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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Klebeband zur Verklebung von niederenergetischen Oberflächen, welches eine UV-vernetzte Haftklebemasse umfassend Polyacrylat, einen linearen oder verzweigten Vinylaromaten-Blockcopolymer, und mindestens ein Klebharz, umfasst sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Stand der Technik
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Es sind Haftklebemassen bekannt, welche auf lösemittelfreien Acrylatklebemassen basieren. Die Acrylatklebemassen werden durch einen Heißschmelzprozess über eine Düse auf einen Träger aufgebracht und anschließend mit UV-C-Licht vernetzt. Dadurch kann eine Schicht einer Haftklebemasse bzw. ein mit einer Haftklebemasse beschichteter Träger gewonnen werden, welche als Klebebänder fungieren können.
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Im Einzelnen werden in Acrylatcopolymeren Bausteine einpolymerisiert, die fotoaktive Seitenketten enthalten. Unter Bestrahlung mit UV-Licht kann so eine Vernetzung der Acrylatcopolymere herbeigeführt werden. Die Vernetzung stellt die für den jeweiligen Anwendungsfall ausreichende Kohäsion der Klebemasse sicher. Bei Klebstoffen bezeichnet Kohäsion die Kräfte, die den Zusammenhalt des Klebstoffs bewirken, während unter Adhäsion die Haftung von Klebeschichten an den Fügeteiloberflächen verstanden wird. Das aufeinander abgestimmte Verhältnis von Kohäsions- und Adhäsionskräften bestimmt die Festigkeit der jeweiligen Klebung gegenüber mechanischer Beanspruchung. Der Vorgang der UV- Vernetzung kann auch als Aushärtung bezeichnet werden. Vor der Vernetzung liegt das Halbzeug in Form eines niedrig viskosen Films vor. Nach der Vernetzung bildet das Halbzeug ein Klebeband.
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Für die Vernetzung von Acrylglas-Klebemassen ist es üblich, UV-C Licht zu verwenden. Dieses besitzt eine Wellenlänge im Bereich von 200-280 nm, in welchem das Absorptionsmaximum der Acrylatklebemassen liegt. Zur Bereitstellung von UV-C Licht werden relativ aufwändige UV-Lampen in Form von Entladungslampen benötigt. Die Verwendung von Entladungslampen birgt den Nachteil, dass eine vergleichsweise hohe Strahlungswärme anfällt, welche abgeführt werden muss, um das zu vernetzende Material nicht zu beschädigen. Ein weiterer Nachteil liegt in der beschränkten Eindringtiefe der UV-C Strahlung, welche die mögliche Schichtdicke der zu bestrahlenden Halbzeuge begrenzt. So kommt der Vernetzungsvorgang durch einseitige Bestrahlung ab einer Schichtdicke von 100 µm an seine Grenzen. Fügt man der Acrylatklebemasse noch Klebharze hinzu, was für eine feste Klebeverbindung in vielen Anwendungsfällen notwendig ist, so sind nur noch deutlich geringere Beschichtungsdicken für eine feste Verklebung möglich, denn Klebharze besitzen die Eigenschaft, Licht im UV-C Bereich vergleichsweise stark zu absorbieren, wodurch die Kohäsion negativ beeinträchtigt wird. Ohne die Klebharze ist jedoch das Verklebungsspektrum und damit das Anwendungsspektrum der Acrylatklebemassen beschränkt.
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Heute werden hauptsächlich Kolophoniumesterharze (Foral 85 E, Foral 105 E) für die Modifizierung der Acrylatklebemassen eingesetzt.
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Mit „Klebeband“ ist im Folgenden jede Form von flächigen klebenden Systemen gemeint, also nicht nur Klebebänder im engeren Sinn, sondern auch Klebefolien, Klebestreifen, Klebeplatten oder klebende Stanzteile.
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„Haftklebend“ werden solche Klebeverbindungen bezeichnet, bei denen die beiden Fügepartner durch eine dazwischen liegende Klebeschicht und unter Druck miteinander verbunden werden. Die Verbindung ist in der Weise reversibel, dass sie wieder gelöst werden kann, ohne die beiden Fügepartner zu beschädigen, weil die Klebenaht die schwächste Stelle in der Fügeverbindung ist.
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„UV-Vernetzung“ bezeichnet einen Prozess, bei dem mit Hilfe von energiereicher Strahlung Materialien von einem niedermolekularen in einen hochmolekularen Zustand überführt werden.
