Klebstoffe

Klebstoffe sind eine Gruppe von Stoffen, die es ermöglichen, verschiedene Materialien und Oberflächen miteinander zu verbinden, so dass es unmöglich ist, sie zu trennen. Sie gehören zur Gruppe der die Klebefläche modifizierenden Materialien, deren wichtigstes Merkmal die Erhöhung der Adhäsion, d.h. der Haftfähigkeit ist. Abhängig von dem Material, das wir verbinden wollen, können wir eine breite Palette von Klebstoffen verwenden, die sich in verschiedene Gruppen unter Berücksichtigung von Aussehen, Haftung, Festigkeit und chemischer Struktur einteilen lassen. Für die Herstellung von Klebstoffen können wir verschiedene Additive verwenden, die die Klebeeigenschaften verbessern, die Aushärtung beschleunigen oder die Viskosität reduzieren.

Klebstoffe sind in der Regel flüssig. Manchmal haben wir es jedoch mit einer festen Gestalt zu tun, z.B. in Form von Pulver, Perlen, Stiften oder Einsätzen, die nach dem Schmelzen eine Schweißnaht bilden. Ihre Festigkeit hängt von mehreren Faktoren ab: Kohäsion, Haftung, Form und Dicke der Klebeschicht sowie von der sogenannten Eindringtiefe des Klebers durch das Material. Die wichtigsten sind die Haft- und Kohäsionskräfte, die die Art und Stärke der chemischen Wechselwirkung des Klebstoffs mit den zu verklebenden Oberflächen sowie die mechanische Festigkeit der Klebstoffschicht selbst beeinflussen. Die richtige Wahl des Klebstoffs für die Art und Größe der zu verklebenden Materialien macht es relativ einfach und effizient, diese miteinander zu verkleben.

Die wichtigsten Vorteile des Einsatzes von Klebstoffen gegenüber anderen Materialverbindungstechniken (z.B. thermisches Verbinden, mechanisches Befestigen) sind die Fähigkeit, Spannungen effizient über die gesamte Fuge zu verteilen. Weitere Vorteile sind eine verbesserte Ästhetik der Verbindungen und niedrige Kosten für die Mechanisierung des Prozesses.

Verfahren zur Oberflächenvorbereitung vor dem Verkleben

Um eine stabile Verbindung herzustellen, ist es sehr wichtig, die Oberfläche vor dem Auftragen des Klebers vorzubereiten. Es gibt verschiedene grundlegende Methoden der Oberflächenreinigung, wie chemische Behandlung, abrasive Behandlung, Entfettung, Lackierung oder die sogenannte Oberflächenaktivierung, die hauptsächlich in Kunststoffen eingesetzt wird.  Einer der Hauptstoffe ist Salzsäure, die hier vor allem als Oberflächenentfettungsmittel dient.

Bei unzureichender Untergrundvorbereitung kann die Klebeverbindung an verschiedenen Stellen gelöst werden, was durch die Stärke der Haftung und Kohäsion beeinflusst wird und zu Rissen innerhalb der Fuge oder auf der Klebeverbindung mit einer anderen Oberfläche führt. Auch andere Faktoren wie Licht, Hitze, mechanische Beanspruchung oder die Auflösung des Klebstoffs können die Haftkraft des Klebstoffs beeinträchtigen.

Klebstoffe – Gliederung, Rohstoffe und Produktion

Klebstoffe werden hauptsächlich nach der Art der Verklebung klassifiziert. Die grundsätzliche Aufteilung hängt davon ab, ob eine bestimmte Verbindung chemisch mit den Werkstoffen reagiert und zu einer Verhärtung der gesamten Verbindung und damit zu einer deutlichen Erhöhung der mechanischen Festigkeit führt. Ein weiteres Kriterium für die Aufteilung ist die Art des verwendeten Rohstoffs. Dabei handelt es sich um Klebstoffe natürlichen Ursprungs (z.B. pflanzliche und tierische Klebstoffe, die z.B. in der Papier- und Textilindustrie eingesetzt werden) oder um synthetische Klebstoffe, die das breiteste Anwendungsspektrum haben. In der Praxis können wir viele Arten von synthetischen Klebstoffen unterscheiden, wie z.B. Cyanacrylate (allgemein bekannt als Sekundenkleber), Acryl-, Polyurethan-, Amin-, Epoxid-, Silikonkleber und viele andere.

Cyanacrylat-Klebstoffe

Cyanacrylat-Klebstoffe sind seit den 90er Jahren auf dem industriellen Markt etabliert und werden aufgrund ihrer einfachen Anwendung, der schnellen Aushärtung bei Raumtemperatur, ihrer Hitze- und Lösungsmittelbeständigkeit sowie der starken Klebeeigenschaften nahezu aller Materialien häufig eingesetzt.

