Ein Dilemma bei Klebeverbindungen

Das Kleben ist bei vielen Anwendungen die bevorzugte Verbindungstechnologie, weil es praktisch ausschließlich an der Materialoberfläche stattfindet. Kleben ist minimal invasiv: die Kräfte, die zwischen den Konstruktionselementen auftreten, werden grossflächig an den Materialgrenzen abgetragen. Die Materialien selber werden dabei weder mechanisch verletzt noch über Gebühr thermisch belastet, wie das beim Schweissen der Fall ist. Das birgt viele Vorteile. Beispielsweise treten im Vergleich zu punktförmigen Verbindungen deutlich weniger Spannungsspitzen auf. Auch benötigen Klebeverbindungen keine Hinterfütterung, wodurch sehr dünne Substrate problemlos verbunden werden können. Unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Materialien kann durch eine geeignete Wahl des Fugenmaterials und der Fugenstärke Rechnung getragen werden.

Trotz dieser vielen Vorteile existiert bei reaktiven Klebestoffen ein Dilemma und zwar in der Zeit-Domäne. Dieses rührt daher, dass die sogenannte offene Zeit und die Abbindezeit aus Gründen der chemischen Reaktionskinetik aneinander gekoppelt sind. Dabei kann man als Faustregel davon ausgehen, dass die Abbindezeit etwa drei Mal so lange ist wie die offene Zeit. Dieses Verhältnis kann durch geschickte Katalyse noch etwas auf die eine oder andere Seite korrigiert werden, aber es bleibt das grundsätzliche Dilemma bestehen, dass schnelle Reaktionen kurze offene Zeiten nach sich ziehen.

Bei Montageprozessen, wo Einzelteile zuerst positioniert werden sollen, bevor sie dann quasi auf Knopfdruck endgültig fixiert werden, sind eine „unendlich lange“ offene Zeit, gefolgt von einer beliebig kurzen Abbindezeit gefragt. In Ermangelung solcher Systeme beschreitet man heute oft einen Mittelweg, der darin besteht, mit mehr oder weniger langsamen Systemen zu arbeiten und die daraus resultierenden langen Reaktionszeiten dadurch zu kompensieren, dass die Aushärtung in Serien- oder Stapelpressen ausgeführt wird. Das hat den Nachteil, dass zur Aufrechterhaltung der Produktivität die Losgrössen zunehmen, je langsamer der Klebstoff eingestellt werden muss. Dies führt zwingend zu grösseren Lagerbeständen, längeren Durchlaufzeiten und/oder sinkender Flexibilität in der Produktion.

Problemstellung: nicht-invasiv und dennoch auf Knopfdruck

Aus dem obigen Dilemma ergibt sich eine reizvolle technische Problemstellung, nämlich ein Montageverfahren zu entwickeln, das die Vorteile des Klebens und der mechanischen Verbindungstechnologien kombiniert. Anwendungstechnisch bedeutet dies, eine beliebig lange offene Zeit zur Verfügung zu haben, anschliessend aber mit hoher Geschwindigkeit die Klebefuge zu härten. Dabei sollen die zu verbindenden Oberflächen unverletzt bleiben und das Fugenmaterial resistent gegen Umwelteinflüsse und Dauerlast sein.

Lösungsstrategien:

Die oben geschilderte Problemstellung kann auf verschiedene Weisen gelöst werden:

• Lichthärtende Systeme zeichnen sich dadurch aus, dass ein latent reaktiver Klebstoff verwendet wird, dessen Vernetzungsreaktion nach erfolgter Positionierung durch eine andere Energieform ausgelöst wird. Aus offensichtlichen Gründen muss die Klebefuge so ausgelegt werden können, dass Licht an das Fugenmaterial herankommen kann. Dies ist bei transparenten Substraten und bei gewissen Fugengeometrien (z.B. im Dentalbereich) möglich, bei anderen Anwendungen nicht.
• Elektronenstrahl-härtende Systeme(EB, electron beam) folgen dem gleichen Wirkungsprinzip. Zwar durchdringt der EB auch optisch undurchl.ässige Schichten, ist aber von der Anwendungstechnik her sehr aufwändig und bedingt spezielle Anlagen.
• Es sind auch latent reaktive Systeme bekannt, die durch einen Wärmestoss ausgelöst werden. Der Wärmestoss kann durch klassische Heizelemente, aber auch durch Hochfrequenz- oder Mikrowellenanregung erfolgen.

Erst fügen, dann kleben

Den obigen Systemen ist gemeinsam, dass zuerst der latent reaktive Klebstoff appliziert wird, bevor anschliessend gefügt und ausgehärtet wird. Der umgekehrte Weg stellt indessen ebenfalls eine strategische Option dar. Dabei wird das Bauteil trocken gefügt. Sobald alle Komponenten sorgfältig positioniert sind, wird hochreaktive Klebemasse durch vorgefertigte Nuten und Kanäle injiziert und härtet dort in Sekundenschnelle aus. Dieses Montageverfahren weist grosse Ähnlichkeit mit Schraub- oder Nietenverbindungen auf, hat aber im Vergleich zu diesen wesentliche Vorteile:

• Das verbindende Element wird flüssig an den Montageort gefördert.
• Die Materialoberflächen bleiben unverletzt.
• Es können punkt- und linienförmige, wie auch flächige Verbindungen gefertigt werden.
• Mittels Hinterschneidungen können Verbindungen konstruiert werden, die sowohl form- wie stoffschlüssig sind.
• Die Substrate kommen erst dann mit Klebstoff in Berührung, wenn sie ihre definitive Position eingenommen haben. Bei Produktionsunterbruch gibt es keine verschmutzten Teile.
• Die Fügeteile können durch die nicht limitierende offene Zeit äusserst präzise positioniert werden.

Voraussetzung für den Erfolg einer solchen Strategie ist die Verfügbarkeit geeigneter, d.h. sehr schneller duromerer Klebstoffe und eine darauf zugeschnittene Misch- und Applikationstechnologie. Polyurea-Verbindungen, seit Jahrzehnten bewährt im Bereich robuster Beschichtungen, bergen das Potential für derartige Klebstoffe. Die Additionsreaktion von Aminen an Isocyanatgruppen, die zur Ausbildung von Harnstoff (Urea) führt, verläuft um mehrere Grössenordnungen rascher als die strukturanaloge Reaktion zwischen Alkoholen und Isocyanat, mittels derer Urethane gebildet werden. Durch eine geeignete Wahl der Komponenten können Polyureasysteme entwickelt werden, die innerhalb weniger Sekunden über 80% ihrer Festigkeit erreichen. Bei den Klebeigenschaften muss der Nutzer aber keine Abstriche im Vergleich zu den bewährten Polyurethanen hinnehmen. Sie kommen damit dem Traum eines „strukturellen Sekundenklebstoffes“ sehr nahe.

