DE19924138A1

DE19924138A1 - Lösbare Klebeverbindungen

Info

Publication number: DE19924138A1
Application number: DE19924138A
Authority: DE
Inventors: Christian N Kirsten; Peter Chrisophliemk; Ralph Nonninger; Hermann Schirra; Helmut Schmidt
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1999-05-26
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2000-11-30
Also published as: EP1785462B1; WO2000073398A1; DE50015091D1; EP1190009B1; EP1190009A1; ATE391760T1; US6855760B1; EP1785462A1; AU5067200A

Abstract

Klebstoffzusammensetzungen, die im Bindemittelsystem nanoskalige Teilchen mit ferromagnetischen, ferrimagnetischen, superparamagnetischen oder piezoelektrischen Eigenschaften enthalten, eignen sich dazu, für die Herstellung lösbarer Klebeverbindungen verwendet zu werden. Unter Einwirkung elektromagnetischer Strahlung lassen sich derartige Klebstoffverbindungen besonders effizient so hoch erwärmen, daß eine gefügte Klebeverbindung leicht lösbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Klebstoffzusammensetzungen, deren Bindemit telsystem nanoskalige Teilchen mit ferromagnetischen, ferrimagnetischen, super paramagnetischen oder piezoelektrischen Eigenschaften enthält. Ein weiterer Ge genstand der vorliegenden Erfindung sind lösbare Klebeverbindungen sowie ein Verfahren zum Lösen von Klebeverbindungen.

In vielen Industriezweigen, insbesondere in der metallverarbeitenden Industrie wie z. B. der Fahrzeugindustrie, im Nutzfahrzeugbau sowie deren Zulieferindustrien oder auch bei der Herstellung von Maschinen und Haushaltsgeräten oder auch in der Bauindustrie werden zunehmend gleiche oder verschiedene metallische und nichtmetallische Substrate klebend bzw. abdichtend miteinander verbunden. Die se Art des Fügens von Bauteilen ersetzt in zunehmenden Maße die klassischen Fügeverfahren wie Nieten, Schrauben oder Schweißen, weil das Kle ben/Abdichten eine Vielzahl von technologischen Vorteilen bietet. Im Gegensatz zu den traditionellen Fügeverfahren wie Schweißen, Nieten, Schrauben ist das Lösen und Separieren von geklebten Bauteilen bisher noch nicht befriedigend ge löst.

Die EP-A-735121 beschreibt einen Klebfolien-Abschnitt für eine rückstandsfreie und beschädigungslose und wieder lösbare Verklebung bestehend aus einer dop pelseitig klebenden Klebefolie mit einem aus der Klebefolie herausragenden An fasser, an dem durch Ziehen in Richtung der Verklebungsebene die Verklebung lösbar ist. Dieses Verfahren ist jedoch nur anwendbar, wenn die Klebstoffschicht der Klebefolie ein Haftklebstoff ist. Mit derartigen Klebeverbindungen lassen sich jedoch nur geringe Zug- bzw. Schälfestigkeiten erreichen, so daß dieses Verfah ren nur zum Fixieren von kleinen Gegenständen wie Haken und dergleichen im Haushaltsbereich anwendbar ist.

Die DE-A-42 30 116 beschreibt eine Klebstoffzusammensetzung enthaltend eine Abmischung eines aliphatischen Polyols mit einem aromatischen Dianhydrid. Diese Klebstoffzusammensetzung ermöglicht ein Auflösen der Verklebung in wäß rig alkalischen Systemen, konkret genannt werden Sodalösungen oder Alkalilau gen. Es wird vorgeschlagen diese wäßrig alkalisch löslichen Klebstoffe zur ratio nellen Herstellung von Magnetteilen und anderen Kleinteilen zu verwenden, wobei der Klebstoff nur zur Herstellung von Hilfsklebungen bei der Materialbearbeitung verwendet werden soll. Sehr ähnliche Klebstoffe sind auch als Etikettierklebstoffe bekannt, die ein Ablösen der Etiketten im wäßrigen oder wäßrig alkalischen Milieu bei Getränkeflaschen und ähnlichen Gebinden erlauben.

Die DE-A-43 28 108 beschreibt einen Kleber für Bodenbeläge und ein Verfahren zum Lösen dieser verklebten Bodenbeläge mit Hilfe von Mikrowellenenergie. Dazu soll der Kleber elektrisch leitfähig sein und durch ein Mikrowellengerät erweichbar sein. Konkret vorgeschlagen werden lösungsmittelfreie Kontaktkleber auf Basis von (wäßrigen) Polymerdispersionen, die Kupferpulver oder Aluminiumpulver ent halten. Gemäß der Lehre dieser Schrift sollen die verklebten Bodenbelagsstücke zum Lösen der Klebeverbindung in ein Mikrowellengerät gelegt werden, damit die Klebeschicht erweicht werden kann, so daß man die Bodenbelagsstücke nach dem Erweichen der Kleberschicht manuell abziehen kann.

