloberfläche. Es handelt sich dabei um eine anionische Polymerisation, d. h. Nukleophile, wie organische Stickstoffverbindungen, Schwefelverbindungen oder Alkohole und Wasser, greifen die durch die beiden stark elektronenziehenden Substituenten polarisierte Doppelbindung am Kohlenstoffatom an. Dabei entsteht ein mesomeriestabilisiertes Anion, das im weiteren Reaktionsverlauf das nächste Monomermolekül angreift. Die Polymerisation läuft sehr schnell ab, so dass in Sekunden eine feste Verbindung hergestellt ist. Bevorzugte Substrate sind Metalle, Glas oder Keramik, die einen extrem dünnen Klebespalt ermöglichen. Um etwas breitere Spalten zu füllen, wird durch Zusatzmittel die Viskosität angehoben oder durch Thixotropiermittel ein Gelzustand erzeugt. Solche Typen werden bevorzugt zum Verkleben von EPDM-Gummidichtungen eingesetzt.

Cyanacrylat wurde ursprünglich 1942 von der Firma Kodak für das US-Militär als transparente, unzerbrechliche Zieloptik für Panzer entwickelt. Nachdem es zu diesem Zweck nicht geeignet war, kam 1958 der erste Sekundenkleber mit dem Namen Eastman 910 auf Basis der damals entwickelten Substanz heraus.

Verklebungen mit Cyanacrylat-Klebstoffen sind nicht feuchtigkeits- oder temperaturstabil, da unter entsprechenden Bedingungen das Polymer wieder gespalten wird. Außerdem lassen sich nur kleine Flächen richtig verkleben. Verbindungen lassen sich mit Hilfe von Aceton (enthalten in vielen handelsüblichen Nagellackentfernern) wieder lösen.

Spezielle Ester der Cyanacrylsäure finden auch in der Medizin zum Wundverschluss statt des Nähens Anwendung. Durch die feucht-warmen Umgebungsbedingungen lösen sich diese Verklebungen langsam wieder auf. Seit 1998 ist in den USA Cyanacrylat auch zur Wundbehandlung freigegeben, weil insbesondere Schnittwunden damit schnell verklebt werden können.

Anwendungsrisiken[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Cyanacrylatklebstoffe können bei Anwesenheit von Wasser (z. B. auch bei zu hoher Luftfeuchtigkeit) schlagartig reagieren. Die dabei entstehende Verklebung hat hohe innere Spannungen und ist extrem spröde; sie kann keine oder nur geringe Kräfte übertragen. Man kann diesen an sich negativen Effekt aber auch nutzen, um versehentlich applizierten Sekundenkleber mit einigen Tropfen Wasser sofort auszuhärten. Die dabei entstehende opake Masse ist mechanisch wesentlich leichter zu entfernen, als wenn man bis zur regulären Aushärtung des Klebstoffs wartet.
  • Bei Verklebungen auf Glasscheiben kann es durch die am Glas adsorbierten Hydroxid-Schichten ebenfalls zu schlagartigen Reaktionen kommen. Unter Umständen kann das Glas an der Verklebungsstelle brechen/ausmuscheln.
  • Haut und Augenlider können durch die hohe Feuchtigkeit der Haut sehr schnell verklebt werden. Dies kann unter Umständen so schnell geschehen, dass man keine Zeit mehr zum sinnvollen Reagieren hat. Als Erste Hilfe bei Hautverklebungen wird empfohlen, mit warmem Seifenwasser und wenn möglich vorsichtig mit stumpfen Gegenständen die Verklebung zu lösen. Der Klebstoff löst sich mit der Zeit langsam von alleine, gegebenenfalls kann man warten, bis die oberste Hautschicht von selbst abfällt und die Klebstoffreste sich somit ablösen. Bei verklebten Augenlidern muss man sofort einen Arzt konsultieren, da Cyanacrylatklebstoffe bei unmittelbarem Kontakt mit einem Auge schwere Schäden an der Hornhaut des Auges anrichten können. Kontakt mit den Augen muss daher unter allen Umständen vermieden werden. Ein verklebtes Auge darf auf keinen Fall mit Gewalt geöffnet werden, da dadurch schwere Augenschäden entstehen können. Die Anwendung von Aceton ist nur dann weitgehend sicher, wenn dies fern vom Gesicht und offenen Wunden geschieht. Nach Anwendung von Aceton sollte wegen der stark entfettenden Wirkung die Haut mit einer Dexpanthenol-haltigen Salbe eingecremt werden.
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Methylmethacrylat-Klebstoffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Methylmethacrylat-Klebstoffe sind zwei-komponentige Reaktionsklebstoffe, bei denen das eingesetzte Monomer (der Methylester der Methacrylsäure) durch radikalische Kettenreaktion polymerisiert wird. Zum Start der Polymerisationsreaktion wird ein reaktives Radikal benötigt, das meist aus einem Peroxid entsteht, wenn man diesem einen Beschleuniger zusetzt. Das heißt, letztendlich benötigt man nur für das Starten der Radikalreaktion das 2K-System, bei dem Peroxid und Beschleuniger zusammenkommen und die Startradikale bilden.