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Unter UV (ultraviolett) -Strahlung wird im vorliegenden Falle „UVA“- oder „UVC“-Licht verstanden.
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UV-A-Strahlung liegt im Wellenbereich von ca. 315 bis 400 Nanometer (nm), UV-C-Strahlung liegt im Wellenbereich von ca. 200 bis 280 nm. Generell handelt es sich bei beiden um elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen, die kürzer als das sichtbare Licht sind. Bei UVA-Licht liegt der Energieeintrag bei ca. 3,26 bis 3,95 Elektronenvolt (eV), bei UVC-Licht bei ca. 4,43 bis 12,40 eV.
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„Gardner-Farbzahl“ bildet ein Maß für die Gelbfärbung eines Harzes.
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Darstellung der Erfindung
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Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Klebeband zur Verklebung von niederenergetischen Oberflächen, sowie ein entsprechendes Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch ein Klebeband zur Verklebung von niederenergetischen Oberflächen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Entsprechend wird ein Klebeband zur Verklebung von niederenergetischen Oberflächen vorgeschlagen, welches eine UV-vernetzte Haftklebemasse umfassend Polyacrylat, ein lineares oder verzweigtes Vinylaromaten-Blockcopolymer, und mindestens ein Klebharz, umfasst. Erfindungsgemäß basiert die UV-Vernetzung der Haftklebemasse auf einer Bestrahlung mit UV-A umfassendem Licht.
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Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass sich bei einer Bestrahlung der Acrylatklebemasse mit UV-A Licht eine erfolgreiche Vernetzung einstellt. Dies entspricht einer unerwarteten technischen Wirkung, da der allgemeine Glaube verbreitet ist, dass eine Vernetzung von Acrylatklebemassen ausschließlich mit UV-Licht im Bereich der Wellenlänge von UV-C Licht möglich sei. Durch verbotene n-π*-Übergänge kommt es jedoch zusätzlich zur Absorption von UV-A Licht, wodurch bei ausreichender Intensität eine Vernetzung erreicht wird.
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Unter verbotenen n-π*-Übergängen werden hier elektronische Anregungen von nicht bindenden Orbitalen (n-Orbitalen) in antibindende Orbitale (π*-Orbitale) verstanden, wobei diese Anregungen eigentlich Spin-verboten sind, durch eine ausreichend hohe Spin-Bahn-Kopplung jedoch ermöglicht werden. n-π*-Übergänge benötigen in der Regel zur Anregung weniger Energie als die erlaubten π-π*-Übergänge, welche für das Absorptionsmaximum verantwortlich sind. Gemäß der statistischen Thermodynamik finden n-π*-Übergänge nur mit geringer Wahrscheinlichkeit statt.
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Eine Bestrahlung der Acrylatklebemasse mit UV-A Licht birgt verschiedene Vorteile.
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So können mittels einer UV-A Lichtbestrahlung höhere Eindringtiefen realisiert werden, da das UV-A Licht beim Durchgang durch die Acrylat Klebemasse weniger absorptionsanfällig ist als UV-C Licht. Dies ist unter anderem darauf zurückzuführen, dass die meisten Harze leicht gelblich bis gelb sind und dadurch Licht im UV-Bereich absorbieren. Je kürzer die Wellenlänge des UV-Lichts, desto stärker die Absorption. Aufgrund dessen ist die Auswahl der ausreichend transparenten Harze im UV-A-Bereich viel größer, als im UV-C-Bereich. Daneben gibt es noch helle und farblose Harze, die im UV-A-Bereich noch eher als transparent zu beurteilen sind, im UV-C-Bereich eventuell aber schon als weniger transparent erscheinen und daher eventuell schon geringere Eindringtiefen ermöglichen. Oft werden aus gelben Harzen (enthalten Doppelbindungen und Aromaten und annellierte Aromaten) durch Teil- und Vollhydrierung farblose Harze. Die im Gegensatz zu UV-C Licht hohen Wellenlängen des UV-A Lichts im Bereich von 320-400 nm ermöglichen somit den Einsatz von einem breiteren Spektrum an Klebharzen.
