DE102009019484A1

DE102009019484A1 - Kombination der Effekte von Expansionsstoffen und chemischen Abbaureagenzien für lösbare Klebeverbindungen

Info

Publication number: DE102009019484A1
Application number: DE102009019484A
Authority: DE
Inventors: Arnaud Concord; Georg Wachinger; Hans Luinge; Eike Langkabel; Monika Bauer
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2009-05-04
Filing date: 2009-05-04
Publication date: 2011-01-13
Anticipated expiration: 2029-05-05
Also published as: DE102009019484B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Klebstoff-Zusammensetzungen für lösbare Klebeverbindungen auf Basis von Klebstoffmatrizes, Expansionsstoffen und Abbaureagenzien. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf deren Verwendung in lösbaren Klebeverbindungen und Verfahren zum Verbinden bzw. Lösen von Klebeverbindungen in Verkehrsmitteln, insbesondere in Luftfahrzeugen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klebstoff-Zusammensetzung für lösbare Klebeverbindungen auf der Basis von Klebstoffmatrizes mit mindestens einem Expansionsstoff und mindestens einem Abbaureagenz. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf deren Verwendung in lösbaren Klebeverbindungen und Verfahren zum Verbinden bzw. Lösen von Klebeverbindungen in Verkehrsmitteln, insbesondere in Luftfahrzeugen.
Insbesondere im Flugzeugbau werden zunehmend verschiedene metallische und/oder nicht-metallische Bauteile durch Verkleben miteinander verbunden, um einerseits den Produktionsprozess zu vereinfachen und um im Verhältnis zu konventionellen Niet-, Schraub- und/oder Schweißverbindungen Gewicht einzusparen. Um solche verbundenen Bauteile reparieren, austauschen, verschrotten oder recyceln zu können, müssen diese Klebeverbindungen jedoch wieder gelöst werden. Häufig gestaltet sich dieser Prozess jedoch als relativ schwierig, da die Klebeverbindungen während der Anwendungszeit eine hohe Klebkraft aufbauen und somit ein Lösen der Klebeverbindung nur unter hoher Krafteinwirkung, hohen Temperaturen oder mit Hilfe von chemischen Agenzien möglich ist, wobei die verbundenen Bauteile häufig beschädigt oder sogar zerstört werden. Lösbare Klebstoff-Zusammensetzungen sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. In der Regel bestehen diese Zusammensetzungen aus einer Klebstoffmatrix (auch als Bindemittelmatrix bezeichnet) und einem darin eingebetteten Expansionsstoff. Diese Expansionsstoffe sollen zum Lösen der verbundenen Bauteile durch Energieeinbringung expandieren, um so die Klebeverbindung zu schwächen, so dass die Bauteile leichter voneinander getrennt werden können. Andere Zusammensetzungen enthalten ein Abbaureagenz, das die Klebstoffmatrix chemisch angreifen soll, so dass die Klebeverbindung schließlich getrennt werden kann.
Die DE 199 61 940 A1 offenbart beispielsweise eine Klebstoff-Zusammensetzung, deren Bindemittelsystem thermisch aktivierbare Expansionsstoffe enthält, die einen Entklebevorgang auslösen können. Diese thermisch aktivierbaren Stoffe sind bei Raumtemperatur fest und feinteilig homogen in der Bindemittelmatrix verteilt. Beim Erwärmen sollen diese Stoffe eine Quellung der Bindemittelmatrix bewirken, eine Phasenumwandlung durchlaufen, zersetzt werden und/oder Gase oder Wasserdampf erzeugen. Klebstoff-Zusammensetzungen, die durch die thermische Zersetzung eingebrachter Expansionsstoffe wieder lösbare Klebeverbindungen ermöglichen, sind ferner in der US 3,615,960 , WO 00/40648 A1 und der DE 10 2004 050 949 A1 beschrieben.
Die DE 198 32 629 A1 betrifft dagegen ein Klebstoffsystem zur Bildung reversibler Klebeverbindungen mit mindestens einer polymeren Klebstoffkomponente auf der Basis von Polyurethanen und/oder Polyharnstoffen und/oder Epoxidharzen und mindestens einem Abbaureagenz in Form einer Zusatzkomponente, wobei die Zusatzkomponente mindestens eine funktionelle Gruppe aufweist, welche durch Energieeintragung aktivierbar ist, so dass eine chemische Reaktion mit der Klebstoffkomponente unter zumindest teilweisem Abbau der Klebstoffkomponente erfolgt.
Das Lösen solcher Klebeverbindungen erweist sich jedoch häufig aufgrund der Vernetzungsdichte des ausgehärteten Klebstoffes als schwierig, da diese einen chemischen Angriff durch Abbaureagenzien in der Klebstoffmatrix erschwert. Des Weiteren erschwert eine hohe Vernetzungsdichte des Klebstoffes auch eine Expansion von in der Klebstoffschicht enthaltenen Expansionsstoffen, so dass die Klebeverbindung auch hier nur gering geschwächt wird und ein Lösen der verbundenen Bauteile nur mit einer zusätzlichen zum Teil erheblichen mechanischen Kraft möglich ist. Um eine solche mechanische Kraft zu vermeiden, werden alternativ teilweise sehr hohe Mengen an Expansionsstoffen bzw. Abbaureagenzien, bezogen auf die Klebstoffmenge, verwendet. Auch für sehr zähe Klebstoffe wie Polyurethan-Klebstoffe ist meist eine große Menge an darin eingebetteten Expansionsstoffen erforderlich, um überhaupt eine ausreichende Schwächung der Klebeverbindung und somit eine Trennung von Bauteilen erzielen zu können. Für lösbare Hochleistungsklebstoffe ist die Verwendung von Expansionsstoffen daher oft gänzlich ungeeignet. Zusätzlich müssen die Oberflächen von verbundenen Bauteilen nach einer entsprechenden Trennung meist noch chemisch oder mechanisch gereinigt werden, um darauf verbliebene Klebstoffrückstände vollständig zu entfernen.
Daher besteht nach wie vor zur Herstellung lösbarer Klebeverbindungen ein Bedarf an Klebstoff-Zusammensetzungen, die während der Anwendungszeit in Klebeverbindungen eine ausreichende Klebkraft entwickeln, aber gleichzeitig bei Bedarf möglichst ohne Rückstände leicht zu lösen sind.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, Klebstoff-Zusammensetzungen für lösbare Klebeverbindungen bereit zu stellen, die während der Anwendungszeit eine ausreichende Klebkraft aufweisen, die aber bei Bedarf leicht gelöst werden können, vorzugsweise ohne die verbundenen Bauteile zu beschädigen oder zu zerstören. Eine weitere Aufgabe besteht darin, dass die Klebstoffschichten, umfassend eine erfindungsgemäße Klebstoff-Zusammensetzung, nach dem Lösen leicht ohne Klebstoffrückstände von den Bauteilen entfernt werden können. Eine zusätzliche Aufgabe besteht darin, dass diese Klebstoff-Zusammensetzungen leicht aufzutragen sind und in der ausgehärteten Form eine ausreichende chemische und thermische Beständigkeit aufweisen.
Die Lösung der genannten und weiterer Aufgaben ergibt sich aus den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich durch deren Kombination mit den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Klebstoff-Zusammensetzungen bereit gestellt, in der ein Expansionsstoff gemeinsam mit einem Abbaureagenz in eine Klebstoffmatrix eingebettet ist. Hierbei können die Partikel des Abbaureagenzes mindestens teilweise verkapselt sein. Diese Klebstoff-Zusammensetzungen können auf beliebige zu verbindende Oberflächen von Bauteilen, insbesondere bei Anwendungen in der Luftfahrtindustrie, aufgetragen werden.
Im Unterschied zum Stand der Technik umfassen die erfindungsgemäßen Klebstoff-Zusammensetzungen für lösbare Klebeverbindungen eine Klebstoffmatrix und einem darin eingebetteten Expansionsstoff und ein Abbaureagenz.
