DE19832629A1 - Klebstoffsystem zur Bildung reversibler Klebeverbindungen - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Klebstoffsystem zur Bildung reversibler Klebeverbindungen mit mindestens einer polymeren Klebstoffkomponente auf der Basis von Polyurethanen und/oder Polyharnstoffen und/oder Epoxidharzen und mindestens einer Zusatzkomponente. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die mindestens eine Zusatzkomponente mindestens eine funktionelle Gruppe aufweist, welche durch Energieeintrag aktivierbar ist, derart, daß eine chemische Reaktion mit der Klebstoffkomponente unter zumindest teilweisem Abbau der Klebstoffkomponente erfolgt. DOLLAR A Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum reversiblen Verkleben von Gegenständen und gezielten Lösen der Klebeverbindungen zwischen diesen Gegenständen, unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Klebstoffsystems.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Klebstoffsystem zur Bil
dung reversibler Klebeverbindungen mit mindestens einer polymeren
Klebstoffkomponente auf der Basis von Polyurethanen und/oder Po
lyharnstoffen und/oder Epoxidharzen und mindestens einer Zusatz
komponente. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfah
ren zum reversiblen Verkleben von Gegenständen und gezielten Lö
sen der erhaltenen Klebeverbindung.
Auf den verschiedensten technischen Gebieten werden heute Gegen
stände miteinander verklebt. Insbesondere werden bisher übliche
Schweißverbindungen durch Verklebungen ersetzt. Dazu werden hoch
feste, widerstandsfähige Klebeverbindungen benötigt. Dies gilt
vor allem auch bei der Herstellung von Kraftfahrzeugen. Bei die
ser Bauweise ist vor Nachteil, daß für eine Reparatur oder für
das Recycling die einzelnen verklebten Bauteile der Kraftfahrzeu
ge nur schwer, zeitlich aufwendig und gewaltsam, z. Bsp. mittels
Hammer und Meißel, Sägen oder Schweißen, wieder getrennt werden
können.
Gattungsgemäße Klebstoffsysteme sind z. Bsp. aus der US 45 99 273
bekannt. Diese Druckschrift betrifft oberflächenaktive Stoffe,
deren oberflächenaktive Wirkung durch Zusatzkomponenten in Form
von photolabilen Schutzgruppen blockiert ist. Durch die Einwir
kung von Strahlung werden die Schutzgruppen entfernt, und die
oberflächenaktive Wirkung wird wieder hergestellt. Bei derartigen
oberflächenaktiven Stoffen kann es sich auch um reversibel auf
bringbare Beschichtungen handeln. Hochfeste Klebeverbindungen
sind damit aber nicht realisierbar.
Aus der DE 92 16 278 U1 sind Haftklebstoffe bekannt, mit denen
Bauteile von Kraftfahrzeugen miteinander reversibel verbunden
werden können. Auch damit sind keine hochfesten Klebeverbindungen
realisierbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Klebstoffsysteme
der oben genannten Art bereitzustellen, mit welchen hochfeste
Klebeverbindungen herstellbar sind, welche auf einfache Weise ei
ne gezielte mechanische Trennung der miteinander verklebten Ge
genstände ermöglichen.
Die Lösung besteht darin, daß die mindestens eine Zusatzkomponen
te mindestens eine funktionelle Gruppe aufweist, welche durch
Energieeintrag aktivierbar ist, derart, daß eine chemische Reak-
tion mit der Klebstoffkomponente unter zumindest teilweisem Abbau
der Klebstoffkomponente erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch folgende Ver
fahrensschritte aus:
- - Herstellen einer Klebeverbindung unter Verwendung eines er findungsgemäßen Klebstoffsystems,
- - Desaktivieren der Klebeverbindung durch Energieeintrag,
- - Trennen der Gegenstände voneinander.