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Folglich ermöglicht die Bestrahlung der Acrylatklebemasse mittels UV-A Licht eine erhöhte Zugabe von Klebharzen. Dies ermöglicht wiederum die Bereitstellung von Klebebändern, welche auf schwierigen Untergründen, niederenergetischen Untergründen, und/oder LSE-Oberflächen (d.h. schwer verklebbaren, niederenergetischen Oberflächen wie PTFE, PP oder PE) eine Verklebbarkeit ermöglichen, die mit reinen Acrylatklebemassen oder mit Acrylatklebemassen, die über weniger Klebharze verfügen, nicht erreicht werden kann. Bei solchen Oberflächen handelt es sich beispielsweise um Autolacke oder Polyethylen-Oberflächen.
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Demnach ist UV-A Licht besser dazu geeignet modifizierte Acrylatklebemassen, die beispielsweise durch die Zugabe von Klebharzen modifiziert worden sind, zu durchdringen.
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Bislang war eine Modifikation der Acrylatklebemassen mittels Klebharzen nur dann möglich, wenn die Klebharze mit der Acrylatklebemasse verträglich sind, das heißt darin lösbar sind. Nur bei einer homogenen Klebemasse konnten die Klebharze ihre Wirkung als Tackifier entfalten. Bei Acrylatklebemassen kommen bislang überwiegend Kolophoniumharze (Kolophoniumester, hydriert, disproportioniert) zum Einsatz. Diese Harze sind relativ polar und deshalb gut mit der polaren Acrylatklebemasse verträglich. Das Verklebungsspektrum von derart modifizierten Acrylatklebemassen ist aber nicht sehr breit.
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Dieses Problem gilt für Acrylathaftklebemassen allgemein, also auch für lösemittelbasierte Acrylathaftklebemassen oder Hotmelt-Acrylate anderer Art (ohne UV-Vernetzung).
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Besonders gute Verklebeeigenschaften auf niederenergetischen Oberflächen weisen Acrylat-Kautschuk-Blends auf. Bekannte und geeignete Kautschuke sind hier beispielsweise Styrol-BlockCopolymere (SBCs). Acrylatphase und SBC-Phase liegen getrennt vor. Als Klebharze kommen polare, aber auch unpolare Harze zum Einsatz. Diese Blends werden heute beispielsweise auf Klebebändern für Verklebung auf Autolack verwendet.
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Durch die Bestrahlung mit UV-A Licht ist es nun auch möglich modifizierte Acrylatklebemassen in Form von Acrylat-Kautschuk-Blends bereitzustellen. Dadurch lassen sich die Vorteile der AcrylatHotmelt-Klebemassen (einfache Beschichtung, da lösemittelfrei, kleine Anlage, schnelle UV Vernetzung) mit den Modifizierungsmöglichkeiten von Blends für zum Beispiel die Verklebung schwieriger Untergründe kombinieren.
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Bei der vorliegenden Klebharzauswahl hat sich gezeigt, dass vor allem unpolare Klebeharze, wie z.B. Polyterpenharze in allen Variationen oder vollsynthetische C5- und C9-Harze in allen Variationen, gute Ergebnisse liefern. Diese sind verträglich mit dem Kautschuk und bilden eine Kautschukphase, die zu einem Großteil für die gute Adhäsion verantwortlich ist. Blends sind nicht homogen, sondern bestehen aus zwei Phasen: Acrylat + Klebharze und Kautschuk + Klebharze. Die Klebharze verteilen sich je nach Verträglichkeit, die Polymere (Acrylat, Kautschuk) mischen sich nicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Haftklebemasse des Klebebands bei einer Gardner-Farbzahl von 1 bis 2 bis zu einer Tiefe von 150 µm durch UV-A umfassendes Licht vollständig vernetzbar. Demnach sind Klebebänder mit einer Dicke von bis zu 150 µm vollständig vernetztbar. Dadurch können im Vergleich zu Klebebändern, welche auf einer Aushärtung mittels UV-B basieren, höhere Schichtdicken durch einseitige Bestrahlung vollständig vernetzt werden. Durch eine beidseitige Bestrahlung können vergleichsweise dickere Klebebänder vollständig vernetzt werden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung weist die Haftklebemasse ein Auftragsgewicht im Bereich von 20 g/m2 bis 150 g/m2, bevorzugt 70 g/m2 und eine Gardner-Farbzahl von 1 bis 2 auf. Eine derartige Haftklebemasse ist durch eine Bestrahlung mit UV-A umfassendem Licht vollständig vernetzbar. Somit können im Vergleich zu Klebebändern, welche auf einer Aushärtung mittels UV-B basieren, höhere Schichtdicken durch einseitige Bestrahlung vollständig vernetzt werden.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst das Klebeband 30-75 Gew.-% der UV-vernetzten Haftklebemasse, 2-40 Gew.-% des linearen oder verzweigten Vinylaromaten-Blockcopolymers, und 4-40 Gew.-% des mindestens einen Klebharzes.