Die WO 94/12582 beschreibt einen Haftkleber auf der Basis einer Mischung aus einer wäßrigen Polymerdispersion und einem in einem organischen Lösungsmittel gelösten Klebstoff sowie Klebrigmachern und Verdickungsmitteln. Dieser Haft klebstoff hat in einem breiten Temperaturbereich eine konstante Klebkraft und er möglicht das mechanische Trennen der Klebeverbindungen. Angegeben wird, daß sich diese Klebeverbindungen zum Verkleben von Dämm- und/oder Zierflächen teilen wie z. B. Dämm-Materialien oder Kunststoff-Folien eignet.

Die DE-A-195 26 351 beschreibt ein Lösegel für Lacke, Farben und Kleber auf der Basis organischer Lösungsmittel unter Zusatz von Netz-Verdickungs- und ande ren üblichen Mitteln. Als konkretes Anwendungsfeld werden die Verwendung als Abbeizmittel bei der Entschichtung von 2 K-Lacken genannt. Obwohl erwähnt wird, daß derartige Mischungen auch zum Einsatz bei 2 K-Klebern geeignet sei, fehlen jedwede konkreten Angaben zum Lösen derartiger Klebeverbindungen. In ähnlicher Weise beschreibt die WO 87/01724 eine Zusammensetzung zur Entfer nung von ausgehärteten Polysulfiddichtstoffen oder Beschichtungen. Hierbei wer den in einem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch bestehend aus Dimethyl formamid oder Dimethylacetamid oder deren Mischung mit aromatischen Lö sungsmitteln wie Toluol oder Xylol ein Alkalimetall- oder Amoniumthiolat auf der Basis von Alkyl- oder Phenylthiolaten gelöst und auf ausgehärtete Polysulfiddicht stoffe oder Beschichtungsmaterialien aufgetragen, um diese anschließend von ihren Substraten, wie z. B. Flugzeugtanks entfernen zu können. Angaben zum Lösen von Klebeverbindungen werden nicht gemacht.

In der Arbeit "Reversible Crosslinking in Epoxy Resins", Journal of Applied Poly mer Science, 39, 1439 bis 1457 (1990) beschreiben V. R. Sastri und G. C. Tesoro Epoxyharze mit verschiedenen Epoxyäquivalenten, die mit 4,4'-Dithioanilin ver netzt sind. Dort wird vorgeschlagen, das vernetzte Harz zu 600 µm großen Teil chen zu malen. Dieses feingemahlene Pulver wird dann in einer Lösung aus Diglyme, Salzsäure und Tributylphosphin unter Rückfluß gekocht, bis das gemah lene Harz aufgelöst ist. Analoge Offenbarungen werden in der US-A-4,882,399 von den gleichen Autoren gemacht. Konkrete Angaben über lösbare Klebeverbin dungen fehlen in beiden Dokumenten.

Die WO 99/07774 beschreibt Klebstoffe, bei denen zumindest eine Aufbaukompo nente Di- oder Polysulfidbindungen enthält und die nach dem Aushärten durch Auftragen von Lösungen von Spaltungsagenzien auf der Basis von Mercaptover bindungen wieder gelöst werden können. Dadurch wird es möglich, verklebte Bauteile auf chemischem Wege in der Klebfuge wieder zu trennen. Gemäß der Lehre dieser Schrift kann das Spaltungsagenz auch in einer bei Raumtemperatur inerten Form der Klebstoff-Formulierung zugemischt werden, wobei die Spaltung nach Aktivierung des Reagenzes bei erhöhter Temperatur erfolgen kann. Konkrete Ausbildungen dieser inerten Form des Spaltungsagenzes werden nicht genannt. Obwohl die Verwendung von lösungsmittelhaltigen Spaltungsagenzien es erlaubt, Klebeverbindungen wieder zu lösen, ist es wünschenswert, auf lösungsmittelhal tige Spaltungsagenzien verzichten zu können, da diese Vorgehensweise

- wegen der diffusionsbedingten Einwirkungszeit der Spaltungsagenzien sehr zeit raubend ist,
- die Handhabung von lösungsmittelhaltigen Spaltungsagenzien aus Umwelt schutzgründen vermieden werden sollte.