Durch die gemeinsame Verwendung von einem Expansionsstoff und einem Abbaureagenz weisen die erfindungsgemäßen Klebstoff-Zusammensetzungen eine Reihe verbesserter Eigenschaften auf. Zunächst ist festzuhalten, dass das Lösen von Klebeverbindungen, umfassend die erfindungsgemäßen Klebstoff-Zusammensetzungen, ohne Beschädigung oder Zerstörung von verbundenen Bauteilen bzw. derer Oberflächen erfolgen kann. Ferner kann das Lösen dieser Klebeverbindungen ohne Klebstoffrückstände auf den Oberflächen der gelösten Bauteile erfolgen. Des Weiteren ist die einzubringende Energiemenge zum Lösen der Klebeverbindungen im Vergleich zu herkömmlichen Klebstoff-Zusammensetzungen in Klebeverbindungen reduziert. Ferner weisen die Klebstoff-Zusammensetzungen hervorragende Klebeeigenschaften auf. Diese hervorragenden Klebeeigenschaften spiegeln sich unter anderem in einer verlängerten Haltbarkeit und Anwendungsdauer wieder, wobei die Klebkraft auch mit zunehmender Dauer der Anwendung konstant bleibt und so ein frühzeitiges Lösen von entsprechend verbundenen Bauteilen vermieden wird. Des Weiteren zeigen die erfindungsgemäßen Klebstoff-Zusammensetzungen auch eine geringere Beeinträchtigung der Klebstoffkennwerte als herkömmliche Klebstoff-Zusammensetzungen.
Als Klebstoffmatrix (auch als Bindemittelmatrix bezeichnet) der erfindungsgemäßen Klebstoff-Zusammensetzungen können solche Matrizen verwendet werden, die üblicherweise in industriellen Anwendungen und insbesondere der Luftfahrtechnik verwendet werden. Die Klebstoffmatrix kann dabei nach ihren Eigenschaften ausgewählt werden, um z. B. die Klebkraft, Temperaturwiderstand bei hohen oder niedrigen Temperaturen, Verformbarkeit, Elastizität, Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit, Chemikalien und mechanischen Belastungen zu verändern.
In einigen Ausführungsformen sind physikalisch abbindende Klebstoffe verwendbar. Dazu gehören Schmelzklebstoffe, lösemittelhaltige Nassklebstoffe, Kontakt- und Dispersionsklebstoffe, wasserbasierte Klebstoffe sowie Plastisole. Bevorzugt sind hierbei Klebstoffmatrizen auf der Basis von Ethylen-Vinylacetatcopolymeren, Polybutenen, Styrol-Isopren-Styrol- bzw. Styrol-Butadien-Styrolcopolymeren, thermoplastischen Elastomeren, amorphen Polyolefinen, linearen, thermoplastischen Polyurethanen, Copolyester, Polyamidharzen, Polyamid/EVA-Copolymeren, Polyaminoamiden auf Basis von Dimerfettsäuren, Polyester- und Polyetheramiden oder Mischungen davon.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen sind Reaktionsklebstoffe wie Polymerisationsklebstoffe, Polyadditionsklebstoffe und Polykondensationsklebstoffe als Klebstoffmatrix verwendbar. Dazu gehören Acrylatklebstoffe, wie z. B. Cyanacrylat-Klebstoffe oder Methylmethacrylat-Klebstoffe, anaerob härtende Klebstoffe, ungesättigte Polyester-Harze, strahlenhärtende Klebstoffe, Phenolformaldehyd-Klebstoffe, Silikon-Klebstoffe, silanvernetzende Polymer-Klebstoffe, Polyimid-Klebstoffe, Epoxidharz-Klebstoffe und Polyurethan-Klebstoffe.
Unter einem einkomponentigen Klebstoff werden dabei Klebstoffzusammensetzungen verstanden, die sowohl entsprechende Klebstoffmonomere als auch Härter enthalten, wobei der Klebstoff durch eine Veränderung der Umgebungsbedingungen aushärtet. Dies kann beispielsweise durch eine Temperaturerhöhung, Zutritt von Luftfeuchtigkeit, Ausschluss von Luftsauerstoff oder Kontakt mit der Substratoberfläche geschehen. Im Gegensatz dazu werden unter zweikomponentigen Klebstoffen solche Klebstoffzusammensetzungen verstanden, bei denen die entsprechenden Klebstoffmonomere und der Härter getrennt aufbewahrt werden und erst vor der Applikation im korrekten Verhältnis intensiv vermischt werden. Mit dem Kontakt von Klebstoffmonomeren und Härter startet die chemische Reaktion zum Klebstoffpolymer.
Besonders bevorzugt sind hierbei Klebstoffmatrizen auf der Basis ein- bzw. zweikomponentiger Polyurethane, ein- oder zweikomponentiger Polyepoxide, ein- bzw. zweikomponentiger Silikonpolymere, silanmodifizierte Polymere und (Meth)acrylat- und Cyanacrylat-funktionelle Reaktionskleber oder Mischungen davon.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen ein- oder zweikomponentige Polyepoxid-Klebstoffe, sowie ein- oder zweikomponentige Polyurethan-Klebstoffe und ein- oder zweikomponentige Acrylat-Klebstoffe, wie z. B. Methylmethacrylat-Klebstoffe oder Cyanacrylat-Klebstoffe als Klebstoffmatrix. Des Weiteren kann jede Klebstoffmatrix, die eine ausreichende einheitliche Mischung mit dem Expansionsstoff und Abbaureagenz bildet, für die vorliegende Erfindung verwendet werden.
Die Klebstoffmatrix der erfindungsgemäßen Klebstoff-Zusammensetzungen kann in einer Menge von 50 bis 99 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von 65 bis 99 Gew.-% und am meisten bevorzugt in einer Menge von 80 bis 99 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstoff-Zusammensetzung, vorliegen.
Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Klebstoff-Zusammensetzungen bevorzugte Gruppe von Expansionsstoffen umfasst solche, die bei der Einbringung einer ausreichenden Energiemenge expandieren. Als Expansionsstoff werden dabei insbesondere solche Stoffe bezeichnet, die bei der Einbringung von Wärmeenergie in der Klebstoffmatrix ausreichend expandieren, um zu einer Schwächung von entsprechenden Klebeverbindungen zu führen. Darunter werden solche Expansionsstoffe verstanden, die sich bei der Einbringung von Energie zersetzen und dabei Gase wie beispielsweise Stickstoff oder Kohlenstoffdioxid bilden und somit zu einer Ausdehnung des Expansionsstoffes führen. Darunter werden aber auch solche Expansionsstoffe verstanden, die zusätzliche Stoffe einschließen, die durch das Einbringen von Energie unzersetzt verdampfen und somit ebenfalls zu einer Ausdehnung des Expansionsstoffes führen. Diese freigesetzten Dämpfe können den Expansionsstoff wiederum chemisch angreifen und unter Freisetzung von Gasen zu einer weiteren Ausdehnung des Expansionsstoffes führen.
Die Einbringung von Energie kann prinzipiell durch jede Form von Energie, beispielsweise mittels erhöhter Temperatur oder induktiv durch den Einsatz eines elektrischen Feldes, magnetischen Feldes, elektromagnetischen Feldes, elektrischen Wechselfeldes, magnetischen Wechselfeldes oder elektromagnetischen Wechselfeldes, sowie mittels IR-, UV- oder Mikrowellenenergie erfolgen. Des Weiteren sind solche Expansionsstoffe bevorzugt, die erst bei Temperaturen oberhalb der Gebrauchstemperatur des Klebstoffes expandieren. Ferner sollten die Expansionsstoffe vorzugsweise nicht toxisch sein und/oder eine schlechte Löslichkeit in der Klebstoffmatrix aufweisen.
