Grundlagen Kleben, HMA, PSA

• mechanische Verklammerung

• Molekülverklammerung

• spezifische Adhäsion

• Temperatur: hohe T weicht Bindungen auf

• Mw: hohes Mw mehr Festigkeit

• Festigkeit der Ketten: Styrol vs. Alken

• Vernetzungsgrad

• Konstitution (Anordnung des Moleküls)

• Wechselwirkungen (abhängig von funktionellen Gruppen)

• Struktur: amorph oder kristallin

• 
  

Physikalisch

• Trocknen: Lösemittel entfernen

Chemisch:

• Härten: Monomere polymerisieren

Mischfform:

• Erstarren: nach Schmelzeauftrag

Sonderform: PSA viskoelastisch: fest und flüssig zugleich

Erst Adhäsion durch Auffließen aufbauen, dann im zweiten Schritt Kohäsion herstellen

(= wie lagern sich die Molekülketten auf der Substratoberfläche an)

• gerade flach: gute adhäsion keine Kohäsion

• Knäuel: adhäsion und Kohäsion gut

• poolare Endgruppen machen sehr gute Adhäsion, Kohäsion durch Ketten gut

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• LM-frei

• niedrige Kosten

• einfache Lagerung

• schnelles Abbinden: hohe Produktivität

• Papier ist nicht nass

  • 
    

• Schmelzeenergie muss aufgebracht werden

• nicht T-beständig

• nicht chemikalienbeständig

• Tm

• Verarbeitungsgeschwindigkeit

• Abbindezeit = offene Zeit

• Verarbeitungstemperatur

• t-Beständigkeit der Masse

• Viskosität (muss verarbeitbar sein)

• hoher Hottack

• Basispolymer

• Harz

• Stabilisator

• Füllstoffe

• Nukleirungsmittel

• Wachs

• Weichmacher

• Basispolymer: Festigkeit, niedrige Viskosität der Schmelze, WW mit dem Substrat

• Harz: Klebrigkeit, Adhäsionsaufbau, niedrigere Viskosität

• Stabilisator: gegen Abbau durch Autoxidation

• Füllstoffe: niedrigere Kosten, Klebrigkeit

• Nukleirungsmittel: schnellere Abbindezeit, höhere Festigkeit durch Kristalle

• Wachs: niedrige Viskosität, schnelles Erstarren, niedrige Kosen, Antiblockmittel

• Weichmacher: erniedrigt Tg, gut für Viskosität

• EVA: Ethylenvinylacetat

• PUR: Polyurethan

• Polyester

• PA

• SBS/SIS (HMPSA)

• gute Adhäsion und Kohäsion,

• guter Hottack

• Zersetzung bei hohen Temperaturen

• starke WW möglich

  
  

• TM: 80-150 (PE(100-150; PP 160)

• niedrige Viskosität: kleines Mw (evtl Wachse dazu)

• WW: PE und PP haben van der Waals WW : EVA dazu

  
  

EVA:

• Ethylen (sorgt für die Kristalle)

• Vinylacetat (erniedrigt Kristallinität)

• Abmischen der beiden Komponenten maßgeblich

  
  

• Licht/ Strahlung

• Temperatur

• chemisch (Oxidation)

• Mechanische

• verspröden

• vergilben

• veränderte Viskosität

• Haut- /Gelbildung

• Im ersten Zyklus wird ein Radikal durch Strahlungseinfluss abgespalten. Radikal reagiert mit O2 aus Umgebung:

• KEttenreaktion führt zu schnellem Abbau:

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• Radikalfänger:

  • primäre Antioxidantien: Phenole

  • sterische Hinderung der Radikale

• Peroxidzersetzer

  • sekundäre Antioxidantien: Phosphit, Thioether

  • Fangen Radikale im 2. Zyklus ab.

• Verhinderung von Radikalbildung

  • Metalldesaktivatoren (Metallionen aus Produktion durch Liganden behindern)

  • Lichtschutzmittel: UV-Absorber: absorbiert UV-Strahlung (Sonnencreme)

  • Quencher: wirken sterisch dem Verfall entgegen

  • Antioxidantien: binden Radikale

• Verträglichkeit mit dem Basispolymer

• fest, brüchig, opak, grob bis feinskristallin

• schmilzt schnell: niedrige Viskosität

• kurze Ketten

• Auswahl je nach Viskosität, Erstarrungspunkt, Tm und Härte

• Abbindegeschwindigkeit beschleunigen

• Viskosität erniedrigen

• Blockneigung runter

• Kosten runter

• Widerstand gegen Kriechen runter

• Kolophonium (Aus Baum/ Rinde)