Man kann daher sowohl das Peroxid im Methylmethacrylat-Monomer als eine Komponente als auch den Beschleuniger gelöst im Basis-Monomer als zweite Komponente in den Handel bringen. Durch Mischen beider Komponenten wird die Radikalkettenreaktion initiiert und der Klebstoff härtet durch.

Eine andere Variante bringt das gesamte Monomer und das Peroxid in eine Komponente und verwendet als zweite Komponente nur noch den Beschleuniger. Hierdurch kann das vorangehende Mischen der beiden Komponenten (und die damit verbundene Topfzeit) entfallen, wenn auf ein Fügeteil die Hauptkomponente und auf das andere Fügeteil der Beschleuniger aufgetragen werden. Durch Zusammenfügen der Flächen kommen die beiden Komponenten in Kontakt und die Radikalreaktion startet.

Methylmethacrylat-Klebstoffe werden hauptsächlich zur strukturellen Verklebung von Metallen und Kunststoffen eingesetzt. Die wesentlichen Eigenschaften sind: hohe Festigkeiten (bis zu 25 N/mm²), bei 10:1-MMA-Klebstoffen zusätzlich auch hohe Elastizitäten (bis zu 120 % Dehnung), schnelle Aushärtung (1 bis 90 Minuten offene Zeit, handfest in 5 bis 120 Minuten). Durch die Kombination aus hoher struktureller Festigkeit und Elastizität ergeben sich viele Vorteile im Vergleich zu anderen Klebstoffsystemen, die entweder hochfest, aber relativ spröde (z. B. Epoxidharze) oder elastisch, aber mit geringer Festigkeit (z. B. Polyurethan) sind. Dabei sind MMAs absolut außenbereichgeeignet (UV-, chemikalien- und wasserbeständig) und für Einsatztemperaturen von −40 °C bis +120 °C geeignet. Typische Anwendungen finden sich in der Automobilindustrie, beim Bootsbau oder für hochfeste Metall-Glas-Verbindungen.

Anaerob härtende Klebstoffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Diese Gruppe von Klebstoffen wird als 1K-System angewendet. Die eingesetzten Monomere von (modifizierten) Acrylsäure-Estern härten ebenfalls nach einem Radikalketten-Mechanismus ähnlich den Methylmethacrylaten aus. Das Besondere dabei ist, dass die Härtereaktion nur unter Ausschluss von Sauerstoff (anaerob) und in Anwesenheit von Metallionen stattfindet, etwa wenn der Klebstoff in einer engen metallischen Fuge von der Umgebungsluft abgeschlossen wird.

Es können nur metallische Werkstoffe damit geklebt werden. Da für die Aushärtung freie Metallionen als Reaktionspartner benötigt werden, muss mindestens ein Fügepartner in der Lage sein, freie Metallionen abzugeben. Bei Metall-Nichtmetall-Verklebungen empfiehlt sich der Einsatz eines Aktivators. Besonders bei Metallen mit hohen passiven Eigenschaften wie Chrom- und Edelstählen kann es aufgrund des Ionenmangels zu Fehlklebungen kommen. Die Hauptanwendungsgebiete dieser Klebstoffe sind die Schraubensicherung sowie die Wellen- und Flanschverklebung. Verklebungen dieser Art sichern die mechanische Verbindung der Metallteile und durch das Abdichten der Verbindungsstelle schützen sie gleichzeitig vor Korrosion.

Strahlenhärtende Klebstoffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ebenfalls durch radikalische Polymerisation härten diese 1K-Klebstoffe zu festen Polymeren aus, wobei die Bildung der Startradikale durch Bestrahlung mit UV-Licht (oder anderen Strahlenquellen wie Elektronen) hervorgerufen wird. Die Wellenlängen des durch den Strahler emittierten UV-Lichtes müssen dabei mit den Absorptionswellenlängen des eingesetzten Initiators übereinstimmen. Bekannte Beispiele sind etwa das Ankleben künstlicher Fingernägel oder das Einkleben von Kunststoff-Zahnfüllungen.

Die wesentlichen Vorteile von UV-Klebstoffen sind: Einkomponentig, lösungsmittelfrei, gezieltes Aushärten unter UV-Licht (Curing on Demand), dabei sehr schnelle Aushärtung.

Es sind mehrere Varianten in Verwendung:

UV-Acrylate sind ideal zum Verkleben transparenter Substrate. Im flüssigen Zustand besteht ein radikalisch vernetzender UV-Klebstoff überwiegend aus Monomeren und Photoinitiatoren. In diesem niederviskosen Zustand lässt sich der Klebstoff leicht dosieren. Durch die Einwirkung von UV-Strahlung werden die Photoinitiatoren in freie Radikale gespalten (homolytische Spaltung) oder abstrahieren Wasserstoffatome aus Kohlenwasserstoffen und erzeugen so Radikale (Norrish-Reaktion Typ II). Diese Radikale leiten die Bildung von Polymerketten ein. Im ausgehärteten Zustand besteht der UV-Klebstoff, je nach Funktionalität der eingesetzten Monomere, aus vernetzten oder thermoplastischen Polymerketten. Acrylate reagieren über radikalische Polymerisation, welche empfindlich gegenüber Sauerstoff ist. Die Reaktion muss daher entweder durch Verwendung transparenter Substrate unter Sauerstoffabschluss oder durch Verwendung einer inerten Atmosphäre erfolgen.