Der erfindungsgemäße Expansionsstoff wird so in der Klebstoffmatrix verteilt, dass sich dieser vorzugsweise an den Stellen befindet, an denen seine Wirkung erforderlich ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Expansionsstoff möglichst homogen in der Klebstoffmatrix verteilt, um beim Einbringen einer ausreichenden Energiemenge zum Lösen der Klebeverbindung eine möglichst gleichmäßige Schwächung der Klebeverbindung zu erzielen. In einer weiteren Ausführungsform kann es jedoch vorteilhaft sein, dass der Expansionsstoff ungleichmäßig in der Klebstoffschicht verteilt ist, um so beim Einbringen einer ausreichenden Energiemenge zum Lösen der Klebeverbindung eine partielle und/oder örtlich begrenzte Schwächung dieser Klebeverbindung zu erzielen.
Besonders geeignet als Expansionsstoff der vorliegenden Erfindung sind alle natürlichen, halbsynthetischen und synthetischen Materialien, insbesondere anorganische und/oder organische Expansionsstoffe, die unter den eingesetzten Bedingungen eine ausreichende Expansion zeigen, um eine Klebeverbindung zu lösen.
Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Expansionsstoffe verwendbaren anorganischen und/oder organischen Materialien umfassen in bestimmten Ausführungsformen schäumbare Stoffe, Treibmittel und intumeszente Stoffe. Intumeszente Stoffe sind Materialien, die unter Hitzeeinwirkung einer Volumenzunahme und/oder einer Dichteabnahme unterliegen.
In einer Ausführungsform ist der organische Expansionsstoff beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Azoisobutyronitril (AIBN), Azodicarbonamid (ADC), Dinitrosopentamethylentramine (DPT), Benzensulfonylhydrazid, N,N'-dinitroso-N,N'-dimethylterephthalamid, p,p-Oxy-bis-benzensulfonylhydrazid (OBSH), p-Toluolsulfonylhydrazid (TSH), 5-Phenyltetrazol (5-PT), Sulfonylsemicarbazide wie z. B. p-Toluolsulfonylsemicarbazid (PTSS) oder Mischungen daraus. Diese Gruppe organischer Expansionsstoffe zersetzt sich bei einer ausreichenden Energieeinbringung vorzugsweise unter Bildung von Stickstoff und/oder flüchtigen Kohlenwasserstoffen bzw. Kohlenstoffdioxid, die zu einer Expansion des Expansionsstoffes und so zu einer Schwächung der Klebeverbindung führt.
In einer weiteren Ausführungsform umfassen die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Expansionsstoffe verwendbaren Stoffe anorganische Expansionsstoffe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus expandierbaren Graphiten (EG), Glimmer, Vermiculit, Hydrotalkit oder Mischungen daraus. Diese Gruppe der anorganischen Expansionsstoffe schließt vorzugsweise zusätzliche Reagenzien, wie z. B. Säuren ein, die durch das Einbringen von Energie unzersetzt verdampfen, und so zu einer Ausdehnung des Expansionsstoffes führen. Des Weiteren können die freigesetzten Säuredämpfe, aber auch die flüssige Säure, insbesondere bei erhöhter Temperatur, den eingeschlossenen Expansionsstoff chemisch angreifen und unter Freisetzung von Gasen zu einer weiteren Ausdehnung des Expansionsstoffes führen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst Azodicarbonamid (ADC) als erfindungsgemäßen organischen Expansionsstoff. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst expandierbare Graphite (EG) als erfindungsgemäßen anorganischen Expansionsstoff. Weitere Ausführungsformen umfassen Mischungen aus den oben genannten anorganischen und organischen Expansionsstoffen.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen ein- oder zweikomponentige Polyurethan-Klebstoffe als Klebstoffmatrix und Azodicarbonamid (ADC) als organischen Expansionsstoff. Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein- oder zweikomponentige Polyepoxid-Klebstoffe als Klebstoffmatrix und Azodicarbonamid (ADC) als organischen Expansionsstoff. Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein- oder zweikomponentige Acrylat-Klebstoffe als Klebstoffmatrix und Azodicarbonamid (ADC) als organischen Expansionsstoff. Ferner umfasst eine besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein- oder zweikomponentige Polyurethan-Klebstoffe als Klebstoffmatrix und expandierbare Graphite (EG) als anorganischen Expansionsstoff. Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein- oder zweikomponentige Polyepoxid-Klebstoffe als Klebstoffmatrix und expandierbare Graphite (EG) als anorganischen Expansionsstoff. Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein- oder zweikomponentige Acrylat-Klebstoffe als Klebstoffmatrix und expandierbare Graphite (EG) als anorganischen Expansionsstoff.
Der Gehalt an dem erfindungsgemäß verwendeten mindestens einem Expansionsstoff kann in einem weiten Bereich variieren, sollte aber in einem Bereich liegen, in dem noch eine ausreichende Klebkraft in einer Klebeverbindung erzielt wird. In einigen Ausführungsformen sollte der Mengenanteil des Expansionsstoffes daher höchstens 45 Gew.-% betragen, noch bevorzugter höchstens 30 Gew.-% und am meisten bevorzugt höchstens 15 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstoff-Zusammensetzung.
Der Expansionsstoff sollte außerdem in einer Menge hinzugegeben werden, die eine ausreichende Expansion nach Einbringung von Energie zum Lösen der Klebeverbindung gewährleistet. Bevorzugterweise liegt daher der Mengenanteil des Expansionsstoffes in einem Mengenbereich von mindestens 1 Gew.-%, vorzugsweise in einem Mengenbereich von mindestens 5 Gew.-% und am meisten bevorzugt in einem Mengenbereich von mindestens 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstoff-Zusammensetzung.
Bestimmte Ausführungsformen umfassen daher vorzugsweise 1 bis 45 Gew.-%, noch bevorzugter 5 bis 30 Gew.-% und am meisten bevorzugt 10 bis 15 Gew.-% des Expansionsstoffes, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstoff-Zusammensetzung.
Vorzugsweise ist der erfindungsgemäß verwendete Expansionsstoff bei Temperaturen beständig, die üblicherweise beim Aushärten von Klebstoff-Zusammensetzungen in Klebeverbindungen auftreten. Ferner sollte der Expansionsstoff so gewählt werden, dass die verbundenen/verklebten Bauteile bei Anwendungsbedingungen, die üblicherweise in der Luftfahrtechnik auftreten, eine ausreichende Beständigkeit aufweisen.
In bestimmten Ausführungsformen weist der Expansionsstoff eine thermische Beständigkeit bei einer Temperatur von etwa 180°C für etwa 2 Stunden auf, noch bevorzugter bei einer Temperatur von etwa 190°C für etwa 2 Stunden und am meisten bevorzugt bei einer Temperatur von etwa 200°C für etwa 2 Stunden. Insbesondere weist der Expansionsstoff eine thermische Beständigkeit bis zu einer Temperatur von etwa 180°C für eine Dauer von 2 Stunden auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Expansionsstoff eine dauernde thermische Stabilität in einem Anwendungsbereich auf, der üblicherweise in der Luftfahrttechnik auftritt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Expansionsstoff daher eine dauernde thermische Stabilität bis zu einer Temperatur von 100°C auf, noch bevorzugter bis zu einer Temperatur von 120°C und am meisten bevorzugt bis zu einer Temperatur von 140°C. Der Expansionsstoff der vorliegenden Erfindung weist außerdem eine ausreichende Stabilität bei niedrigen Temperaturen auf, vorzugsweise bis zu einer Temperatur von –50°C, noch bevorzugter bis zu einer Temperatur von –75°C und am meisten bevorzugt bis zu einer Temperatur von –100°C.
Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen daher eine dauernde Stabilität in einem Temperaturbereich von –50°C bis 100°C auf, noch bevorzugter in einem Bereich von –75°C bis 120°C und am meisten bevorzugt in einem Bereich von –100°C bis 140°C.
