EP2673327A1 - Adhesive material with carbon material and method for its production and use - Google Patents

Adhesive material with carbon material and method for its production and use

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Publication number
EP2673327A1
EP2673327A1 EP12705095.3A EP12705095A EP2673327A1 EP 2673327 A1 EP2673327 A1 EP 2673327A1 EP 12705095 A EP12705095 A EP 12705095A EP 2673327 A1 EP2673327 A1 EP 2673327A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
adhesive
adhesive material
carbon
cnt
microwave
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12705095.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Tim Schubert
Tomas Meinen
Christian Zenkel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Future Carbon GmbH
Original Assignee
Futurecarbon GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Futurecarbon GmbH filed Critical Futurecarbon GmbH
Publication of EP2673327A1 publication Critical patent/EP2673327A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J11/00Features of adhesives not provided for in group C09J9/00, e.g. additives
    • C09J11/02Non-macromolecular additives
    • C09J11/04Non-macromolecular additives inorganic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J175/00Adhesives based on polyureas or polyurethanes; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J175/04Polyurethanes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J5/00Adhesive processes in general; Adhesive processes not provided for elsewhere, e.g. relating to primers
    • C09J5/06Adhesive processes in general; Adhesive processes not provided for elsewhere, e.g. relating to primers involving heating of the applied adhesive
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/24Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising carbon-silicon compounds, carbon or silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00Specific properties of additives
    • C08K2201/011Nanostructured additives
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
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    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon
    • C08K3/041Carbon nanotubes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02Fibres or whiskers
    • C08K7/04Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/06Elements

Definitions

  • Adhesive material with carbon material and method for its
  • the present invention initially relates to an adhesive material. Furthermore, the invention also relates to a method for producing an adhesive material, a method for activating and / or curing an adhesive material and a method for bonding two substrates.
  • Adhesive systems of the type mentioned above are known in many different ways in the prior art. However, the adhesive systems currently used do not have sufficient electrical conductivity or
  • Microwave absorption in order to use this technically for the curing process can. Or else it must be added such proportions of electrically conductive additives that the adhesive properties significantly negative
  • the present invention is therefore based on the object to provide solutions by means of which in particular a curing process as described above can be realized.
  • This object is achieved by the adhesive material having the features according to the independent claims 1 and 9, the method for producing an adhesive material having the features according to the
  • adhesive materials are provided which can be thermally activated and / or cured.
  • these adhesive materials can be activated and / or cured by means of a thermal effect.
  • the thermal effect can be realized by a radiation, for example a microwave radiation.
  • Such adhesive materials will be referred to as radiation-curing or -2011ierbar in the further course.
  • the thermal effect is induced by an electric current.
  • Such adhesive materials are referred to as electrically curing or activatable in the further course. Accordingly, it is preferable in the present invention that the adhesive material is subjected to thermal curing / activation or may be subjected.
  • the energy required for this purpose can be provided, for example, electrically / resistively, or via radiation, such as microwave radiation.
  • radiation-curable adhesive materials are provided in accordance with the present invention.
  • adhesive bonds in particular with an electrically curing and / or radiation-curing
  • Adhesive material can be realized, for example, for use in
  • electrically and / or radiation-curing adhesive based on carbon nanoparticles is provided.
  • the invention is not limited to specific carbon nanoparticles
  • the additive is in the form of a carbon material.
  • the additive is in the form of a dispersion, predispersion or the like, which is a
  • the additive is preferably in a matrix material.
  • the basic feature of the present invention is to provide precisely this requirement by using suitable additives.
  • these additives should not adversely affect the adhesive effect.
  • Basic functional carrier which are preferably incorporated into the adhesive with different dispersing methods.
  • an adhesive material in particular an electrically and / or thermally and / or radiation-curing or
  • curable adhesive material provided comprising at least one
  • Adhesive component and / or adhesive matrix and further comprising at least one in the adhesive component and / or adhesive matrix located additive in the form of a carbon material, in particular based on
  • Carbon nanomaterials and / or carbon micromaterials are carbon nanomaterials and / or carbon micromaterials.
  • the additive may be in the form of a carbon material which is microwave-absorbent and / or based on CNT and / or based on a CNT-containing mixture of different carbon materials and / or predispersed.
  • the adhesive material can be used as an additive in the form of a
  • Carbon material, CNT in a concentration of greater than 0.2 wt% have.
  • the adhesive material has at least one further additive, in particular at least one hardener and / or another
  • a carbon material component and / or a CNT-containing component and a base adhesive component thereto Preferably, however, always includes a carbon material component and / or a CNT-containing component and a base adhesive component thereto.
  • the materials mentioned are Base adhesive component.
  • Base adhesive component For PU adhesives, this is the polyol component
  • Hardener component such as polyisocyanates in PU adhesives
  • - CNT dispersion preferably aqueous or in solvents, possibly
  • Carbon material-containing dispersion preferably aqueous or in
  • the adhesive material is one or more of those mentioned in the claims, the description, the examples or the figures
  • Adhesive component and / or form the adhesive matrix may be PU-based adhesives. These adhesives are only to be seen as examples. Generally, the principle of adding CNTs / carbon materials as microwave-absorbing additives to an adhesive in order to cure them in the microwave field works for many liquid thermosetting adhesives.
  • hot melt adhesives ie, adhesives which are firmly present before melting
  • CNT additives can be provided with CNT additives and then also activated via microwave absorption in the component.
  • Further important aspects are, in particular, the possibility of improving the adhesive effect by CNT additives and / or microwave curing over CNT-free systems and / or conventional curing; the lifting of the
  • Components for electrical / microwave-assisted adhesive curing consist in particular in that due to the particular absorption properties of the CNT-containing systems with good dispersion, only minor additions of additive are required and the basic properties of the adhesives are particularly well preserved.
  • An improvement of the adhesive properties compared to a CNT-free adhesive system is documented for several material combinations.
  • a method for producing an adhesive material, in particular an inventive adhesive material as described above, and characterized in that an adhesive component and / or adhesive matrix of adhesive material is provided, and in that an additive in the form of a carbon material, in particular based of carbon nanomaterials and / or
  • the additive is or will be in the form of a carbon material
  • At least one further additive is added, in particular a hardener and / or another carbonaceous material and / or soluble CNT granules.
  • the method may comprise one or more method step (s) recited in the claims, the description, the figures or the examples.
  • an adhesive material in particular an adhesive material according to the invention as described above, which is produced or can be produced by a method according to the invention as described above is provided.