Kationische Epoxid-Klebstoffe können auch zum Kleben von nicht transparenten Substraten eingesetzt werden. Im Unterschied zu den radikalisch härtenden Acrylatklebstoffen können die kationisch härtenden Klebstoffsysteme nach einer ausreichenden Aktivierung mit UV-Strahlung auch im Dunklen weiterhärten. Sie sind überdies nicht durch Sauerstoff inhibiert. Kationisch vernetzende Epoxide können daher für Anwendungen mit einem UV-durchlässigen Bauteil ebenso eingesetzt werden wie für Anwendungen bei nicht UV-durchlässigen Werkstoffen. Bei Letztgenannten muss der Klebstoff nach dem Dosieren, jedoch vor dem Fügen mit UV-Strahlung aktiviert werden. Nach der Aktivierung besitzt der Klebstoff eine begrenzte offene Zeit, in der die Bauteile zu fügen sind. Nachteile bei Verwendung der kationischen Polymerisation zur Vernetzung von Klebstoffen sind in einer Empfindlichkeit gegenüber Nucleophilen, auch Wasser, sowie im Vergleich zu Acrylaten deutlich höheren Preisen zu sehen.

Dual härtende Produkte mit mehr als einem Härtungsmechanismus sind geeignet für Anwendungen in echten Schattenbereichen, die keiner Strahlungsquelle zugänglich sind. Die Aushärtung im Schattenbereich kann entweder unter Luftabschluss in Gegenwart von Metallen, durch Luftfeuchtigkeit oder durch Wärmezufuhr eintreten.

Phenol-Formaldehydharz-Klebstoffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Wie schon der Name dieser Klebstoffgruppe sagt, sind die Basis-Bausteine Phenol (oder Phenol-Derivate) und Formaldehyd, die zu einem Polymer kondensiert werden. Dies war eine der ersten Reaktionen, die zu einem Kunststoff führte. In der Klebetechnik setzt man eine Mischung aus Phenol-Formaldehyd-Harz, das noch nicht hochmolekular polymerisiert ist, und einem Formaldehyd-Lieferanten ein. Dieses Gemisch bringt man als Lösung oder auch als Pulver in die Klebefuge ein und setzt die quasi unterbrochene Kondensationsreaktion durch Temperaturerhöhung auf ca. 160 °C bis 180 °C fort. Da hierbei als Abspaltprodukt Wasser entsteht und dadurch die Klebefuge schrumpft, müssen die Fügeteile gut zusammengepresst werden.

Der resultierende Klebstoff hat eine gute Temperaturbeständigkeit, weshalb man dieses System besonders für temperaturbelastete Metall-Verklebungen nutzt. Ein großes Einsatzgebiet ist beispielsweise die Verklebung von Reibbelägen, die als Bindemittel ebenfalls Phenol-Formaldehyd-Harze enthalten, auf die Metallträger bei der Fertigung von Kupplungen und Bremsbelägen.

Silikone[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Silikon-Polymere unterscheiden sich grundsätzlich von den anderen hier behandelten Polymertypen, da das Rückgrat der Silikone nicht wie bei den üblichen organischen Polymeren aus Kohlenstoffketten aufgebaut ist. Vielmehr wechseln sich in der Hauptkette Silicium-Atome und Sauerstoff-Atome ab. Nur in den Seitenketten tragen diese Polymere organische Strukturen.

Für die Kleb- und Dichtsysteme werden sogenannte Prepolymere (Polymere, die sich noch in einem Vorstadium zu einem richtigen Polymer befinden) eingesetzt, deren Kettenenden durch funktionelle Gruppen so gestaltet sind, dass sie unter Einwirkung von Luftfeuchtigkeit (bei 1-komponentigen Silikonen) oder nach Zugabe eines Härters (2K-Systeme) zu einem hochmolekularen Polymer vernetzen.

Anwendungsgebiete sind heutzutage weniger Klebstoffe als vielmehr Dichtstoffsysteme, wie man sie als Sanitärsilikone kennt.

Silanvernetzende Polymerklebstoffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hierbei handelt es sich um eine relativ neue Klebstoffart. Die Vernetzung entsteht wie bei Silikonen durch die Reaktion mit Luftfeuchtigkeit. Silanvernetzende Polymerklebstoffe sind meistens zähelastisch mit einer hohen Klebkraft. Mitunter werden sie auch Hybridklebstoffe genannt, weil Polymere und Silane ein Hybrid ergeben. Die Silan-Bausteine können durch chemische Reaktion mit benachbarten Polymermolekülen Brücken ausbilden und sich so dreidimensional vernetzen. Bei der Vernetzung werden niedermolekulare Substanzen wie Methanol oder Ethanol freigesetzt.