Die DE-A-35 01 490 beschreibt eine in den Rahmen einer Autokarosserie einge klebte Glasscheibe unter Verwendung eines elastomeren vernetzten Klebers. Diese Scheibe hat auf ihrer Oberfläche im Klebebereich einen mit Stromanschlüs sen versehenen Leitstreifen, der auf seiner dem Kleber zugewandten Seite eine Trennschicht aus einem thermisch schmelzbaren Material wie Weichlot oder Thermoplast trägt. Zum Lösen der Klebeverbindung wird der Leitstreifen unter Strom gesetzt, er erwärmt sich, die Trennschicht schmilzt und die Scheibe läßt sich von der Karosserie lösen.

Die EP-A-0521825 beschreibt eine lösbare Klebeverbindung, bei welche die mit einander verbundenen Teile mittels einer dazwischen eingebrachten Kleberaupe gefügt sind. Diese Kleberaupe enthält ein flächiges thermoplastisches Trennele ment. Dieses thermoplastische Trennelement enthält intrinsisch leitfähige Poly mere, elektrisch leitfähige Ruße, Graphit, Metallpulver, Metallfasern oder Metall nadeln, metallbeschichtete Füllstoffe, metallbeschichtete Mikroglaskugeln, metall beschichtete Textilfasern oder Gemische dieser Materialien. Beim Erwärmen der Klebeverbindung durch Strom oder Strahlungszufuhr wird diese thermoplastische Trennschicht erweicht, so daß die miteinander verbundenen Anteile mechanisch voneinander getrennt werden können. Konkret schlägt die EP-A-521825 vor, der artige lösbare Klebeverbindungen bei der Direktverglasung im Fahrzeugbau ein zusetzen.

Angesichts dieses Standes der Technik haben sich die Erfinder die Aufgabe ge stellt, Klebstoffe bereitzustellen, die ein möglichst effizientes Lösen von Klebever bindungen ermöglichen sollte. Nach dem Verkleben der entsprechenden Sub strate mit diesen Klebstoffen sollte die Verklebung durch Anlegen elektromagneti scher Wechselfelder zum Lösen der Klebeverbindung erwärmt werden können.

Die Lösung der Aufgabe ist den Patentansprüchen zu entnehmen. Sie beruht im wesentlichen in der Bereitstellung von Klebstoff-Zusammensetzungen, deren Bin demittel nanoskalige Teilchen mit ferromagnetischen, ferrimagnetischen, superpa ramagnetischen oder piezoelektrischen Eigenschaften enthalten.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind lösbare Klebeverbin dungen, bei denen die kraftschlüssige Verbindung der miteinander verbundenen Teile durch mindestens eine zwischen den Teilen eingebrachte Klebstoffschicht bewirkt wird, wobei die Klebstoffmatrix dieser Klebstoffschicht nanoskalige Teil chen enthält.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Lösen von Klebeverbindungen mit Hilfe von elektrischen, magnetischen oder elektroma gnetischen Wechselfeldern, wobei die Klebstoffschicht nanoskalige Teilchen ent hält, die unter Einfluß dieser Wechselfelder die Klebstoffschicht erwärmen. Diese Erwärmung der Klebstoffschicht dient dem Trennen der Klebeverbunde. Dabei dienen die nanoskaligen Teilchen als Füllstoffe mit "Signalempfänger"-Eigen schaft, so daß Energie in Form von elektromagnetischen Wechselfeldern gezielt in den Klebeverbund eingetragen wird. Durch den Energieeintrag in den Klebstoff kommt es zu einer lokalen starken Temperaturerhöhung, wodurch ein reversibles Lösen des Klebeverbundes ermöglicht wird. Im Falle nicht-reaktiver, thermoplasti scher Klebstoffsysteme bewirkt dieser Energieeintrag ein Schmelzen des Kleb stoffpolymers, im Falle reaktiver, d. h. vernetzter duroplastischer Klebstoffsysteme führt die Temperaturerhöhung zu einem thermischen Abbau des Polymeren und somit zu einem Bruch in der Klebefuge. In diesem Sinne sind besonders solche Klebstoffe zu bevorzugen, die entweder selbst thermisch labil sind, oder deren Polymerrückrat einzelne thermisch labile Gruppen aufweist. Auch die Modifizie rung von Klebstoffen mit thermisch labilen Additiven, die infolge einer Tempera turerhöhung aktiviert werden können und so ein Klebeversagen initiieren, läßt sich erfolgreich für die erfindungsgemäßen lösbaren Klebeverbindungen verwenden. Gegenüber den herkömmlichen Erwärmungsmethoden zeichnet sich das erfin dungsgemäße Verfahren dadurch aus, daß die Wärmeerzeugung lokal definiert in der Klebefuge geschieht und daß eine thermische Belastung der verklebten Sub stratmaterialien selbst vermieden bzw. minimiert wird. Das Verfahren ist sehr zeit sparend und effektiv, da die Wärme nicht durch Diffusionsvorgänge durch die ver klebten Substrate hindurch in die Klebefuge eingebracht werden muß. Dieses Verfahren reduziert auch in erheblichem Maße Wärmeverluste durch Wär meableitung bzw. Wärmestrahlung über das Substrat, dadurch wird das ertin dungsgemäße Verfahren besonders ökonomisch.