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Der Begriff „Polyurea“ bezieht sich auf eine Technologie und ist nicht beschränkt auf Beschichtungs- oder Klebstoffsysteme. In der chemischen Terminologie entstehen die Polyureas aus der Reaktion zwischen einem Isocyanat und einem Amin. (Abbildung 1)

Isocayant              Polyamine            Urea Verbindung
Prepolymer

Abbildung 1: Reaktion bildet Polyurea

Mit Hochdruck mischen

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Um mit sehr schnellen Zweikomponentensystemen bei einem Stop-and-Go-Dauerbetrieb eine hohe Mischgüte zu erreichen, ist ein verfahrenstechnisch sehr anspruchsvolles Unterfangen. Es ist leicht einzusehen, dass es nach dem Mischpunkt keine Totvolumina geben darf, weil sich dort unweigerlich ausgehärtetes Material ablagern würde.

Die sogenannte Hochdruck-Injektionsvermischung erfüllt diese Bedingung. In derartigen Anlagen werden die beiden Komponenten unter hohem Druck (<100 bar)in die Mischkammer eingespritzt und vermischen sich dort. Die Reinigung dieser Kammer, die lediglich einen Durchmesser von Millimetern aufweist, erfolgt rein mechanisch, indem ein nadelförmiger Stempel einerseits das gemischte Material ausstösst und andererseits gleichzeitig die Einspritzdüsen verschliesst. Das Prinzip ist schematisch in Abbildung 2 gezeigt.

Abbildung 2: Hochdruck-Injektionsvermischung
(Grafik zVg Isotherm)

Systemgrenzen

Können Reaktivklebstoffe auch zu schnell sein? Diese Frage kann aufgrund der heute vorliegenden Daten eindeutig bejaht werden. Die Gründe dafür liegen auf der Hand. Vom Zeitpunkt des Mischens an beginnen sich die Fliesseigenschaften zu verändern. Die Viskosität der Klebemasse schiesst in die Höhe, wodurch die Benetzung der Oberflächen erschwert und die Adhäsion kompromittiert wird. Es hat sich gezeigt, dass bei den bisher untersuchten, auf praktische Anwendungen getrimmten Systemen die Grenze bei Formulierungen dann erreicht wird, wenn deren Halbwertszeit die 2- Sekunden-Marke unterschreitet. Eine weitere Beschleunigung der Reaktion wäre zwar möglich, führt aber in den Festigkeitsprüfungen stets zu Adhäsionsbruch.

Variationen zum Thema „Serienfertigung mit Losgrösse 1“

Dem Kostendruck, der heutzutage auf den Produktionsbetrieben lastet, kann nur durch eine konsequente Optimierung der Fertigungsprozesse Paroli geboten werden. Wichtige Stellschrauben sind dabei die Geschwindigkeit, die Prozesssicherheit, Losgrössen und Multifunktionalität. Polyurea Klebstoffe können dazu einen wichtigen Beitrag leisten. Sie eignen sich für den Einsatz in schnellen, automatisierten Prozessen und zeichnen sich zudem durch ein breites Anwendungsspektrum aus. Durch geschickte Kombination von form- und stoffschlüssigen Verbindungsarten gelingen Fügeteile, die weder mit rein mechanischen noch mit reinen Klebverbindungen möglich wären.

Beispiel 1: In situ gefertigte Dübel

Polyurea Klebstoffe, ähnlich wie Polyurethane, verfügen nicht nur über ein ausgezeichnetes Haftprofil (Adhäsion) gegenüber einer Vielzahl von Substraten. Auch ihre kohäsiven Eigenschaften (Zugfestigkeiten) können auf Werte bis zu 30 MPa hochgetrimmt werden. Damit können dauerhafte Dübel-Verbindungen für eine Vielzahl von Materialien hergestellt werden, indem entsprechende Aussparungen in den Fügeflächen vorgesehen und während des Fügevorgangs ausgegossen werden, wie das schematisch in Abbildung 3 dargestellt ist. Derartige Klebedübel-Verbindungen können durch Hinterschneidungen zusätzlich formschlüssig verankert werden.

Abbildung 3: In situ gefertigte Dübel

Beispiel 2: In situ gefertigte Montageclips

Montageclips erfreuen sich zunehmender Beliebtheit, weil dadurch eine reversible mechanische Befestigung von Elementen ermöglicht wird. Ihre Verankerung am Bauteil geschieht traditionell entweder kraftschlüssig (mechanisch mittels Schrauben oder Nieten) oder stoffschlüssig (Aufkleben). Für Klebeprozesse bieten sich Polyurea Klebstoffe geradezu an, weil die Klebefugen bereits innert Sekundenfrist die volle Belastbarkeit aufweisen.

Der Prozess kann sogar weiterführend rationalisiert werden, indem der Clip selbst in situ durch Anspritzen von Polyurea an das Bauteil in einem Arbeitsschritt gefertigt und verankert wird. Dadurch wird es ermöglicht, die Clips im Sekundentakt mittels Roboter zu positionieren und fertigzustellen. Ebenfalls entfällt die Grenzfläche zwischen Clip und Klebstoff, was der Prozesssicherheit weiter zuträglich ist.

Abbildung 4: In Situ gefertigte Montageclips

Ein europäisches Konsortium entwickelt funktionale Dachbahnen mit integrierter Dünnschicht-Solarzelle. nolax beteiligt sich am PVGUM Projekt als Entwicklungspartner.

Das Projektziel von PVGUM sind flexible Solarzellen, die vollumfänglich in die Gebäudesubstanz integriert sind. Neun europäische Industriepartner entwickeln gemeinsam Materialien und Verfahren zur Herstellung von flexiblen Dünnschicht-Solarzellen, die am laufenden Band produziert werden. Diese bilden die oberste Schicht funktionaler Dachabdeckungen, die Strom zu marktüblichen Kosten produzieren.

Industrie-Trends
Die 68er Bewegung des letzten Jahrhunderts schüttelte nicht nur die bürgerlichen Moralvorstellungen tüchtig durch, sondern wirkte bis in die Wohnsituation hinein. So galt es beispielsweise plötzlich als schick, auf dem Land zu wohnen. Nun konnten sich aber nicht alle eine Villa im Grünen leisten. Herrliche Begriffe wie „Bauwirtschaftsfunktionalismus“ tauchten auf, und man begann sich auch im Bauwesen für die Methoden der industriellen Serienfertigung zu interessieren. Etwas überraschend entpuppten sich die Häuser aus vorgefertigten Elementen, zunächst etwas despektierlich auch als „Fertighäuser“ bezeichnet, nicht in erster Linie als ausgesprochene Billigvarianten. Hingegen reifte immer mehr die Erkenntnis, dass sich mittels der industriellen Vorfertigung ein Qualitätsstandard setzen liess, der in dieser Höhe bei der Baustellenfertigung nur schwer zu erreichen war.