Epoxidharz-Klebstoffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Epoxidharz-Klebstoffe (kurz Epoxi-Kleber) sind zweikomponentig aus Harz und Härter aufgebaut. Als Epoxidharz werden Polymerbausteine verwendet, die am Ende sogenannte Epoxidgruppen tragen. Meist werden dazu die Reaktionsprodukte aus Bisphenol-A und Epichlorhydrin eingesetzt, die nach dem Vermischen mit dem Härter, der Amino- oder Mercaptogruppen enthält, einen stabilen Duroplasten bilden. Die Aushärtereaktion kann sowohl bei Raumtemperatur als auch bei höherer Temperatur vorgenommen werden. Im letzteren Fall werden üblicherweise höhere Festigkeiten der Klebung erzielt. Da der ausgehärtete Klebstoff eine sehr hohe Festigkeit besitzt, wendet man diese Klebstoff-Klasse häufig für strukturelle Verklebungen zum Beispiel im Fahrzeug- und Flugzeugbau an. Eine Besonderheit sind einkomponentige Epoxidharzklebstoffe, bei denen schon in der Herstellung Harz- und Härterkomponente im korrekten Verhältnis miteinander vermischt wurden. Bei diesen Klebstoffen werden Härter eingesetzt, die bei Raumtemperatur nur sehr langsam reagieren (wie z. B. Dicyandiamid), so dass diese Klebstoffe heiß gehärtet werden müssen. Um die begrenzte Lagerfähigkeit zu erhöhen, können einige dieser Klebstoffe auch tiefgefroren werden.

Anwendungsrisiken[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Epoxi-Klebstoffe sind nach dem Aushärten nur noch mechanisch entfernbar.
  • Verschiedene Epoxide sind als karzinogen eingestuft oder werden als Karzinogene verdächtigt. Weiterhin wirken sie häufig sensibilisierend.
  • Die Amine im Klebstoff (flüssig oder ausgehärtet) können Allergien auslösen sowie reizend oder ätzend sein.
  • Das Mischungsverhältnis beider Komponenten muss eingehalten werden, was in der Praxis insbesondere bei manueller Verarbeitung nicht immer gelingt.

Epoxidharz-Klebstoffe im Automobilbau[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Verklebungen mit Epoxid-Klebstoffen haben wesentliche Vorteile gegenüber den im Automobilbau häufig verwendeten Punktschweißungen. Bei Schweißpunkten werden Kräfte nur punktuell eingeleitet, während dies bei einer Verklebung großflächig geschieht. Die Steifigkeit und Ermüdungsfestigkeit (Dauerschwingfestigkeit) einer geklebten Struktur ist dadurch deutlich höher als die einer vergleichbaren punktgeschweißten Struktur. Auch Stahlsorten, die aufgrund ihres Gefügeaufbaus nicht geschweißt werden können, werden häufig verklebt.

Epoxidharz-Klebstoffe haben bei kleinen Spaltmaßen von 0,3 mm bis 0,5 mm die höchsten Festigkeiten. Um diese Spaltmaße in der Automobilindustrie zu gewährleisten, werden die Klebstoffe oft in Bördelfalzen eingesetzt. Zugaben von kleinen Glaskugeln im Durchmesserbereich von 0,3 mm bis 0,5 mm verhindern die Unterschreitung der optimalen Klebschichtdicke. Um den Korrosionsschutz der Klebstoffe im Falzbereich zu verbessern, können die Klebstoffe mit einem Blähzusatz in geringen Prozentanteilen versehen werden. Beim Aushärten der Klebstoffe unter Wärmezufuhr blähen diese Klebstoffe auf und können eventuell vorhandene Lücken und Bläschen auffüllen. Diese Klebstoffe erfordern jedoch eine stabile und genaue Prozessführung bei der Herstellung, Applikation und Aushärtung, da es sonst zu unkontrollierten Klebstoffaustritten aus dem Falz kommen kann, welche nachfolgende Lackierprozesse stören und nur noch mechanisch entfernt werden können.

Generell sind die Epoxidharz-Klebstoffe im Automobilbau punktschweißfähig, die Durchschweißfähigkeit beim Punktschweißen nimmt bei der Zugabe von Glaskugeln jedoch ab. Das Schweißen mittels MAG/WIG etc., also mit hohem Wärmeeintrag, ist in der Nähe von Klebenähten nicht zulässig, da der Klebstoff durch den großen Hitzeeintrag verbrennen kann.