Das erfindungsgemäße Klebstoffsystem bzw. das erfindungsgemäße
Verfahren ermöglicht also die Herstellung hochfester Klebeverbin
dungen mittels grundsätzlich bekannter Hochleistungsklebstoffe
auf der Basis von Polyurethanen, Polyharnstoffen bzw. Epoxidhar
zen, welche durch Energiezufuhr gezielt geschwächt und somit wie
der gelöst werden können. Dabei werden die Molmasse und/oder die
Vernetzungsdichte des Klebstoff-Basispolymers, also der Kleb
stoffkomponente, stark verändert. Dies führt zum Verlust der me
chanischen Festigkeit des Klebstoffs. Die miteinander verklebten
Gegenstände können somit jederzeit leicht auf einfache Weise me
chanisch voneinander getrennt werden. Dies bedeutet eine erhebli
che Zeit- und Kostenersparnis.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprü
chen. Die Zusatzkomponente kann dem erfindungsgemäßen Kleb
stoffsystems nach Art eines Additivs einfach beigemischt sein.
Die Zusatzkomponente kann durch Eintrag von Wärmeenergie, z. Bsp.
Wärmeleitung, Konvektion bzw. IR-Strahlung, oder durch Eintrag
von Strahlungsenergie geeigneter Wellenlänge, insbesondere Mikro
wellen, aktivierbar sein.
Es können auch Zusatzkomponenten verwendet werden, welche mit der
Klebstoffkomponente ohne weitere Aktivierung spontan reagieren.
In diesem Fall sollten die Zusatzkomponenten blockiert, d. h. in
ihrer Reaktivität herabgesetzt sein. Dies kann durch Anbindung
von Schutzgruppen, durch Verkapselung bzw. Mikroverkapselung oder
durch Komplexierung mit einem anorganischen Komplexbildner reali
siert werden. Die Blockierung ist dann vorzugsweise ebenfalls
durch Eintrag von Wärmeenergie, z. Bsp. Wärmeleitung bzw. Konvek
tion und/oder durch Eintrag von Strahlungsenergie, insbesondere
Mikrowellen bzw. IR-Strahlung, aktivierbar.
Geeignete Zusatzkomponenten sind z. Bsp. organische Amine oder
organische Säuren. Organische Basen bewirken eine basenkataly
sierte Spaltung des Epoxid-Rückgrats bzw. der Urethan- bzw. Harn
stoffbindungen im Polymerrückgrat der entsprechenden Polymere.
Das Epoxidrückgrat kann auch durch organische Säuren gespalten
werden.
Die organischen Amine und Säuren werden in ihrer Reaktivität
blockiert, indem sie mit Schutzgruppen versehen oder in Kapseln
oder Mikrokapseln, insbesondere aus Aminoharz eingeschlossen wer
den. Amine können auch in einem Metallhalogenidkomplex komple
xiert werden, vorzugsweise mit Lithiumbromid oder Natriumchlorid.
Diese Methoden zur Deaktivierung sind z. Bsp. aus der organischen
Synthesechemie oder bei Depotwirkstoffen prinzipiell bekannt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung besteht darin, daß die Klebstoffkomponente chemisch modifi
ziert ist. Die chemische Modifizierung besteht darin, daß eine
oder mehrere Strukturkomponenten chemisch an die Klebstoffkompo
nente gebunden, vorzugsweise einpolymerisiert sind. Die Struk
turkomponenten sind so gewählt, daß sie mit der Zusatzkomponente
reagieren, so daß sie abgebaut werden. Dadurch wird auch die
Klebstoffkomponente geschwächt bzw. völlig zerstört.
Bevorzugte Strukturkomponenten sind Triazinderivate. Werden Tria
zine in die Klebstoffkomponente einpolymerisiert, entstehen Cya
nurat-Reste im Polymerrückgrat. Der Triazinring bewirkt bei einer
Reaktion mit einem Amin die Zersetzung der Cyanurat-Reste über
eine Aminolyse. Damit zerfällt auch die Klebstoffkomponente.
Die erfindungsgemäßen Klebesysteme können zur Verklebung von Ge
genständen aus Metall, Kunststoffen, Glas oder Textilien, jeweils
für sich oder untereinander, verwendet werden. Sie sind besonders
geeignet zur Herstellung von Serienklebstoffen, die insbesondere
im Automobilbau Anwendung finden.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausfüh
rungsbeispielen näher erläutert.