Die Expansionsstoffe können in partikulärer Form vorliegen, wobei diese im Allgemeinen eine mittlere Partikelgröße von < 1 mm, bevorzugt eine mittlere Partikelgröße von < 500 μm, noch bevorzugter eine Partikelgröße von < 250 μm und am meisten bevorzugt eine mittlere Partikelgröße von < 100 μm aufweisen. Die durchschnittliche Partikelgröße sollte jedoch geringer sein als die Schichtdicke der Klebstoffschicht der ausgehärteten Klebstoff-Zusammensetzung. Vorzugsweise weisen die Expansionsstoffe eine mittlere Teilchengröße von 1 bis 100 μm und besonders bevorzugt zwischen 2 und 50 μm auf.
Als weiteren Bestandteil umfasst die erfindungsgemäße Klebstoff-Zusammensetzung mindestens ein Abbaureagenz. Unter Abbaureagenzien werden dabei solche Stoffe verstanden, die durch Energieeinbringung aktivierbar sind, so dass infolge einer chemischen Reaktion mit der Klebstoffmatrix eine starke Veränderung der Molmasse und/oder Vernetzungsdichte der Klebstoffmatrix erfolgt und zu einem Verlust der mechanischen Festigkeit des Klebstoffes führt. Die Hauptaufgabe des Abbaureagenzes in den Klebstoff-Zusammensetzungen ist der gezielte zumindest partielle Abbau der ausgehärteten Klebstoffmatrix bei Einbringung einer ausreichenden Energiemenge in die Klebstoffschicht der Klebeverbindungen, so dass sich die Klebeverbindungen leichter lösen lassen. Dabei sind die Abbaureagenzien in einer Ausführungsform möglichst homogen in der Klebstoffmatrix verteilt, um beim Einbringen einer ausreichenden Energiemenge zum Lösen der Klebeverbindung einen möglichst gleichmäßigen Abbau der Klebstoffmatrix zu erzielen. In einer weiteren Ausführungsform kann es jedoch vorteilhaft sein, dass das Abbaureagenz ungleichmäßig in der Klebstoffschicht verteilt ist, um beim Einbringen einer ausreichenden Energiemenge zum Lösen der Klebeverbindungen nur eine partielle und/oder örtlich begrenzte Schwächung der Klebeverbindungen zu erzielen.
Als Abbaureagenz kommen grundsätzlich alle organischen oder anorganischen Verbindungen, Salze, Metalle, Metallverbindungen oder Materialien in Betracht, die zu einem Abbau der jeweiligen ausgehärteten Klebstoffmatrix in der Lage sind und in der Klebstoff-Zusammensetzung eine ausreichende Stabilität zeigen. Dabei sind insbesondere solche Stoffe als Abbaureagenzien geeignet, die eine chemische Spaltung einer Bindung im Polymerrückgrat der entsprechenden Klebstoffmatrix bewirken und so zu einer Schwächung der Klebeverbindung führen.
Unter diesen sind in bestimmten Ausführungsformen organische Hydrazide, Amine, insbesondere primäre und sekundäre Amine, Amide und polyfunktionelle Verbindungen bevorzugt, gegebenenfalls auch Triazine. Beispiele für Abbaureagenzien auf der Basis von Hydraziden umfassen insbesondere Carbohydrazid, Isophthalsäuredihydrazid, Adipinsäuredihydrazid, Oxalsäuredihydrazid, Malonsäuredihydrazid, Bernsteinsäuredihydrazid, Glutarsäuredihydrazid, Sebazinsäuredihydrazid, Maleinsäuredihydrazid, Fumarsäuredihydrazid, Glutaminsäuredihydrazid, Itaconsäuredihydrazid, Butadiensäuredihydrazid, Asparaginsäuredihydrazid, Maleinsäuredihydrazid, Weinsäuredihydrazid, Terephthalsäurebishydrazid, Isophthalsäurebishydrazid, Phthalsäurebishydrazid, Cyclohexandicarbonsäure-dihydrazid und Cyclohexylmethylmalonsäure-dihydrazid, p-Toluolsulfonylhydrazid, 1,3,5-Triisopropylbenzolsulfonylhydrazid oder Mischungen daraus.
Beispiele für Abbaureagenzien aus der Gruppe der Amine umfassen insbesondere Diaminobenzidin, Benzidin, 4,4'-Diaminodiphenylsulfon, 3,3'-Diaminodiphenylsulfon, 1,3-Diaminobenzol, 1,5-Diaminonaphthalin, 3,4-Diaminotoluol, o-Ethylendianilin, p-Ethylendianilin, 2,3,5,6-Tetramethyl-1,4-phenylendiamin, Triaminoethylamin, 4,4'-Diaminodiphenylmethan, Diethanolamin, Diisopropanolamin, Bisethylentriamin, Bishexamethylentriamin, Bisethylentriamin, aromatische Polyamine und Mischungen daraus.
Beispiele für Abbaureagenzien auf der Basis von Triazinen umfassen insbesondere Tris-(4-aminophenoxy)-1,3,5-triazin, 2,4,6-Tris-(ω-hydroxypolyalkoxy-)-1,3,5-triazin, 1,3,5-Triazin-2,4-diamin, 1,3,5-Triazin-2,4,6-triamin, 1,3,5-Triazin, 2,4-Diamino-6-[2-(2-methyl-1H-imidazol-1-yl)ethyl]triazin, Tris(2-methylimidazol-1-yl)triazin, Tris(2-ethyl-4-methylimidazol-1-yl)triazin, Tris(2-phenylimidazol-1-yl)triazin und Mischungen daraus.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform umfasst Carbohydrazid als Abbaureagenz der erfindungsgemäßen Klebstoff-Zusammensetzung.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen ein- oder zweikomponentige Polyurethan-Klebstoffe als Klebstoffmatrix, Azodicarbonamid (ADC) als organischen Expansionsstoff und Carbohydrazid als Abbaureagenz. Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein- oder zweikomponentige Polyepoxid-Klebstoffe als Klebstoffmatrix, Azodicarbonamid (ADC) als organischen Expansionsstoff und Carbohydrazid als Abbaureagenz. Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein- oder zweikomponentige Polyepoxid-Klebstoffe als Klebstoffmatrix, expandierbare Graphite (EG) als anorganischen Expansionsstoff und Carbohydrazid als Abbaureagenz.
Die Abbaureagenzien liegen vorzugsweise in partikulärer Form vor, wobei die Partikel des Abbaureagenzes durch Anbindung von Schutzgruppen oder Komplexierung mit einem Komplexbildner geschützt sind, so dass die Reaktivität von funktionellen Gruppen des Abbaureagenzes herabgesetzt ist.
Vorzugsweise werden die Abbaureagenzien dabei in einem Metallhalogenidkomplex komplexiert und so an einem vorzeitigen bzw. ungewollten Abbau der Klebstoffmatrix gehindert. Als Komplexbildner des Abbaureagenzes können daher insbesondere solche Materialien verwendet werden, die zusammen mit dem Abbaureagenz im Wesentlichen stabile Komplexe bilden, und sich im Wesentlichen bei einer Belastung durch Druck, oder hohe oder niedrige Temperaturen, wie sie in der Flugzeugindustrie üblicherweise auftreten, nicht auflösen oder zersetzen.
In bestimmten Ausführungsformen sind daher anorganische Salze als Komplexbildner für Abbaureagenzien auf der Basis von Aminen bevorzugt, insbesondere solche, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Lithiumbromid und Natriumchlorid.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen Triaminoethylamin als Abbaureagenz und Lithiumbromid als Komplexbildner. Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst 4,4'-Diaminodiphenylmethan als Abbaureagenz und Natriumchlorid als Komplexbildner.