Klebstoffe in crashrelevanten Bereichen wie Motorträgern, Türen und Schwellern müssen nicht nur eine hohe statische Festigkeit aufweisen, sondern auch unter hoher dynamischer Last ihre Festigkeit behalten. Diese Eigenschaft wird als Schlagzähigkeit, Kerbschlagzähigkeit oder (engl.) Toughness bezeichnet. Die Schlagzähigkeit kann durch eine besondere chemische Struktur des ausgehärteten Klebstoffs erreicht werden, die z. B. durch reaktive Thermoplaste in der Klebstoffformulierung erzeugt werden kann. Ohne diese Additive kommt es bei schlagartiger Belastung zum spröden Versagen des Klebstoffs, das geklebte Bauteil kann dann die Verformungsenergie nicht mehr aufnehmen.

Die Klebeverbindungen härten üblicherweise durch die Wärmezufuhr beim Einbrennen der Karosserielackierung bei Temperaturen von ca. 140 °C bis 180 °C aus.

Polyurethan-Klebstoffe (PUR)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Polyurethan-Klebstoffe sind als 1- oder 2-Komponenten-Klebstoffe erhältlich, welche durch Polyaddition aushärten können. Die Einkomponenten-PUR-Klebstoffe härten unter Zugabe von Luftfeuchtigkeit und/oder Wärme aus. Es besteht die Möglichkeit, beide Aushärtemechanismen zu verbinden, so dass eine erste Handlingsfestigkeit durch die Luftfeuchtigkeitshärtung, die Endfestigkeit der Verklebung aber erst unter Wärmeeinwirkung eintritt. In den Verkehrsmittel für Straße, Schiene, Luft und Wasser spielen sie eine Rolle, ebenso in Schuhindustrie, Glasverarbeitung, Buchbinderei etc. Eine besondere Form von Polyurethan-Klebstoffen stellen die reaktiven Schmelzklebstoffe dar, die ähnlich wie die normalen (nichtreaktiven) Schmelzklebstoffe vor der Verarbeitung erwärmt werden müssen, später aber durch Reaktion mit Wassermolekülen chemisch vernetzen.

Anwendungsrisiken[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In den PUR-Klebstoffen können folgende Grundbausteine enthalten sein:

Von den Isocyanaten können erhebliche Gesundheitsgefahren ausgehen. Freie, ungebundene Isocyanate sind akut giftig oder gesundheitsschädlich, wirken sensibilisierend und haben teils krebserregendes Potenzial (MDI).

Der größte Teil der Isocyanate ist in den Makromolekülen gebunden, zu einem geringen Teil aber als ungebundene Monomere enthalten. Der gebundene Teil kann allerdings beim Verschwelen oder Verbrennen frei werden. Bei Raumtemperatur konnten keine Isocyanate nachgewiesen werden.

Polyurethan-Klebstoffe in der Buchbinder-Industrie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Auf der Suche nach neuen und besseren Klebstoffen für die Buchbinder wurde erstmals 1985 ein neues Klebstoffsystem vorgestellt. Die Grundlage für dieses System sind Polyether oder Polyester, wobei Polyurethan (PUR) als Prepolymer zur Anwendung kommt. Ihre besondere Eigenschaft ist das Festwerden bei Raumtemperatur und das Reagieren auf Feuchtigkeit.

1. Generation (1988 auf der drupa)
  • geringe Anfangsfestigkeit
  • hohe Viskosität
  • Trocknungszeit von mehr als 3 Tagen
2. Generation (1996 auf der drupa)
  • geringe Anfangsfestigkeit
  • hohe Viskosität
  • Trocknungszeit von weniger als 3 Tagen
3. Generation (2000 auf der drupa)
  • gute Anfangsfestigkeit
  • niedrige Viskosität
  • Trocknungszeit von 6 bis 16 Stunden
4. Generation (aktuell)
  • gute Anfangsfestigkeit
  • sehr niedrige Viskosität
  • Trocknungszeit durch zwei Komponenten in wenigen Sekunden erreicht.
Vorteile für die Buchbinder-Industrie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Gegenüber Hotmelt und Dispersionsleimen hat PUR sehr viele Vorteile. Durch den fehlenden Feuchtigkeitsanteil können Papiere mit falscher Laufrichtung problemlos verarbeitet werden. Sogar bedruckte oder gar hoch satinierte Papiere lassen sich problemlos binden. Mit einem Strichauftrag von (theoretisch) 0,01 mm ist PUR der sparsamste Klebstoff. In der Praxis jedoch ist es nicht möglich, unter 0,03 mm aufzutragen.

Die PUR-Schmelzklebstoffe sind sehr witterungsbeständig. Sie sind bei Temperaturen von −40 °C bis +100 °C stabil.

Polyurethan-Klebstoffe in der Automobil-Industrie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

PUR-Klebstoffe werden in der Automobil-Industrie für die Aufgaben Kleben und Dichten eingesetzt, wobei der Übergang der klebtechnischen Aufgaben zu den dichtenden Aufgaben fließend ist. Angewendet werden sowohl 2-K-Produkte, als auch 1-K-PUR, bei denen die Aushärtemechanismen Feuchtigkeitshärtung und Warmhärtung auch kombiniert vorkommen können.