Zur Energieeintragung eignen sich elektrische Wechselfelder oder magnetische Wechselfelder. Bei der Anwendung elektrischer Wechselfelder sind als Füllmate rialien alle piezoelektrischen Verbindungen geeignet, z. B. Quarz, Turmalin, Ba riumtitanat, Lithiumsulfat, Kalium(Natrium)tartrat, Ethylendiamintartrat, Ferroelek trika mit Perowskitstruktur und vor allem Blei-Zirkonium-Titanat. Bei der Verwen dung von magnetischen Wechselfeldern eignen sich grundsätzlich alle ferrima gnetischen, ferromagnetischen oder super-paramagnetischen Stoffe, insbeson dere die Metalle Aluminium, Kobalt, Eisen, Nickel oder deren Legierungen sowie Metalloxide vom Typ n-Maghemit (γ-Fe₂O₃), n-Magnetit (Fe₃O₄), Ferrite von der allgemeinen Formel MeFe₂O₄, wobei Me für zweiwertige Metalle aus der Gruppe Kupfer, Zink, Kobalt, Nickel, Magnesium, Calcium oder Cadmium steht.

Bei der Verwendung magnetischer Wechselfelder eignen sich insbesondere nanoskalige superparamagnetische Teilchen, sogenannte "single-domain-par ticle". Im Vergleich zu den vom Stand der Technik bekannten paramagnetischen Partikeln zeichnen sich die nanoskaligen Füllstoffe dadurch aus, daß solche Mate rialien keine Hysterese aufweisen. Dies hat zur Folge, daß die Energiedissipation nicht durch magnetische Hystereseverluste hervorgerufen wird, sondern es wird angenommen, daß die Wärmeerzeugung vielmehr auf eine während der Einwirkung eines elektromagnetischen Wechselfeldes induzierte Schwingung oder Rotation der Teilchen in der umgebenden Matrix und somit letztlich auf mechanische Reibungsverluste zurückzuführen ist. Dies führt zu einer besonders effektiven Erwärmungsrate der Teilchen und der sie umgebenden Matrix.

"Nanoskalige Teilchen" im Sinne der vorliegenden Erfindung sind dabei Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße (bzw. einem durchschnittlichen Teil chendurchmesser) von nicht mehr als 500 nm, vorzugsweise unter 300 nm. Ein besonders bevorzugter Bereich sind Teilchengrößen unter 100 nm, vorzugsweise nicht mehr als 50 nm und insbesondere nicht mehr als 30 nm. Vorzugsweise weisen die erfindungsgemäß einzusetzenden nanoskaligen Teilchen eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 1 bis 40 nm, besonders bevorzugt zwischen 3 und 30 nm auf. Für die Ausnutzung der Effekte durch Superparamagnetismus sollen die Teilchengrößen nicht mehr als 30 nm betragen. Die Teilchengröße wird dabei bevorzugt nach der UPA-Methode (Ultrafine Particle Analyzer) bestimmt, z. B. nach dem Laser-Streulicht-Verfahren ("laser light back scattering"). Um eine Agglomeration oder ein Zusammenwachsen der nanoskaligen Teilchen zu verhindern oder zu vermeiden, sind diese üblicherweise oberflächenmodifiziert bzw. oberflächenbeschichtet. Ein derartiges Verfahren zur Herstellung agglomeratfreier nanoskaliger Teilchen ist am Beispiel von Eisenoxidteilchen in der DE-A-196 14 136 in den Spalten 8 bis 10 angegeben. Einige Möglichkeiten zur oberflächlichen Beschichtung derartiger nanoskaliger Teilchen zur Vermeidung einer Agglomeration sind in der DE-A-197 26 282 angegeben.