  • the adhesive material is activated and / or cured by applying an electrical voltage.
  • the adhesive material is activated and / or cured by being exposed to radiation, in particular microwave radiation.
  • the adhesive effect of the adhesive material can be canceled by the adhesive material is again thermally treated, for example, is remelted, preferably in the microwave field.
  • a method for bonding two substrates in particular using an adhesive material according to the invention as described above and / or produced, characterized in that the adhesive material on the first and / or second Substrate is applied and / or brought between the two substrates, that the two substrates are brought together and that the adhesive material is activated and / or cured, in particular by a method according to the invention as described above.
  • a substrate is generally a component or device
  • the substrate has a support, such as a pad or base for something else.
  • a substrate may also be such a support.
  • Adhesive effect by carbon additives, in particular CNT additives and / or microwave curing over CNT-free systems and / or conventional curing can be improved.
  • Melting for example in the microwave field, reduced or even canceled. It is preferably provided that by the possibility of melting, in particular a temporary melting, a switchability of gluing and loosening can be generated.
  • Adhesive can be achieved, for example by a corresponding
  • an electrical conductivity of the adhesive in particular after curing, can be achieved, which goes beyond purely antistatic applications;
  • the binding of optionally harmful moisture by the high binding capacity of the carbon material, in particular carbon nanotubes can be achieved.
  • the methods of the invention described above may comprise one or more of the method steps (e) recited in the claims, the description, the figures or the examples.
  • carbon nanomaterial may preferably be used as the carbon material.
  • Carbon Nanotubes consist in particular of cylinder-wound, closed graphene layers. Single tubes are called “single wall carbon nanotubes” (SWCNT), particles of concentrically stacked tubes of increasing diameter become “multiwall carbon nanotubes”.
  • CNT can be produced by various methods. The best known are the arc process, the laser ablation process and the catalytically assisted vapor deposition (CCVD). The latter method is suitable for large-scale production of CNT.
  • the CNTs are produced from gaseous carbon sources (hydrocarbons, alcohols, CO, CO2) on metallic, catalytically active substrates.
  • Commercially available SWCNT have diameters of 0.5 - 4nm, MWCNT have diameters between 6 - 100nm.
  • the length of CNT can be up to several mm.
  • the physical properties of CNT largely correspond to those of graphite along basal planes.
  • CNTs are used today as a mechanical reinforcement, as an electrically and thermally conductive additive in polymers, ceramics and metals. For this purpose, the CNTs are often chemically modified on their surface in order to meet the requirements of good dispersibility and connection to the matrix. As a rule, the CNTs are added to the matrix material. Due to the high
  • the carbon nanomaterial may be in the form of carbon nanofibers.
  • CNF CNF.
  • Their diameters are in the range 50nm-500nm and their lengths can be up to 50pm.
  • These CNFs are usually manufactured via CVD.
  • Their applications are found primarily in catalysis as catalyst supports and as active additives in Li-ion batteries or in gas storage.
  • Carbon particles for example carbon nanoparticles, for example
  • Carbon nanotubes have special electrical, thermal and mechanical properties.
  • CNTs have a very high electrical conductivity, which can go into the range of a metallic conductivity.
  • the thermal conductivity of the CNT can theoretically reach up to 6000 W / mK.
  • the mechanical properties of CNT are extreme. For example, tensile strengths and moduli of elasticity that are 1000 times higher than those achieved by steel are achieved. Therefore, carbon nanoparticles are of particular interest as additives in various matrix materials for improving electrical conductivity, thermal conductivity, mechanical properties and much more in the chemical industry
  • the heating rates in the microwave field can be further increased by a factor of 2-3 and the attainable final temperatures increase.
  • the positive aspect of the CNTs decreases due to the self-heating of the matrix system, the heating rates do not increase
  • Microwave power responds the system so tolerant, this is a principle technically usable self-limitation of the system.
  • a heating by electrical resistive heating can be carried out.
  • electrical current can be converted into heat by means of the electrical resistance of the material, which makes it possible to activate temperature-crosslinking systems.
  • Heating power depends on both the surface resistivity and the applied electrical voltage, which is hot of the flowing current.
  • the layer thickness additionally plays a role, since the conductivity increases until a specific volume conductivity value is reached, depending on the layer thickness. Another important value is the percolation limit, which must be reached or exceeded in order for the conductive particles in the matrix to form an electrically conductive network.
  • commercially available metallic contacting tapes can be used, which are applied before the application of the layer.
  • the layer thickness In order to ensure a homogeneous heating of the layer - that is, a uniform heating - on the one hand, the layer thickness must be as constant as possible and on the other hand, the arrangement of the contact strips parallel to each other. This creates between the Electrodes of equal length "current paths" with identical conductance values, which ensures a uniform current flow throughout the entire layer, in order to achieve a low contact resistance or contact resistance
  • Another form of heating may be by means of a microwave field.
  • four possible reactions of a material or a sample can be distinguished in particular from microwave radiation.
  • the sample can be permeable to microwaves, which is usually the case with electrical insulators. Furthermore, it can reflect the radiation, or with the electric or magnetic field in
  • Conductive and inductive heating takes place in electrically conductive materials.
  • the oscillating electrical part of the field generates a current in the material, which in turn heats up the sample by ohmic losses.
  • the oscillating E field is generated by the externally acting magnetic field component of the microwave radiation. The resulting circulating currents cause warming. It is important to note the field lines are located on the surface of the specimen by field displacement and the penetration depth is of the order of only 10 "6 m for metallically conductive materials
  • the radiation penetrates into the entire volume of the adhesive film.
  • the dielectric is polar, which is the case for example in the case of water
  • the statistically distributed elementary dipoles can be aligned by the external field, which is referred to as orientation polarization (maximum in the range 105-109 Hz, but also effective in the frequency range used). This mechanism is also due to the water content of many adhesives - especially before
  • Solvent a resin, a polymer or the like, so there are locally different gradients of the electric field, the electrical conductivity and / or a locally different absorption behavior, which can lead to different degrees of heating.
  • the conductive components of the mixture contribute to the heating, the matrix component, if so
  • Microwave transparent or less absorbing is then indirectly heated by the conductive particles, causing an anisotropic heating.
  • the CNTs By good dispersion of the CNTs, as well as by the good thermal conductivity of the used Additive spontaneous dissemination of the resulting heat, but it usually comes to a rapid and efficient homogenization of the temperature
  • Adhesive film If this temperature equalization is made possible by a limited field strength, thus not too rapid heating rate, so-called "hot spots" can be completely avoided.