Verklebt und abgedichtet werden zum Beispiel:

  • Glasscheiben z. B. bestehend aus VSG (Verbund-Sicherheits-Glas), ESG (Einscheiben-Sicherheits-Glas), Polycarbonat etc.
  • Kunststoffanbauteile
  • Front- und Heckmodule
  • Dächer
  • Türfalze
  • Unterbodenverkleidungen

Klebstoffe ohne Verfestigungsmechanismus[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Haftklebstoffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Auf eine Sonderform der Applikation abgestimmt sind die Haftklebstoffe, die nach dem Auftragen auf ein Trägermaterial hochviskos und dauerklebrig bleiben und dann durch Druck auf ein Substrat aufgebracht werden können und dort haften bleiben. Anwendung finden sie zum Beispiel

  • als Sprühklebstoff;
  • als Transferklebstoff (trägerfreies doppelseitiges Klebeband auf gewachstem Transferpapier);
  • als Beschichtung von Klebebändern, Selbstklebeetiketten;
  • als Haftkitt (z. B. Blu-Tack);
  • als Klebstoffstreifen an rückstandsfrei abziehbaren Klebezetteln;
  • als Haftmittel für Zahnprothesen

Beimengungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Um den Einsatzbereich eines Klebstoffs zu erweitern, werden ihm je nach Verwendungszweck ggf. weitere Stoffe zugesetzt.

Beispielsweise werden in Leitklebern Silber- oder auch Goldpulver suspendiert verwendet, um sie elektrisch (sowie thermisch) leitfähig zu machen und damit Bauteile nicht nur mechanisch, sondern gleichzeitig auch elektrisch zu verbinden.

Physikalisch-technologische Prüfungen von Klebstoffen und Klebverbindungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Alle Klebstoffe zeichnen sich durch unterschiedliche physikalisch-chemische Eigenschaften aus. Um eine Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Klebstoffen zu ermöglichen, werden standardisierte Prüfverfahren und Prüfkörper entwickelt und in Normen beschrieben. Da die Eigenschaften einer Klebung aber nicht nur vom Klebstoff selbst, sondern unter anderem auch stark von den Fügeteilen, deren Werkstoff, Oberflächenzustand und Geometrie abhängig ist, sollten die Prüfkörper im Idealfall aus den Materialien gefertigt werden, welche auch in der Fertigung Verwendung finden.

Fazit: Alle Verklebungen müssen in Eigenversuchen auf ihre physikalisch-technologischen Eigenschaften hin überprüft werden. Eine „Alleskleber-Allesanwendung-Allesprüfkörper“-Aussage gibt es nicht. Da auch die Einsatzbedingungen der Klebstoffe von Anwendung zu Anwendung variieren, sind auch die Bedingungen gesondert zu überprüfen. Die einzelnen Prüfungen erfolgen dann unter den definierten Bedingungen oder der Prüfkörper wird vor der Prüfung in einem definierten Klima konditioniert.

Zeit-Temperatur-Versuche/Klimalagerungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Dieser Oberbegriff beinhaltet alle möglichen Kombinationen von Zeit- und Temperatureinflüssen auf eine Verklebung. Wird bei diesen Prüfungen auch die relative Luftfeuchtigkeit fest definiert, so spricht man von Klimalagerungen.

Wärmealterung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Damit bezeichnet man alle Alterungslagerungen, bei denen der Prüfkörper über einen definierten Zeitraum einer erhöhten Temperatur ausgesetzt wird, z. B. 100 °C bei sieben Tagen Lagerungsdauer.

UV-Alterung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Insbesondere transparente Werkstoffe schützen die Klebeschicht nicht vor Verspröden bei UV-Bestrahlung. Entsprechende Tests werden als Langzeittest im Freien angelegt.

Kältelagerungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Alle Alterungslagerungen, bei denen der Prüfkörper über einen definierten Zeitraum einer niedrigen Temperatur ausgesetzt wird, z. B. −25 °C bei 24 Stunden Lagerungsdauer.

Mediale Alterungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Um die Beanspruchbarkeit der Klebungen bei der Einwirkung von Medien (Flüssigkeiten, Gase) zu testen, werden geklebte Probenkörper über einen definierten Zeitraum bei definierten Temperaturen in den Medien gelagert oder damit besprüht. Erhöhte Temperaturen können dabei den simulierten Alterungsverlauf noch beschleunigen.

Beispiele für häufig verwendete Medien:

  • Wasser und Wasserdampf
  • Salzlösungen
  • Reinigungsmittel
  • Mineralöle
  • Ammoniak

Physikalische Prüfungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Unter physikalischen Prüfungen versteht man alle Prüfungen, die messbare, reproduzierbare und vergleichbare Kennwerte mit festen Einheiten, z. B. N; N/mm; N/mm², erzeugen. Diese Prüfungen können auch direkt während der Alterungslagerungen durchgeführt werden, unter Temperatur- und Medieneinfluss oder im Anschluss an diese Lagerungen.