Die Partikel des Abbaureagenzes können aber auch mindestens teilweise, vorzugsweise vollständig, verkapselt sein. Unter einem verkapselten Abbaureagenz werden im Sinne der vorliegenden Erfindung solche Abbaureagenzien verstanden, die durch ein Hüllmaterial oder eine Beschichtung an einem vorzeitigen bzw. ungewollten Abbau der Klebstoffmatrix gehindert werden. Als Hüllmaterial oder Beschichtungsmaterial der Verkapselung können daher solche Materialien verwendet werden, die eine Hülle oder Schicht um das Abbaureagenz bilden, so dass das die Klebstoffmatrix vor und nach dem Aushärten vor darin eingeschlossenen Abbaureagenzien geschützt wird. Zusätzlich sollte das Hüllmaterial oder Beschichtungsmaterial des erfindungsgemäßen Abbaureagenzes in einem Bereich, der üblicherweise in der Luftfahrt auftritt, thermisch stabil sein, um den Schutz des darin eingeschlossenen Abbaureagenzes zu gewährleisten und einen vorzeitigen Abbau der Klebstoffmatrix zu vermeiden. Des Weiteren sollte das Hüllmaterial oder Beschichtungsmaterial des Abbaureagenzes bei einer gezielten Energieeinbringung entfernbar, beispielsweise zerbrechbar oder schmelzbar sein, so dass das Abbaureagenz zum Lösen der Klebeverbindung freigesetzt werden kann.
Als Hüllmaterial oder Beschichtungsmaterial des Abbaureagenzes können daher insbesondere solche Materialien verwendet werden, die im Wesentlichen bei einer Belastung durch Druck, oder hohe oder niedrige Temperaturen, wie sie in der Flugzeugindustrie üblicherweise auftreten, nicht schmelzen, sich verformen, auflösen oder zerbrechen/aufreißen.
In bestimmten Ausführungsformen sind Polymere auf der Basis von thermoplastischen Polymeren, insbesondere solche, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polycarbonat (PC), Polyester (PE), Polyamid (PA), Polylactat (PL), Polymethylmethacrylat (PMMA), Nylon und Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Acetal, Acrylsäure, Celluloseacetat (CA), Celluloseacetatbutyrat (CAB), Ethylenvinylacetat (EVA), Phenylenoxid-basierte, Polyharnstoff- und Polysulfon-Polymere und Ethylen-Acrylsäure-Copolymer (EAA), Phenol-Formaldehyd-Harz, Harnstoff-Formaldehyd-Harz, Melamin-Formaldehyd-Harz, Epoxidharz, Vinylchlorid/Acrylnitril Copolymer, Polyvinylalkohol, Polyvinylbutyral, Polyacrylnitril und Glas Ethylen-Methacrylsäure-Copolymer (EMA), Polyvinylchlorid (PVC) und Ethylen-basierte Copolymere, die mit Metallsalzen neutralisiert sind (Ionomere) oder Mischungen daraus, als Hüllmaterial oder Beschichtungsmaterial des verkapselten Abbaureagenzes verwendbar.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Hüllmaterial oder Beschichtungsmaterial des verkapselten Abbaureagenzes ausgewählt aus Polyharnstoffen. Des Weiteren kann jedes Hüllmaterial oder Beschichtungsmaterial verwendet werden, das einen ausreichenden Schutz der Klebstoffmatrix gegenüber dem Abbaureagenz gewährleistet.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen ein- oder zweikomponentige Polyurethan-Klebstoffe als Klebstoffmatrix, Azodicarbonamid (ADC) als organischen Expansionsstoff und Carbohydrazid als Abbaureagenz, wobei das Hüllmaterial des Abbaureagenzes Polyharnstoffe umfasst. Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein- oder zweikomponentige Polyepoxid-Klebstoffe als Klebstoffmatrix, Azodicarbonamid (ADC) als organischen Expansionsstoff und Carbohydrazid als Abbaureagenz, wobei das Hüllmaterial des Abbaureagenzes Polyharnstoffe umfasst. Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein- oder zweikomponentige Polyepoxid-Klebstoffe als Klebstoffmatrix, expandierbare Graphite (EG) als anorganischen Expansionsstoff und Carbohydrazid als Abbaureagenz, wobei das Hüllmaterial des Abbaureagenzes Polyharnstoffe umfasst.
Das Hüllmaterial oder Beschichtungsmaterial des erfindungsgemäßen Abbaureagenzes wird so eingestellt, dass dieses thermisch stabil ist. Vorzugsweise gewährleistet das Hüllmaterial oder Beschichtungsmaterial des verkapselten Abbaureagenzes, dass dieses bei Temperaturen beständig ist, die üblicherweise beim Aushärten von Klebstoff-Zusammensetzungen in Klebeverbindungen auftreten.
In bestimmten Ausführungsformen gewährleistet das Hüllmaterial oder Beschichtungsmaterial des Abbaureagenzes eine thermische Beständigkeit bei einer Temperatur von etwa 160°C für etwa 2 Stunden, noch bevorzugter bei einer Temperatur von etwa 170°C für etwa 2 Stunden und am meisten bevorzugt bei einer Temperatur von etwa 180°C für etwa 2 Stunden. Insbesondere gewährleistet das Hüllmaterial des verkapselten Abbaureagenzes eine thermische Beständigkeit bis zu einer Temperatur von etwa 200°C für eine Dauer von 2 Stunden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gewährleistet das Hüllmaterial oder Beschichtungsmaterial des Abbaureagenzes eine dauernde thermische Stabilität in einem Anwendungsbereich, der üblicherweise in der Luftfahrttechnik auftritt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform gewährleistet das erfindungsgemäße Abbaureagenz daher eine dauernde thermische Stabilität bis zu einer Temperatur von 100°C, noch bevorzugter bis zu einer Temperatur von 120°C und am meisten bevorzugt bis zu einer Temperatur von 140°C. Das Abbaureagenz der vorliegenden Erfindung bietet außerdem eine ausreichende Stabilität bei niedrigen Temperaturen, vorzugsweise bis zu einer Temperatur von –50°C, noch bevorzugter bis zu einer Temperatur von –75°C und am meisten bevorzugt bis zu einer Temperatur von –100°C.
Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen insbesondere eine dauernde Stabilität in einem Temperaturbereich von –50°C bis 100°C, noch bevorzugter in einem Bereich von –75°C bis 120°C und am meisten bevorzugt in einem Bereich von –100°C bis 140°C.
Vorzugsweise liegen die Partikel des Abbaureagenzes dabei mindestens teilweise verkapselt vor, das bedeutet, dass das Abbaureagenz mindestens teilweise von dem Hüllmaterial oder Beschichtungsmaterial eingeschlossen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform sind 70 bis 100% der Oberfläche des Abbaureagenzes mit dem Hüllmaterial oder Beschichtungsmaterial bedeckt, vorzugsweise 80 bis 100%, noch bevorzugter 90 bis 100% und am meisten bevorzugt 95 bis 100%. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Abbaureagenz vollständig in dem Hüllmaterial oder Beschichtungsmaterial eingeschlossen. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Abbaureagenz in einem Metallhalogenid-komplex komplexiert, so dass die Reaktivität von funktionellen Gruppen des Abbaureagenzes herabgesetzt ist.
Im Allgemeinen weisen die Abbaureagenzien eine mittlere Partikelgröße von < 1 mm auf, bevorzugt ist eine Partikelgröße von < 500 μm, noch bevorzugter ist eine Partikelgröße von < 250 μm und am meisten bevorzugt ist eine Partikelgröße von < 100 μm. Die durchschnittliche Partikelgröße sollte jedoch geringer sein als die Schichtdicke der Klebstoffschicht der ausgehärteten Klebstoff-Zusammensetzungen. Vorzugsweise weisen die Abbaureagenzien eine mittlere Teilchengröße von 1 bis 150 μm und besonders bevorzugt zwischen 5 und 75 μm auf.
Die Ausprägung der Schwächung der Klebstoffmatrix beim Lösen einer Klebeverbindung kann durch den Mengenanteil des Abbaureagenzes beeinflusst und variiert werden, da die erzielbare Schwächung der Klebeverbindung von der Konzentration und der Art des Abbaureagenzes abhängig ist. Durch eine Erhöhung der Menge des Abbaureagenzes in den erfindungsgemäßen Klebstoff-Zusammensetzungen lassen sich dementsprechend größere Schwächungen der Klebeverbindungen erzielen, so dass sich diese leichter trennen lassen.