  • Percolation threshold the absorption behavior of the individual particles is decisive for the heating, now occurs - in addition - on the communicating overall system related absorption of the microwaves.
  • the behavior of the penetration depth during heating depends on the materials, so the conductivity decreases
  • Penetration depth is heated only the surface of the body.
  • absorbent materials is feasible, • in particular carbon nanotubes are suitable for this,
  • FIG. 1 various CNT-containing adhesive systems
  • FIG. 2 shows the schematic structure of a microwave band dryer for
  • FIG. 3 shows the absolute temperature profile of various heating attempts
  • FIG. 4 shows the plot of the heating over a recorded period of time
  • Figure 5 is a rating table.
  • PC ABS polycarbonate / acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer
  • CarboDis which are: predispersed, stabilized CNT dispersions, for better dispersion of the CNTs in the adhesive.
  • Agglomerationsneist in contrast to "conventional” CNTs
  • a surfactant contained herein in the overall system electrically insulating so that at higher concentrations of the electric Conductive resistance of the adhesive increases, which prevents electrical curing of the samples.
  • attempts to deliver CNTs to the adhesive system in powder form have at least resulted in a moderately homogeneous distribution of the CNTs, or they have not shown sufficient effect by the insulating action of the surfactant used (in the case of soluble granules if they contain such surfactants) electric conductivity.
  • the use of CNT may be in powder form.
  • pre-dispersed CNTs can be used, which in particular are easier to handle.
  • FIG. 1 shows CNT-containing adhesive systems having an improved dispersing quality by using CarboDis materials.
  • the CarboDis materials are aqueous predispersed CNTs.
  • the greatest success in dispersing CNTs has been achieved with CarboDis TA.
  • CarboDis TA is a single-dose dispersion of CNTs that are anionically stabilized. A difficulty of compatibility between hardener and the hydrous dispersion did not exist for the prefabricated CNT dispersion used.
  • the coated with the adhesive / CNT / hardener mixture plates were contacted on two opposite sides with copper metal bands and measured the respective resistors with a digital multimeter. The respective values are shown below.
  • Embodiment - performed for microwave curing.
  • the heating tests of the specimens were carried out in a conveyor belted microwave arrangement (microwave belt drier), as used more widely in industrial processes for drying goods.
  • microwave belt drier conveyor belted microwave arrangement
  • the components of the system, their function and the schematic structure of the microwave belt dryer can also be seen in FIG. 2.
  • FIG. 2 shows the schematic construction of a microwave belt dryer 10. This comprises a magnetron 1 1, a waveguide coupling 12, a directional coupler 13, a circulator 14, a tuner 15, a water load 16, a detection diode 17 and a cavity 18 with product load.
  • This device 10 generates microwave radiation with a frequency of 2.45 GHz and a maximum power of 2 kW.
  • the sample passes through the applicator on a Teflon-coated belt and lingers for 30 seconds per pass in the electromagnetic field.
  • the sample leaves the cavity 18, its
  • Temperature can be measured with the help of an infrared thermometer.
  • Microwave radiation is generated in a magnetron 1 1.
  • a tuning unit 15 is installed to optionally a
  • the applicator takes the material to be heated, the load, and in addition to its procedural tasks, possibly reactor, furnace and the like, also adapted to electromagnetic concerns, such as resonator.
  • the applicator is passed through by a belt on which the samples have been placed.
  • Heating behavior was in an adapted, infinitely adjustable
  • Heating rates were again increased by a factor of 2 - 3 and the achievable final temperatures increased.
  • Microwave power responds the system so tolerant, this is a principle technically usable self-limitation of the system.
  • the coating and curing was as follows: Since the coating experiments by knife had a better reproducibility than those applied with an existing spray apparatus, the adhesive was in all cases aufgerakelt. However, in principle the spraying application does not represent any problem industrially.
  • the samples were pre-dried for 5 minutes at 30 ° C. in order to dry out the additional water introduced by CarboDis. The curing took place within 5 minutes in the band microwave at nominally about 1200W (at reduced order within 5 minutes 30 seconds).
  • Adhesive systems achieved. It has been successfully demonstrated that adhesive systems with carbon materials, in particular carbon nanotubes (CNTs), can be used to cure microplates in the microwave field. Adopting the adhesives with carbon-based microwave-absorbent materials is feasible using suitable mixing technologies. Due to the extraordinary absorption properties with respect to electromagnetic radiation, carbon nanotubes and CNT-containing mixtures of different carbon materials are particularly suitable for this purpose. The high electrical conductivity of the CNTs and other carbon materials, but especially the achievement of an electrical percolation in the adhesive system with already small amounts of additives is crucial for success. The fast and efficient heating in the microwave field works for the additive-based adhesive systems, this also applies to thin adhesive films that have only a small total mass
  • Adhesive system can be realized high, but controllable heating rates with microwave-induced heating. By the generated heating of the adhesive in the microwave field, the desired curing can be realized. The curing is homogeneous and you can not avoid completely cured weak spots / zones. Energetically, through the
  • Adhesive effect is due to the additives used, according to the previously available Results, in no way impaired and remains fully intact.
  • an electrical conductivity of the splice is achieved, which is advantageous for the prevention of static charges.
  • the central result of the present invention is that an industrially suitable solution for microwave-based adhesive curing using said additives is feasible - all the relevant foundations for a realization have been found and developed in the context of the present invention.
  • An essential aspect here is the quality of the additive dispersion in the adhesive.
  • the focus of the present invention is on the microwave-curing process, since this is a particularly uniform coupling to all the
  • the present invention shows a high potential for the process of

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Abstract

The present invention relates to an adhesive material, especially an electrically and/or thermally and/or radiation-curing or curable adhesive material, having at least one adhesive constituent and/or adhesive matrix, and moreover having at least one additive in the form of a carbon material, especially based on carbon nanomaterials and/or carbon micromaterials, present in the adhesive constituent and/or adhesive matrix. The invention further relates to a method for producing, activating and/or curing an adhesive material. Finally the invention also relates to a method for adhesively bonding two substrates.

Description

Beschreibung  description
Klebstoffmaterial mit Kohlenstoffmaterial sowie Verfahren zu dessen Adhesive material with carbon material and method for its
Herstellung und Verwendung.  Manufacture and use.
Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Klebstoffmaterial. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen eines Klebstoffmaterials, ein Verfahren zum Aktivieren und/oder Aushärten eines Klebstoffmaterials sowie ein Verfahren zum Verkleben zweier Substrate. The present invention initially relates to an adhesive material. Furthermore, the invention also relates to a method for producing an adhesive material, a method for activating and / or curing an adhesive material and a method for bonding two substrates.
Klebstoffsysteme der eingangs genannten Art sind auf unterschiedlichste Weise im Stand der Technik bekannt. Die derzeitig verwendeten Klebstoffsysteme weisen jedoch noch keine ausreichende elektrische Leitung beziehungsweise Adhesive systems of the type mentioned above are known in many different ways in the prior art. However, the adhesive systems currently used do not have sufficient electrical conductivity or
Mikrowellenabsorption auf, um dies technisch für den Aushärteprozess nutzen zu können. Oder aber es müssen solche Mengenanteile an elektrisch leitfähigen Additiven zugesetzt werden, dass die Klebeeigenschaften deutlich negativ  Microwave absorption in order to use this technically for the curing process can. Or else it must be added such proportions of electrically conductive additives that the adhesive properties significantly negative
beeinträchtigt werden. be affected.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Lösungen bereitzustellen, mittels denen insbesondere ein wie vorstehend beschriebener Aushärtprozess realisiert werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Klebstoffmaterial mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 9, das Verfahren zum Herstellen eines Klebstoffmaterials mit den Merkmalen gemäß dem The present invention is therefore based on the object to provide solutions by means of which in particular a curing process as described above can be realized. This object is achieved by the adhesive material having the features according to the independent claims 1 and 9, the method for producing an adhesive material having the features according to the
unabhängigen Patentanspruch 6, das Verfahren zum Aktivieren und/oder Aushärten eines Klebstoffmaterials mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen independent claim 6, the method for activating and / or curing an adhesive material having the features according to the independent
Patentanspruch 10 sowie das Verfahren zum Verkleben zweier Substrate mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 14. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung, den Beispielen sowie den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit einem bestimmten Aspekt der Erfindung beschrieben sind, hinsichtlich der Offenbarung selbstverständlich vollumfänglich immer auch im Claim 10 and the method for bonding two substrates with the features according to independent claim 14. Further features and Details of the invention will become apparent from the dependent claims, the description, the examples and the drawings. In this case, features and details that are described in connection with a specific aspect of the invention, with regard to the disclosure, of course, always in the full extent always in the
Zusammenhang mit den jeweils anderen Erfindungsaspekten, und umgekehrt. Related to the other aspects of the invention, and vice versa.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden insbesondere Klebstoffmaterialien geschaffen, die thermisch aktiviert und/oder ausgehärtet werden können. Das bedeutet, dass diese Klebstoffmaterialien mittels eines thermischen Effekts aktiviert und/oder ausgehärtet werden können. Dies kann auf unterschiedliche Weise realisiert werden, so dass die Erfindung nicht auf konkrete Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Beispielsweise kann der thermische Effekt durch eine Strahlung, beispielsweise eine Mikrowellenstrahlung realisiert werden. Darüber hinaus ist es auch denkbar, über die Einwirkung von UV oder In particular, according to the present invention, adhesive materials are provided which can be thermally activated and / or cured. This means that these adhesive materials can be activated and / or cured by means of a thermal effect. This can be realized in different ways, so that the invention is not limited to specific embodiments. For example, the thermal effect can be realized by a radiation, for example a microwave radiation. In addition, it is also possible to think about the action of UV or
Infrarotstrahlung die Klebstoffmaterialien thermisch zu aktivieren / auszuhärten.  Infrared radiation to thermally activate / cure the adhesive materials.
Derartige Klebstoffmaterialien werden im weiteren Verlauf auch als strahlungs- aushärtend oder -aktivierbar bezeichnet. In anderer Ausgestaltung ist es möglich, dass der thermische Effekt durch einen elektrischen Strom induziert wird. Such adhesive materials will be referred to as radiation-curing or -aktivierbar in the further course. In another embodiment, it is possible that the thermal effect is induced by an electric current.
Das kann durch eine direkte Kontaktierung der Schicht über metallische, This can be achieved by direct contacting of the layer with metallic,
möglicherweise flache Kontaktstreifen erfolgen, oder aber auch berührungslos durch das Einwirken des magnetischen Feldes einer mit Wechselstrom betriebenen Induktionsspule, die ihrerseits im leitfähigen Klebstoff Ströme erzeugt, die den Klebstoff resistiv erwärmen. possibly flat contact strips are made, or even without contact by the action of the magnetic field of an alternating current operated induction coil, which in turn generates currents in the conductive adhesive, which heat the adhesive resistive.
Derartige Klebstoffmaterialien werden im weiteren Verlauf auch als elektrisch aushärtend oder aktivierbar bezeichnet. Bevorzugt geht es bei der vorliegenden Erfindung folglich darum, dass das Klebstoffmaterial einer thermischen Aushärtung / Aktivierung unterzogen wird oder unterzogen werden kann. Die dazu benötigte Energie kann beispielsweise elektrisch / resistiv, oder über Strahlung, etwa Mikrowellenstrahlung, bereitgestellt werden. Such adhesive materials are referred to as electrically curing or activatable in the further course. Accordingly, it is preferable in the present invention that the adhesive material is subjected to thermal curing / activation or may be subjected. The energy required for this purpose can be provided, for example, electrically / resistively, or via radiation, such as microwave radiation.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden insbesondere strahlungsaushärtende Klebstoffmaterialien geschaffen. Weiterhin können Klebeverbindungen, insbesondere mit einem elektrisch aushärtenden und/oder strahlungs-aushärtenden In particular, radiation-curable adhesive materials are provided in accordance with the present invention. Furthermore, adhesive bonds, in particular with an electrically curing and / or radiation-curing
Klebstoffmaterial realisiert werden, beispielsweise für den Einsatz im Adhesive material can be realized, for example, for use in
Automobilbereich oder dergleichen. Automotive sector or the like.