Zug-Scherversuche[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Häufig wird nach der Norm DIN EN 1465 geprüft. Dazu werden zwei Bleche (100 mm·25 mm) einschnittig überlappt verklebt. Die Überlappungslänge beträgt 12,5 mm. Diese Probekörper werden in einer Universalprüfmaschine so schnell auf Zug belastet, dass die Prüfung mit Versagen der Klebung innerhalb von ca. 60 Sekunden beendet ist. Typische Traversengeschwindigkeiten liegen daher, abhängig von Klebstoff und Substrat, im Bereich zwischen 1 mm/min und 10 mm/min. Aus der Belastung resultiert in der Klebfläche eine Scherspannung, welche mit steigender Last aufgrund der Fügeteilverformung eine stärker werdende Zugkomponente entwickelt. Für Verklebungen handelt es sich insbesondere bei steifen Substraten um einen annähernd idealen Belastungsfall, welcher häufig zur Auslegung von Klebeflächen herangezogen wird.

Typische Ergebnisse von Zugscherfestigkeiten verschiedener Klebstoffarten

  • Haftklebstoffe: bis ca. 1 N/mm²
  • Schmelzklebstoffe: bis ca. 10 N/mm²
  • Strukturelle Klebstoffe: bis ca. 90 N/mm²

Rollenschälversuche[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beim Rollenschälversuch wird der Schälwiderstand eines Klebstoffs in N/cm oder N/mm bestimmt. Bei Klebebändern wird dabei normalerweise der 90°-Rollenschälversuch durchgeführt, bei Klebstoffen der 180°-Rollenschälversuch.

180°-Rollenschälversuch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Zwei Bauteile mit einer Länge von ca. 250 mm bis 300 mm werden plan aufeinander verklebt, die Klebelänge liegt bei ca. 200 mm. Die Enden ohne Klebstoffauftrag werden jeweils um 90° umgebogen, so dass die Probe anschließend wie ein T-Stück aussieht. Die freien Enden werden in einer Universalprüfmaschine eingespannt und auseinandergezogen. Damit die Probe definiert gezogen wird, läuft die Probe mit dem verklebten Ende durch einen Rollenhalter, daher der Name „Rollenschälversuch“, der die Probe ohne große Reibwiderstände führt.

90°-Rollenschälversuch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ein Klebeband wird auf einen dicken Probekörper (Dicke mindestens zwei Millimeter) geklebt. Das freie Ende des Klebebandes wird mit der Universalprüfmaschine in einem Winkel von 90° zum Substrat gezogen. Der Probekörper wird durch einen Rollenhalter geführt, dadurch kann gleichzeitig das Klebeband geschält und der Probekörper im Rollenhalter weitergleiten.

Impact/Fallversuche[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Unter Impact- oder Fallversuchen versteht man hochdynamische Prüfungen von Klebeverbindungen. Im Vergleich zu den „normalen“ Zugversuchen, die mit max. 200 mm/min Zuggeschwindigkeit auch noch als quasi-statisch beschrieben werden, werden hochdynamische Prüfungen in Geschwindigkeitsbereichen von m/s durchgeführt. Es gibt Versuchsanlagen, die Prüfgeschwindigkeiten von bis zu 20 m/s erzeugen. Dies sind Prüfgeschwindigkeiten, wie sie auch unter realen Crashbedingungen z. B. im Straßenverkehr vorkommen können. Es wird hier immer die Klebeverbindung überprüft, andere Substrate und auch Substratdicken führen zu anderen Ergebnissen. Als Ergebnis dieser Prüfungen erhält man eine Energieaufnahme der Klebeverbindung in Joule.

Es gibt zwei Versuchsaufbauten:

1. Der Pendelversuch: Dabei wird ein Schlagkeil in den Klebespalt eingeführt und durch ein Pendelgewicht durch den Klebespalt geschlagen (analog der Kerbschlagprüfungen bei metallischen Werkstoffen).

2. Der Fallversuch: Dabei wird die Klebeverbindung im Klebespalt auf einen Keil aufgesteckt und mit einem Fallgewicht über den Keil getrieben.

Die Ergebnisse sind aufgrund der unterschiedlichen Versuchsaufbauten nicht direkt vergleichbar.

Je nach Versuchsaufbau mit Temperier- oder Klimakammer können die Prüfkörper auch unter besonderen klimatischen Bedingungen geprüft werden.

Zeit-Stand-Versuche[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei Zeit-Stand-Versuchen wird eine Probe rein statisch belastet, z. B. durch das Anhängen eines Gewichts oder die Ausübung eines Drucks. Gewicht oder Druck werden über die Versuchsdauer nicht verändert. Der Probekörper wird sich unter deren Einwirkung verformen (elastisch oder plastisch), so dass entweder die Verformung des Probekörpers oder der Abbau der Zug- oder Druckbelastung gemessen werden kann. Diese Versuche können auch mit Alterungslagerungen einhergehen. Vielfach wird der Versuch, besonders bei Zugbelastung, bis zum Bruch des Probekörpers durchgeführt. Solche Versuche können zeitlich Jahre bzw. Jahrzehnte dauern.

