Natürliche Klebstoffe sind in unserem Alltag weit verbreitet. Je nach Quelle lassen sie sich in tierische, pflanzliche und mineralische Klebstoffe unterteilen. Zu den tierischen Klebstoffen zählen beispielsweise Haut-, Knochen-, Schellack-, Kasein-, Albumin- und Fischblasenleim. Pflanzliche Klebstoffe umfassen Stärke, Dextrin, Kolophonium, Gummi arabicum und Naturkautschuk. Mineralische Klebstoffe beinhalten beispielsweise Mineralwachs und Asphalt. Aufgrund ihrer reichlichen Verfügbarkeit, des niedrigen Preises und der geringen Toxizität finden sie breite Anwendung in der Möbelherstellung, im Buchbindereiwesen, in der Verpackungsindustrie und im Kunsthandwerk.
Stärkekleber
Nachdem Stärkeklebstoffe im 21. Jahrhundert Einzug gehalten haben, wird ihre gute Umweltverträglichkeit zu einem ihrer Hauptmerkmale werden. Stärke ist ein ungiftiger, unschädlicher, kostengünstiger, biologisch abbaubarer und umweltfreundlicher, natürlicher Rohstoff. Sie findet in verschiedenen Branchen breite Anwendung. Insbesondere in den letzten Jahren hat sich die weltweite Klebstoffproduktionstechnologie in Richtung Energieeinsparung, Kostensenkung, Schadstofffreiheit, hoher Viskosität und Lösungsmittelfreiheit entwickelt.
Als umweltfreundliches Produkt hat Stärkeklebstoff in der Klebstoffindustrie große Aufmerksamkeit erregt. Besonders vielversprechend sind die Anwendungsmöglichkeiten von Stärkeklebstoffen, die aus Maisstärke oxidiert werden, und ihr Forschungs- und Anwendungsbereich ist intensiv.
In letzter Zeit wird Stärke als Klebstoff hauptsächlich in der Papierindustrie und bei Papierprodukten eingesetzt, beispielsweise zum Verschließen von Kartons und Kartonverpackungen, zum Etikettieren, zum Verkleben von Flächen, zum Verkleben von Briefumschlägen, zum Verkleben von mehrlagigen Papiertüten usw.
Im Folgenden werden einige gebräuchliche Stärkeklebstoffe vorgestellt:
Oxidierter Stärkekleber
Das aus einer Mischung aus modifizierter Stärke mit niedrigem Polymerisationsgrad, die Aldehyd- und Carboxylgruppen enthält, und Wasser unter Einwirkung eines Oxidationsmittels durch Erhitzen oder Gelieren bei Raumtemperatur hergestellte Gelatinemittel ist ein beladener Stärkeklebstoff. Nach der Oxidation der Stärke entsteht oxidierte Stärke mit Wasserlöslichkeit, Benetzbarkeit und Klebrigkeit.
Die Oxidationsmittelmenge ist gering, der Oxidationsgrad unzureichend, die Gesamtmenge der durch Stärke gebildeten neuen funktionellen Gruppen nimmt ab, die Viskosität des Klebstoffs steigt, die Anfangsviskosität sinkt, die Fließfähigkeit ist schlecht. Dies hat einen großen Einfluss auf den Säuregrad, die Transparenz und den Hydroxylgehalt des Klebstoffs.
Mit zunehmender Reaktionszeit steigt der Oxidationsgrad, der Gehalt an Carboxylgruppen nimmt zu und die Viskosität des Produkts sinkt allmählich, aber die Transparenz verbessert sich stetig.
veresterter Stärkekleber
Veresterte Stärkeklebstoffe sind nicht abbaubare Stärkeklebstoffe, die der Stärke durch die Veresterungsreaktion zwischen den Hydroxylgruppen der Stärkemoleküle und anderen Substanzen neue funktionelle Gruppen verleihen und dadurch die Eigenschaften der Stärkeklebstoffe verbessern. Durch die partielle Vernetzung der veresterten Stärke erhöht sich die Viskosität, die Lagerstabilität verbessert sich, die feuchtigkeitsbeständigen und antiviralen Eigenschaften werden optimiert und die Klebeschicht ist beständiger gegen wechselnde Belastungen.
aufgepfropfter Stärkekleber
Bei der Stärkepfropfung werden physikalische und chemische Methoden eingesetzt, um in den Stärkemolekülketten freie Radikale zu erzeugen. Beim Kontakt mit Polymermonomeren kommt es zu einer Kettenreaktion. Dabei entsteht an der Stärkehauptkette eine Seitenkette aus Polymermonomeren.