Es wurden S2-Prüfstäbe (DIN 53455) mit den Abmessungen 140 cm ×
10 cm × 3 cm hergestellt. Sie wurden aus einem feuchtehärtenden
PUR-Klebstoff auf der Basis von Diphenylmethandiisocyanat und Po
lyetherpolyol gegossen und 10 Tage gehärtet. Die Zugfestigkeit
wurde bei 23°C und 50% rel. Feuchte geprüft. Die Zugfestigkeit
betrug 8 MPa.
Es wurde wie unter I. verfahren, wobei dem Polyurethanklebstoff
vor dem Gießen 3 Ma-% eines Lithiumbromid/Triaminoethylamin-
Komplexes zugefügt wurden. Die Zugfestigkeit der so gefertigten
Prüfstäbe betrug 8 MPa.
Es wurde wie unter I. verfahren, wobei dem Polyurethanklebstoff
vor dem Gießen 4 Ma-% Aminoharz-verkapseltes Octylamin zugefügt
wurden. Die Zugfestigkeit der so gefertigten Prüfstäbe betrug 7
MPa.
Es wurde wie unter I. verfahren, wobei dem Polyurethanklebstoff
vor dem Gießen 3 Ma-% eines Natriumchlorid/4,4'-Diaminodiphenyl
methan-Komplexes zugefügt wurden. Die Zugfestigkeit der so gefer
tigten Prüfstäbe betrug 7 MPa.
Die gemäß den Beispielen 1, 3 und 4 gefertigten Prüfstäbe wurden
30 min. auf 175°C erhitzt. Danach wiesen sie folgende Zugfestig
keiten auf:
Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel): | 0,52 MPa |
Beispiel 3: | 1,02 MPa |
Beispiel 4: | 0,42 MPa |
Es wurde wie unter I. verfahren, wobei ein Prepolymer zum Einsatz
kam, in dem 22 Ma-% des Polyetherpolyols durch ein mit Diphenyl
methandiisocyanat umgesetztes 2,4,6-Tris-(ω-hydroxy-polyalkoxy-)-
1,3,5-triazin ersetzt wurden. Die Zugfestigkeit des reinen gehär
teten Polymers (nicht als Klebstoff formuliert) betrug 1,1 MPa.
Es wurde wie unter VI. verfahren, wobei dem Polyurethanklebstoff
vor dem Gießen 4 Ma-% eines Natriumchlorid/4,4'-Diaminodiphenyl
methan-Komplexes zugefügt wurden. Die Zugfestigkeit der so gefer
tigten Prüfstäbe betrug 1,2 MPa.
Die gemäß den Beispielen 5 und 6 gefertigten Prüfstäbe wurden 30
min. auf 175°C erhitzt. Danach wiesen sie folgende Zugfestigkei
ten auf:
Beispiel 5 (Vergleichsbeispiel): | 1,2 MPa |
Beispiel 6: | 0,2 MPa |
2 g Tris-(4-aminophenoxy)-1,3,5-triazin, gelöst in 10 g Anilin,
wurden bei 90°C mit 44 g Bisphenol-A-diglycidether homogen ver
mischt und zur Herstellung von Prüfstreifen in Formen wie unter
I. gegossen. Die Härtung erfolgte über 18 Stunden bei 90°C. Mit
tels dynamisch-mechanischer Analyse wurde die Glasübergangstempe
ratur des erhaltenen Materials mit Tg = 99°C bestimmt. Beim Er
hitzen auf 120°C bildete sich eine klebrige Masse ohne mechani
sche Festigkeit.
13,5 g des Reaktionsproduktes aus 150 g Bisphenol-A-diglycidether
mit 15 g Tris-(4-aminophenoxy)-1,3,5-triazin wurden mit 2,7 g Tri
methyl-1,6-diaminohexan unter Zusatz von 3 g N-
tert.Butyloxycarbonyl-aminooctan in Formen analog IX. gegeben und
bei 40°C über 20 Stunden gehärtet. Die Untersuchung mittels dyna
misch-mechanischer Analyse ergab eine Glasübergangstemperatur von
Tg = 80°C. Nach Erwärmen auf eine Temperatur von 200°C über min
destens 30 min erfolgte eine schnelle Erhöhung der Glasübergang
stemperatur. Das Material versprödete so stark, daß es bereits
durch die geringen Beanspruchungen im DMA-Meßgerät brach.
