Funktionalisierung von Klebstoffen - Möglichkeiten und Limitierungen

Transkript

1 Funktionalisierung von Klebstoffen - Möglichkeiten und Limitierungen

2 Übersicht Definition Möglichkeiten der Funktionalisierung Orte für eine chemische Reaktion Beispiele Grenzen der Methodik

3 Was heisst Funktionalisierung? Definition: Klassisch: Durch chemische Reaktion bestimmte Endgruppen in ein Polymer einbringen Hier: Durch Einsatz von Substanzen wie Füllstoffen, Streckmitteln oder chemische Modifikatoren eine veränderte Leistung bei der Verklebung erzielen oder einen Zusatznutzen im Bauteil erhalten ( höhere Funktion ) Klassische Beispiele: verringerter Preis, höhere Verklebungsgeschwindigkeit, geringere Formaldehydemission, längere offene Zeit, veränderter Tack Neuere Beispiele: Bessere mechanische Eigenschaften, niedrigere VOC- Emissionen, optimiertes Prozeßfenster, Überbrückung von Hohlräumen

4 Möglichkeiten der Funktionalisierung Einige mögliche Wege zur Funktionalisierung: chemische Reaktion (Cokondensation, Endgruppen, latente Härter) Modifikation mit Feststoffen (Fasern, Pulver, Schäumen) Verkapselung Zugabe inerter Chemikalien Einsatz von Hybridsystemen (pmdi formaldehydbasierte Systeme) Die meisten dieser Methoden erfordern eine enge Zusammenarbeit von Klebstoffhersteller und Klebstoffanwender

5 Was gibt es für Unterschiede bei verschiedenen Reaktoren? Beim Rührkessel kann eine Zugabe nur zu gewissen Zeiten erfolgen, die Zusammensetzung im Reaktor ist durch die Hauptreaktion festgelegt Bei der Kaskade kann eine Zugabe sowohl zu gewissen Zeiten als auch bei gewissen Konzentrationen oder Umsätzen erfolgen Vorteil ist die Trennung der Reaktionsräume: Eine Substanz, die die Hauptreaktion stört, wird vorher oder nachher zugegeben

6 Mögliche Orte für eine Zugabe im Bereich Klebstoffherstellung Rührkessel Rührkesselkaskade aus Baerns/Hofmann/Renken, Chemische Reaktionstechnik - Lehrbuch der Technischen Chemie Band 1, 2. Auflage, 1992, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, Abb. 8.1, S. 239 TU Dresden, Technisch-Chemisches Praktikum, Oliver Busse

7 Mögliche Orte für eine Zugabe im Bereich Massivholz / Fläche / Kante Folieranlage Swedspan Zuführung Rohmaterial Abstapelung Fügen Auftrag des Klebstoffs Zuschnitt Verpackungsbereich

8 Mögliche Orte für eine Zugabe im Bereich Massivholz / Fläche / Kante Beleimaggregat für Flächen Nur geringe Zeit zwischen Klebstoffapplikation und Fügen keine Trennung der Reaktionsräume H.I.T. Maschinenbau GmbH + Co. KG Kapellenstraße Ettringen Ausweg: Vorbehandelung der Fügeteile (Primern / Plasma)

9 Mögliche Orte für eine Zugabe im Bereich HWS

10 Orte für die Zugabe Deutlich vor der Beleimung, vor dem Trockner, im Kocher: Vorteile: Trennung der Reaktionsräume, Penetration der Substanz in das Holz, verlängerte Reaktionszeit Nachteile: Verlust von Material im Staub, beim Sieben, beim Mahlen, im Prozesswasser. Anlagenteile müssen chemikalienfest sein. Direkt in der Beleimung: Vorteile: gute Verteilung, direkte chemische Reaktion, einfache Applikation, geringe Verluste Nachteile: keine Trennung der Reaktionsräume, ungewollte Verzögerung oder Beschleunigung der Härtung

11 Orte für die Zugabe Direkt im Bereich der Formung: Vorteile: kurze Reaktionszeit, bedingte Trennung der Reaktionsräume, Mittelschicht und Deckschicht können separat behandelt werden Nachteile: schlechte Verteilung, Anklebungen im Bereich Formstrasse Direkt auf Formband und Matte zusammen mit Wasser und / oder Trennmittel Vorteile: gute Verteilung, direkte chemische Reaktion, einfache Applikation, geringe Verluste, befriedigende Trennung der Reaktionsräume Nachteile: nur an der Oberfläche wirksam, Rohdichteprofil muß beachtet werden

