Allgemeines über die chemische Zusammensetzung von Flüssigklebstoffen

Klebstoff auf Epoxidharzbasis

Epoxide gehören zu den ältesten synthetischen Bestandteilen für Klebstoffe. Ihre Verwendung geht bis in die 1940er Jahre zurück. Durch ihre lange Geschichte und die beträchtliche Anzahl verfügbarer reaktionsfähiger Stoffe gehören Epoxide zu den vielfältigsten Klebstoffchemikalien. Es gibt Formulierungen für niedrige und hohe Temperaturen, welche wiederum flexibel, starr, gehärtet oder spröde sind oder noch viele andere Eigenschaften aufweisen können. Epoxidharz-Klebstoffe werden meistens für Strukturanwendungen eingesetzt, bei denen eine sehr hohe Belastung und/oder eine kleine Verbindungsfläche vorliegt. Epoxide werden auch verwendet, wenn besondere Temperaturanforderungen oder chemische Belastungen zu berücksichtigen sind. Sie werden häufig in der Luft- und Raumfahrt, im Verteidigungssektor und im industriellen Transportbereich eingesetzt.

Wesentliche Vorteile

Sehr hohe Endfestigkeit

Ausgezeichnete Temperatur- und Umweltbeständigkeit

Lange Haltbarkeit bei Raumtemperatur

Wesentliche Nachteile

Reaktionsträge

Die Untergründe müssen sehr sauber sein

Höhere Kosten bei hochtechnischen Formulierungen

Epoxidreaktionen sind schrittweise Polymerisationen. Das bedeutet, für jede reaktive Gruppe „A“ muss es eine Gruppe „B“ geben, mit der sie reagieren kann. Bei Zwei-Komponenten-Systemen befinden sich A und B in getrennten Behältnissen und werden durch eine Düse gemischt. Bei Ein-Komponenten-Systemen wird eine der Komponenten aktiviert – entweder durch Hitze, Licht, Druck oder eine andere Energiequelle, die es ermöglicht, dass die Reaktion ablaufen kann.

Klebstoffe auf Urethanbasis

Urethane sind am besten in anderen Ausführungen wie Schaum, Synthetik-Kautschuk oder Beschichtungen bekannt. Sie bringen aber auch hervorragende Harze für Klebstoffe hervor und diese Klebstoffe haben viele der gleichen Eigenschaften: Flexibilität, Energieaufnahme und Haltbarkeit, um nur einige zu nennen.

Urethanklebstoffe werden am häufigsten in Industriezweigen wie der Baubranche eingesetzt, bei denen eine Verklebung traditioneller Werkstoffe erforderlich ist (zum Beispiel Holz, Ziegel, Beton). Aber Dank ihrer einzigartigen Flexibilität und Fähigkeit zur Energieaufnahme haben hochentwickelte Urethanklebstoffe auch einen Platz in vielen industriellen Anwendungen wie beispielsweise im Transportwesen gefunden.

Wesentliche Vorteile

Flexibilität beim Aushärten

Hohe Schälfestigkeit

Haftung bei den meisten traditionellen Werkstoffen, hohes Fugenfüllvermögen

Wesentliche Nachteile

Reaktionsträge

Schlechte Haftung auf Glas und Metall ohne Grundierung (Primern).

Begrenzte Haltbarkeit, begrenzte Luft-/Feuchtigkeitseinwirkungen

Ähnlich wie bei Epoxiden, sind Urethan-Reaktionen schrittweise Polymerisationen, die eine reaktive Gruppe „A“ und „B“ erfordern. Bei Zwei-Komponenten-Systemen befinden sich A und B in getrennten Behältnissen und werden durch eine Düse gemischt. Bei Ein-Komponenten-Systemen dient Wasser (H2O) aus der Umgebungsfeuchtigkeit als reaktive Gruppe und härtet so den Klebstoff von außen nach innen aus.

Klebstoffe auf Acrylatbasis

Cyanacrylate (ein Beispiel aus der Gruppe der Acryl-Chemikalien) wurden während des Zweiten Weltkriegs bei der Suche nach einem Kunststoffmaterial für Waffen entdeckt. Ursprünglich schenkte man dieser Technologie keine Beachtung, da sie während der Verarbeitung einfach an allem haftete! Seitdem hat die Forschung zu Acrylaten enorme Fortschritte gemacht und umfasst Zwei-Komponenten-Klebstoffe, lichthärtende Klebstoffe und viele andere Formen von Industrieklebstoffen.

Flüssige Klebstoffe auf Acrylatbasis sind am besten für ihre schnelle Aushärtung bekannt. Einige Acrylat-Klebstoffe erreichen 1.000 psi an Zugscherfestigkeit innerhalb einer Minute. Diese Verarbeitungsgeschwindigkeit und die hohe Endfestigkeit machen Acrylate für Prozesse geeignet, die eine schnelle Durchlaufzeit erfordern, beispielsweise in der Elektronik.

Wesentliche Vorteile

Sehr schnelle Aushärtung

Fähigkeit an einer großen Vielfalt von Materialien zu haften

Geringe Oberflächenvorbereitung nötig

Wesentliche Nachteile

Geringe Beständigkeit gegen viele raue Umgebungen im Vergleich zu Epoxiden oder Urethanen

Erfordern spezielle Lagerbedingungen

Produkte mit hoher Festigkeit sind oft spröde, was zusätzliche Zähigkeitsvermittler erforderlich macht

Zwei-Komponenten-Acrylat-Reaktionen werden als „radikalische Polymerisation“ bezeichnet. Eine der Komponenten enthält den „Initiator“, der die Reaktion anstößt. Nach der Initiierung vollzieht sich die Polymerisation sehr schnell. Ein-Komponenten-Klebstoffe nutzen die Umgebungsfeuchtigkeit (H2O) oder UV-Licht, um die Reaktion zu initiieren. Acrylate können auch in Wasser emulgiert und als sprühbarer oder streichfähiger Klebstoff verwendet werden. Diese werden oft bei der Laminierung großer Oberflächen eingesetzt.