Als Bindemittelmatrix für die erfindungsgemäßen Klebstoffe können im Prinzip alle für Klebstoffe geeignete Polymere eingesetzt werden. Beispielhaft erwähnt seien für die thermoplastisch erweichbaren Klebstoffe die Schmelzklebstoffe auf der Ba sis von Ethylen-Vinylacetatcopolymeren, Polybutene, Styrol-Isopren-Styrol bzw. Styrol-Butadien-Styrolcopolymere, thermoplastische Elastomere, amorphe Poly olefine, lineare, thermoplastische Polyurethane, Copolyester, Polyamidharze, Po lyamid/EVA-Copolymere, Polyaminoamide auf Basis von Dimerfettsäuren, Poly esteramide oder Polyetheramide. Weiterhin eignen sich prinzipiell die bekannten Reaktionsklebstoffe auf der Basis ein- bzw. zweikomponentiger Polyurethane, ein- oder zweikomponentiger Polyepoxide, Silikonpolymere (ein- bzw. zweikomponen tig), silanmodifizierte Polymere, wie sie beispielsweise bei G. Habenicht, "Kleben: Grundlagen, Technologie, Anwendungen", 3. Auflage, 1997 im Kapitel 2.3.4.4 be schrieben werden. Die (Meth)acrylat-funktionellen Reaktionskleber auf der Basis peroxidischer Härter, anaerober Härtungsmechanismen, aerober Härtungsme chanismen oder UV-Härtungsmechanismen eignen sich ebenfalls als Klebstoff matrix. Konkrete Beispiele für den Einbau thermisch labiler Gruppen in Reaktions klebstoffe zum Ziel der späteren Spaltung dieser Bindungen sind die Klebstoffe gemäß WO 99/07774, bei denen zumindest eine Aufbaukomponente Di- oder Po lysulfidbindungen enthält. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kön nen diese Klebstoffe noch feste Spaltungsreagenzien in kristalliner, verkapselter, chemisch blockierter, topologisch oder sterisch inaktivierter oder kinetisch ge hemmter, fein dispergierter Form enthalten, wie sie in der noch unveröffentlichten DE-A-199 04 835.5 auf den Seiten 14 bis 16 offenbart werden. Eine andere Mög lichkeit ist die Verwendung von Polyurethanklebstoffen, die als Spaltungsagenz die in der noch unveröffentlichten DE-A-198 32 629.7 offenbarten aminischen De rivate enthalten. Die in den beiden vorgenannten Schriften offenbarten Spal tungsagenzien sowie die zugehörigen Bindemittel sind ausdrücklich Bestandteil der vorliegenden Erfindung.

Als Energie zur Erwärmung der nanoskalige Teilchen enthaltenden Klebstoffe eig net sich prinzipiell jedes höherfrequente elektromagnetische Wechselfeld: so las sen sich beispielsweise elektromagnetische Strahlungen der sog. ISM-Bereiche (industrial, scientific and medical application) einsetzen, d. h. Frequenzen zwischen 100 MHz und etwa 200 GHz. Nähere Angaben hierzu finden sich unter anderem bei Kirk-Othmer, "Encyclopedia of Chemical Technology", 3. Auflage, Band 15, Kapitel "Microwave technology".

Es war bereits weiter oben darauf hinwiesen worden, daß bei der Verwendung von nanoskaligen Teilchen im Sinne dieser Erfindung die elektromagnetische Strah lung in besonders effektiver Weise ausgenutzt werden kann. Dies zeigt sich be sonders deutlich daran, daß bereits im sehr niederfrequenten Bereich von etwa 50 kHz oder 100 kHz bis hinauf zu 100 MHz nahezu jede Frequenz verwendet wer den kann, um eine zur Spaltung der Klebeverbindungsmatrix notwendige Wärme menge in der Klebstoffmatrix zu erzeugen. Bevorzugt kann ein Frequenzbereich zwischen 500 kHz und 50 MHz benutzt werden. Die Auswahl der Frequenz kann sich dabei nach den zur Verfügung stehenden Geräten richten, wobei selbstverständlich dafür Sorge getragen werden muß, daß Störfelder nicht abgestrahlt werden.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand einiger Prinzipversuche dargestellt werden, wobei die Auswahl der Beispiele keine Beschränkungen des Umfanges des Erfin dungsgegenstandes darstellen soll, sie zeigen nur in modellhafter Weise die Wir kungsweise der erfindungsgemäßen Klebstoffzusammensetzungen.

Beispiele

Die Untersuchungen wurden auf der Basis dreier kommerziell von der HENKEL KGaA erhältlicher thermoplastischer Schmelzklebstoffe durchgeführt. Hierbei handelte es sich um einen normalen Ethylenvinylacetat-basierten Klebstoff (Technomelt Q 3118, EVA1), und zwei Polyamid-basierte Klebstoffe mit mittlerer (Macromelt 6208, PA1), bzw. hoher (modifiziertes Polyamid PA2) Wärmebeständigkeit. Eine Auswahl charakteristischer Klebe- bzw. Werk stoffeigenschaften der unmodifizierten Klebstoffe sind der Tabelle 1 zu entnehmen.