12 Einige ausgewählte Bespiele durch chemische Reaktion Cokondensation von formaldehydhaltigen-klebstoffen mit Melamin oder Phenol Philbrook, A. et al. (2005); Schmidt, K. et al. (2006); Schmidt, K. (2013); Braun et al. (1995) Einführung formaldehydfangender Endgruppen durch Sulfonierung des Klebstoff oder der Holzes Pasch et al. (1990); Pat. US (BASF); Seifert, W., Prantz, E. Pat. EP2005/ (Kronospan); Blankit / Hydrosulfit (BASF) ; Grunwald, D. und Hasch. J. Pat. EP2008/ (Kronotec) Latenter Härter als zusätzliche Härterkomponente, die Formaldehyd am Pressenauslauf bindet PAT HL 770, Fa. E.P. Würtz

13 Einige ausgewählte Bespiele durch Modifikation mit Feststoffen (Fasern, Pulver, Schäumen) Einführung von nanoscaliger Cellulose in den Klebstoff, bessere mechanische Festigkeiten (Quellung, Querzug, Biegefestigkeit) werden erzielt Veigel et al. (2012); Singha, A.S. und Thakur, V.K. (2008) Zugabe von mikrofeinem Polyurethanpuler zu pmdi, dieses sorgt insbesondere für weniger Wegschlagen des Klebstoff und schmilzt z.t. auf bzw. reagiert mit pmdi. Pattis, R. (2010); Fa. Mobius Technologies Zugabe geschäumter Kunststoffe zum Holz während der Formung, die zum Teil aufschmelzen und daher zur Bindung beitragen und die Hohlräume füllen Kaurit Light, Fa. BASF

14 Einige ausgewählte Bespiele durch Verkapselung Bekanntes Verfahren bei der Schraubensicherung Mikroverkapselung von pmdi mit Butandiol und PEG als weiteres Polymer, Einsatz bei der Flächenverklebung von Holz wobei die Verklebung mechanisch aktiviert wird Zillessen et al., Pat. OS-DE , Fraunhofer WKI Zillessen, A. und Sengespeick, A. (2012), Fraunhofer

15 Möglichkeiten der Funktionalisierung durch Zugabe inerter Chemikalien Zugabe von Maleinsäureanhydrid zum Klebstoff als Haftvermittler für thermoplastische Zusatzstoffe Bitzi. J, Grunwald, D., Hasch J., EP , Kronotec AG Zugabe von EDTA oder anderer Komplexbildner als Fänger für Metallionen, die die Bildung von VOC katalysieren AehIig, K. Und Fischer M., EP , IHD Dresden

16 Einige ausgewählte Bespiele durch Einsatz von Hybridsystemen (pmdi formaldehydbasierte Systeme) Der klassiche Einsatz in der Mittelschicht der Spanplatte (Querzug, Quellung, Pressgeschwindigkeit) mit 0,3 0,5 % auf Holz Standard pmdi, Dziurka, D. und Mirski, R. (2010) Neuere Systeme, die eine bessere mechanische Kennwerte (Quellung, Querzug, MOR) ermöglichen Schnellhärtendes präpolymeres pmdi FC 4320, emdi EM 4352, Fa. Huntsman Zillessen et al. (2012), Brodel, M. (2011), Fraunhofer WKI

17 Grenzen der Methodik Funktionalsierung von Klebstoffen ist möglich: Am einfachsten beim Klebstoffhersteller keine optimalen Ergebnisse erzielbar = Minimallösung Bei der Verarbeitung muß das Prozeßfenster beachtet werden Probleme beim Formen, Pressen, Trennen sind vorhersehbar Anpassung auf die jeweiligen Anlage zwingend erforderlich Implementierung schwierig Unser Wissen über die ablaufenden chemischen Reaktionen zwischen Klebstoff und Holz ist weiterhin nicht ausreichend

18 Vielen Dank Die vollständige Literaturliste ist beim Autor erhältlich. Die Angabe von Firmennamen stellt keine Empfehlung, sondern nur ein Beispiel dar.