Da sowohl Polyethylen- als auch Stärkemoleküle Hydroxylgruppen besitzen, können Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Polyvinylalkohol- und Stärkemolekülen gebildet werden, die als „Pfropfung“ zwischen Polyvinylalkohol- und Stärkemolekülen fungieren, sodass der erhaltene Stärkeklebstoff bessere Haft-, Fließ- und Frostschutzeigenschaften aufweist.
Da Stärkeklebstoff ein natürlicher Polymerklebstoff ist, ist er preiswert, ungiftig, geruchlos und umweltverträglich. Daher wird er intensiv erforscht und eingesetzt. Aktuell findet Stärkeklebstoff vor allem Verwendung in Papier, Baumwollgewebe, Briefumschlägen, Etiketten und Wellpappe.
Zellulosekleber
Zu den als Klebstoffe verwendeten Celluloseetherderivaten gehören hauptsächlich Methylcellulose, Ethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose und andere Ethylcellulose (EC): ist ein thermoplastischer, wasserunlöslicher, nichtionischer Cellulosealkylether.
Es zeichnet sich durch gute chemische Stabilität, hohe Alkalibeständigkeit, ausgezeichnete elektrische Isolation und mechanische Rheologie aus und behält seine Festigkeit und Flexibilität bei hohen und niedrigen Temperaturen. Es ist leicht mit Wachs, Harz, Weichmachern usw. mischbar und eignet sich für Papier, Gummi, Leder und Textilklebstoffe.
Methylcellulose (CMC)Ionischer Celluloseether. In der Textilindustrie wird CMC häufig als Ersatz für hochwertige Stärke als Schlichtemittel für Stoffe eingesetzt. Mit CMC beschichtete Textilien weisen eine höhere Weichheit sowie deutlich verbesserte Druck- und Färbeeigenschaften auf. In der Lebensmittelindustrie zeichnen sich verschiedene mit CMC versetzte Eissorten durch gute Formstabilität, gute Färbbarkeit und geringe Weichheit aus. Als Klebstoff findet es Verwendung bei der Herstellung von Zangen, Kartons, Papiertüten, Tapeten und Holzimitaten.
CelluloseesterDerivate: hauptsächlich Nitrocellulose und Celluloseacetat. Nitrocellulose: Auch bekannt als Cellulosenitrat, ihr Stickstoffgehalt liegt aufgrund unterschiedlicher Veresterungsgrade im Allgemeinen zwischen 10 % und 14 %.
Der hohe Gehalt an Feuerwolle ist allgemein als Feuerwolle bekannt und wurde zur Herstellung von rauchlosem und kolloidalem Schießpulver verwendet. Der niedrige Gehalt wird allgemein als Kollodium bezeichnet. Es ist in Wasser unlöslich, aber in einem Lösungsmittelgemisch aus Ethylalkohol und Ether löslich; die Lösung ist ebenfalls Kollodium. Da das Kollodium-Lösungsmittel verdunstet und einen zähen Film bildet, wird es häufig für Flaschenverschlüsse, Wundschutz und das erste Zelluloid der Geschichte verwendet.
Durch Zugabe einer geeigneten Menge Alkydharz als Modifikator und Verwendung einer geeigneten Menge Kampfer als Härtemittel entsteht ein Nitrocelluloseklebstoff, der häufig zum Verkleben von Papier, Stoff, Leder, Glas, Metall und Keramik verwendet wird.
Celluloseacetat: Auch bekannt als Celluloseacetat. In Gegenwart eines Schwefelsäurekatalysators wird Cellulose mit einem Gemisch aus Essigsäure und Ethanol acetatiert. Anschließend wird verdünnte Essigsäure zugegeben, um das Produkt bis zum gewünschten Veresterungsgrad zu hydrolysieren.
Im Vergleich zu Nitrocellulose eignet sich Celluloseacetat zur Herstellung lösungsmittelbasierter Klebstoffe für die Verklebung von Kunststoffprodukten wie Glas und Spielzeug. Im Vergleich zu Cellulosenitrat weist es eine ausgezeichnete Viskositätsbeständigkeit und Haltbarkeit auf, ist jedoch weniger beständig gegen Säuren, Feuchtigkeit und Witterungseinflüsse.