Tabelle 1

Zur Bestimmung der Wärmestandfestigkeit (WSF) der Verklebungen wurden zwei mit einem Loch versehene Probekörper aus Buchenholz bzw. PVC mit den Maßen 100 × 25 × 4 mm auf einer Fläche von 20 × 25 mm mit dem Klebstoff verklebt und etwa 24 h bei Raumtemperatur gelagert. Die verklebten Probekörper wurden an schließend in einem Umlufttrockenschrank (Heraeus UT 5050 EK) aufgehängt und mit einem Gewicht von 1365 g belastet. Hierauf wurde folgendes Temperaturpro gramm durchlaufen:

1. Start bei 25°C,
2. in 10 min von 25°C auf 50°C aufheizen,
3. über 5 h von 50°C auf 200°C aufheizen,
4. 20 min bei 200°C halten und
5. innerhalb 20 min auf 25°C abkühlen.

Mittels eines Mikroprogrammgebers (DEP 1131) wurde die Zeit in Sekunden an gezeigt, in der die Verklebung reißt. Die WSF wurde nach der Formel berechnet:
WSF [°C] = [((gemessene Zeit in sec) - 600)/120] + 50.

Die Zugscherfestigkeit (ZSF) wurde in Anlehnung an die DIN 53283 bestimmt. Dabei wurden Probekörper aus Buchenholz bzw. PVC mit den Maßen 100 × 25 × 4 mm auf einer Fläche von 20 × 25 mm mit den Klebstoffen verklebt und nach etwa 24 Stunden im Zugversuch (Zwick Universalprüfmaschine 144501) unter sucht.

Die vorstehend beschriebenen Klebstoffe wurden mit unterschiedlichen Gehalten an nanoskaligem Magnetit modifiziert. Der verwendete Magnetit wurde dabei zum Teil zur besseren Anpassung an die polymere Klebstoffmatrix oberflächenmodifi ziert. Die in der Tabelle 2 angegebenen Teilchengrößen wurden mittels UPA- Messungen (UPA = Ultra Fine Particle Analyser) bestimmt. Die Kristallitgrößen der Magnetite wurden mittels Röntgenstrukturanalyse mit 8 nm bestimmt.

Tabelle 2

Die in Tabelle 2 aufgeführten Magnetite wurden in unterschiedlichen Füllgraden in die in Tabelle 1 beschriebenen Klebstoffe eindispergiert. Die Eigenschaften einiger ausgewählter mit 20 Gew-% modifizierter Formulierungen sind in der Tabelle 3 zu sammengefaßt.

Tabelle 3

Aus den vorstehenden Beispielen 4 bis 8 wird deutlich, daß selbst bei hoch mit nanoskaligem Magnetit gefülltem Klebstoff die Wärmestandfestigkeit sowie die Zugscherfestigkeit in der Regel nicht negativ beeinflußt wird, dies gilt insbeson dere dann, wenn die Magnetitteilchen mit dem zur Klebstoffmatrix passenden Oberflächenmodifizierungsmittel modifiziert wurden.

Beispiel 9 Einfluß der "Signalempfänger"-Partikelgröße auf die induktive Erwärmbarkeit modifizierter Klebstoffe

Grundsätzlich eigenen sich zur induktiven Erwärmung polymerer Matrizes neben nanoskaligen "Signalempfängern" auch solche größerer Partikelgröße. Aufgrund eines an dieser Stelle nicht näherer zu beschreibenden anderen Aufwärmmecha nismus ist jedoch die eintragbare Energiemenge bei der Verwendung nanoskaliger Füllstoffe erheblich größer als bei der Verwendung größerer Partikel. Dies wird durch entsprechende Untersuchungen, die beispielhaft an einem modifizierten Polyester-System (Dynacoll 7360, Fa. Hüls) durchgeführt wurden, deutlich. Zur Erzeugung des benötigten magnetischen Wechselfeldes wurde ein Gerät der Fa.

Hüttinger (TIG 5/3 00) verwendet. Die angelegte Spannung betrug 180 V. Die ver wendete Spule wies einen Durchmesser von 3,5 cm und 10 Windungen auf. Die verwendete Spule war dabei Bestandteil des schwingungserzeugenden Schwing kreises. Bei den angegebenen Spannungen und Dimensionen der Spule ergab sich eine Frequenz von etwa 250 kHz. Aus dem Beispiel 10 und dem nicht erfin dungsgemäßen Vergleichsbeispiel wird deutlich, daß bei der erfindungsgemäßen Verwendung von nanoskaligen Füllstoffen als "Signalempfänger" in der Klebstoffmatrix die Erwärmung des modifizierten Polyesters in sehr viel kürzerer Zeit zu sehr viel höheren Temperaturen erfolgt als bei den "gröberen" Magnetit- Teilchen. Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in der Tabelle 4 zu sammengefaßt.