Insbesondere wird elektrisch- und/oder strahlungsaushärtender Klebstoff auf Basis von Kohlenstoffnanopartikeln bereitgestellt. Dabei ist die Erfindung nicht auf bestimmte Kohlenstoffnanopartikel beschränkt In particular, electrically and / or radiation-curing adhesive based on carbon nanoparticles is provided. The invention is not limited to specific carbon nanoparticles
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann grundsätzliche jede Form von According to the present invention, basically any form of
Kohlenstoffmaterial zum Einsatz kommen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist somit vorgesehen, dass das Additiv in Form eines Kohlenstoffmaterials vorliegt. In anderer Ausgestaltung kann bevorzugt auch vorgesehen sein, dass das Additiv in Form einer Dispersion, Vordispersion oder dergleichen vorliegt, welche ein Carbon material are used. Thus, according to the present invention, it is provided that the additive is in the form of a carbon material. In another embodiment, it may also preferably be provided that the additive is in the form of a dispersion, predispersion or the like, which is a
Kohlenstoffmaterial aufweist. Bei einer Dispersion befindet sich das Additiv bevorzugt in einem Matrixmaterial.  Has carbon material. In the case of a dispersion, the additive is preferably in a matrix material.
Die derzeitig verwendeten Klebstoffsysteme weisen noch keine ausreichende elektrische Leitung beziehungsweise Mikrowellenabsorption auf, um dies technisch für den Aushärteprozess nutzen zu können. Oder aber sie enthalten so große The currently used adhesive systems do not yet have sufficient electrical conduction or microwave absorption in order to be able to use this technically for the curing process. Or they contain so much
Mengen leitfähiger Additive, dass die Klebewirkung beeinträchtigt ist. Amounts of conductive additives that the adhesive effect is impaired.
Das grundlegende Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, durch Verwendung geeigneter Additive genau diese Voraussetzung zu schaffen. Diese Additive sollen dabei jedoch die Klebewirkung nicht negativ beeinflussen. Die als Additiv verwendeten Materialien sind vornehmlich spezielle Kohlenstoffzubereitungen, beispelsweise mit MWNTs (=mehrwandige Carbon Nanotubes) als The basic feature of the present invention is to provide precisely this requirement by using suitable additives. However, these additives should not adversely affect the adhesive effect. The as additive used materials are mainly special carbon preparations, for example, with MWNTs (= multi-walled carbon nanotubes) as
Basisfunktionsträger, welche bevorzugt mit verschiedenen Dispergiermethoden in den Klebstoff eingearbeitet werden. Basic functional carrier, which are preferably incorporated into the adhesive with different dispersing methods.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Klebstoffmaterial, insbesondere ein elektrisch und/oder thermisch und/oder strahlungs-aushärtendes oder According to the first aspect of the invention, an adhesive material, in particular an electrically and / or thermally and / or radiation-curing or
aushärtbares Klebstoffmaterial, bereitgestellt, aufweisend wenigstens eine curable adhesive material provided comprising at least one
Klebstoff komponente und/oder Klebstoffmatrix, sowie weiterhin aufweisend wenigstens ein in der Klebstoffkomponente und/oder Klebstoffmatrix befindliches Additiv in Form eines Kohlenstoffmaterials, insbesondere auf Basis von Adhesive component and / or adhesive matrix, and further comprising at least one in the adhesive component and / or adhesive matrix located additive in the form of a carbon material, in particular based on
Kohlenstoffnanomaterialien und/oder Kohlenstoffmikromaterialien. Carbon nanomaterials and / or carbon micromaterials.
Vorzugsweise kann das Additiv in Form eines Kohlenstoffmaterials ausgebildet sein, welches Mikrowellen-absorbierend und/oder basierend auf CNT und/oder basierend auf einem CNT-haltigen Gemisch unterschiedlicher Kohlenstoffmaterialien und/oder vordispergiert ist. Preferably, the additive may be in the form of a carbon material which is microwave-absorbent and / or based on CNT and / or based on a CNT-containing mixture of different carbon materials and / or predispersed.
Vorzugsweise kann das Klebstoffmaterial als Additiv in Form eines Preferably, the adhesive material can be used as an additive in the form of a
Kohlenstoffmaterials, CNT in einer Konzentration von größer 0,2 wt-% aufweisen. Carbon material, CNT in a concentration of greater than 0.2 wt% have.
Bevorzugt ist weiterhin, dass das Klebstoffmaterial wenigstens ein weiteres Additiv aufweist, insbesondere wenigstens einen Härter und/oder ein weiteres It is furthermore preferred that the adhesive material has at least one further additive, in particular at least one hardener and / or another
kohlenstoffhaltiges Material und/oder lösliches CNT-Granulat. carbonaceous material and / or soluble CNT granules.
Grundsätzlich sind auch beliebige Kombinationen aus folgenden Materialien denkbar. Dabei müssen nicht alle Komponenten gleichzeitig vorhanden sein. Basically, any combination of the following materials are conceivable. Not all components must be present at the same time.
Bevorzugt gehört jedoch immer wobei eine Kohlenstoffmaterialkomponente und/oder eine CNT-haltige Komponente und eine Basisklebstoff komponente dazu. Die genannten Materialien sind - Basisklebstoffkomponente. Bei PU-Klebstoffen ist dies die Polyol-KomponentePreferably, however, always includes a carbon material component and / or a CNT-containing component and a base adhesive component thereto. The materials mentioned are Base adhesive component. For PU adhesives, this is the polyol component
- Härterkomponente, beispielsweise Polyisocyanate bei PU-Klebstoffen - Hardener component, such as polyisocyanates in PU adhesives
- Sonstige Zusatzkomponente, beispielsweise Flüssigpolyester bei Hotmelt- Klebstoffen  - Other additional components, for example liquid polyesters in hotmelt adhesives
- CNT-Dispersion, vorzugsweise wässrig oder in Lösemitteln, eventuell  - CNT dispersion, preferably aqueous or in solvents, possibly
stabilisiert  stabilized
- Kohlenstoffmaterialhaltige Dispersion, vorzugsweise wässrig oder in  - Carbon material-containing dispersion, preferably aqueous or in
Lösemitteln, eventuell stabilisiert  Solvents, possibly stabilized
- CNT-Granulat, gegebenenfalls stabilisiert für eine gute Dispergierbarkeit  - CNT granules, optionally stabilized for good dispersibility
Weiterhin bevorzugt ist, dass das Klebstoffmaterial eines oder mehrere in den Ansprüchen, der Beschreibung, den Beispielen oder den Figuren genannte It is further preferred that the adhesive material is one or more of those mentioned in the claims, the description, the examples or the figures
Merkmale aufweist. Die zum Einsatz kommenden Klebstoffmaterialien, die insbesondere die Features. The adhesive materials used, in particular the
Klebstoff komponente und/oder die Klebstoffmatrix bilden, können PU-basierte Klebstoffe sein. Diese Klebstoffe sind aber nur exemplarisch zu sehen. Generell funktioniert das Prinzip, CNTs / Carbonmaterialien als mikrowellenabsorbierende Additive einem Klebstoff hinzuzufügen, um diesen dann im Mikrowellenfeld auszuhärten, für sehr viele flüssig vorliegende, thermisch härtende Klebstoffe.  Adhesive component and / or form the adhesive matrix may be PU-based adhesives. These adhesives are only to be seen as examples. Generally, the principle of adding CNTs / carbon materials as microwave-absorbing additives to an adhesive in order to cure them in the microwave field works for many liquid thermosetting adhesives.
