Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung von PUR-Schmelzklebstoff-Formulierungen mit erhöhtem polaren Anteil zur dauerhaften Verklebung von Materialien mit unterschiedlichen Materialeigenschaften

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von 1K-PUR-Hotmelt-Formulierungen, die nach Härtung eine erhöhte Polarität im Vergleich zu bisherigen Hotmelts besitzen. Dies ist notwendig, um eine Haftung des Klebstoffs auf insbesondere nicht porösen und trotzdem teilweise polaren Untergründen wie z. B. Aluminium zu ermöglichen. Diese werden vermehrt im Caravan-, Sauna- oder Schiffsinnenausbau eingesetzt. Diese Anwendungen zeichnen sich durch starke Temperatur- und Feuchtewechselbelastungen aus. Unter solchen Belastungen kommt es häufig zu Delaminierungen des mittels PUR-Hotmelts verklebten Werkstoffverbundes, was primär auf die geringe Polarität bisheriger PUR-Hotmelts in Verbindung mit nahezu keinen Haftungspunkten in der nicht porösen Oberfläche zurückgeführt werden kann. Mit neuen PUR-Hotmelt-Formulierungen mit erhöhter Polarität werden Werkstoffverbunde realisiert, welche Klimabelastungstests, z. B. nach AMK-Güterichtlinie Merkblatt 05, Modul 3, standhalten.

Die PUR-Hotmelt-Formulierungen erfolgen über vier verschiedene Ansätze:

• zwei chemische Syntheseansätze mit polaren Komponenten

• eine Substratvorbehandlung

• ein physikalisch-chemischer Ansatz durch Einarbeitung polarer nichtreaktiver Füllstoffe

Die Synthese der Formulierungen erfolgt mit dem Anspruch, sowohl die üblichen Gebrauchseigenschaften wie Verarbeitungs- und Härtungszeit oder auch Viskosität, als auch die Haftung unter Wechselklimastress zu gewährleisten.

Der Nutzen für KMU liegt dabei vorrangig bei den Klebstoffherstellern sowie den Klebstoffverarbeitern, welche damit entsprechende Materialverbunde herstellen. Beide Gruppen können somit neue Anwendungsfelder erschließen und bisherige Märkte prozesssicherer gestalten.

Ergebniszusammenfassung:

Es wurden die Einflüsse verschiedener Schmelzklebstofftypen sowie der Verarbeitungsparameter auf die Klebfestigkeit und Wechselklimabeständigkeit von Furnier-Aluminium-Verbundmaterialien untersucht, die insbesondere im hochwertigen Innenausbau und im Fahrzeuginnenausbau Verwendung finden. Es wurden dazu Prüfmethodiken evaluiert und angepasst, um aussagefähige Ergebnisse hinsichtlich der Verbundqualität zu erhalten und eine Basis für die Differenzierung hinsichtlich der variierten Parameter zu schaffen und damit Entwicklungsansätze zu generieren. Dies gelang vollumfänglich. Es wurden Verfahren angepasst, um im Technikumsmaßstab möglichst praxisnahe Klebungen durchführen zu können. Auf der Basis dieser Untersuchungen wurden einige Klebstofftypen mit zusätzlich Komponenten versehen, die speziell zur Erhöhung der polaren Anteile der Oberflächenenergie der Klebstoffschicht führten. Hierzu wurden Compoundierungstechniken und Extrusionsmethoden sowie Heißpressverfahren verwendet. Die Erhöhung der Klebstoffpolarität zeitigte in einigen Fällen eine verbesserte Haftfestigkeit und erhöhte Wechselklimabeständigkeit mit Temperaturspannen zwischen -20 °C bis 70 °C. Nachfolgend wurden Korrelations Untersuchungen zwischen rheologischen Daten der ursprünglichen und modifizerten Klebstoffe und ihrer Wechselklimabeständigkeit durchgeführt, die zeigten, dass tendenzielle Abhängigkeiten zwischen Erweichungstemperaturen der Klebstoffe der Verbundfestigkeit und Wechselklimabeständigkeit bestehen. Somit kann insbesondere die Rheometrie im Oszillationsmodus als Evaluierungsmethode für das Klebstoffverhalten in solchen Verbunden empfohlen werden. Vorteile sind kurze Untersuchungszeiträume in geringer Materialverbrauch. Die Ergebnisse hinsichtlich der Klebstoffmodifikation und Evaluierung können Entwicklungen in der Formulierung von Schmelzklebstoffen anstoßen. Die erzielten Ergebnisse können außerdem in der Herstellung von Materialverbunden für die Fahrzeug- und Innenausbau eingesetzt werden.