Proteinkleber
Proteinklebstoffe sind natürliche Klebstoffe, deren Hauptrohstoff proteinhaltige Substanzen sind. Sie können aus tierischen oder pflanzlichen Proteinen hergestellt werden. Je nach verwendetem Protein unterscheidet man zwischen tierischen Proteinen (z. B. Fen-Leim, Gelatine, komplexe Proteinklebstoffe und Albumin) und pflanzlichen Proteinen (z. B. Bohnengummi). Sie weisen im trockenen Zustand in der Regel eine hohe Klebkraft auf und werden in der Möbel- und Holzverarbeitung eingesetzt. Allerdings sind ihre Hitze- und Wasserbeständigkeit gering, wobei tierische Proteinklebstoffe hier eine wichtigere Rolle spielen.
Sojaproteinkleber: Pflanzliches Protein ist nicht nur ein wichtiger Lebensmittelrohstoff, sondern findet auch in vielen anderen Bereichen Anwendung. Bereits 1923 meldete Johnson, der auf Sojaproteinklebern basierte, ein Patent dafür an.
Im Jahr 1930 war der Klebstoff auf Basis von Sojaprotein-Phenolharz (DuPont Mass Division) aufgrund der geringen Haftfestigkeit und der hohen Produktionskosten nicht weit verbreitet.
In den letzten Jahrzehnten haben die Expansion des Klebstoffmarktes, der Säuregehalt der globalen Ölressourcen und die Umweltverschmutzung Aufmerksamkeit erregt, was die Klebstoffindustrie dazu veranlasste, neue natürliche Klebstoffe zu überdenken, wodurch Sojaproteinklebstoffe erneut zu einem Forschungsschwerpunkt wurden.
Sojaleim ist ungiftig, geschmacksneutral und einfach anzuwenden, weist jedoch eine geringe Wasserbeständigkeit auf. Durch die Zugabe von 0,1–1,0 Masseprozent Vernetzungsmitteln wie Thioharnstoff, Kohlenstoffdisulfid, Tricarboxymethylsulfid usw. lässt sich die Wasserbeständigkeit verbessern und Klebstoffe für die Holzverklebung und Sperrholzherstellung herstellen.
Tierische Eiweißleime: Tierische Leime finden breite Anwendung in der Möbel- und Holzverarbeitungsindustrie. Zu den gängigen Produkten zählen Möbel wie Stühle, Tische, Schränke, Modelle, Spielzeug, Sportartikel und Terrassenmöbel.
Neuere flüssige Tierklebstoffe mit einem Feststoffgehalt von 50–60 % umfassen schnell- und langsamhärtende Typen. Sie werden zum Verkleben von Rahmenplatten von Hartfaserplatten-Schränken, im Mobilheimbau, bei schwer zu verarbeitenden Laminaten und für andere kostengünstige Anwendungen eingesetzt. Klebstoffe werden auch für kleinere und mittlere Projekte benötigt.
Tierischer Leim ist ein gängiger Klebstoff für Klebebänder. Diese Bänder eignen sich sowohl für einfache, handelsübliche Einkaufstüten als auch für hochbelastbare Anwendungen wie das Verschließen oder Verpacken von Vollfaser- und Wellpappkartons für Sendungen, bei denen schnelle mechanische Vorgänge und eine dauerhaft hohe Klebkraft erforderlich sind.
Derzeit wird eine große Menge Knochenleim benötigt, und Hautleim wird häufig allein oder in Kombination mit Knochenleim verwendet. Laut Coating Online weist der verwendete Klebstoff in der Regel einen Feststoffgehalt von etwa 50 % auf und kann mit 10 bis 20 % Dextrin (bezogen auf die Trockenmasse des Klebstoffs) sowie gegebenenfalls geringen Mengen an Netzmittel, Weichmacher und Gelierungshemmern vermischt werden.
Der Klebstoff (60–63 °C) wird üblicherweise mit Farbe auf dem Trägerpapier vermischt, wobei die aufgetragene Feststoffmenge in der Regel 25 % der Papiermasse beträgt. Das nasse Klebeband kann unter Spannung mit dampfbeheizten Walzen oder mit einstellbaren Luftheizern getrocknet werden.
Darüber hinaus werden tierische Leime unter anderem zur Herstellung von Schleifpapier und Gaze, zum Leimen und Beschichten von Textilien und Papier sowie zum Binden von Büchern und Zeitschriften verwendet.
Tanninkleber
Tannin ist eine organische Verbindung mit polyphenolischen Gruppen, die in Stängeln, Rinde, Wurzeln, Blättern und Früchten von Pflanzen weit verbreitet ist. Es wird hauptsächlich aus Rindenresten der Holzverarbeitung und aus Pflanzen mit hohem Tanningehalt gewonnen. Tannin, Formaldehyd und Wasser werden vermischt und erhitzt, um das Tanninharz zu erhalten. Anschließend werden Härter und Füllstoff hinzugefügt, und durch gleichmäßiges Rühren entsteht der Tanninklebstoff.