Weiterhin können so genannte Hotmelt-Klebstoffe, also vor dem Aufschmelzen fest vorliegende Klebstoffe, mit CNT-Additiven versehen werden, und dann ebenso über Mikrowellenabsorption im Bauteil aktiviert werden. Weitere wichtige Aspekte sind insbesondere die Möglichkeit, die Klebewirkung durch CNT-Additive und/oder Mikrowellenaushärtung gegenüber CNT-freien Systemen und/oder konventioneller Aushärtung zu verbessern; das Aufheben des  Furthermore, so-called hot melt adhesives, ie, adhesives which are firmly present before melting, can be provided with CNT additives and then also activated via microwave absorption in the component. Further important aspects are, in particular, the possibility of improving the adhesive effect by CNT additives and / or microwave curing over CNT-free systems and / or conventional curing; the lifting of the
Klebeeffektes während eines erneuten Aufschmelzens im Adhesive effect during remelting in the
Mikrowellenfeld/Schaltbarkeit von Kleben und Lösen, auch die endgültige Microwave field / switchability of sticking and loosening, even the final one
Inaktivierung des Klebstoffes durch entsprechendes Überhitzen im Mikrowellenfeld; die elektrische Leitfähigkeit des Klebers nach dem Aushärten, die über rein antistatische Anwendungen hinausgeht; das Binden gegebenenfalls schädlicher Feuchtigkeit durch die hohe Bindefähigkeit von Carbon Nanotubes (als Option). Inactivation of the adhesive by corresponding overheating in the microwave field; the electrical conductivity of the adhesive after curing, over the pure goes beyond antistatic applications; the binding of possibly harmful moisture due to the high binding capacity of carbon nanotubes (as an option).
Die Besonderheit gegenüber bisherigen Lösungen, etwa mit metallischen The peculiarity compared to previous solutions, such as metallic
Komponenten, zur elektrischen / mikrowellenunterstützten Kleberaushärtung besteht insbesondere darin, dass durch die besonderen Absorptionseigenschaften der CNT- haltigen Systeme bei guter Dispergierung nur geringfügige Zugaben an Additiv benötigt werden und die Basiseigenschaften der Klebstoffe besonders gut erhalten bleiben. Eine Verbesserung der Klebeeigenschaften gegenüber einem CNT-freien Klebersystem ist für mehrere Materialkombinationen dokumentiert. Components for electrical / microwave-assisted adhesive curing consist in particular in that due to the particular absorption properties of the CNT-containing systems with good dispersion, only minor additions of additive are required and the basic properties of the adhesives are particularly well preserved. An improvement of the adhesive properties compared to a CNT-free adhesive system is documented for several material combinations.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Klebstoffmaterials, insbesondere eines wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Klebstoffmaterials bereitgestellt und dadurch gekennzeichnet, dass eine Klebstoffkomponente und/oder Klebstoffmatrix aus Klebstoffmaterial bereitgestellt wird, und dass ein Additiv in Form eines Kohlenstoffmaterials, insbesondere auf Basis von Kohlenstoffnanomaterialien und/oder According to a further aspect of the invention, a method is provided for producing an adhesive material, in particular an inventive adhesive material as described above, and characterized in that an adhesive component and / or adhesive matrix of adhesive material is provided, and in that an additive in the form of a carbon material, in particular based of carbon nanomaterials and / or
Kohlenstoffmikromaterialien in die Klebstoffkomponente und/oder Klebstoff matrix eingebracht, insbesondere dispergiert und/oder eingemischt und/oder verteilt wird. Carbon micromaterials introduced into the adhesive component and / or adhesive matrix, in particular dispersed and / or mixed and / or distributed.
Vorzugsweise ist oder wird das Additiv in Form eines Kohlenstoffmaterials Preferably, the additive is or will be in the form of a carbon material
vordispergiert, insbesondere in einer wässrigen oder organischen Lösung. predispersed, especially in an aqueous or organic solution.
Vorzugsweise wird wenigstens ein weiteres Additiv zugegeben, insbesondere ein Härter und/oder ein weiteres Kohlenstoffhaltiges Material und/oder lösliches CNT- Granulat. Hinsichtlich der bevorzugten Materialien und Materialkombinationen wird ebenfalls auf die Ausführzungen weiter oben vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen. Vorzugsweise kann das Verfahren einen oder mehrere in den Ansprüchen, der Beschreibung, den Figuren oder den Beispielen genannte(n) Verfahrensschritt(e) aufweisen. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Klebstoffmaterial, insbesondere ein wie vorstehend beschriebenes erfindungsgemäßes Klebstoffmaterial bereitgestellt, das nach einem wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist oder herstellbar ist. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Aktivieren und/oder Preferably, at least one further additive is added, in particular a hardener and / or another carbonaceous material and / or soluble CNT granules. With regard to the preferred materials and material combinations, reference is also made in full to the Ausführiungen above and referenced. Preferably, the method may comprise one or more method step (s) recited in the claims, the description, the figures or the examples. According to a further aspect, an adhesive material, in particular an adhesive material according to the invention as described above, which is produced or can be produced by a method according to the invention as described above is provided. According to a further aspect, a method for activating and / or
Aushärten eines Klebstoffmaterials, insbesondere eines wie vorstehend Curing an adhesive material, in particular one as above
beschriebenen erfindungsgemäßen Klebstoffmaterials und/oder eines described adhesive material according to the invention and / or a
Kohlenstoffmaterials, das mit einem wie vorstehend beschriebenen Carbon material containing one as described above
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist, bereitgestellt, dadurch gekennzeichnet, dass dieses elektrisch und/oder thermisch und/oder auf Strahlung basierend aktiviert und/oder ausgehärtet wird. according to the invention, characterized in that it is activated and / or cured electrically and / or thermally and / or radiation-based.