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In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die UV-vernetzte Haftklebemasse einen in die Polyacrylatkette einpolymerisierten UV-Initiator. Bei dem Ausgangsstoff der UV-vernetzen Klebemasse kann es sich beispielsweise um ein Hotmelt-Acrylat handeln. Die Haftklebemasse kann aufgrund des einpolymerisierten UV-Initiators in wenigen Sekunden durch eine Bestrahlung mit UV-Licht ausgehärtet werden. Ein Beispiel für UV-vernetzbare Haftklebemassen mit einpolymerisierten UV-Initiatoren stellt die Produktreihe acResin der Firma BASF dar.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst das Vinylaromaten-Blockcopolymer Weichblöcke, die Homo- und Copolymere aus Butadien, Isopren, Ethylbutadien und teil- oder vollhydrierte Varianten davon umfassen, und Hartblöcke, die Homo- und Copolymere aus Styrol, alpha-Methylstyrol und deren Derivaten umfassen. Bevorzugt umfasst der Hartblock Polystyrol und der Weichblock Polyisopren oder Polybutadien.
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In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung kann das mindestens eine Klebharz aus der Gruppe der nicht, partiell, selektiv oder vollständig hydrierten Kohlenwasserstoffharze auf Basis C5-, C5/C9- oder C9-Monomere, und/oder aus der Gruppe der Polyterpenharze auf Basis alpha-Pinen und/oder beta-Pinen und/oder delta-Limonen, sein, wobei die Harze auch mit Phenol derivatisiert sein können. Dabei sind auch Gemische der vorstehenden Harze möglich. Teilhydrierte oder vollhydrierte Harze weisen eine vergleichsweise geringere Gardner-Farbzahl auf, was zu einer geringeren Absorption bei der UV-Vernetzung führt.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst das Klebeband Antioxidantien, Füllstoffe, Farbstoffe, rheologische Additive, und/oder UV-Schutzmittel.
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In einer weiter bevorzugten Weiterbildung ist die Haftklebemasse geschäumt. Eine geschäumte Klebemasse besitzt gegenüber einer vergleichbaren ungeschäumten Klebemasse eine größere Dicke bei gleichem Gewicht. Zur Herstellung einer geschäumten Klebemasse können Glas-Hohlkugeln in eine Ausgangsklebemasse eingemischt werden. Alternativ können expandierende Mikroballons in die Ausgangsklebemasse eingemischt werden. Das Aufschäumen der Klebemasse erfolgt dann bei einer erhöhten Temperaturbehandlung.
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Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung eines Klebebands zur Verklebung von niederenergetischen Oberflächen mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der vorliegenden Beschreibung.
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Entsprechend wird ein Verfahren zur Herstellung eines Klebebands zur Verklebung von niederenergetischen Oberflächen vorgeschlagen, welches die folgenden Schritte umfasst: a) Aufschmelzen eines Vinylaromaten-Blockcopolymers und eines Klebharzes; b) Verrühren des Vinylaromaten-Blockcopolymers und des Klebharzes; c) Zugeben einer UV-vernetzbaren Haftklebemasse zur Erzeugung eines Blends; d) Auftragen des erzeugten Blends aus Vinylaromaten-Blockcopolymer, Klebharz und Haftklebemasse auf ein bahnförmiges Material; und e) Bestrahlen des Blends insbesondere mit UV-A-Licht zur Bereitstellung eines UV-vernetzten Klebebands.
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Wie bereits in Zusammenhang mit dem Klebeband erläutert, stellt sich bei einer Bestrahlung der Acrylatklebemasse mit UV-A Licht eine erfolgreiche Vernetzung ein. Mit dem vorstehenden Verfahren werden die in Zusammenhang mit dem Klebeband beschriebenen Vorteile erreicht.