Das Konzept der Serienfertigung beherrscht heute sämtliche Industriesegmente. Die Vorteile bei den Kosten und vor allem bei der Qualität lassen die fehlenden optischen Alleinstellungmerkmale in den Hintergrund treten. Es besteht aber durchaus der Traum, Unikate unter den Bedingungen der Serienfertigung herzustellen. Von der Prozesstechnik her wäre das machbar, denn dank CAD und CAM können die Komponenten ohne Kostennachteil einzeln hergestellt werden. Oft hapert es aber noch bei der Fügetechnik, und da sind die Klebstoffhersteller gefordert.

Dieses Referat beschäftigt sich daher mit der Thematik eines „strukturellen Sekundenklebers“. Dazu werden wir uns ein mögliches Lastenheft anschauen und uns überlegen, wie man es erfüllen könnte. Wir werden ein System näher unter die Lupe nehmen und uns mit Fragestellungen beschäftigen, die sich daraus ergeben.

Schnelle Systeme
Es gibt eine Vielzahl von Kriterien, die bei einer Klebeverbindung wichtig sind. Ich beginne mit dem Thema Geschwindigkeit der Verklebung, also mit der Zeit, die verstreichen muss, bevor man die Klebefuge erstmals belasten kann. Diese Abbindezeit kann im Fertigungsprozess zum Flaschenhals werden, weil dadurch die Fertigungslinien, vornehmlich die Pressen, blockiert werden. Traditionell behilft man sich damit, dass man, beispielsweise in Stapelpressen, mehrere Teile gleichzeitig produziert. Damit sitzt man aber in der Serienfalle, denn zunächst braucht man ja nur ein Teil, während die andern ins Lager gehen. Zudem verliert man das Alleinstellungsmerkmal und manövriert sich damit meist in ein tieferes Preissegment.

Traum
Lassen Sie uns gemeinsam den Traum einer Serienfertigung strukturell belastbarer Elemente mit Losgrösse 1 träumen. Der Klebstoff, aus dem dieser Traum besteht, ist ein Duromer mit folgenden Eigenschaften:
 - sehr schnell: t1/2 im Sekundenbereich
- wasserfest
- hohe Wärmestandfestigkeit
- nicht kriechend
- für unterschiedliche Oberflächen geeignet

Man kann die chemisch möglichen Systeme durchdeklinieren und findet in der Tat eine ganze Reihe von attraktiven Möglichkeiten.

Polyurea (Polyharnstoffe)
Von diesen Möglichkeiten erregten die Polyureas unser Interesse, und dies aus drei Gründen:
a)  sie sind chemisch den Polyurethanen sehr ähnlich und lassen deshalb auch auf ein ähnlich breites Anwendungsspektrum hoffen. Wie bei den Polyurethanen gibt es viele Stellschrauben, um die Klebstoffe auf den Zweck hin zurechtzutrimmen.
b)  Auf dem Gebiet der Beschichtungen sind Polyureas „Alte Kameraden“ und haben sich durch Widerstandsfähigkeit und Langlebigkeit einen Namen gemacht.
c)  Die Bildungsreaktion von Polyureas aus Isocyanaten und Polyaminen ist auto-katalysiert und daher sehr schnell. Ceteris paribus reden wir über einen Faktor zwischen 100 und 1000. Wichtig ist, dass sie auch viel schneller ist als die Reaktion von Wasser mit Isocyanat, wodurch sie über weite Strecken unkritisch gegen Feuchtigkeit ist.

Wir haben uns deshalb zuerst einmal ein Polyurethansystem im Vergleich mit einem strukturanalogen Polyureasystem angeschaut. Bei beiden liegt das gleiche Isocyanat-Präpolymer vor, während die Polyol und das Polyamin strukturanalog sind.

Sie werden nun sofort zwei Einwände haben:

a) Beim dargestellten Polyurea handelt sich nach wie vor um ein „gemütliches“ System, will heissen: eine Formulierung, die im Minutenbereich abbindet.
b) Die offene Zeit ist bei diesem System im Vergleich zum Polyurethan ebenfalls kürzer geworden.

Beiden Einwänden sei stattgegeben. Wir wollen daher nun beginnen, an den Stellschrauben zu drehen. Dabei stossen wir sofort an ein erstes Fragezeichen: Wie lässt sich die schnelle Reaktion analytisch verfolgen, so, dass ein Fortschritt in der Formulierung überhaupt als solcher zu erkennen ist? Das Beobachten der Gelierung mittels eines Trombometers eignet sich zwar für Reaktionen mit Halbwertszeiten im Minutenbereich, stösst dann aber an Grenzen.

nolax hat zusammen mit Instituten und Hochschulen eine ganze Anzahl möglicher analytischer Methoden ausgetestet, jedoch mit mässigem Erfolg. Im Moment allerdings berechtigt ein gemeinsames Projekt der TH Merseburg, Bayer Material Science und uns zur Hoffnung, mit der Beobachtung von Ionenbeweglichkeiten ein brauchbares Analyseninstrument gefunden zu haben. Als Beispiel seien die Resultate für unsere Produkte 3052 und 3058 angeführt, zwischen denen doch ein klarer Unterschied im Reaktionsverhalten sichtbar ist.

Stellschrauben
Es ist klar, dass eine der wichtigsten Stellschrauben die Wahl der Reaktionskomponenten ist. Daran wird zurzeit  auch mit hoher Intensität gedreht. Dies ist von der Mischtechnik her nicht trivial, denn eine innige Vermischung der Komponenten muss in Sekundenschnelle sichergestellt werden. Anschliessend müssen der Klebstoff aufgetragen, die Teile gefügt und der Presse zugeführt werden.

Mischung und Applikation
Es hat sich gezeigt, dass für langsame Systeme ein dynamischer Mischer einsetzbar ist. Dieser muss allerdings bei jedem Stopp durch einen Reinigungsschuss offen gehalten werden. Für den Dauergebrauch drängt sich daher ein werkzeugloses Verfahren auf, bei dem die Mischkammer mechanisch sauber gehalten wird. Es gibt dafür drei oder vier Anbieter. nolax ist mit der Firma Isotherm eine Partnerschaft eingegangen.

Beim Kollisionsmischer werden die beiden Komponenten mit hohem Druck zur Kollision gebracht und anschliessend im Sprüh- oder Gussverfahren appliziert. Die minimale Ausstossmenge wird durch die Feinheit der Ventile bestimmt. Im Moment liegt bei uns die Untergrenze bei 3g/sec.