Der Gehalt an verwendetem Abbaureagenz in den erfindungsgemäßen Klebstoff-Zusammensetzungen kann daher in einem weiten Bereich variieren, sollte aber in einigen Ausführungsformen höchstens 30 Gew.-% betragen, noch bevorzugter höchstens 20 Gew.-% und am meisten bevorzugt höchstens 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstoff-Zusammensetzung.
Das Abbaureagenz sollte außerdem in Mengen hinzugegeben werden, so dass eine ausreichende Schwächung der Klebeverbindungen bzw. ein leichtes Entfernen von Klebstoffrückständen erzielt werden kann. Vorzugsweise liegt daher der Mengenanteil des Abbaureagenzes bei mindestens 0,5 Gew.-%, noch bevorzugter bei mindestens 1 Gew.-% und am meisten bevorzugt bei mindestens 2 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstoff-Zusammensetzung.
Bestimmte Ausführungsformen umfassen daher vorzugsweise 0,5 bis 30 Gew.-%, noch bevorzugter 0,5 bis 20 Gew.-% und am meisten bevorzugt 0,5 bis 10 Gew.-% des Abbaureagenzes, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstoff-Zusammensetzung. Weitere Ausführungsformen umfassen dagegen vorzugsweise 1 bis 30 Gew.-%, noch bevorzugter 1 bis 20 Gew.-% und am meisten bevorzugt 1 bis 10 Gew.-% des Abbaureagenzes, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstoff-Zusammensetzung. Weitere Ausführungsformen umfassen dagegen vorzugsweise 2 bis 30 Gew.-%, noch bevorzugter 2 bis 20 Gew.-% und am meisten bevorzugt 2 bis 10 Gew.-% des Abbaureagenzes, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstoff-Zusammensetzung.
In bestimmten Ausführungsformen umfassen die Klebstoff-Zusammensetzungen vorzugsweise höchstens 60 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 40 Gew.-% und am meisten bevorzugt höchstens 20 Gew.-% an Expansionsstoff und Abbaureagenz, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstoff-Zusammensetzung. Um einen ausreichenden Abbau bzw. Schwächung der Klebstoffmatrix zum Lösen der Klebeverbindungen zu gewährleisten, sollten die Zusammensetzungen jedoch mindestens 1 Gew.-%, noch bevorzugter 5 Gew.-% und am meisten bevorzugt mindestens 7,5 Gew.-% an Expansionsstoff und Abbaureagenz umfassen.
Die erfindungsgemäß verkapselten Abbaureagenzien können durch alle gängigen Verfahren hergestellt werden, durch die das Abbaureagenz verkapselt oder beschichtet werden kann. Insbesondere kann eine solche Verkapselung oder Beschichtung des Abbaureagenzes durch alle gängigen Mikroverkapselungsverfahren erzielt werden, insbesondere durch eine Grenzflächenpolymerisation, In-situ-Polymerisation oder Matrixpolymerisation. Geeignet sind aber auch andere Verfahren zur Verkapselung bzw. Beschichtung von Stoffen, wie die Wirbelschichttechnologie, die Koazervation, die Sprühtrocknung oder Sol-Gel-Verfahren.
Weiterhin können mischbare Zusatzstoffe zu den Klebstoff-Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung wie gewünscht hinzugefügt werden, wie z. B. Härter, Beschleuniger, Katalysatoren, zusätzliche Harze zur Verbesserung der Klebeeigenschaften, Thixotropiermittel, Weichmacher, Toughener, Klebehilfsstoffe, Stabilisierungsmittel, Farbstoffe, Tenside, Modifier, Füllstoffe, Lösungsmittel und Ähnliches, die üblicherweise in Klebstoff-Zusammensetzungen verwendet werden, jedoch die wesentlichen Merkmale der Zusammensetzung nicht verschlechtern.
Die erfindungsgemäßen Klebstoff-Zusammensetzungen können zum Verbinden bzw. Lösen von Bauteilen aus Metall, Kunstoff, insbesondere temperaturbeständigem Kunstoff, Holz, Glas, natürlichen oder synthetischen Werkstoffen oder Verbundmaterialien hieraus verwendet werden. Sie kommen daher für das Verkleben bzw. Verbinden von Bauteilen im Innen- und Außenbereich, von Möbeln, Türen, Fensterrahmen, industriellen Bauteilen für den privaten und industriellen Gebrauch und für Bauteile in Transportvorrichtungen jeglicher Art, inklusive Flugzeugen, Kraftfahrzeugen und Schiffen in Betracht. Besonders bevorzugt sind dabei Anwendungen im Bereich der Luftfahrtechnik.
Die Klebstoff-Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können dabei direkt in Form einer Flüssigkeit auf die zu verbindenden Bauteile aufgetragen werden, wobei eine Klebstoffschicht der jeweiligen Klebstoff-Zusammensetzung gebildet wird. In einer Ausführungsform können die Klebstoff-Zusammensetzungen vorzugsweise nur auf die Oberfläche eines Bauteils, das mit der Oberfläche eines anderen Bauteils verbunden werden soll, aufgetragen und anschließend mit diesem in Kontakt gebracht werden. In einer weiteren Ausführungsform können die Klebstoff-Zusammensetzungen auf die Oberfläche zweier oder mehrerer zu verbindenden Bauteile aufgetragen werden, die anschließend miteinander in Kontakt gebracht werden. In einer weiteren Ausführungsform kann zunächst eine Schicht der jeweiligen Klebstoff-Zusammensetzung gebildet und auf einem flexiblen Film getrocknet werden. Anschließend kann dieser trockene Film verwendet werden, um die zu verbindenden Bauteile zu befestigen/zu verkleben.
Das Auftragen der Klebstoff-Zusammensetzungen kann dabei in jeder Form erfolgen, die sicher stellt, dass die Klebstoffe die Oberflächen der Bauteile in der gewünschten Weise beschichten. Zum Beispiel können die Klebstoff-Zusammensetzungen durch Sprühen oder durch eine Bürste oder Walze oder Gießen auf die Oberflächen aufgebracht werden. Eine andere Möglichkeit ist, dass die zu verbindenden Bauteile in die Klebstoff-Zusammensetzungen eingetaucht werden.
Ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen kann darin bestehen, dass eine erfindungsgemäße Klebstoff-Zusammensetzung auf die Oberfläche von mindestens einem Bauteil durch übliche Verfahren aufgetragen wird und die zu verbindenden Bauteile miteinander in Kontakt gebracht werden. Die entsprechende Klebeverbindung, umfassend eine Klebstoffschicht und mindestens zwei Bauteile, kann dann mittels erhöhter Temperatur oder induktiv durch den Einsatz eines elektrischen Feldes, magnetischen Feldes, elektromagnetischen Feldes, elektrischen Wechselfeldes, magnetischen Wechselfeldes oder elektromagnetischen Wechselfeldes auf eine Temperatur, bei der die Vernetzung der Klebstoffmatrix einsetzt, erwärmt und die Klebstoff-Zusammensetzung ausgehärtet werden.
Das Zeitintervall zum Aushärten der Klebstoff-Zusammensetzungen in den entsprechenden Klebeverbindungen kann je nach Zusammensetzung und optional verwendeter Zusatzstoffe variieren. Die Dauer des Aushärtens liegt bei den induktiven Verfahren im Sekunden- bis Minutenbereich, während bei den thermischen Härtungsverfahren eine vollständige Aushärtung meist innerhalb weniger Stunden, vorzugsweise innerhalb von 2 Stunden, erzielt werden kann. Damit sind die erfindungsgemäßen Klebstoff-Zusammensetzungen insbesondere auch für das Verbinden von empfindlichen Bauteilen geeignet.