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In einer Weiterbildung wird der Blend bei einer Gardner-Farbzahl von 1 bis 2 bis zu einer Tiefe von 150 µm mittels UV-A umfassendem Licht vollständig vernetzt. Dadurch können im Vergleich zu Klebebändern, welche auf einer Aushärtung mittels UV-B basieren, höhere Schichtdicken durch einseitige Bestrahlung vollständig vernetzt werden. Durch eine beidseitige Bestrahlung können vergleichsweise dickere Klebebänder vollständig vernetzt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die UV-vernetzbare Haftklebemasse zur vollständigen Vernetzung des Blends mittels UV-A umfassendem Licht ein Auftragsgewicht im Bereich von 20 g/m2 bis 150 g/m2, bevorzugt 70 g/m2, und der Blend eine Gardner-Farbzahl von 1 bis 2 auf. Somit können im Vergleich zu Klebebändern, welche auf einer Aushärtung mittels UV-B basieren, höhere Schichtdicken durch einseitige Bestrahlung vollständig vernetzt werden.
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In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung weist die Bestrahlung eine Photonenenergie von 3,26 bis 3,94 eV auf.
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In einer Weiterbildung wird zum Auftragen gemäß Schritt a) das Vinylaromaten-Blockcopolymer und das Klebharz bei einer Temperatur zwischen 70-170°C, bevorzugt 80-160°C aufgeschmolzen. Der vorstehende Temperaturbereich ermöglicht ein Aufschmelzen des Blends und verhindert gleichzeitig ein Gelieren der Bestandteile.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform werden LEDs verwendet, um den Blend mit UV-A-Licht zu bestrahlen. Im Vergleich zu Entladungslampen, welche bei der Bestrahlung mit UV-C Licht verwendet werden, weisen LEDs einen deutlich höheren Wirkungsgrad auf. Darüber hinaus weisen LED-UV-Systeme eine hohe Strahlungsintensität bei gleichzeitig geringer Wärmestrahlung auf.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist das Verfahren lösemittelfrei. Dadurch kann das Verfahren vergleichsweise umweltfreundlich und kostengünstig gestaltet werden.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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In Zusammenhang mit der nachfolgenden Versuchsbeschreibung werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Scherfestigkeitstest (SAFT)
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Ein Probestreifen (Breite 25 mm) besteht aus der Klebemasseschicht, die auf eine geätzte PET-Folie (Dicke von 50µm) laminiert wurde. Auf einer Edelstahlplatte (zuvor gereinigt mit Benzin) wird der Probestreifen überlappend so verklebt, dass eine Fläche von 25 mm × 25 mm verklebt ist. Anschließend wird der Probestreifen mit einem Spatel fest angedrückt. Der Probestreifen wird mit einer Masse von 1 kg vertikal belastet und diese Anordnung in einen Umluftofen gehängt. Eine anschließende Temperaturbehandlung startet bei einer Temperatur von 40°C und steigt mit 0,5 K/min auf 160°C. Das Testergebnis ist die Temperatur, bei der der Probestreifen abfällt. Fällt der Streifen auch bei 160°C nicht ab, dann lautet das Ergebnis größer 160°C. Der angegebene Wert entspricht dem Mittelwert aus drei Messungen.
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Schälfestigkeit auf Stahl und Polyethylen (PE):
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Die Messung der 180°-Schälfestigkeit geschieht in Anlehnung an DIN ISO 1939 bei Normklima (23° C, 50% rel. Luftfeuchtigkeit). Ein Substrat wird mit einem benzingetränkten Tuch abgewischt. Ist das Benzin verdampft, wird ein Probenstreifen (Klebmasseschicht, die auf eine geätzte PET-Folie, Dicke 50 µm, laminiert wurde.) der Breite 25 mm auf das Substrat aufgebracht. Anschließend wird mit einer Rolle (Gewicht 5kg) zweimal über den Probestreifen gerollt (5 m/min). Der somit erzeugte Prüfling wird 24 Stunden bei Normklima (23° C, 50% Luftfeuchtigkeit) konditioniert. Anschließend wird die Kraft gemessen, die bei einem Abzugswinkel von 180° bei einer Geschwindigkeit von 300 mm/min aufgewendet werden muss, um den Probestreifen vom Substrat abzulösen. Der angegebene Wert entspricht dem Mittelwert aus drei Messungen.
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Als Substrat kann Beispielsweise Edelstahl (nach Afera Norm 4001) oder Polyethylen (Prüfplatten der Firma Rocholl) verwendet werden.