Die wirklich schnellen Systeme lassen sich reproduzierbar nur mit automatischen Anlagen, sprich mit Roboter und automatischer Presse, applizieren.

Benetzung
Jede Fachperson weiss, wie wichtig beim Kleben die Benetzung und das Eindringen in poröse Oberflächen sind. Es ist bei ganz schnellen Systemen zu befürchten, dass deren Viskosität hoch schiesst, bevor es zu einer vernünftigen Benetzung kommen kann. Um ein Extrem vorwegzunehmen: wir können Polyurea so schnell machen, dass der Klebstoff bereits im Sprühstrahl ausreagiert und trocken auf der Oberfläche aufschlägt. Sebastian Meyer, heute bei nolax tätig, ist dieser Fragestellung im Rahmen seiner Diplomarbeit an der FH Rosenheim für den Werkstoff Holz nachgegangen. Unterstützt wurde er dabei auch von Professor Niemz von der ETH Zürich. Er konnte einige interessante Befunde zu Tage fördern. Zum einen fand er über einen grossen Bereich hinweg keine Korrelation zwischen Eindringtiefe und Festigkeit. Dies relativiert die These, dass sich ein Holzklebstoff mechanisch verkrallt. Aus diesem Grund erwies sich auch der Pressdruck, natürlich innerhalb vernünftiger Grenzen, als nicht überaus kritisch. Auch Schwankungen in der Umgebungstemperatur erwiesen sich als wenig einflussreich auf die Verklebungswerte. Erwartungsgemäss war auch die Holzfeuchte kein kritischer Parameter, was auf Grund der früher erwähnten Reaktivität von Wasser im Vergleich zum Amin zu erwarten war.

Fazit
Dies führt hin zu einem ersten Fazit, das uns doch etwas überraschte. Wir hatten nämlich erwartet, dass dieses Rennpferd zappelig wäre und fanden ein doch eher gutmütiges, praxistaugliches System vor.

Kosten und Sicherheit
Zum Schluss noch etwas zu den Kosten. Polyurea sind etwas teurer als Polyurethane. Dies sollen sie durch den schnelleren Prozess wettmachen. Bei der Verarbeitung gelten die gleichen arbeitshygienischen Vorkehrungen wie bei den Polyurethanen. Einmal ausgehärtet, ist die Fuge absolut emissionsfrei, und zwar gegenüber Luft, Wasser und Boden.

Moderne, industrielle Fertigungslinien in der Holzindustrie zeichnen sich durch hohe Produktionsgeschwindigkeiten und zuverlässige Prozessführung aus. Klebstoffe, die auf solchen Anlagen verwendet werden, stellen auf Grund ihrer beschränkten Reaktionsgeschwindigkeiten oft einen Flaschenhals dar, das heißt, sie benötigen lange Presszeiten. Die nolax AG, Teil der Collano Gruppe, hat ein neues 2-K-Polyharnstoff-System entwickelt, das innert Sekunden abbindet und die Presszeit entsprechend reduziert.

Kann ein solch rasch abbindender Klebstoff noch genügend tief in die Holzoberfläche eindringen und welche Festigkeitswerte werden dabei erzielt? Diese Fragen wurden durch eine Diplomarbeit an der Fachhochschule Rosenheim, unter der Leitung von Herrn Prof. Dr. Larbig und Herrn Prof. Dr. Michanickl, geklärt.

Unter Beizug der ETH-Zürich, Prof. Dr. Niemz, wurde die Eindringtiefe in Fichten- und Buchenholz mittels Digitalaufnahmen analysiert und ausgewertet. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass ein Eindringen des Klebstoffes stattfindet und die Festigkeit der Klebeverbindung die nach DIN geforderten Werte erzielt.

Einleitung
Die Verwendung von Polyharnstoffen ist in der Beschichtungstechnologie Stand der Technik. Die enorme Schnelligkeit der Reaktion von Isocyanat und Amin zu Polyharnstoff sowie die hervorragenden Eigenschaften nach dem Aushärten machen Polyharnstoffe für die Anwendung als Oberflächenbeschichtung so attraktiv. Bemerkenswert ist dabei der erfolgreiche Einsatz auf einer Vielzahl von Substraten. Durch diese Vorteile ist die Verwendung von Polyharnstoffen auf dem Gebiet der Klebstoffe so interessant, dass sich die nolax AG intensiver mit dieser Thematik beschäftigt. Als Resultat dieser Aktivitäten konnte mittlerweile ein Patent eingereicht werden. Im Gegensatz zur Beschichtungstechnologie steht die Entwicklung von Klebstoffen auf Polyharnstoffbasis daher noch am Anfang.

In den vergangenen Jahren wurde auf dem Gebiet der superschnellen Klebstoffe stets versucht, bestehende Systeme durch Zufuhr von Energie (Wärme, Hochfrequenz, usw.) oder Zugabe von Katalysatoren zu beschleunigen. Polyharnstoffbasierte Klebstoffe stellen diesbezüglich einen neuen Ansatz dar, da die hohe Reaktionsgeschwindigkeit aus den beiden Komponenten des Systems resultiert und nicht durch eine zusätzliche Beeinflussung von außen erreicht wird.

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Verklebungen mit dem polyharnstoffbasierten Klebstoff Lignofast der nolax AG hinsichtlich Festigkeit und Eindringtiefe für die praktische Anwendung zu untersuchen. Es galt unter anderem die Fragen zu klären, ob trotz der hohen Reaktionsgeschwindigkeiten ein Eindringen des Klebstoffes in das Holz stattfindet und wie sich die Eindringtiefe auf die Festigkeit der resultierenden Klebeverbindung auswirkt. Zur Beantwortung der Aufgabenstellung wurden verschiedene Prozessparameter wie Pressdruck, Holzfeuchte und Auftragsmenge sowie die Holzarten Buche und Fichte als Variablen definiert, deren Einfluss auf Festigkeit und Eindringtiefe der Klebeverbindung untersucht wurde. Als Grundlage zur Ermittlung der Festigkeit an den über 2200 hergestellten Prüfkörpern wurde die Zugscherprüfung nach DIN 205 gewählt. Die Eindringtiefe wurde mit Hilfe eines neuen Verfahrens ermittelt, welches im Rahmen der Diplomarbeit entwickelt wurde. Durch die Zugabe eines fluoreszierenden Farbstoffes zum Klebstoff wird eine computergestützte Analyse von mikroskopischen Aufnahmen der Klebstofffuge ermöglicht.