Tannin-Klebstoff weist eine gute Beständigkeit gegenüber Hitze- und Feuchtigkeitsalterung auf und seine Klebeleistung für Holz ist vergleichbar mit der von Phenolklebstoffen. Er wird hauptsächlich zum Verkleben von Holz usw. verwendet.
Ligninklebstoff
Lignin ist einer der Hauptbestandteile von Holz und macht etwa 20–40 % des Holzes aus, direkt nach der Zellulose. Es ist schwierig, Lignin direkt aus Holz zu gewinnen; die wichtigste Quelle ist die Zellstoffabfallflüssigkeit, die extrem reich an Lignin ist.
Lignin wird nicht als alleiniger Klebstoff verwendet, sondern als Phenolharzpolymer, das durch die Reaktion der Phenolgruppe des Lignins mit Formaldehyd entsteht. Zur Verbesserung der Wasserbeständigkeit kann es mit ringbeladenem Isopropan-Epoxidisocyanat, Styrolphenol, Resorcin und anderen Verbindungen kombiniert werden. Ligninklebstoffe werden hauptsächlich zum Verkleben von Sperrholz und Spanplatten eingesetzt. Aufgrund ihrer hohen Viskosität und intensiven Farbe lässt sich ihr Anwendungsbereich jedoch durch Optimierung erweitern.
Gummi arabicum
Gummi arabicum, auch Akaziengummi genannt, ist ein Exsudat der wilden Johannisbrotbaumart. Es verdankt seinen Namen seiner weitverbreiteten Produktion in arabischen Ländern. Gummi arabicum besteht hauptsächlich aus niedermolekularen Polysacchariden und höhermolekularen Akazien-Glykoproteinen. Dank seiner guten Wasserlöslichkeit ist die Herstellung sehr einfach und erfordert weder Hitze noch Beschleuniger. Gummi arabicum trocknet extrem schnell. Es eignet sich zum Verkleben von optischen Linsen, Stempeln, Markenetiketten, Lebensmittelverpackungen sowie als Druck- und Färbehilfsmittel.
Anorganischer Klebstoff
Klebstoffe, die mit anorganischen Substanzen wie Phosphaten, Sulfaten, Borsalzen, Metalloxiden usw. hergestellt werden, nennt man anorganische Klebstoffe. Ihre Eigenschaften:
(1) Hohe Temperaturbeständigkeit, hält Temperaturen von 1000 ℃ oder höher stand:
(2) Gute Anti-Aging-Eigenschaften:
(3) Geringfügige Schrumpfung
(4) Hohe Sprödigkeit. Der Elastizitätsmodul ist um eine Größenordnung höher als der von organischen Klebstoffen:
(5) Die Beständigkeit gegen Wasser, Säuren und Laugen ist schlecht.
Wussten Sie schon? Klebstoffe haben neben dem Kleben noch andere Verwendungszwecke.
Korrosionsschutz: Die Dampfleitungen von Schiffen sind zur Wärmedämmung meist mit Aluminiumsilikat und Asbest beschichtet. Durch Leckagen oder den Wechsel von Kälte und Hitze entsteht jedoch Kondenswasser, das sich an der Außenwand der unteren Dampfleitungen ansammelt. Da die Dampfleitungen über einen längeren Zeitraum hohen Temperaturen ausgesetzt sind, spielen lösliche Salze eine sehr ernste Rolle bei der Korrosion der Außenwand.
Zu diesem Zweck können Klebstoffe der Wasserglas-Serie als Beschichtungsmaterialien auf der unteren Aluminiumsilikatschicht verwendet werden, um eine Beschichtung mit emailleartiger Struktur zu erzeugen. Bei der mechanischen Montage werden Bauteile häufig verschraubt. Längere Einwirkung von Luft kann bei verschraubten Bauteilen zu Spaltkorrosion führen. Im Zuge der mechanischen Bearbeitung können sich die Schrauben aufgrund starker Vibrationen lösen.
Um dieses Problem zu lösen, können die Verbindungselemente bei der mechanischen Montage mit anorganischen Klebstoffen verklebt und anschließend verschraubt werden. Dies dient nicht nur der Verstärkung, sondern auch dem Korrosionsschutz.
Biomedizinisch: Die Zusammensetzung des Hydroxyapatit-Biokeramikmaterials ähnelt der anorganischen Komponente des menschlichen Knochens, weist eine gute Biokompatibilität auf, kann eine starke chemische Bindung mit dem Knochen eingehen und ist ein ideales Hartgewebeersatzmaterial.