Zeit-Walk-Versuche[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei Zeit-Walk-Versuchen wird eine Probe rein dynamisch belastet, z. B. durch das Hin- und Herdrehen oder Hin- und Her-Biegen des Werkstücks gemeinsam mit der Klebeverbindung. Solche Versuche werden über eine repräsentative Zahl von Zyklen ausgeführt. Die Prüfung ist typisch für Verbundaufbauten von Schuhwerk.

Biegeradius, Temperaturerhöhung durch elastische partielle Dehnung, Stauchung, Verformung und partielle Scherung zwischen den Fügeteilen werden über die Versuchsdauer nicht verändert. Der Probekörper wird sich unter der eingeprägten Bewegung verformen (überwiegend elastisch), wobei entweder die Verformung des Probekörpers oder der Wechsel der Zug- oder Druckbelastung eingestellt werden kann. Diese Versuche können auch mit Temperaturlagerungen einhergehen.

Missbrauch als Droge[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Klebstoffe können auch als Schnüffelstoff konsumiert werden. Hierbei werden die flüchtigen Bestandteile lösemittelhaltiger Klebstoffe inhaliert. Die organischen Lösemittel haben eine psychoaktive Wirkung. Es besteht die Gefahr von körperlichen Langzeitschäden bis hin zum Tod. Klebstoffe werden als billiger und leicht zugänglicher Ersatz für illegale Drogen vor allem von Kindern und Jugendlichen missbraucht.[5]

Mehrzweckklebetechniken[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Industrieverband Klebstoffe e. V.: Handbuch Klebtechnik 2012. ISBN 978-3-658-00401-9.
  • Wilhelm Endlich: Kleb- und Dichtstoffe in der modernen Technik. Ein Praxishandbuch der Kleb- und Dichtstoffanwendung. Vulkan-Verlag, Essen 1998, ISBN 3-8027-2183-7.
  • Gerhard Gierenz, F. Röhmer: Arbeitsbuch Kleben und Klebstoffe. Cornelsen und Schwann, Düsseldorf 1989, ISBN 3-590-12939-5.
  • Klebstoffe. Theorien und Experimente. In: Praxis der Naturwissenschaften – Chemie. 7/38/1989, Aulis-Verlag, Köln, ISSN 0177-9516.
  • Eckehardt Wistuba: Kleben und Klebstoffe. In: Chemie in unserer Zeit. 14. Jahrg. 1980, Nr. 4, ISSN 0009-2851, S. 124–133.
  • Gerd Habenicht: Kleben. Leitfaden für die praktische Anwendung und Ausbildung. Vieweg-Verlag, Wiesbaden 1995, ISBN 3-528-04969-3.
  • Gerd Habenicht: Kleben. Grundlagen, Technologie, Anwendungen. 3. Auflage. Springer-Verlag, Heidelberg 1997, ISBN 3-540-62445-7.
  • Gerhard Fauner, Wilhelm Endlich: Angewandte Klebtechnik. München/ Wien 1979, ISBN 3-446-12767-4.
  • Eduardo H. Schindel-Bidinelli: Grundlagen des strukturellen Klebens und Dichtens, Klebstoffarten, Kleb- und Dichttechnik. Hinterwaldner, München 1988, ISBN 3-927235-01-6. (Strukturelles Kleben und Dichten, Band 1)
  • Irving Skeist (Hrsg.): Handbook of Adhesives. 3. Auflage. Van Nostrand Reinhold, New York 1990, ISBN 0-442-28013-0.
  • Hermann Onusseit: Klebstoffe der Natur. Anwendung und Perspektiven für die Technik. In: Biologie in unserer Zeit. 5/34/2004, ISSN 0045-205X, S. 307–314.
  • Autorenkollektiv: Klebstoffe und Dichtungsmassen. In: Ullmanns-Encyklopädie der technischen Chemie. 4. Auflage. Bd. 14 1977, ISBN 3-527-20014-2, S. 227–268.
  • Bodo Müller, Walter Rath: Formulierung von Kleb- und Dichtstoffen. 2. Auflage. Hannover 2009, ISBN 978-3-86630-862-6.
  • Bodo Müller, Walter Rath: Formulating Adhesives and Sealants - Chemistry, Physics and Applications. Hannover 2010, ISBN 978-3-86630-858-9.

Rundfunkberichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Klebstoffe – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Wiktionary: Klebstoff – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. DIN EN 923:2016-03 Klebstoffe - Benennungen und Definitionen; Deutsche Fassung EN 923:2015. Beuth Verlag, Berlin.
  2. Industrieverband Klebstoffe e.V.: Geschichte des Klebens. Abgerufen am 16. Februar 2018.
  3. a b Industrieverband Klebstoffe e.V.: Konjunkturdaten. Abgerufen am 16. Februar 2018.
  4. MarketsandMarkets: Adhesives & Sealants Market worth 63.50 Billion USD by 2021. In: MarketsandMarkets (Hrsg.): Newsletter. 22. Dezember 2017.
  5. Drogenprofil "Flüchtige Substanzen" der Europäischen Beobachtungsstelle für Drogen und Drogensucht abgerufen am 28. Februar 2011.