Klebstoffe auf Silikonbasis

Flüssige Silikone besitzen eine sehr niedrige Oberflächenspannung, wodurch sie viele Oberflächen leicht benetzen können – selbst solche mit einer niedrigen Oberflächenenergie wie PTFE. Kein Wunder, dass Silikonabdichtungen gut auf nahezu jeder Oberfläche in einem Haushalt haften, von der Küche bis zum Badezimmer.

Flüssige Silikonklebstoffe sind am besten als „Kleb- und Dichtmassen“ bekannt und finden in vielen Industriezweigen breite Anwendung. Da sie aber an einer Vielzahl von Materialien haften und hohen Temperaturen und chemischen Belastungen standhalten können, sind sie auch für viele industrielle Klebeanwendungen geeignet. Sie sind außerdem relativ preiswert und werden häufig im Bauwesen verwendet. Zwei-Komponenten-Silikonklebstoffe zeichnen sich durch eine sehr hohe Temperaturbeständigkeit aus, weshalb sie oft bei Geräten oder Solaranlagen eingesetzt werden.

Wesentliche Vorteile

Silikone sind selbst niederenergetische Materialien und daher relativ schimmelresistent

Hohe Temperaturbeständigkeit

Können flexibel als Dichtmittel verwendet werden

Wesentliche Nachteile

Geringe Festigkeit

Zugesetzte Öle können im Laufe der Zeit auslaugen

Die Tendenz, in Produktionsstätten „herumzuwandern“, führt oft zu Verunreinigungen bei benachbarten Klebemontagebereichen

Silikone weisen sehr ähnliche Reaktionsmechanismen wie Urethane auf. Aber aufgrund ihrer anorganischen Natur (basierend auf Silizium statt Kohlenstoff) halten die eingegangenen Verbindungen hohen Temperaturen besser stand. Um die Verarbeitung zu erleichtern, werden häufig Öle hinzugefügt, um Fließfähigkeit und Benetzung zu verbessern. Das gilt besonders für Ein-Komponenten-Systeme. Das Auslaugen dieser Öle kann über die Lebensdauer des Klebstoffs zu ästhetischen Beeinträchtigungen führen.

Klebstoffe auf Kautschukbasis

Naturkautschuk wurde bereits vor der industriellen Revolution für Klebstoffe verwendet. Bis zum heutigen Tag wird der meiste Naturkautschuk, der für Klebstoffformulierungen genutzt wird, „geräuchert“, um Pilze und Bakterien zu eliminieren, welche die Haftung im Laufe der Zeit beeinträchtigen könnten. (Der chemische Prozess dieses „Räucherns“ ist tatsächlich dem des Räucherns von Fleisch ähnlich, um es zu konservieren.)

Während viele der für Klebstoffe verwendeten Kautschuke natürlicher Natur sind (wie beispielsweise von der Hevea-Kautschukpflanze), kann sich „Gummi“ auch auf synthetische Materialien wie Polychloropren (Neopren) oder verschiedene Blockcopolymere (z. B. SBR) beziehen. Die Möglichkeit, sie mit Klebeeigenschaften zu versehen, macht sie zu attraktiven und preiswerten Lösungen für die Laminierung großer Oberflächen oder für Klebeverbindungen, die eine sofortige Handfestigkeit und eine niedrigere Endfestigkeit erfordern.

Wesentliche Vorteile

Sofortige Handfestigkeit

Haftet an vielen Oberflächen, einschließlich niederenergetischer Materialien

Lösemittel- oder Wasserbehälter ermöglichen ein einfaches Auftragen auf große Oberflächen

Wesentliche Nachteile

Geringe Festigkeit

Geringe Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse (z. B. UV-Strahlung, Temperatur)

Die Haftung an niederenergetischen Materialien erfordert die Verwendung von Lösemitteln in der Formulierung

Naturkautschuk (cis-Polyisopren) wird mechanisch bearbeitet, um Polymere mit geringerem Molekulargewicht zu erzeugen, die sich leicht in einem Lösemittel auflösen oder verteilen lassen. Synthetische Polymere (wie Styrol-Isopren-Blockcopolymere) können ebenfalls verwendet werden. Klebrigmacher wie Pinen (unter anderem aus Kiefernharz hergestellt) werden hinzugefügt, um dem Klebstoff zusätzliche Haftkraft zu verleihen, sodass er als PSA verwendet werden kann.

Wie schon seit Jahrhunderten wächst unser Wissen über die chemischen Eigenschaften von Flüssigklebstoffen mit jedem Tag. Durch neu entdeckte Reaktionsmechanismen, neue Füll- und Zusatzstoffe sowie neue Herstellungsverfahren können laufend weitere Flüssigklebstoffe entwickelt werden.

Die Wissenschaft des Klebens – Schulungsreihe

Die Schulungsreihe „Die Wissenschaft des Klebens“ ist eine umfassende Einführung in die Wissenschaft der Adhäsion und den Einsatz von Klebebändern und Klebstoffen für Verbindungslösungen. Besuchen Sie die Seite Die Wissenschaft des Klebens, um alle Artikel anzusehen, oder wählen Sie eines der unten angeführten Themen aus.