• Kohlenwasserstoffharze

• Terpene aus Zitrusfrüchten

Klebrigkeit

Adhäsion

Trübungspunktmethode

• DACP: Auskunft über Polarität

• MMPA: Aromazität

• Veresterung möglich über Säuregruppen

• in Molekül: Doppelbindungen: Hydrieren nötig (teuer) sonst anfällig für Oxidation

• Herstellung: Rohöl-> Naphta-> Cracker: (C9, C5, C1-C2)

• Polymerisation zu Harzen

• Hydrieren oder Abmischen, sonst instabil

• durch nachträgliches Vernetzen Hitze und chemikalienbeständige HMA

• Isocyanate an Basispolymer binden: Problem: entstehendes CO2 kann zwischen Folien nicht verdampfen: Blasenbildung

• Alken-Gruppen einbinden: UV-EB Bestrahlung

• Polymerisation mit Styrol/ Phenol

PSA

Pressure Sensitive Adhesive

Nach:

• Klebrigkeit: Tack: Initialhaftung

• Klebkraft: Peel: Kraft, um Material abzuziehen

• Scherfestigkeit: Shear: Beständigkeit gegen statische Langzeitbeanspruchung

  
  

• Daumentest (subjektiv!)

• Probetack (simuliert Daumentest)

  • konstante Fläche und Druck auf Probe: Kraftmessung beim Abziehen

• Loop-Tack

  • Schlaufe aus Klebeband

  • Anpressdruck: Eigengewicht und Steifigkeit

  • Kontaktzeit: kurz

  • Fläche: konstant

• Rolling Ball (Ball rollt schiefe Ebene herab auf Klebestreifen: Weg bis Stillstand gemessen)

  • Kugel durch PSA gebremst

  • sehr T-abhängig

  • Härte von PSA entscheidend

  
  

Bindungsbruch provozieren: Klebstoff ablösen und Steifigkeit des Trägermaterials überwinden.

Immer unterscheiden in Adhäsions und Kohäsionsbruch

• FTM1 Finat-Testmethode:

  • Abzugswinkel 180°

• FTM2 Finat 2 Testmethode

  • Abzugswinkel 90°

  • Klebkraft FTM2 kleiner als FTM1: geringere Biegekraft des Substrats bei 90°

  • Problem: Winkel muss konstant 90° bleiben: bewegliche Platte oder Rolle

• T-Peel test : Verklebung Klebeband Klebeband

  • prüft Verankerung auf Substrat

  • bleibt PSA auf Trägermaterial?

• Cavitäten sind kleine Löcher und Risse in der Klebeschicht, die durch Abreißen dicker Schichten entstehen

• je stärker man abzieht, umso größer werden sie

• Fadenbildung möglich

• kann nicht ausschließlich durch Kohäsion und Adhäsion erklärt werden

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• Schälrate: Abzugsgeschwindigkeit

• Klebstoffdicke: Biegesteifigkeit und bessere Verklebung

• Dicke des Trägers: Biegesteifigkeit ausschlaggebend

• Peelwinkel: je steiler, umso mehr Biegung muss überwunden werden

• Kontaktzeit beeinflusst auffließen

• Temperatur: bei höherer T besseres Auffließen

• Substrat:

  • Oberflächenspannung vom Substrat> als PSA

  • Oberflächenrauhigkeit: Mehr PSA und mehr Zeit

• Finat 8: Messung stationärer Scherfestigkeit: t bis abfallen (Zeitmessung)

• SAFT (Shear Adhesion Failure Test)

  • Erhöhung der Temperatur bis abfällt

• Kohäsion: PSA hochviskos; bestimmt über Scherfestigkeit

• Adhäsion: durch Anpressdruck geringe Abstände möglich:

  • Benetzung und WW zwischen PSA und Subtrat

  • Druckkraft umgewandelt in Fließenergie: Benetzung

  • Wiederspruch zum Grundsatz der Oberflächenspannung: müsste sich eig zusammenziehen

  • web

für Adhäsion niedrige Viskosität, für Kohäsion hohe

• fließfähig und elastisch zugleich

• abhängig von Temperatur und Einwirkungsgeschwindigkeit

• Gleichung von William Lendel Ferry : Veränderung des Verhaltens durch Erniedrigung der Temperatur entspricht der Vernderung duch Erhöhen der Einwirkgeschwindigkeit

• Temperatur und Geschwindigkeit korrelieren

• Materialistruktur

• tg

• tm

• G’ (Steifigkeit) bei verschiedenen Temperaturen und Frequenzen

  
  