Der durch das Aushärten der erfindungsgemäßen Klebstoff-Zusammensetzungen erhaltene Verbund aus Bauteilen umfasst somit mindestens zwei Bauteile und eine Klebstoffschicht in Form einer Klebeverbindung, wobei die Klebstoffschicht eine erfindungsgemäße Klebstoff-Zusammensetzung umfasst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Lösen der Klebeverbindung, die durch Aushärten der erfindungsgemäßen Klebstoff-Zusammensetzungen erhältlich ist, kann derart durchgeführt werden, dass die ausgehärtete Klebstoffschicht der Klebeverbindung mittels erhöhter Temperatur, z. B. in einem Luftofen oder induktiv durch den Einsatz eines elektrischen Feldes, magnetischen Feldes, elektromagnetischen Feldes, elektrischen Wechselfeldes, magnetischen Wechselfeldes oder elektromagnetischen Wechselfeldes erwärmt wird. In einer weiteren Ausführungsform kann die erforderliche Energie auch mittels IR-, UV- oder Mikrowellenenergie eingebracht werden. Im Falle der Energieeinbringung mittels Mikrowellenenergie kann das Lösen der Klebeverbindung schon innerhalb weniger Minuten (z. B. bis zu 10 min) erfolgen.
Bei diesen Verfahren sollten die Temperatur zum Aktivieren des Abbaureagenzes und die Expansionstemperatur des Expansionsstoffes in Temperaturbereichen liegen, die über den üblicherweise in der Luftfahrtechnik auftretenden Temperaturen liegt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform können die Bauteile schließlich per Hand voneinander getrennt werden. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Klebstoffschicht schließlich ohne Rückstände von den verbundenen Bauteilen entfernt werden.
In einem bevorzugten Verfahren zum Lösen der Klebeverbindung wird die Klebstoffschicht in der Klebeverbindung auf eine Temperatur erwärmt, die ausreicht, um das Abbaureagenz zu aktivieren, d. h. dass das Hüllmaterial oder Beschichtungsmaterial des Abbaureagenzes schmilzt, aufbricht/aufreißt oder sich auflöst, so dass das Abbaureagenz freigesetzt wird. Dadurch kann ein Lösen der Klebeverbindung in der Form erfolgen, dass die Molmasse der Klebstoffmatrix infolge eines chemischen Abbaus durch das Abbaureagenz abgesenkt wird und so bei einer weiteren Erhöhung der Temperatur eine weitestgehend ungehinderte Expansion des Expansionsstoffes in dieser geschwächten Klebstoffmatrix erfolgen kann. In dieser Ausführungsform liegt somit die Temperatur, die zum Aktivieren des Abbaureagenzes erforderlich ist, niedriger als die Expansionstemperatur des Expansionsstoffes. Die erforderliche Temperatur zum Aktivieren des Abbaureagenzes sowie die Expansionstemperatur des Expansionsstoffes sind dabei abhängig von der verwendeten Klebstoffmatrix bzw. den eingesetzten Abbaureagenzien und Expansionsstoffen.
Vorzugsweise liegt die Temperatur zum Aktivieren des Abbaureagenzes dabei in einem Bereich zwischen 120 und 280°C, noch bevorzugter in einem Bereich zwischen 150 und 250°C und am meisten bevorzugt in einem Bereich zwischen 180 und 210°C. Die Expansionstemperatur des Expansionsstoffes liegt in dieser Ausführungsform vorzugsweise in einem Bereich zwischen 140 und 300°C, noch bevorzugter in einem Bereich zwischen 170 und 270°C und am meisten bevorzugt in einem Bereich zwischen 120 und 230°C. Die Expansionstemperatur liegt in besonders bevorzugten Verfahren etwa 40°C höher, noch bevorzugter etwa 30°C höher und am meisten bevorzugt etwa 20°C höher als die Temperatur, die zum Aktivieren des Abbaureagenzes verwendet wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist dieses Verfahren für sehr zähe Klebstoff-Zusammensetzungen geeignet, da durch den Abbau der Klebstoffmatrix bereits eine Schwächung der Klebeverbindung eintritt, wodurch eine verbesserte Expansion des Expansionsstoffes zum Lösen der Klebeverbindung möglich ist. Dieses Verfahren ist daher insbesondere für Klebstoff-Zusammensetzung auf der Basis von Polyepoxid-, Polyurethan- und Acrylat-Klebstoffen geeignet.
In einer weiteren Ausführungsform, wird dagegen die Klebeschicht der Klebeverbindung auf eine Temperatur erwärmt, die zunächst nur zu einer Expansion des Expansionsstoffes führt. Dadurch kann ein Lösen der Klebeverbindung in der Form erfolgen, dass zunächst die Klebstoffmatrix durch den expandierenden Expansionsstoff geschwächt wird und nach einer weiteren Erhöhung der Temperatur eine Aktivierung des Abbaureagenzes erfolgt, die einen Abbau der Klebstoffmatrix ermöglicht. In dieser Ausführungsform liegt somit die Temperatur, die für eine Expansion des Expansionsstoffes erforderlich ist, niedriger, als die Temperatur, die zum Aktivieren des Abbaureagenzes benötigt wird.
In einer besonderen Ausführungsform kann dieses Verfahren dazu verwendet werden, um zunächst die Klebeverbindung zwischen verbundenen Bauteilen zu lösen und anschließend, nach einer erneuten Temperaturerhöhung, die Entfernung von Klebstoffrückständen auf diesen Bauteilen durch das Aktivieren des Abbaureagenzes zu ermöglichen. Die erforderliche Expansionstemperatur des Expansionsstoffes, sowie die Temperatur zum Aktivieren des Abbaureagenzes, sind dabei abhängig von der verwendeten Klebstoffmatrix bzw. der eingesetzten Abbaureagenzien und Expansionsstoffe.
Vorzugsweise liegt die Expansionstemperatur des Expansionsstoffes dabei in einem Bereich zwischen 120 und 280°C, noch bevorzugter in einem Bereich zwischen 150 und 250°C und am meisten bevorzugt in einem Bereich zwischen 180 und 210°C. Die Temperatur zum Aktivieren des Abbaureagenzes liegt in dieser Ausführungsform vorzugsweise in einem Bereich zwischen 140 und 300°C, noch bevorzugter in einem Bereich zwischen 170 und 270°C und am meisten bevorzugt in einem Bereich zwischen 120 und 230°C. Die Temperatur zum Aktivieren des Abbaureagenzes liegt in einem besonders bevorzugten Verfahren etwa 40°C höher, noch bevorzugter etwa 30°C höher und am meisten bevorzugt etwa 20°C höher als die Expansionstemperatur des Expansionsstoffes. In einer bestimmten Ausführungsform wird dieses Verfahren insbesondere für weniger zähe Klebstoff-Zusammensetzungen verwendet, da hier eine Expansion der Expansionsstoffe in der Klebstoffmatrix möglich ist, so dass bereits eine Schwächung der Matrix eintritt, wodurch ein leichterer Abbau der Klebstoffmatrix durch das Abbaureagenz zum Lösen der Klebeverbindung möglich ist.
In einer weiteren Ausführungsform, wird die Klebeschicht der Klebeverbindung auf eine Temperatur erwärmt, die sowohl zu einer Expansion des Expansionsstoffes als auch zum Aktivieren des Abbaureagenzes führt. Dadurch kann gleichzeitig ein Abbau der Klebstoffmatrix durch das Abbaureagenz und eine Expansion des Expansionsstoffes in der Matrix zum Lösen der Klebeverbindung erfolgen. In dieser Ausführungsform liegen somit die Expansionstemperatur des Expansionsstoffes als auch die Temperatur zum Aktivieren des Abbaureagenzes in einem ähnlichen Bereich, wobei die erforderliche Expansionstemperatur des Expansionsstoffes sowie die Temperatur zum Aktivieren des Abbaureagenzes dabei abhängig sind von der verwendeten Klebstoffmatrix bzw. den eingesetzten Abbaureagenzien und Expansionsstoffen.