Tabelle 4

Beispiel 10 Einfluß des "Signalempfänger"-Füllgrades auf die induktive Erwärmbarkeit modifizierter Klebstoffe

Das Aufwärmverhalten modifizierter Klebstoffe im magnetischen Wechselfeld ist stark von dem Füllgrad des verwendeten Signalempfängers abhängig. Entspre chende Untersuchungen wurden am Beispiel des Magnetit-modifizierten EVA1 durchgeführt. Zur Erzeugung des benötigten magnetischen Wechselfeldes wurde ein Gerät der Fa. Hüttinger (TIG 5/300) verwendet. Die angelegte Spannung be trug 180 V. Die verwendete Spule wies einen Durchmesser von 3,5 cm und 10 Windungen auf. Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in der Tabelle 5 zusam mengefaßt.

Tabelle 5

Aus den Beispielen 11 bis 14 wird deutlich, daß mit steigendem Füllgrad an nanoskaligem Magnetit die notwendige Aufheizzeit unter sonst gleichen Bedin gungen drastisch verkürzt wird.

Beispiel 15 Einfluß der Stärke des magnetischen Wechselfeldes auf die induktive Erwärmbarkeit modifizierter Klebstoffe

Bei der induktiven Erwärmung Magnetit modifizierter Klebstoffe spielt die Stärke des applizierten Magnetfeldes eine entscheidende Rolle. Hierbei ist die resultie rende Stärke des Feldes innerhalb der Spule u. a. von der angelegten Spannung bzw. dem fließenden Strom abhängig. Es wurden Untersuchungen zum Einfluß unterschiedlicher Spannungen mit einem Gerät der Fa. Hüttiger (TIG 5/300) durchgeführt. Die maximal anzulegende Spannung betrug 180 V. Die verwendete Spule hatte einen Durchmesser von 3,5 cm und wies 10 Windungen auf. Als Kleb stoff wurde die Zusammensetzung gemäß Beispiel 8 verwendet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 6 zusammengefaßt.

Tabelle 6

Aus den Meßwerten der Tabelle 6 wird deutlich, daß mit wachsender Feldstärke (d. h. mit wachsender angelegter Spannung) die Geschwindigkeit der Erwärmung der Klebstoffmatrix stark zunimmt, so daß in sehr kurzer Zeit Temperaturen er reicht werden, die ausreichen, um eine derartige Verklebung zu lösen.

Beispiel 16 Einfluß der Spulengeometrie auf die induktive Erwärmbarkeit modifizierter Klebstoffe

Außer von der angelegten Spannung ist die Feldstärke des magnetischen Wech selfeldes auch von der Länge bzw. Windungsanzahl der verwendeten Spule ab hängig. Je nach Spulenlänge bzw. Windungsanzahl resultiert bei konstanter Spannung ein Feld unterschiedlicher Frequenz bzw. Stärke. Entsprechende Un tersuchungen wurden bei konstant maximaler Spannung von 180 V durchgeführt. Als Klebstoffbasis diente der mit 20 Gew-% Magnetit modifizierte PA2. Die ver wendeten Spulen wiesen einen konstanten Durchmesser von 3,5 cm auf und un terschieden sich in der Windungsanzahl. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Tabelle 7 zusammengefaßt.

Tabelle 7

Die in Tabelle 7 zusammengefaßten Ergebnisse zeigen, daß bei geringerer Spu lenlänge bzw. Windungsanzahl und daraus resultierender höherer Feldstärke die Aufheizrate bei gleicher Klebstoffzusammensetzung signifikant ansteigt. Zur Klärung, inwiefern die induktive Erwärmung zu einer Veränderung der Kleb stoffeigenschaften führt, wurden Versuche vorgenommen, bei denen ein mit 20 Gew-% Magnetit modifizierter PA2 mehrmals induktiv erwärmt wurde. Für die Un tersuchungen wurde wiederum ein Gerät der Fa. Hüttinger (TIG 5/300) verwendet. Die angelegte Spannung betrug 180 V. Die verwendete Spule wies einen Durch messer von 3,5 cm und 10 Windungen auf. Zusammenfassend läßt sich feststel len, daß das Aufwärmverhalten des modifizierten Klebstoffs auch nach mehrmali ger Erwärmung im magnetischen Wechselfeld nahezu unbeeinflußt blieb.

Bei thermoplastischen Klebstoffen läßt sich also die Erwärmung und damit die Verklebung der Substrate reversibel gestalten, so daß die verklebten Teile mehr fach gelöst und wieder zusammengefügt werden können, falls dies erforderlich ist. Entklebung von verklebten Substraten im magnetischen Wechselfeld.