Vorzugsweise wird das Klebstoffmaterial durch Anlegen einer elektrischen Spannung aktiviert und/oder ausgehärtet. Preferably, the adhesive material is activated and / or cured by applying an electrical voltage.
Vorzugsweise wird das Klebstoffmaterial aktiviert und/oder ausgehärtet, indem es einer Strahlung, insbesondere einer Mikrowellenstrahlung, ausgesetzt wird. Preferably, the adhesive material is activated and / or cured by being exposed to radiation, in particular microwave radiation.
Vorzugsweise kann der Klebeffekt des Klebstoffmaterials aufgehoben werden, indem das Klebstoffmaterial erneut thermisch behandelt wird, beispielsweise erneut aufgeschmolzen wird, vorzugsweise im Mikrowellenfeld. Preferably, the adhesive effect of the adhesive material can be canceled by the adhesive material is again thermally treated, for example, is remelted, preferably in the microwave field.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Verkleben zweier Substrate, insbesondere unter Verwendung eines wie vorstehend beschriebenen und/oder hergestellten erfindungsgemäßen Klebstoffmaterials, bereitgestellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebstoffmaterial auf dem ersten und/oder zweiten Substrat aufgebracht wird und/oder zwischen die beiden Substrate gebracht wird, dass die beiden Substrate zusammengeführt werden und dass das Klebstoffmaterial aktiviert und/oder ausgehärtet wird, insbesondere nach einem wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren. According to yet another aspect, there is provided a method for bonding two substrates, in particular using an adhesive material according to the invention as described above and / or produced, characterized in that the adhesive material on the first and / or second Substrate is applied and / or brought between the two substrates, that the two substrates are brought together and that the adhesive material is activated and / or cured, in particular by a method according to the invention as described above.
Bei einem Substrat handelt es sich generell um ein Bauteil oder Bauelement A substrate is generally a component or device
Bevorzugt weist das Substrat eine Auflage, etwa eine Unterlage oder Grundlage für etwas anderes auf. In anderer Ausgestaltung kann es sich bei einem Substrat auch um eine solche Auflage handeln. Preferably, the substrate has a support, such as a pad or base for something else. In another embodiment, a substrate may also be such a support.
Dabei, wie allerdings bei den anderen Erfindungsaspekten auch, kann die However, as with other aspects of the invention, the
Klebewirkung durch Kohlenstoffadditive, insbesondere CNT-Additive und/oder eine Mikrowellenaushärtung gegenüber CNT-freien Systemen und/oder konventioneller Aushärtung verbessert werden. Adhesive effect by carbon additives, in particular CNT additives and / or microwave curing over CNT-free systems and / or conventional curing can be improved.
Bevorzugt kann der Klebeeffekt durch ein erneutes Aufschmelzen oder Preferably, the adhesive effect by re-melting or
Anschmelzen, beispielsweise im Mikrowellenfeld, reduziert oder gar aufgehoben werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass durch die Möglichkeit des Aufschmelzens, insbesondere ein zeitweiliges Aufschmelzen, eine Schaltbarkeit von Kleben und Lösen erzeugt werden kann. Melting, for example in the microwave field, reduced or even canceled. It is preferably provided that by the possibility of melting, in particular a temporary melting, a switchability of gluing and loosening can be generated.
Beispielsweise ist es auch möglich, dass eine endgültige Inaktivierung des For example, it is also possible that a final inactivation of the
Klebstoffes erreicht werden kann, beispielsweise durch ein entsprechendes Adhesive can be achieved, for example by a corresponding
Überhitzen, etwa im Mikrowellenfeld. Overheating, for example in the microwave field.
Zudem kann eine elektrische Leitfähigkeit des Klebers, insbesondere nach dem Aushärten, erreicht werden, die über rein antistatische Anwendungen hinausgeht; Auch das Binden von gegebenenfalls schädlicher Feuchtigkeit durch die hohe Bindefähigkeit des Kohlenstoffmaterials, insbesondere von Carbon Nanotubes kann erreicht werden. Vorzugsweise können die vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren einen oder mehrere in den Ansprüchen, der Beschreibung, den Figuren oder den Beispielen genannte(n) Verfahrensschritt(e) aufweisen. In addition, an electrical conductivity of the adhesive, in particular after curing, can be achieved, which goes beyond purely antistatic applications; The binding of optionally harmful moisture by the high binding capacity of the carbon material, in particular carbon nanotubes can be achieved. Preferably, the methods of the invention described above may comprise one or more of the method steps (e) recited in the claims, the description, the figures or the examples.
Bei der durch die verschiedenen vorgenannten Aspekte dargestellten Erfindung kann als Kohlenstoffmaterial bevorzugt Kohlenstoffnanomaterial verwenden werden.In the invention represented by the various aspects mentioned above, carbon nanomaterial may preferably be used as the carbon material.
Dieses kann beispielsweise in Form von Kohlenstoff-Nanotubes vorliegen oder zum Einsatz kommen. Kohlenstoff-Nanotubes (CNT) bestehen insbesondere aus zum Zylinder aufgerollten, geschlossen Graphen-Schichten. Einzelne Röhren nennt man "Single wall carbon nanotubes" (SWCNT), Teilchen aus konzentrisch gestapelten Röhren aufsteigenden Durchmessers werden "multiwall carbon nanotubes" This can be present for example in the form of carbon nanotubes or used. Carbon Nanotubes (CNTs) consist in particular of cylinder-wound, closed graphene layers. Single tubes are called "single wall carbon nanotubes" (SWCNT), particles of concentrically stacked tubes of increasing diameter become "multiwall carbon nanotubes".