Eindringverhalten von Klebstoffen in Holz
Über das Eindringverhalten von Klebstoffen in Holz im Allgemeinen gibt es einige Untersuchungen. Diese befassen sich aber oftmals mit dem Eindringen in Späne oder Fasern zur Herstellung von Holzwerkstoffen. Einig sind sich die in der Literatur mehrfach genannten Autoren in dem Punkt, dass ein tiefes Eindringen des Klebstoffes nicht zwangsläufig zu einer hohen Festigkeit der Klebeverbindung führt. Die optimale Eindringtiefe ist nicht bekannt [1]. Daher wird ein besonderes Augenmerk auf die „interphase region“ gerichtet. Dieser Begriff umschreibt nach Brady und Kamke den Bereich, in dem sowohl Holzzellen als auch Klebstoff vorhanden sind [2].

Genauere Untersuchungen der Klebfuge und des ins Holz penetrierten Klebstoffes wurden von Niemz et. al [3] durchgeführt. Dabei wurden verschiedene Verfahren von der Auflichtmikroskopie bis zur Neutronenradiographie genutzt.

Eine Untersuchung von Schirle et al. [4] befasst sich mit der Benetzung und dem Eindringverhalten von Klebstoffen bei verschiedenen Oberflächenvorbehandlungen. In dieser Untersuchung wurde die Eindringtiefe von 1K-PU-Klebstoffen, die mit einem Fluoreszenzfarbstoff versetzt waren, ermittelt. Die Analyse wurde mit einem Auflichtmikroskop unter UV-Licht durchgeführt. Die Eindringtiefen in Fichtenholz lagen bei Verklebungen abhängig vom aufgebrachten Pressdruck bei 150 μm im Frühholz und 70 μm im Spätholz.

Klebstoffsystem Lignofast
Klebstoffe auf Basis von Polyharnstoff (Polyurea) werden bei der nolax AG unter dem Namen Lignofast geführt. Lignofast ist ein 2-Komponentensystem, das aus den Komponenten Polyamin und Polyisocyanat besteht. Beide Ausgangsstoffe reagieren in einer exothermen Reaktion zu Polyharnstoff.

Abbildung 1: Reaktionsgleichung der Polyaddition von Polyamin an Polyisocyanat zu Polyharnstoff.

Die Reaktion ist vergleichbar mit der Reaktion von PU-Klebstoffen, lediglich der Reaktionspartner des Isocyanates, im Fall von PU-Klebstoffen ein Polyol, wird durch ein Polyamin ersetzt. Auch diese Reaktion führt zu einem duroplastischen Klebstoff. Die Platzhalter R^I und R^II in Abbildung 1 stehen für verschiedene organische Bausteine der Prepolymere, über welche die Eigenschaften des Klebstoffes in einem weiten Bereich verändert werden können.

Versuchsdurchführung
Für die Untersuchungen wurden die Holzarten Buche und Fichte verwendet. Es wurden unter anderem folgende Prozessparameter variiert:

• Holzfeuchte
• Pressdruck
• Auftragsmenge
• Mischungsverhältnis

Die Untersuchungen der Klebfestigkeiten wurden nach DIN 205 an mehr als 2200 Prüfkörpern durchgeführt. Auf Grund der hohen Anzahl an Variablen und deren Stufen wurde eine Software zur statistischen Versuchsplanung eingesetzt.

Die Überprüfung der Verbundfestigkeit einer Klebeverbindung nach DIN 205 wurde an herkömmlichen Zugprüfmaschinen mit den entsprechenden Einspannvorrichtungen durchgeführt. Durch die Kombination der DIN EN 205 mit zwei weiteren Normen (DIN 12765 und DIN 14257 – C4) wurden die Anforderungen an den Klebstoff durch bestimmte Lagerfolgen direkt vor der Prüfung erhöht.

Neues Verfahren zur Ermittlung der Eindringtiefe
Da die Untersuchung neben der Bestimmung der Klebefestigkeit auch die Bestimmung der Eindringtiefe zum Gegenstand hatte, wurde dem Klebstoff ein Fluoreszenzfarbstoff zugegeben. Er wurde vor den Versuchen der Isocyanatkomponente zugemischt (Gewichtsanteil 0,1%). Zur Ermittlung der Eindringtiefe wurde ein Teil der Prüfkörper, an denen die Zugscherfestigkeit bestimmt worden war, für die Betrachtung unter einem Mikroskop präpariert.

Es wurden mikroskopische Aufnahmen der Klebefuge im Hirnholz angefertigt, wie in Abbildung 2 dargestellt. Der Prüfkörper wurde während der Aufnahme mit UV-Licht bestrahlt, wodurch der Fluoreszenzfarbstoff aktiviert wurde. Dadurch erhielt man einen sehr guten Kontrast zwischen Klebstoff und Substrat, der für die folgende computergestützte Analyse der Digitalaufnahme notwendig war.

Zur Auswertung der Aufnahmen wurde das Programm ImageJ verwendet. Ausgehend vom Bild im Ursprungszustand, wie es nachfolgend abgebildet ist, wurden mehrere, neben den Fotos in Abbildung 3 beschriebene Modifikationen, durchgeführt.

Abbildung 2: Unbearbeitete Aufnahme der Klebstofffuge

Diese führten schließlich zu einer extrahierten Maske der Klebstofffuge, die hinsichtlich ihrer Fläche analysiert werden konnte. Das Verfahren zur Ermittlung der Eindringtiefe wurde im Rahmen dieser Diplomarbeit entwickelt. Auf eine Unterscheidung nach Früh- und Spätholz wurde bei diesem Verfahren verzichtet.

• Wegschneiden der Klebfuge (weiß), um diese nicht als Eindringtiefe zu bewerten
• Löschen des äußeren Bereichs
• Füllen des äußeren Bereichs und der Klebfuge (schwarz)
• Transformation in Graustufen durch Auftrennung der Kanäle in Rot, Grün, Blau; weitere Verwendung des blauen Kanals
• Verwendung der Funktion Treshold; alle Graustufen bis zu einem bestimmten Wert werden markiert
• Die mittels der Treshold-Funktion markierten Bereiche werden zu einer Maske extrahiert
• Die bestehenden Löcher in der Maske werden gefüllt

Abbildung 3: Eindringtiefenmessung

Die erzeugte Maske wurde nun bezüglich ihrer Gesamtfläche sowie ihrer Breite analysiert. Diese beiden Werte definieren nach folgender Gleichung die mittlere Eindringtiefe:

Ergebnisse
Die Darstellung aller Ergebnisse würde den Rahmen dieses Artikels überschreiten. Deshalb werden nachfolgend nur ausgewählte, einzelne Verklebungen mit ihren Verarbeitungsparametern aufgeführt. Die dargestellten Ergebnisse beziehen sich alle auf die Prüfung nach C4 aus DIN 12765.