Claims (17)
1. Klebstoffsystem zur Bildung reversibler Klebeverbindungen mit
mindestens einer polymeren Klebstoffkomponente auf der Basis
von Polyurethanen und/oder Polyharnstoffen und/oder Epoxid
harzen und mindestens einer Zusatzkomponente,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mindestens eine Zusatzkomponente mindestens eine
funktionelle Gruppe aufweist, welche durch Energieeintrag ak
tivierbar ist, derart, daß eine chemische Reaktion mit der
Klebstoffkomponente unter zumindest teilweisem Abbau der
Klebstoffkomponente erfolgt.
2. Klebstoffsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zusatzkomponente der Klebstoffkomponente beigemischt
ist.
3. Klebstoffsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zusatzkomponente durch Wärmeenergie und/oder durch
Strahlungsenergie aktivierbar ist.
4. Klebstoffsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zusatzkomponente durch mindestens eine Schutzgruppe
und/oder durch Verkapselung und/oder durch Einschluß in anor
ganische Strukturen in ihrer Reaktivität blockiert ist und
die Blockierung durch Energieeintrag aufhebbar ist.
5. Klebstoffsystem nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Blockierung durch Wärmeenergie und/oder durch Strah
lungsenergie aufhebbar ist.
6. Klebstoffsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß es als Zusatzkomponente ein oder mehrere organische Amine
aufweist.
7. Klebstoffsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß es eine Klebstoffkomponente auf der Basis von Epoxidhar
zen und als Zusatzkomponente ein oder mehrere organische Säu
ren aufweist.
8. Klebstoffsystem nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Amin bzw. die Säure in Kapseln oder Mikrokapseln,
vorzugsweise aus Aminoharz, eingeschlossen sind.
9. Klebstoffsystem nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Amin in einen Metallhalogenid-Komplex, insbesondere
mit Lithiumbromid und/oder Natriumchlorid, eingebunden ist.
10. Klebstoffsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Klebstoffkomponente mittels mindestens einer chemisch
an die Klebstoffkomponente gebundenen Strukturkomponente mo
difiziert ist, wobei die Strukturkomponente so ausgewählt
ist, daß durch die Aktivierung der Zusatzkomponente eine che
mische Reaktion mit der Strukturkomponente unter zumindest
teilweisem Abbau der Klebstoffkomponente erfolgt.
11. Klebstoffsystem nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mindestens eine Strukturkomponente in die Klebstoff
komponente einpolymerisiert ist.
12. Klebstoffsystem nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mindestens eine Strukturkomponente mindestens ein
Triazinderivat ist.
13. Verfahren zum reversiblen Verkleben von Gegenständen und ge
zielten Lösen der Klebeverbindungen zwischen diesen Gegen
ständen,
gekennzeichnet durch
folgende Verfahrensschritte:
- 1. Herstellen einer Klebeverbindung unter Verwendung eines Klebstoffsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
- 2. Desaktivieren der Klebeverbindung durch Energieeintrag,
- 3. Trennen der Gegenstände voneinander.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Energieeintrag durch Wärmezufuhr, insbesondere mit
tels Wärmeleitung bzw. Konvektion und/oder elektromagnetische
Strahlung, insbesondere Infrarotstrahlung bzw. Mikrowellen,
erfolgt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß Gegenstände aus Metall, Kunststoffen, Glas oder Textilien
jeweils für sich oder untereinander verklebt werden.
16. Verwendung des Klebstoffsystems nach einem der Ansprüche 1
bis 12 bzw. des Verfahrens nach einem der Ansprüche 13 bis 15
zur Verklebung von Bauteilkomponenten in Kraftfahrzeugen.
17. Verwendung des Klebstoffsystems nach einem der Ansprüche 1
bis 12 zur Herstellung von Serienklebstoffen.
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