Obwohl die Herstellung dieses Klebstoffs in der Theorie einfach ist, ist es in der Praxis schwierig. Die Rohstoffe Alkylcyanoacrylat und Formaldehyd werden in Gegenwart eines alkalischen Katalysators kondensiert. Das entstehende Polymer wird anschließend gründlich getrocknet und somit vom Lösungsmittel befreit. Die Hauptschwierigkeit bei diesem Prozess ist die Neigung des Monomers zur spontanen Polymerisation, die den Verlauf der Trocknung und Weiterverarbeitung des Polymers beeinflusst.

Acryl-Klebstoffe

Grundrohstoffe für die Herstellung von Acrylatklebstoffen sind Acryl- und Methacrylsäuren und deren Derivate auf Esterbasis. Andere Verbindungen, wie z.B. Methylmethacrylat, werden normalerweise nur als Hilfsmonomere verwendet. Dank der richtigen Auswahl von Polymeren und Monomeren und den Bedingungen des Polymerisationsprozesses ist es möglich, eine große Palette von Acrylverbindungen mit Klebeeigenschaften zu erhalten. Acrylatklebstoffe enthalten in der Regel einen speziellen Aktivator, der den Aushärtungsprozess einleitet.

Polyurethan-Klebstoffe

In dieser Gruppe kann zwischen Einkomponenten- und Zweikomponenten-Klebstoffen unterschieden werden. Erstere enthalten Prepolymere und härten unter Einwirkung von Wasser oder Feuchtigkeit aus der Luft aus. Um eine gute Haftung zu erreichen, erfolgt die Verklebung von Materialien mit Einkomponenten-Klebstoffen in der Regel in speziellen Pressen unter Druck, oft bei erhöhten Temperaturen, um die Aushärtezeit zu beschleunigen. Zweikomponenten-Klebstoffe hingegen enthalten zwei Komponenten (Polyole und Isocyanate), die nach dem Mischen in entsprechenden Anteilen gebrauchsfertig sind.

Polyurethan-Klebstoffe zeichnen sich durch eine sehr gute Haftung auf glatten und porösen Oberflächen aus. Auf diese Weise kombinieren sie effektiv verschiedene Materialien wie Holz, Papier, Pappe und Sandwichplatten. Sie können auch in der Bauindustrie zum Kleben von Beton oder Blech eingesetzt werden. Schweißnähte mit Polyurethan-Klebstoffen zeichnen sich durch sehr gute Festigkeit, auch bei niedrigen Temperaturen, hohe Flexibilität und Wasserbeständigkeit aus.

Silikon-Klebstoffe

Silikonklebstoffe sind ein unersetzliches Material für die Bauindustrie, vor allem für die ästhetische Veredelung von Räumen. Sie zeichnen sich durch hervorragende Flexibilität und Haftung auf vielen Untergründen aus. Sie verhindern Materialverschleiß durch gleichmäßige Lastverteilung und reduzieren zudem die Produktionskosten, indem sie herkömmliche mechanische Verbinder wie Schrauben ersetzen.

Siliconklebstoffe sind äußerst vielseitig einsetzbar. Sie ermöglichen die Kombination verschiedenster Materialien, z.B. Metalle mit Kunststoff oder Glas. Siliconklebstoffe sind hauptsächlich Organosiliciumverbindungen, die aus geliertem Sand hergestellt werden. Einer der Hauptbestandteile von hochwertigen Silikonklebstoffen ist Wasserglas, das durch die Reaktion von Kieselsäure mit Natronlauge entsteht. Die Silikone haben dank ihrer Eigenschaften den Fensterkitt und die verschiedenen Abdichtungen von Ausbauelementen effektiv ersetzt.

Epoxid-Klebstoffe

Aufgrund ihrer Festigkeit und sehr guten Haftung auf vielen Oberflächen gehören Epoxidklebstoffe zur Gruppe der universell einsetzbaren Klebstoffe. Einer der Hauptbestandteile dieser Klebstoffe ist das von der PCC-Gruppe produzierte Nonylphenol. Es ist eine Mischung von Isomeren, die überwiegend p-Nonylphenol enthält. Nonylphenol ist ein Halbprodukt in vielen Produktionsprozessen.