Tabelle 1: Verarbeitungsparameter zu Ergebnisauszug

Tabelle 2: Ergebnisse

Es ist zu sehen, dass trotz des großen Spektrums, in dem die überprüften Parameter variiert wurden, die Grenze von 4 N/mm² stets übertroffen wurde. Erst oberhalb der Zugscherfestigkeit von 4 N/mm² darf der Klebstoff der Beanspruchungsgruppe C4 zugeordnet werden. Beispielhaft für die große Bandbreite sei auf die Kombination von niedrigem Pressdruck und hohem Auftragsgewicht bei Nr. 44 im Vergleich zu Nr. 3 mit niedrigem Auftragsgewicht und hohem Pressdruck hingewiesen. Beide Verklebungen weisen trotz stark unterschiedlicher Verarbeitungsparameter Werte von über 6 N/mm² auf. Im Folgenden wird der Einfluss verschiedener Parameter kurz diskutiert:

Holzfeuchte:
Bei der Betrachtung kann eine klare Tendenz dahingehend festgestellt werden, dass mit niedrigeren Holzfeuchten bessere Ergebnisse erzielt werden. Dennoch ist der Abfall nur geringfügig und Proben mit Holzfeuchten von 20 % erreichten oft mehr als 6 N/mm².

Mischungsverhältnis:
Bei einem Verhältnis von 100:50 (-NCO:-NH₂) wurden stets die besten Werte erzielt. Insbesondere fiel in diesem Zusammenhang auf, dass mit einem Mischungsverhältnis von 100:50 die schlechteren Werte bei höheren Holzfeuchten zum Teil kompensiert werden können.

Pressdruck:
Hier konnte keine einheitliche Tendenz festgestellt werden, es wurden jedoch über die ganze Bandbreite von 1 N/mm² bis zu sehr niedrigen Drücken von 0,006 N/mm² gute Werte erzielt.

Holzart:
Die Untersuchungen mit Fichte sind hier nicht explizit aufgeführt, da die Tendenzen bei den meisten Parametern identisch mit denen bei Buche sind. So werden beispielsweise auch bei Fichte mit sinkender Holzfeuchte bessere Zugscherfestigkeiten erreicht.

Einfluss der Eindringtiefe
Eine wesentliche Frage der Diplomarbeit war jedoch, welcher Zusammenhang zwischen Eindringtiefe und erzielter Zugscherfestigkeit existiert. Wie in Abbildung 2 zu erkennen ist, findet trotz der hohen Reaktionsgeschwindigkeit ein Eindringen des Klebstoffes in das Holz statt. Die Tiefe des Eindringens wird durch verschiedene Parameter beeinflusst, so führt beispielsweise ein höherer Druck oder ein höheres Auftragsgewicht zu einem tieferen Eindringen des Klebstoffes in das Holz. Trägt man jedoch, wie in der folgenden Abbildung zu sehen, die Eindringtiefe über der Festigkeit auf, so kann festgestellt werden, dass es keine gegenseitige Beeinflussung gibt.

Abbildung 4: Gegenüberstellung Festigkeit – Eindringtiefe

Zusammenfassung
Die Untersuchungen zeigen grundsätzlich, dass es sich beim Klebstoffsystem Lignofast um ein sehr robustes System handelt. Obwohl die Parameter zum Teil sehr extrem gewählt waren, wurden die erforderlichen 4 N/mm² nur bei einer von 70 Verklebungen nicht erfüllt. Die überprüften Parameterstufen waren bewusst so breit gewählt, dass sie die ganze Bandbreite praxisnaher Verklebungsparameter darstellen. Es kann daher auf eine äußerst hohe Prozesssicherheit in der industriellen Anwendung geschlossen werden. Dies stellt einen enormen Vorteil gegenüber anderen schnellen Klebstoffen dar. Diese sind meist durch Katalysatoren stark beschleunigt, was dazu führen kann, dass schon geringe Abweichungen (Sommer/Winter) von den idealen Verarbeitungsparametern zu fehlerhaften Verklebungen führen können.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass der neue Klebstoff Lignofast die nach DIN geforderte Festigkeit auch bei erheblicher Variation der Verarbeitungsparameter erfüllt.

Ausblick
Weitere Versuche, die nach der Realisierung der Diplomarbeit durchgeführt wurden, haben auch sehr gute Ergebnisse bei Auftragsmengen unter 100 g/m² gezeigt. Für die Versuche im Rahmen der Diplomarbeit wurde eine Version mit ca. 20 Sekunden Topfzeit verwendet. Zwischenzeitlich wurde eine weitere, noch schnellere Version des Klebstoffes mit einer Topfzeit von ca. 5 Sekunden entwickelt, womit die Leistungsfähigkeit moderner, industrieller Handling- und Presstechnologie erreicht ist.

[2] Kamke, F. A.: Adhesive penetration in wood – A review; Wood and Fiber Science; Sheridan Press, Hanover, Pennsylvania; Nr. 2 (2007); S. 205 -220

[3] Niemz, P.; Mannes, D.; Lehmann, E.; Vontobel, P.; Haase S.:   Untersuchungen zur Verteilung des Klebstoffes im Bereich der Leimfuge mittels Neutronenradiographie und Mikroskopie; Holz als Roh- und Werkstoff; Springer-Verlag, Nr 62 (2004); S.424-432

[4] Schirle, M. A.; Künninger, T.; Fischer, A.; Richter, K.:  Charakterisierung der Holzverklebung mit 1 Komponenten Polyurethan (1K-PUR); KTI Abschlussbericht 4126.1 (2002)

• Klebeband (vom Verpackungs- bis zum High-Performance-Klebeband)
• Etiketten
• Selbstklebeausrüstung von Teilen (z.B. Isolationsmaterialien)
• Verpackungsindustrie (z.B. wiederverschliessbare Beutel)
• Hygiene und Medizin
• Schutzfolien

In der Vergangenheit beschränkte sich die Funktion des Klebstoffes oft auf die eigentlich zugedachte Aufgabe, die Verbindung zweier Teile. Dabei können Haftklebstoffe deutlich mehr, als man ihnen zumutet. Sie sind in der Lage zusätzliche Funktionen zu übernehmen.
Im Folgenden möchten wir ein paar Beispiele aufzeigen in denen Haftklebstoffe ihre Grenzen überwinden und dem Konsumenten einen zusätzlichen Nutzen bringen. Diese Art von Klebstoffen können auch als «Funktionale Haftklebstoffe» bezeichnet werden.