Mit modifizierten Klebstoffen, wie sie in der Tabelle 3 beschriebenen sind, wurden Holz/Holz- und PVC/PVC-Verbunde hergestellt. Hierzu wurde der Klebstoff einsei tig aufgebracht, das zweite Substrat unter leichtem Druck aufgebracht und der Klebeverbund anschließend 48 Stunden bei Raumtemperatur ruhen gelassen.

Anschließend wurden die Klebeverbunde unter einer Zug-Scher-Krafteinwirkung von 0,2 MPa bzw. 0,6 MPa in ein magnetisches Wechselfeld eingehängt und die Zeit bis zum Zerreißen der Probe gemessen. Als Feldgenerator diente ein Gerät der Fa. Hüttinger mit der Typbezeichnung TIG 5/300. Die angelegte Spannung betrug 100% der maximal mit dem verwendeten Gerät möglichen Leistung (180 V), die verwendete Spule wies 4 Windungen auf. In Tabelle 8 sind die Ergebnisse zu sammengefaßt.

Tabelle 8

Die in Tabelle 8 zusammengefaßten Versuchsergebnisse zeigen, daß selbst hochfeste Verklebungen, wie die mit dem Schmelzklebstoff PA 2 bei Einwirkung eines magnetischen Wechselfeldes und mäßiger Krafteinwirkung in sehr kurzer Zeit wieder lösbar sind.

Claims

1. Klebstoffzusammensetzung enthaltend ein Bindemittelsystem, dadurch ge kennzeichnet, daß sie zusätzlich nanoskalige Teilchen mit ferromagnetischen, ferrimagnetischen, superparamagnetischen oder piezoelektrischen Eigen schaften enthält.

2. Klebstoffzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nanoskaligen Teilchen eine durchschnittliche Teilchengröße von kleiner oder gleich 500 nm, vorzugsweise kleiner/gleich 300 nm haben.

3. Klebstoffzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nanoskaligen Teilchen eine durchschnittliche Teilchengröße von kleiner oder gleich 100 nm, vorzugsweise kleiner/gleich 50 nm und besonders bevor zugt kleiner/gleich 30 nm haben.

4. Klebstoffzusammensetzung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nanoskaligen Teilchen aus piezoelektrischen Stoffen ausgewählt aus Quarz, Turmalin, Bariumtitanat, Lithiumsulfat, Kaliumtartrat, Natriumtartrat, Kalium-Natriumtartrat, Ethylendiamintartrat, ferroelektrischen Verbindungen mit Perowskitstruktur oder Blei-Zirkonium-Titanat aufgebaut sind.

5. Klebstoffzusammensetzung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nanoskaligen Teilchen aus ferrimagnetischen, ferromagnetischen oder super-paramagnetischen Stoffen ausgewählt werden aus Aluminium, Cobalt, Eisen, Nickel oder deren Legierungen, Metalloxiden vom Typ des n- Maghemits (γ-Fe₂O₃), n-Magnetits (Fe₃O₄) oder der Ferrite vom Typ des MeFe₂O₄, wobei Me ein zweiwertiges Metall ausgewählt aus Mangan, Kupfer, Zink, Cobalt, Nickel, Magnesium, Calcium, Cadmium ist.

6. Klebstoffzusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, daß sie die nanoskali gen Stoffe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche in einer Menge von 1 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise von 3 bis 20 Gew.-% bezogen auf die Gesamtzusammensetzung enthält.

7. Lösbare Klebeverbindung, bei der die kraftschlüssige Verbindung der mitein ander verbundenen Teile mit mindestens einer zwischen den Teilen einge brachten Klebstoffschicht bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kleb stoffmatrix nanoskalige Teilchen gemäß Anspruch 1 bis 6 enthält.

8. Verfahren zum Lösen von Klebeverbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebefuge, enthaltend einen Klebstoff nach Anspruch 1 bis 6, einem elek trischen, magnetischen oder elektromagnetischen Wechselfeld ausgesetzt wird, wobei die Klebstoffmatrix sich

- bei thermoplastischen Klebstoffen über den Erweichungspunkt des ther moplastischen Bindemittels erwärmt,
- bei duroplastischen Klebstoffen auf eine Temperatur erwärmt, die eine Rückspaltung der vernetzten Struktur der Bindemittelmatrix bewirkt,

so daß - gegebenenfalls unter mechanischer Belastung - die verklebten Sub strate voneinander getrennt werden können.

9. Verfahren zum Lösen von Klebeverbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebefuge, enthaltend einen Klebstoff nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische, magnetische oder elektromagnetische Wechselfeld eine Frequenz von 100 kHz bis 100 MHz, vorzugsweise eine Frequenz von 500 kHz bis 50 MHz hat.