Rasterkraftmikroskopie

Polymere und
Haftklebstoffe

Aufbau verschiedener Haftklebstoff-Typen

Dieser Abschnitt stellt zwei wichtige Vertreter der Haftklebstoffe vor: Systeme auf der Basis von Naturkautschuk, die preisgünstig in der Herstellung sind und sich auf Verpackungs- und Kreppbändern finden, und Acrylathaftklebstoffe. Letztere werden auf synthetisch hergestellten Polyacrylaten aufgebaut. Daher läßt sich schon bei der Synthese des Basispolymers auf die späteren Eigenschaften des Klebstoffs Einfluß nehmen. Andererseits macht genau dies die Herstellung ungleich teurer.

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Naturkautschukhaftklebstoffe[39, 40]

Naturkautschuk (im folgenden NR nach DIN ISO 1629, abgeleitet aus dem Englischen natural rubber) ist das lineare Polymer des Isoprens in cis-1,4-Konfiguration. Er wird aus dem Latex gewonnen, der beim Anritzen der Sekundärrinde der Stämme von Kautschukbäumen (Hevea brasiliensis, Familie der Wolfsmilchgewächse, Euphorbiceae) ausfließt. Reiner Naturkautschuk zeigt lediglich Autohäsion, haftet also nur an anderen Kautschukoberflächen. Er ist aber nicht inhärent klebrig, baut also von sich aus keine Adhäsion zu anderen Oberflächen auf, sondern wird erst durch den Zusatz von Harzen zu einer klebfähigen Masse. Haftklebstoffe auf Naturkautschukbasis bestehen typischerweise etwa zu gleichen Anteilen aus Kautschuk und Harz, hinzu kommen Füllstoffe, Weichmacher, Vernetzer und Alterungsschutzmittel. In einem von Wetzel vorgeschlagenen Modell wird herausgestellt, dass die Klebrigkeit von Kautschuk/Harz- Mischungen eng mit einer Mehrphasigkeit verbunden ist[41, 42, 43]. Schon in den 50er Jahren wurde dies u. a. mit rasterelektronenmikroskopischen Untersuchungen gestützt[44]. Erste Versuche, in inhomogenen Kautschuk/Harz-Mischungen Phasenzuordnungen mit Hilfe von Contact-Mode-Rasterkraftmikroskopie und Kraft/Distanz-Kurven zu treffen, finden sich bei Foster et al[45]. Gleichwohl wird dieser Mechanismus auch kritisch betrachtet, da das Zweiphasenmodell von Wetzel die Geschwindigkeitsabhängigkeit der Kontaktklebrigkeit (Tack) nicht adäquat zu erklären vermag[46]. Grundsätzlich scheint eine Mehrphasigkeit keine notwendige Voraussetzung für hohe Oberflächenklebrigkeit zu sein, denn die Eigenschaften acrylatbasierender Haftklebstoffe beispielsweise werden durch Phasenseparation herabgesetzt. Bei der Herstellung solcher Klebstoffe wird der Naturkautschuk als hohen Scherkräften ausgesetzt, so daß die Poylmerketten zu kleineren Einheiten abgebaut werden. Dadurch wird zum einen erreicht, daß sich der Kautschuk leichter verarbeiten lässt, zum anderen werden aber auch die Klebeigenschaften durch diesen Prozess (Mastikation) beeinflusst. Danach werden dann die weiteren Komponenten eingearbeitet. Vorteil der Naturkautschuk-Haftklebstoffe ist ihr geringer Preis gemeinsam mit hervorragenden klebtechnischen Eigenschaften für den Großteil der Anwendungen von Haftklebstoffen. Nachteilig hingegen ist seine geringe Langzeitstabilität: Das ungesättigte Polymer ist anfällig für Oxidationsreaktionen. Die Langzeitstabilität dieser Systeme wird daher durch Alterungsschutzmittel eingestellt.

Molekulargewichtsverteilung eines klebtechnischen Polyacrylats. Die Polymerisation wird so gesteuert, daß sowohl hochmolekulare Anteile entstehen, die für eine hohe Scherfestigkeit und hohe Klebkräfte notwendig sind, als auch niedermolekulare Anteile. Diese erhöhen die Kontaktklebrigkeit des Haftklebstoffs.

Polyacrylathaftklebstoffe[47, 48]

Bei den Polyacrylaten handelt es sich um die polymerisierten Ester der Acrylsäure. In der Regel werden keine Reinacrylate zu Haftklebstoffen verarbeitet sondern Copolymerisate verschiedener Ester. Als wichtigste Vertreter wären zu nennen n-Butyl-, t-Butyl-, 2-Ethylhexyl- und Cyclohexylacrylat. Werden polarere Polymere gewünscht, so wird zudem reine Acrylsäure eingesetzt. Im technischen Maßstab werden diese Monomere radikalisch polymerisiert, was zu einer breiten Molmassenverteilung führt (nebenstehende Abbildung).

Obwohl die klebtechnisch eingesetzten Acrylate schon inhärent klebrig sind, werden ihnen zusätzlich Harze zugemischt, die vor allem die Kontaktklebrigkeit erhöhen. Typische Acrylatklebmassen bestehen zu etwa 70% aus dem Basispolymer, dem etwa 30 % Harz beigemischt werden. Die Vorteile der Polyacrylat-Haftklebstoffe sind hohe Klebrigkeit, Klebkraft und Alterungsbeständigkeit. Sie sind allerdings in der Produktion deutlich kostenintensiver als Systeme auf Naturkautschukbasis.

Harze

Polymerblends

Dynamisch-mechanische Thermoanalyse

Molekulare Struktur und Aggregatzustände der Polymere

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