Haftklebstoffe für den direkten Hautkontakt: Basis für transdermale Systeme
Haftklebstoffe, die in direktem Hautkontakt stehen, sind eine ausgezeichnete Basis für die Übernahme einer zusätzlichen Funktion. So gibt es seit vielen Jahren transdermale Pflaster, die eine Wirkstoffdosierung über die Haut erlauben und so die Belastung durch Nebenwirkungen bei oraler Gabe reduziert wird. Es gibt verschiedene Aufbauarten für transdermale Pflaster. Im sogenannten Reservoir Patch befindet sich der Wirkstoff hinter der Klebstoffschicht und muss durch den Klebstoff hindurch in die Haut migrieren. Die Klebstoffschicht kann je nach Aufbau diese Geschwindigkeit beeinflussen. Beim Matrix Patch ist der Wirkstoff direkt im Haftklebstoff integriert. Transdermale System werden heute vor allem im Bereich Raucherentwöhnung, Hormontherapie, Herzkranzgefässerweiterung, Reisekrankheitsbekämpfung,
Schmerzreduktion etc. eingesetzt. Leider lassen sich nicht alle Wirkstoffe durch die Haut hindurch applizieren. Es gibt zwei bestimmende Faktoren: Erstens die Molekülgrösse. Nur relativ kleine Moleküle sind in der Lage, durch die Haut in die Blutgefässe zu gelangen. Zweitens die Dosierung. Gewisse Medikamente müssen hoch dosiert werden, um eine Wirkung zu erzielen. Als Beispiel kann hier der Wirkstoff Acetylsalicylsäure (Markennamen z.B. Aspirin) genannt werden. Um die Wirkung einer einzigen Kopfschmerztablette zu erzielen, müsste ein transdermales Pflaster rund die Hälfte der Körperoberfläche eines Menschen abdecken. Neben den eigentlichen transdermalen Pflastern gibt es noch eine ganze Reihe von wirkstoffhaltigen Pflastern, die nur eine sehr lokale Wirkung zeigen. Das bekannteste Beispiel sind Wärmepflaster, die Pfefferschoten- Extrakt, Capsaicin oder synthetisches Capsaicin enthalten. Auch in diesem Fällen ist der Wirkstoff direkt in die Haftklebstoffmatrix eingearbeitet.

Antibakteriell ausgerüstete Haftklebstoffe für den direkten Hautkontakt
Haftklebstoffe können auch für die Ausrüstung von Inzisionsfolien verwendet werden. Bei Inzisionsfolien handelt es sich in der Regel um eine hochelastische, selbstklebende Polyurethanfolie. Diese wird vor einem chirurgischen Eingriff direkt auf die Haut geklebt. Bei der Operation schneidet der Chirurg durch die Folie und die Haut hindurch. Die Folie soll dabei die Kontamination der Wunde durch pathogene Keime, die auf dem Patienten vorhanden sind, verhindern.

Bild 1: Selbstklebend ausgerüstete Inzisionsfolie

In der Vergangenheit wurden solche Folien bzw. der verwendete Klebstoff mit Jod ausgerüstet, um eine zusätzliche antibakterielle Wirkung zu haben. Dieses an sich sehr wirkungsvolle Desinfektionsmittel hat jedoch auch ein paar schwerwiegende Nachteile. Immer mehr Patienten haben eine Allergie gegen jodhaltige Produkte entwickelt. Ein Ausweg könnte die Verwendung von silberhaltigen Haftklebstoffen sein. Wieso gerade Silber? Silber ist ein seit mehreren tausend Jahren bekanntes Desinfektionsmittel. Es gibt bisher nur sehr wenige Mikroorganismen, die in der Lage waren, eine Resistenz zu entwickeln. Die Ursache dafür liegt in der Wirkungsweise von Silberionen, die die Bakterien über drei unterschiedliche Mechanismen attackieren können. Die Silberionen können

• die Zellmembran der Bakterien destabilisieren,
• mit den DNA Basen-Paaren reagieren und die Zellteilung verhindern,
• die Thiolgruppen der Enzyme in den Bakterien blockieren.

Bei richtiger Dosierung wirken die Silberionen sehr selektiv auf die Bakterien ohne gleichzeitig zytotoxisch für den Menschen zu wirken.
Es gibt heute eine ganze Reihe von silberhaltigen Additiven auf dem Markt. Grob können diese in folgende Gruppen eingeteilt werden.

• Zeolite
• Glaskeramiken
• Metallisches Silber in Nanopartikelform
• Nanosilber beschichtete Polymere
• Silbersalze

Je nach Typ und Hersteller liegt der Silbergehalt bei diesen Additiven zwischen 0.5 und 99.9%. Untersuchungen im Labor haben gezeigt, dass nicht jedes Additiv gleich gut für den Zusatz in Haftklebstoffen geeignet ist. Es gibt markante Unterschiede in der Verfärbung der Klebstoffe (Bild 2) nach Lichtexposition, wie auch in der Freisetzungsrate von Silberionen.

Die Freisetzungsrate ist im Übrigen nicht nur von Typ und Gehalt des Additivs abhängig. Die Art und Weise der Klebstoffmatrix hat einen erheblichen Einfluss, ob Silberionen überhaupt freigesetzt werden und falls ja, in welchem Umfang.
Wir haben eine ganze Reihe von unterschiedlichen Haftklebstoffformulierungen getestet und dabei die besten Freisetzungsraten bei Klebstoffen mit hydrophilen Grund-Polymeren gefunden. Dazu gehören u.a. formulierte UV vernetzbare Haftschmelzklebstoffe (Bild 3) und Hydrokolloide auf Basis von thermoplastischem Kautschuk.

Bild 3: Freisetzungsraten von UV vernetzbaren Acrylathaftschmelzklebstoffen in Abhängigkeit des verwendeten Additivs

Die Freisetzungsrate von Silbermolekülen wurde an beschichteten, trägerlosen Klebstoffmustern (50 und 80 g/m2 Auftragsgewicht) getestet, die unter kontrollierten Bedingungen eluiert wurden. Die besten Ergebnisse wurden in einer Kombination von Zeoliten und UV vernetzbaren Acrylathaftklebstoffen gefunden. Kautschukbasierte Hydrokolloide funktionieren im Prinzip auch, jedoch zeigt sich bei der Bestimmung der Freisetzung über einen längeren Zeitraum ein starker Abfall der Depotwirkung.

Bild 4: Veränderung des Silberabgabeverhaltens über die Zeit

Neben der Bestimmung der Silber-Freisetzungsrate wurde zusätzlich die antimikrobielle Wirkung der Haftklebstoffbeschichtungen, mittels bakteriologischen Tests nachgewiesen. Zur Anwendung gelangte dabei ein Testverfahren gemäss JIS Z2801-2000.