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Im Anschluss an die Messung der Schälfestigkeit wird das Bruchbild bewertet. Dabei steht AF für Adhäsionsbruch zum Substrat, CF für Kohäsionsbruch und AFCa für Adhäsionsbruch zur geätzten PET-Folie. Wenn das Bruchbild CF beträgt, also die Klebemasseschicht in sich selbst spaltet, zeigt das eine ungenügende Vernetzung der Klebemasse an.
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90°-Schälfestigkeit auf Lackblech:
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Die Messung der 90°-Schälfestigkeit auf Lackblech geschieht in Anlehnung an DIN ISO 1939 bei Normklima (23° C, 50% rel. Luftfeuchtigkeit). Das Lackblech besteht aus einem Stahlblech mit 3-schichtigem Lackaufbau: Füller, Basislack und als Klarlack: 2K-Klarlack Supermar der Firma Axalta, Trockenbedingungen: 20 min bei 140° C.
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Bei dem Probestreifen handelt es sich um ein PE-Schaumklebeband, bestehend aus einem Polyethylenschaum als Träger (Alveolit TMA SRZ 801 der Firma Sekusui Alveo), der beidseitig mit Coronastrahlung vorbehandelt wird, und auf den beidseitig der Klebefilm (Auftragsgewicht 70 g/m2, auf silikonisierter PET-Folie) auflaminiert wird.
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Das Lackblech wird mit einem benzingetränkten Tuch abgewischt. Ist das Benzin verdampft, wird vom Probestreifen (Breite 25 mm) eine Seite nach Entfernung der silikonisierten PET-Folie aufgeklebt. Die PET-Folie auf der Rückseite wird durch eine unsilikonisierte, geätzte PET-Folie (Dicke 50 µm) ersetzt. Anschließend wird der Verbund mit einer Rolle (Gewicht 5kg, 5 m/min) angerollt. Der Prüfling wird 24 Stunden bei Normklima (23° C., 50% Luftfeuchtigkeit) konditioniert und anschließend wird die Kraft gemessen, die bei einem Abzugswinkel von 90° bei einer Geschwindigkeit von 100 mm/min aufgewendet werden muss, um den Probestreifen bzw. das Klebeband vom Substrat abzulösen. Der angegebene Wert entspricht dem Mittelwert aus drei Messungen.
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Nach der Messung wird das Bruchbild bewertet. Dabei steht AF für Adhäsionsbruch zum Lack.
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Gardner-Farbzahl:
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Die Gardner-Farbzahl stellt ein Maß für die Gelbfärbung eines Harzes zur Verfügung. Eine entsprechende Gardner-Farbskala reicht von 1 bis 18 und wird entweder durch Farbvergleich mit Kobaltchloridlösungen verschiedener Konzentration oder nach DIN EN 4630 mit spektroskopischen Methoden bei 380-720 nm ermittelt. 1 bedeutet glasklar, 3 ist schwach gelblich, 5 ist schon deutlich gelb bis bernsteinfarben. Eine starke Gelbfärbung im sichtbaren Bereich kann aufgrund der spektralen Nähe auch als Maß für die Absorption von UV Licht im UV-A-Bereich (320 bis 400nm) herangezogen werden. Von den Klebharzherstellern wird die Gardner-Farbzahl einer Lösung des Harzes in Toluol (50%ig) im Datenblatt angegeben. Einen deutlichen Unterschied sieht man insbesondere zwischen den Farbzahlen 4 und 5. Während Farbzahl 4 noch zu gelblich gefärbten Klebemassen führt, erzeugen Harze der Farbzahl 5 schon deutlich dunkel gefärbte Klebemassen.
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Materialien
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| Produktname |
Kurzbeschreibung |
Gardner-Farbzahl |
Firma |
| acResin 204 UV |
UV-Acrylathotmelt, auf Basis EHA und BA |
Glasklar |
BASF SE |
| Kraton D 1161 |
Lineares SIS, 15% Styrolanteil, 17% Diblockanteil |
Glasklar |
Kraton |
| Dercolyte A 115 |
Polyterpenharz auf Basis α-Pinen |
5 |
DRT |
| Piccolyte S 115 |
Polyterpenharz auf Basis β-Pinen |
4 |
Pinova |
| Sylvares 6100 |
Polyterpenharz, styrolmodifiziert, Endblockharz |
3 |
Kraton |
| Sylvares TR M 115 |
Polyterpenharz |
3 |
Kraton |
| Regalite R 1090 |
Kohlenwasserstoffharz, hydriert |
1 |
Eastman |
| Regalite R 1125 |
Kohlenwasserstoffharz, hydriert |
1 |
Eastman |
| Novares PURE 85 AS |
Kohlenwasserstoffharz, aromatisch |
1 |
Rütgers Novares |
| Foral 85 E |
Kolophoniumesterharz, hydriert |
2 |
Eastman |
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Herstellung der Klebemassen und Beschichtung
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In einem Alugefäß, das in einen Heizblock eingelassen ist, werden bei einer Temperatur von 165°C Styrolblockcopolymer und Harz aufgeschmolzen und gerührt bis eine einheitliche klare Schmelze entsteht. Anschließend wird auf 150°C gekühlt und UV-Acrylathotmelt zugegeben bis eine quasihomogene weiße Mischung entsteht.