• Infos über das Klebeverhalten von PSAs

• Plateaubereich von G’ bei 10^4 bis 10^5 Pa

  • G’ kleiner: Kohäsion zu gering, fließt davon

  • G’ höher: Kohäsion zu hoch: keine Bildung von Adhäsion möglich

• Grundpolymer

• Harz

• Öl/Weichmacher

• Stabilisatoren, Antioxidantien

• Füllstoffe

• Additive

• Grundpolymer; Kohäsion und Adhäsion

• Harz: Klebrigkeit, Adhäsion

• Öl/Weichmacher: Viskosität runter, Adhäsion, Temperaturverhalten

• Stabilisatoren, Antioxidantien: Verhindern Radikalbildung

• Füllstoffe: Kosten runter, OPtik

• Additive: verschiedene: Benetzung, Entschäumer…

• Styrol Blockcopolymere

• Acrylate

• Butylkautschuk

• Naturkautschuk

• Silikon

• PUR

• EVA

• APAO

Bei Raumtemperatur fließfähig

Zusammenhang zwischen Viskosität und Mw enorm:

• Viskosität= mw^3,4: verdoppeltes Mw: 10 mal Viskoser

• bei steigendem Mw verändern sich Peelkraft und Bruchart.

PEEL

1. Peelkraft steigt, da Kohäsion bei steigendem Mw steigt; aber Kohäsionsbruch, da innere Festigkeit zu gering

2. Kohäsion steigt weiter, Benetzung nicht mehr möglich: Adhäsionsbruch aber hohe innere Festigkeit

TACK

1. Mit steigendem Mw erhöht sich Tack bis Adhäsionsbruch

2. danach fällt Tack, da schlechte Benetzung

SHEAR

• stark von Viskositätänderung abhängig

erhöht stark das MW

• Tack konstant schlechter

• Peel sofort Adhäsionsbruch mit abnehmender Peelkrafft

• Shear nimmt linear zu

• Harz und Basispolymer müssen verträglich sein:

  • sonst bildet sich keine gemeinsame Phase

  • einzelne Komponenten wirken für sich

  • keine Verbesserung des Tack, wirkt eher wie ein hindernder Füllstoff

• Tack: steigt bis 50% Anteil, danach wirds wieder schlechter,

• Peel steigt auch stark, bis Umkehrpunkt: zu viele Kurze Ketten: Kohäsionsbruch kann irgendwann leicht provoziert werden

• Shear sinkt kontinuierlich, da immer weniger innere Festigkeit gegeben

Der Tg einer Basispolymer- Harz-Mischung muss zwischen den Tgs der Einzelkomponenten liegen.

Ist nur der Fall, wenn die beiden vertäglich sind,

Sind sie unverträglich, kann es zu zwei einzelnen Tgs kommen

• Tg runter

• Klebeigenschaften: Scherfestigkeit runter

• Kosten runter

• zu viel WM: Ausschwitzen möglich: ölige Oberfläche

• Viskosität bei HMPSA runter

• Gleittheorie

  • Reduzierung der WWs zwischen KEtten: Erhöhung der Beweglichkeit

• Solvatationstheorie

  • WM löst Polymer

• Polaritätstheorie

  • Zwischen Polymerketten WWs über polare Gruppen

  • WM lagert sich an polare Teile: unpolare Teile treffen aufeinander: stoßen sich b

    
    

• äußere WM:

  • kommen zusätzlich zu Polymer dazu

  • optimale Menge einstellbar, viele Freiheitsgrade

• innere WM

  • zusätzliches Monomer in Kette verbaut

  • kein Ausschwitzen, migrieren möglich

• Kosten runter

• Farbe

• Steifigkeit hoch

• Tack runter

• Peel runter

• Scherfestigkeit hoch oder runter

(wie bei HMA: Radikalfänger)

• schützen O2 empfindliche Komponenten im PSA

  • unhydrierte Harze

  • Basispolymere SBS, SIS, Naturkautschuk

• Aus der Schmelze: HMPSA

  • Einsatz der reinen Substanz ohne Verunreinigungen

  • Wasserbeständig

  • hohe Auftragsgewicht möglich

• Emulsion

  • sehr niedrige Viskosität auch bei hohem Mw

• Lösung (mit Wasser)

• Teleskopeffekt: Rollenkern wandert nach außen

  • ungleichmäßiger Druck, falsche Lagerung

  • Abgleiten über PSA

• Kautschuk

• SBC (Styrol Block Copolymer)

• Akrylat PSA

• HMPSA

• Reaktivklebstoffe (Photoreduktion)

Kautschukdispersion

• Rückstandslose Abnehmbarkeit (nachträglich vernetzt)

• T-Beständigkeit

• hohe Kriechbeständigkeit

• mehrfach verwendbar

• elektrisch leitfähig

• chemikalienbeständig

• SIS (Styrolisopren) gut für niedrige Viskosität

• SB (Styrolbutadien) gut für Alterungsbeständigkeit

beide Styrolblockcopolymere

• Basismonomer: Isopren

  • wird gemahlen: Mw geht runter

  • Harze wie bei HMA

  • Weichmacher

  • Stabilisatoren