Vorzugsweise liegen die Expansionstemperatur des Expansionsstoffes und die Temperatur zum Aktivieren des Abbaureagenzes in einem Bereich zwischen 120 und 280°C, noch bevorzugter in einem Bereich zwischen 150 und 250°C und am meisten bevorzugt in einem Bereich zwischen 180 und 210°C. Die Expansionstemperatur des Expansionsstoffes und die Temperatur zum Aktivieren des Abbaureagenzes liegen dabei insbesondere um höchstens etwa 15°C, noch bevorzugter um höchstens etwa 10°C und am meisten bevorzugt um höchstens etwa 5°C auseinander.
Das Lösen der Klebeverbindungen kann dabei mit üblicherweise für diese Zwecke verwendeten Geräten erfolgen. Die jeweils benötigten Geräte, Parameter und Geräteeinstellungen hängen dabei von der verwendeten Klebstoff-Zusammensetzung ab. Des Weiteren hängt die zum Lösen erforderliche Temperatur von der Wärmestabilität des jeweiligen mikroverkapselten Expansionsstoffes und optionaler aktiver Füllstoffe und deren Gehalt in der Klebstoffmatrix ab. Auf Grund der lokalen Nähe des Hüllmaterials und der optionalen aktiven Füllstoffe zu dem in dem Hüllmaterial eingeschlossenen Expansionsstoff, erfolgt die Einbringung der Energie und somit auch das Lösen der Klebeverbindung besonders effektiv.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen ein- oder zweikomponentige Polyurethan-Klebstoffe als Klebstoffmatrix, Azodicarbonamid (ADC) als organischen Expansionsstoff und Carbohydrazid als Abbaureagenz, wobei das Hüllmaterial des Abbaureagenzes Polyharnstoffe umfasst. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein- oder zweikomponentige Polyepoxid-Klebstoffe als Klebstoffmatrix, expandierbare Graphite (EG) als anorganischen Expansionsstoff und Carbohydrazid als Abbaureagenz, wobei das Hüllmaterial des Abbaureagenzes Polyharnstoffe umfasst.
Im folgenden sind Beispiele vorteilhafter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Klebstoff-Zusammensetzungen aufgeführt, dabei sind %-Angaben als Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstoff-Zusammensetzung angegeben:
Beispiel 1
Ein Polyurethan-Klebstoff (Pliogrip 9400/9405) wurde mit 12 Gew.-% Azodicarbonamid (ADC; Porofor^®ADC M/C1, Hersteller: Lanxess AG, Leverkusen, Deutschland) als Expansionsstoff und 5 Gew.-% Carbohydrazid (CHz; Sigma-Aldrich, Deutschland) mit einem Hüllmaterial aus Polyharnstoffen als Abbaureagenz homogen mit Hilfe eines SpeedMixers vermischt. Anschließend wurden 2 Bauteile aus einem Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff (CFK) mit dieser Klebstoff-Zusammensetzung in Kontakt gebracht und die Klebeverbindung ausgehärtet.
Beispiel 2
Die Klebeverbindung aus Beispiel 1 wurde zum Lösen der Klebeverbindung in einen Luftofen bei 200°C gestellt. Innerhalb von 5 min konnten die Bauteile leicht voneinander getrennt werden. Anschließend wurden die Bauteile mit den auf der Oberfläche befindlichen Klebstoffrückständen für 30 min bei 220°C erwärmt, wodurch die Klebstoffrückstände zähflüssig wurden und von den Oberflächen der Bauteile ohne zusätzliche chemische oder mechanische Behandlung entfernt werden konnten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19961940 A1 [0003]
- US 3615960 [0003]
- WO 00/40648 A1 [0003]
- DE 102004050949 A1 [0003]
- DE 19832629 A1 [0004]

Claims

Klebstoff-Zusammensetzungen für lösbare Klebeverbindungen, wobei die Klebstoff-Zusammensetzungen eine Klebstoffmatrix mit mindestens einem Expansionsstoff und mindestens einem Abbaureagenz umfasst.
Klebstoff-Zusammensetzungen nach Anspruch 1, wobei der Expansionsstoff mindestens einen Stoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem anorganischen Expansionsstoff oder einem organischen Expansionsstoff umfasst.
Klebstoff-Zusammensetzungen nach Anspruch 2, wobei der organische Expansionsstoff Azodicarbonamid (ADC), oder der anorganische Expansionsstoff expandierbare Graphite (EG) umfasst.
Klebstoff-Zusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Abbaureagenz mindestens einen Stoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hydrazide, Amine, polyfunktionelle Verbindungen oder Mischungen daraus umfasst, besonders bevorzugt Carbohydrazide.
Klebstoff-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Mengenanteil des Expansionsstoffes 1 bis 45 Gew.-% beträgt, noch bevorzugter 5 bis 30 Gew.-% und am meisten bevorzugt 10 bis 15 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstoff-Zusammensetzung und/oder der Mengenanteil des Abbaureagenzes 0,5 bis 30 Gew.-% beträgt, noch bevorzugter 0,5 bis 20 Gew.-% und am meisten bevorzugt 0,5 bis 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstoff-Zusammensetzung.
Klebstoff-Zusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Partikel des Abbaureagenzes durch Komplexbildner geschützt, mindestens teilweise verkapselt und/oder beschichtet sind, besonders bevorzugt sind die Partikel des Abbaureagenzes im Wesentlichen vollständig verkapselt und/oder beschichtet.
Klebstoff-Zusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Klebstoffmatrix ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Schmelzklebstoffen, lösemittelhaltigen Nassklebstoffen, Kontakt- und Dispersionsklebstoffen, wasserbasierten Klebstoffen, Plastisole, Polymerisationsklebstoffen, Polyadditionsklebstoffen, Polykondensationsklebstoffen oder Mischungen daraus.
Verfahren zum Verbinden von Bauteilen, umfassend die folgenden Schritte: a) Aufbringen einer Klebstoff-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auf mindestens eine Oberfläche von mindestens einem Bauteil, b) Inkontaktbringen der klebstofftragenden Oberfläche des Bauteils aus dem Schritt a) mit mindestens einem weiteren Bauteil und c) Aushärten der Klebstoff-Zusammensetzung zur Erzeugung einer Klebeverbindung umfassend eine Klebstoffschicht und mindestens zwei Bauteile.
Verfahren zum Lösen von gemäß Anspruch 8 verbundenen Bauteilen, umfassend die folgenden Schritte: a) Erwärmen der Klebeschicht auf mindestens die Expansionstemperatur des Expansionsstoffes, b) Erwärmen der Klebeschicht auf eine Temperatur, die zum Aktivieren des Abbaureagenzes mindestens erforderlich ist und c) Trennen der verbundenen Bauteile.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Klebeverbindung erst auf die Expansionstemperatur des Expansionsstoffes erwärmt wird und anschließend auf die Temperatur, die zum Aktivieren des Abbaureagenzes erforderlich ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Klebeverbindung erst auf die Temperatur, die zum Aktivieren des Abbaureagenzes erforderlich ist, erwärmt wird und anschließend auf die Expansionstemperatur des Expansionsstoffes.
Verbund aus mindestens zwei Bauteilen und einer Klebstoffschicht, wobei die Klebstoffschicht eine Klebstoff-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst.
Verbund nach Anspruch 12, wobei das Bauteil aus Metall, Kunstoff, Holz, Glas, natürlichem oder synthetischem Werkstoff oder einem Verbundmaterial hieraus besteht.
Verwendung einer Klebstoff-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder eines Verbundes nach einem der Ansprüche 12 oder 13 im Flugzeug-, Fahrzeug- oder Schiffsbau.
Flugzeug-, Fahrzeug- oder Schiffsbauten, aufweisend eine Klebstoff-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder einem Verbund nach einem der Ansprüche 12 oder 13.