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Die Mischung wird in einem Heißschmelzbeschichtungsgerät zwischen zwei Wellen (Temperatur 145°C) auf silikonisierte Polyesterfolie beschichtet. Die Spalteinstellung zwischen den beiden Wellen wird so gewählt, dass die resultierende Auftragsmenge 70 g/m2 beträgt. Nach der Beschichtung wird abgekühlt. Man erhält einen trüben Transferfilm, der zur Messung verwendet wird. Die Trübung zeigt an, dass es sich um eine Blend-Klebemasse handelt. Anschließend werden die Transferfilme unter UV-Licht bestrahlt. Zwei Arten von Bestrahlungen werden durchgeführt:
- UV-C: Bestrahlung mit einem Laborbestrahlungsgerät UV-Mini-Labortrockner BE 7/1 der Firma Beltron. Eingestellt wird die volle UV-Intensität, Bandgeschwindigkeit 6 m/min.
- UV-A: Bestrahlung in einer Hönle LEDcube100 Bestrahlungskammer mit Steuergerät Hönle LEDpowerdrive 40, Wellenlänge 365 nm, Dauer 20 Sekunden.
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Die Bestrahlungsintensitäten in beiden Geräten wird mit Hilfe desselben UV-Messgerätes gemessen, nämlich dem Power Puck II der Firma EIT Instrument Markets Group. Dabei werden separat die Intensitäten bei UVC, UVB und UVA gemessen. Die verschiedenen Bestrahlungen in den aufgeführten Zeiten führen zu folgenden Intensitäten:
| Intensitäten It. Power Puck II in mJ/cm2 | UVC | UVB | UVA |
| UV-A | 0 | 0 | 3738 |
| UV-C | 58 | 192 | 216 |
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Die Beispiele B1 bis B5 zeigen die Klebemassezusammensetzung der verschiedenen Prüflinge:
| Mengenangaben in Gew-% | B1 | B2 | B3 | B4 | B5 |
| UV-Acrylathotmelt | acResin 204 UV 52 % | acResin 204 UV 52 % | acResin 204 UV 52 % | acResin 204 UV 52 % | acResin 204 UV 52% |
| Styrolblockcopolymer | Kraton D 1161 19,5 % | Kraton D 1161 19,5 % | Kraton D 1161 19,5 % | Kraton D 1161 19,5 % | Kraton D 1161 19,5 % |
| Klebharz 1 | Sylvares 6100 4% | Sylvares 6100 4% | Sylvares 6100 4% | Sylvares 6100 4% | Regalite R 1090 14,25% |
| Klebharz 2 | Regalite R 1090 12,25 % | Piccolyte S 115 24,5 % | Novares PURE 85 AS 24,5 % | Sylvares TR M115 24,5 % | Regalite R 1125 14,25% |
| Klebharz 3 | Regalite R 1125 12,25 % | | | | |
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Die Beispiele B1 bis B5 werden den Vergleichsbeispielen VB1 bis VB3 gegenübergestellt. Prüflinge der Vergleichsbeispiele VB1 bis VB3 weisen die folgende Rezeptur auf:
| Mengenangaben in Gew-% | VB1 | VB2 | VB3 |
| UV-Acrylathotmelt | acResin 204 UV 100 % | acResin 204 UV 80 % | acResin 204 UV 52% |
| Styrolblockcopolymer | | | Kraton D 1161 19,5 % |
| Klebharz 1 | | Foral 85-E 20 % | Sylvares 6100 4% |
| Klebharz 2 | | | Dercolyte A 115 24,5 % |
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Versuchsergebnisse
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Nach einer Bestrahlung der Prüflinge mit UV-A Licht bzw. UV-C Licht weist die Scherfestigkeit (SAFT) der Beispiele B1 bis B5 und der Vergleichsbeispiele VB1 und VB3 die folgenden Werte auf (Prüflinge = Transferfilme):
| | Bestrahlungsart | SAFT in °C |
| B1 | UV-C | 46 |
| B1 | UV-A | >160 |
| B2 | UV-C | 40 |
| B2 | UV-A | >160 |
| B3 | UV-C | 40 |
| B3 | UV-A | 124 |
| B4 | UV-C | 40 |
| B4 | UV-A | 104 |