Gegenüber dem Bakterium Staphylococcus aureus konnte dabei folgende Reduzierung der bakteriellen Belastung nachgewiesen werden (siehe Tabelle 1):

Sample	bacteriostatic activity (log)	bioburden reduction in %
negative control	0.3	49.9%
UV curable acrylic HMPSA, glass ceramic silver additive	>3.8	>99.99%
UV curable acrylic HMPSA, nano-silver additive	>3.8	>99.99%

Tabelle 1: Reduktion der Bakterienbelastung

Selbstverständlich sind die verwendeten Klebstoffformulierungen auf Biokompatibilität gemäss ISO-10993 geprüft und als unbedenklich eingestuft.
Bisher gelang es mit den geprüften Additiven nur eine «Nahwirkung» zu erzielen, d.h. nur Bakterien, die im direkten Klebstoffkontakt stehen, werden abgetötet. Weitere Arbeiten in Richtung «Fernwirkung» sind bei uns geplant.
Haftklebstoffe mit feuchtigkeitsregulierenden Eigenschaften
Von einem Haftklebstoff, der im direkten Hautkontakt steht, wird oft eine gewisse Wasserdampfdurchlässigkeit (englisch MVTR= Moisture Vapor Transmission Rate) gefordert. Die Wasserdampfdurchlässigkeit soll verhindern, dass sich Feuchtigkeit in der Haut staut und es so zu einer Mazeration kommt. Haut, die stark mazeriert ist, heilt weniger schnell und ist zudem deutlich empfindlicher gegenüber Infektionen.
Oft lässt sich die Wasserdampfdurchlässigkeit des selbstklebenden Verbandes durch eine offene Beschichtung (z.B. partieller Klebstoffauftrag) erreichen. Streifenbeschichtung, Siebdruck oder aufgerissene Beschichtung sind dabei die Methoden der Wahl (Bild 5). Durch geeignete Methoden lässt sich die Klebstoffbeschichtung auch perforieren und damit die Wasserdampfdurchlässigkeit erzielen.

Bild 5: Haftklebstoff im Siebdruckverfahren beschichtet

Es gibt jedoch Anwendungen, bei denen es zwingend erforderlich ist, eine geschlossene, vollflächige Haftklebstoffbeschichtung zu haben. In diesem Fall muss die Wasserdampfdurchlässigkeit über eine geeignete Klebstoffauswahl erzielt werden. Neben der Polymer-Komponente lässt sich die Wasserdampfdurchlässigkeit auch über die Formulierung bzw. Additive steuern. Wir haben unterschiedlichste Haftklebstoffarten geprüft und dabei folgende Wasserdampfdurchlässigkeit bei 37°C (DIN EN 13726-2) festgestellt (Tabelle 2).
Die Prüfung erfolgte dabei an trägerlosen Haftklebstofffilmen mit einem Auftragsgewicht von 60 g/m2 (Bild 6)

Pressure sensitive adhesive based on	MVTR at 37°C (g/m2/d)
Acrylic Polymer (incl. UV curable polymers)	300-1000
Thermoplastic Styrene Block copolymers	20-100
Hydrocolloids based on Thermoplastic Styrene Block copolymers	300-750
Polyurethanes (polyether based)	2000-3000

Tabelle 2: Wasserdampfdurchlässigkeit (MVTR) in Abhängigkeit der Polymerbasis von Haftklebstoffen

Bild 6: Einrichtung zur Prüfung der Wasserdampfdurchlässigkeit gemäss DIN EN 13726-2

Für tiefe Auftragsgewichte bis ca. 100 g/m2 können also durchaus Haftklebstoffe auf Basis von Acrylaten eingesetzt werden. Wir haben dabei gute Erfahrungen mit UV vernetzbaren Acrylaten gemacht, die zusätzlich über die Art und Weise der Formulierung an die gewünschte Wasserdampfdurchlässigkeit angepasst werden können.
Hohe Wasserdampfdurchlässigkeit (>2000 g/m2/d), verbunden mit hohen Klebstoffauftragsgewichten von 100 g/m2 und mehr, können nur mit Polyurethan- oder Silikonhaftklebstoffen erreicht werden.
Auftragsgewichte von mehr als 100 g/m2 werden vorzugsweise über ein lösungsmittel- bzw. wasserfreies Haftklebstoffsystem beschichtet. Die Trocknungszeiten sind sonst einfach zu lange, bzw. die Produktionsgeschwindigkeiten zu langsam. Wir haben zu diesem Zweck ein lösungsmittel- und wasserfreies 2 Komponenten Polyurethan-System entwickelt, das die gestellten Anforderungen problemlos erfüllt.

Bei Raumtemperatur (bzw. bis maximal 50°C) werden ein Isocyanat-haltiges Präpolymer und ein Polyol in einem definierten Verhältnis kontinuierlich gemischt und auf ein entsprechendes Substrat aufgetragen. Die Vernetzung erfolgt innert weniger Minuten bei Temperaturen im Bereich von 100 – 120°C. Zu diesem Zweck wird das beschichtetet Material mittels eines IR Strahlers aufgeheizt oder durch einen Trocknungskanal gefährt. Es entsteht eine schwach bis mässig klebende, hochtransparente Masse, die eine Wasserdampfdurchlässigkeit im Bereich von >2000 g/m2/d bei 100 g/m2 Auftragsgewicht aufweist. Da es sich um ein 100% System handelt, lassen sich damit auch problemlos Beschichtungsstärken bis in den Millimeter- Bereich erzeugen.
Solche Beschichtungen kleben sehr angenehm auf der Haut, weisen ein sehr weiches Abzugsverhalten auf und lassen sich daher fast schmerzfrei entfernen («Low Trauma» Verhalten).

Untersuchung haben gezeigt, dass die so hergestellten Haftklebstoffe wenige Minuten nach der Mischung bereits frei (<1ppm) von Isocyanatrückständen sind.

Haftklebstoffe auf dieser Basis erfüllen somit, neben dem eigentlichen Kleben auf der Haut, eine zusätzliche Funktion, indem sie den Feuchtigkeitshaushalt der Haut regulieren und mithelfen, die Wundheilung zu beschleunigen.

Zusammenfassung
Haftklebstoffe gehören zu den Klebstoffarten, die beim Endanwender ausserordentlich beliebt sind. Sauberes Applizieren, keine verschmutzen Hände und Kleider, verbunden mit hohen Klebekräften machen Haftklebstoffe äusserst attraktiv.
Durch geschickte Kombinationen lassen sich zusätzliche Funktionen wie antibakterielle oder feuchtigkeitsregulierende Effekte in einen Haftklebstoff einbauen. Wir sind überzeugt, dass man noch deutlich mehr Funktionen in einen Haftklebstoff implementieren kann. Sprechen Sie mit uns. Wir helfen Ihnen mit unserem Know-how gerne weiter.

Dank
Ein herzliches Dankeschön geht an Jessica Blume, Pia Frei, Judith Nyffeler und Stephan Buser für die Erarbeitung der Grundlagen und die Durchführung der notwendigen Experimente.