Epoxid-Klebstoffe verdanken ihre Beliebtheit mehreren Eigenschaften:

  1. Dank ihrer Epoxid-, Hydroxy-, Amin- und anderen polaren Gruppen weisen sie starke Haft- und Kohäsionseigenschaften auf. Dies wirkt sich direkt auf ihre hohe Haftung an vielen Materialien wie Metall, Glas und Keramik aus. Sie können auch hergestellt werden, um niedrigviskose Mischungen herzustellen, die eine bessere Dispergierung, Benetzbarkeit und Penetration des Klebstoffs ermöglichen,
  2. Aushärtung ohne Freisetzung von Wasser oder anderen Chemikalien. Dadurch können sie ohne Kraftaufwand (Druck) verklebt werden und sind somit für die Verklebung von Materialien wie Metall und Glas geeignet,
  3. Sie sind äußerst beständig gegen eine Vielzahl von Lösungsmitteln und wirken darüber hinaus als wirksame Barriere gegen Wärme und Elektrizität,
  4. Ihre Aushärtezeit kann durch die Verwendung spezieller Aushärtungsmittel geändert werden,
  5. Sie schrumpfen während des Aushärtens sehr wenig (um nur 1 %), was bedeutet, dass die Spannung im Klebstoff geringer ist und die Klebeverbindung viel stärker ist,
  6. Sie bieten die höchste Festigkeit aller auf dem Markt erhältlichen Klebstoffe.

Angebot der PCC-Gruppe für die Klebstoffindustrie

Die PCC-Gruppe ist Hersteller einer breiten Palette von Polyetherpolyolen (Rokopol®-Reihe), die zur Herstellung von Prepolymeren, auch Einkomponenten-Klebstoffen genannt, eingesetzt werden können. Sie sind auch Bestandteil des Polyolteils des Polyurethan-Zweikomponentenklebers. Sie sind auch in Dichtstoffen und Elastomeren zu finden. Bei der Herstellung von Polyurethan-Werkstoffen werden auch verschiedene Stoffe verwendet, die ihre Eigenschaften modifizieren, darunter phosphorhaltige Flammschutzmittel, die im Angebot als Produkte der Roflam-Reihe und Wärmestabilisatoren der Rostabil-Reihe erhältlich sind.

Polyurethanklebstoffe werden in vielen Industriezweigen wie Bergbau, Bauwesen, Automobil- und Möbelindustrie eingesetzt. In Bergbaubetrieben werden gerissene Gesteinsmassen durch den Einsatz von PUR-Klebstoffen abgedichtet. Sie dichten auch gerissene Bauwerke ab und verstärken stark gelockerte Gesteine und Kohleflöze. Dadurch kann das Risiko von Bergbauarbeiten im Bergbau minimiert werden. Die Baureihen Promopur und Promostat sind für den Bergbau bestimmt.

Eine wichtige Gruppe von Polyurethan-Klebstoffen sind Produkte zur Herstellung von Sportbelägen, wie beispielsweise die Active Play-Reihe. Durch die Kombination von Gummigranulat mit dem entsprechenden Klebstoff entsteht eine gleichmäßige, fugenlose Oberfläche, die auf Tennisplätzen, Spielplätzen, Sportplätzen sowie in Turnhallen und Fitnessclubs eingesetzt werden kann. Die so entstandenen Oberflächen haben eine hohe Flexibilität und Belastbarkeit, sie absorbieren auch Stürze dank ihrer effektiven Energieaufnahme.

Die Zukunft der Klebstoffindustrie

Die ständig steigende Produktion von Autos und die Nachfrage nach Verpackungsmaterialien haben zu einer sehr starken Entwicklung der Klebstoffbranche geführt. Dieser Anstieg ist vor allem auf moderne Automobiltrends zurückzuführen, bei denen Schweißarbeiten für die Montage von Motorenteilen schrittweise durch den Einsatz hochwertiger Kleb- und Dichtstoffe ersetzt werden. Der zweite Treiber der Branche ist das anhaltende Wachstum der Infrastrukturaktivitäten. Die rasante Urbanisierung und das Bevölkerungswachstum in den Entwicklungsländern haben zu einem zunehmenden Einsatz von hochwertigen Klebstoffen im Bausektor geführt. Ein wichtiger Trend in diesem Bereich ist auch der Bau von Energiesparhäusern, wo die Installation von Dämmsystemen, einschließlich der Verwendung von Klebstoffen, entscheidend ist, um eine gute Wärmedämmung des Gebäudes zu gewährleisten. Auch in der schnell wachsenden Elektronikindustrie werden moderne Klebstoffe immer häufiger eingesetzt, unter anderem bei der Herstellung von Smartphones, Tablets, Laptops und diversen Gadgets und Zubehör.

 

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