| B5 | UV-C | 46 |
| B5 | UV-A | >160 |
| VB1 | UV-C | >160 |
| VB1 | UV-A | >160 |
| VB2 | UV-C | 40 |
| VB2 | UV-A | 94 |
| VB3 | UV-C | 40 |
| VB3 | UV-A | 54 |
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Für die mit UV-A Licht bestrahlten Prüflinge weist die Schälfestigkeit auf Stahl beziehungsweise Polyethylen die folgenden Werte auf (Prüflinge = Transferfilme):
| | Bestrahlungsart | Schälfestigkeit auf Stahl [N/2,5cm] | Bruchbild | Schälfestigkeit auf PE [N/2,5cm] | Bruchbild |
| B1 | UV-A | 46 | AF | 27 | AF |
| B2 | UV-A | 31 | AFCa | 16 | AF |
| B3 | UV-A | 47 | AFCa | 15 | AF |
| B4 | UV-A | 36 | AFCa | 10 | AF |
| B5 | UV-A | 38 | AFCa | 21 | AF |
| VB1 | UV-A | 29 | AF | 8 | AF |
| VB2 | UV-A | 40 | CF | 7 | CF |
| VB3 | UV-A | 45 | AFCa | 37 | CF |
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Die Werte der 90°-Schälfestigkeit auf Lackblech der Beispiele B1 und VB1 können der folgenden Tabelle entnommen werden (Prüflinge = PE-Schaumklebeband):
| | Bestrahlungsart | Schälfestigkeit auf Lackblech [N/2,5cm] | Bruchbild |
| B1 | UV-A | 65 | AF |
| VB1 | UV-A | 24 | AF |
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Bei den Beispielen B1 bis B5 führt die Bestrahlung mit UV-C zu geringen SAFT-Werten von um die 40°C. Dies zeigt, dass die Klebemassen unter dieser Bestrahlung nicht oder kaum vernetzt wurden. Im Fall einer Gewichtsbelastung kann die Klebung deutlich leichter abrutschen.
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Bei Bestrahlung unter UV-A Bedingungen dagegen sind die SAFT-Werte deutlich höher (größer als 100°C bis zu 160°C). Das zeigt an, dass die Klebemasse unter der Bestrahlung vernetzt wurde.
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Bei den Vergleichsbeispielen VB2 und VB3 ergeben sich auch unter UV-A Bedingungen nur geringe SAFT-Werte unter 100°C, d.h. die Vernetzung ist nicht ausreichend. Dies zeigt sich auch im Bruchbild CF bei der Schälfestigkeit auf Stahl und Polyethylen.
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Das Vergleichsbeispiel VB1, das eine reine Acrylathotmelt-Klebemasse aufweist, wird unter UV-A-Licht zwar auch vernetzt (hoher SAFT-Wert), die Schälfestigkeiten auf niederenergetischen Untergründen wie Polyethylen oder Lackblech sind jedoch sehr viel geringer als bei den Beispielen B1 bis B5.
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Vergleichsbeispiel VB3 weist ein stark gelbes Harz mit einer Gardner-Farbzahl von 5 auf. Hier findet auch unter UV-A Bedingungen keine Vernetzung statt. Das liegt daran, dass das UV-Licht aufgrund der starken Färbung nicht tiefer eindringen kann und deshalb keine Vernetzung bewirkt.
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Beispiel B1 wird unter UV-A Bestrahlung sehr gut vernetzt und weist eine hohe Schälfestigkeit auf Polyethylen sowie auf Lackblech auf.
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Es zeigt sich, dass die Rezepturen B1 bis B5 mittels UV-A-Licht Bestrahlung, ausreichend vernetzt werden können und die somit erzeugbaren Klebebänder sehr gute Verklebungsfestigkeiten auf niederenergetischen Untergründen aufweisen.
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Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.