Die hergestellten HA-Implantate weisen jedoch einen hohen Elastizitätsmodul und eine geringe Festigkeit auf, was zu einer suboptimalen Aktivität führt. Daher wird ein Phosphatglasklebstoff verwendet, mit dem das HA-Rohmaterialpulver bei einer niedrigeren Temperatur als der üblichen Sintertemperatur verklebt wird. Dadurch wird der Elastizitätsmodul reduziert und die Materialaktivität verbessert.
Cohesion Technologies Ltd. gab die Entwicklung des Dichtmittels Coseal bekannt, das für die kardiale Verklebung eingesetzt werden kann und bereits klinisch erfolgreich erprobt wurde. In einer vergleichenden Studie mit 21 herzchirurgischen Eingriffen in Europa zeigte sich, dass die Anwendung von Coseal die postoperativen Verklebungen im Vergleich zu anderen Methoden signifikant reduzierte. Weiterführende klinische Vorstudien wiesen auf das große Potenzial von Coseal in der Herz-, gynäkologischen und abdominalchirurgischen Chirurgie hin.
Die Anwendung von Klebstoffen in der Medizin gilt als neuer Wachstumsbereich in der Klebstoffindustrie. Strukturklebstoffe bestehen aus Epoxidharz oder ungesättigtem Polyester.
In der Verteidigungstechnologie: Tarnkappen-U-Boote sind ein Symbol für die Modernisierung der Marineausrüstung. Eine wichtige Methode zur Tarnung von U-Booten ist die Anbringung schallabsorbierender Fliesen an der Außenhülle. Diese Fliesen bestehen aus einem Gummi mit schalldämpfenden Eigenschaften.
Um eine feste Verbindung zwischen Schalldämpferkachel und Stahlblech der Bootswand zu gewährleisten, ist der Einsatz von Klebstoffen erforderlich. Anwendungsgebiete im militärischen Bereich: Panzerwartung, Montage von Militärbooten, leichte Bomber, Verklebung der Hitzeschutzschicht von Raketensprengköpfen, Herstellung von Tarnmaterialien, Terrorismusbekämpfung und -abwehr.
Ist das nicht erstaunlich? Schauen Sie nicht nur auf unseren kleinen Klebstoff, da steckt eine Menge Wissen drin.
Die wichtigsten physikalischen und chemischen Eigenschaften des Klebstoffs
Betriebszeit
Maximales Zeitintervall zwischen dem Anmischen des Klebstoffs und dem Zusammenfügen der zu verklebenden Teile
Anfangsaushärtungszeit
Die Zeit bis zum Erreichen der Ablösefestigkeit ermöglicht eine ausreichende Festigkeit für die Handhabung von Verbindungen, einschließlich beweglicher Teile von Vorrichtungen.
vollständige Aushärtungszeit
Zeitbedarf bis zum Erreichen der endgültigen mechanischen Eigenschaften nach dem Anmischen des Klebstoffs
Lagerdauer
Unter bestimmten Bedingungen kann der Klebstoff seine Verarbeitungseigenschaften und die Lagerfähigkeit mit der angegebenen Festigkeit beibehalten.
Bindungsstärke
Unter Einwirkung einer äußeren Kraft wird die Spannung erzeugt, die erforderlich ist, um die Grenzfläche zwischen Klebstoff und Fügeteil im Klebebereich oder in dessen Nähe zum Bruch zu bringen.
Scherfestigkeit
Die Scherfestigkeit bezeichnet die Scherkraft, der die Klebefläche der Einheit standhalten kann, wenn das Klebeteil beschädigt ist, und ihre Einheit wird in MPa (N/mm2) angegeben.
Ungleiche Abreißkraft
Die maximale Belastung, die die Verbindung bei ungleichmäßiger Zugkraft aushalten kann, da die Last hauptsächlich auf zwei oder eine Kante der Klebeschicht konzentriert ist und die Kraft pro Längeneinheit und nicht pro Flächeneinheit angegeben wird, ist kN/m².
Zugfestigkeit
Die Zugfestigkeit, auch bekannt als gleichmäßige Abreißfestigkeit oder positive Zugfestigkeit, bezeichnet die Zugkraft pro Flächeneinheit, die auftritt, wenn die Haftung durch Krafteinwirkung beschädigt wird. Die Einheit wird in MPa (N/mm²) angegeben.
Schälfestigkeit
Die Schälfestigkeit ist die maximale Belastung pro Breiteneinheit, die beim Trennen der verklebten Teile unter den vorgegebenen Schälbedingungen standhält, und wird in kN/m² angegeben.
Veröffentlichungsdatum: 25. April 2024