(MWCNT) genannt. CNT kann man über verschiedene Methoden herstellen. Am bekanntesten sind der Lichtbogenprozess, das Laserablationsverfahren und die katalytisch unterstützte Gasphasenabscheidung (CCVD). Letzteres Verfahren eignet sich zur großtechnischen Produktion von CNT. Hierbei entstehen die CNT aus gasförmigen Kohlenstofflieferanten (Kohlenwasserstoffe, Alkohole, CO, CO2) auf metallischen, katalytisch aktiven Substraten. Kommerziell verfügbare SWCNT haben Durchmesser von 0.5 - 4nm, MWCNT haben Durchmesser zwischen 6 - 100nm. Die Länge von CNT kann bis zu einigen mm betragen. Die physikalischen Eigenschaften von CNT entsprechen weitestgehend jenen des Graphits entlang der Basalebenen. CNT werden heute als mechanische Verstärkung, elektrisch und thermisch leitfähiges Additiv in Polymeren, Keramiken und Metallen eingesetzt. Dazu werden die CNT oft an ihrer Oberfläche chemisch modifiziert um den Anforderungen einer guten Dispergierbarkeit und Anbindung an die Matrix zu genügen. In der Regel werden die CNT dem Matrixmaterial zugegeben. Aufgrund des hohen  (MWCNT). CNT can be produced by various methods. The best known are the arc process, the laser ablation process and the catalytically assisted vapor deposition (CCVD). The latter method is suitable for large-scale production of CNT. The CNTs are produced from gaseous carbon sources (hydrocarbons, alcohols, CO, CO2) on metallic, catalytically active substrates. Commercially available SWCNT have diameters of 0.5 - 4nm, MWCNT have diameters between 6 - 100nm. The length of CNT can be up to several mm. The physical properties of CNT largely correspond to those of graphite along basal planes. CNTs are used today as a mechanical reinforcement, as an electrically and thermally conductive additive in polymers, ceramics and metals. For this purpose, the CNTs are often chemically modified on their surface in order to meet the requirements of good dispersibility and connection to the matrix. As a rule, the CNTs are added to the matrix material. Due to the high
Aspektverhältnisses und der hohen spezifischen Oberfläche sind nur Komposite mit verhältnismäßig niedrigem CNT-Gehalt darstellbar. In anderer Ausgestaltung kann das Kohlenstoff-Nanomaterial in Form von Kohlenstoff-Nanofasern vorliegen. Kohlenstoff-Nanofasern (CNF) bestehen aus Graphenschichten, die entlang der Filamentachse aufeinander gestapelt sind. Der Winkel (die Orientierung) der Graphenebenen bezüglich der Filamentachse wird zur groben Unterscheidung herangezogen. Sogenannte 'Herringbone' CNF besitzen demnach Graphenebenen die in einem Winkel 90° angeordnet sind. Diese CNF können massiv oder auch hohl sein. Ihre Durchmesser liegen im Bereich 50nm-1 pm und ihre Längen können bis zu mm betragen. Im Falle, dass die Graphenschichten in einen Winkel =90° zur Filamentachse angeordnet sind spricht man von 'Platelet'Aspect ratio and the high surface area are only composites with relatively low CNT content representable. In another embodiment, the carbon nanomaterial may be in the form of carbon nanofibers. Carbon nanofibers (CNF) consist of graphene layers stacked along the filament axis. The angle (orientation) of the graphene planes with respect to the filament axis is taken as a rough distinction. So-called 'herringbone' CNF have graphene planes which are arranged at an angle of 90 °. These CNFs can be massive or hollow. Their diameters are in the range 50nm-1 pm and their lengths can be up to mm. In the case that the graphene layers are arranged at an angle = 90 ° to the filament axis one speaks of 'Platelet'
CNF. Ihre Durchmesser liegen im Bereich 50nm-500nm und ihre Längen können bis zu 50pm betragen. Diese CNF werden in der Regel über CVD hergestellt. Ihre Anwendungen finden sich vornehmlich in der Katalyse als Katalysatorträger und als aktive Zusatzstoffe in Li-Ionen-Batterien oder bei der Gasspeicherung. CNF. Their diameters are in the range 50nm-500nm and their lengths can be up to 50pm. These CNFs are usually manufactured via CVD. Their applications are found primarily in catalysis as catalyst supports and as active additives in Li-ion batteries or in gas storage.
Kohlenstoffpartikel, beispielsweise Kohlenstoffnanopartikel, zum Beispiel Carbon particles, for example carbon nanoparticles, for example
Kohlenstoffnanoröhren (carbon nanotubes, CNT) haben besondere elektrische, thermische und mechanische Eigenschaften. So haben CNT eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit, die bis in den Bereich einer metallischen Leitfähigkeit gehen kann. Auch die thermische Leitfähigkeit der CNT kann theoretisch bis zu 6000 W/m K erreichen. Die mechanischen Eigenschaften der CNT sind extrem. So werden beispielsweise Zugfestigkeiten und E-Moduln erreicht, die dem 1000fachen der von Stahl erreichten Werte entsprechen können. Deswegen sind Kohlenstoffnanopartikel als Additive in verschiedenen Matrixmaterialien zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit, der thermischen Leitfähigkeit, der mechanischen Eigenschaften und vielem mehr von besonderem Interesse in der chemischen Industrie, im Carbon nanotubes (CNTs) have special electrical, thermal and mechanical properties. Thus, CNTs have a very high electrical conductivity, which can go into the range of a metallic conductivity. The thermal conductivity of the CNT can theoretically reach up to 6000 W / mK. The mechanical properties of CNT are extreme. For example, tensile strengths and moduli of elasticity that are 1000 times higher than those achieved by steel are achieved. Therefore, carbon nanoparticles are of particular interest as additives in various matrix materials for improving electrical conductivity, thermal conductivity, mechanical properties and much more in the chemical industry
Maschinenbau, im Automobilbau, der Luft- und Raumfahrt und auch der Mechanical engineering, in the automotive industry, aerospace and also the
Medizintechnik und anderen Industriezweigen. Durch Verwendung von CNT-Dispersionen können die Aufheizraten im Mikrowellenfeld nochmals um den Faktor 2 - 3 gesteigert werden und die erzielbaren Endtemperaturen sich erhöhen. Bei steigender Leistung verringert sich der positive Aspekt der CNTs aufgrund der Selbstaufheizung des Matrixsystems, die Aufheizraten steigen dabei nicht Medical technology and other industries. By using CNT dispersions, the heating rates in the microwave field can be further increased by a factor of 2-3 and the attainable final temperatures increase. With increasing power, the positive aspect of the CNTs decreases due to the self-heating of the matrix system, the heating rates do not increase
proportional zur eingebrachten Mikrowellenleistung an und werden unabhängiger vom CNT-Anteil. Auf lokal zu hohe CNT-Anteile oder versehentlich zu hohe proportional to the introduced microwave power and become more independent of the CNT content. On locally too high CNT proportions or accidentally too high
Mikrowellenleistung reagiert das System also tolerant, dies ist eine prinzipiell technisch nutzbare Selbstbegrenzung des Systems. Microwave power responds the system so tolerant, this is a principle technically usable self-limitation of the system.
Folgende grundlegende Technologien können im Zusammenhang mit der The following basic technologies may be related to the
vorliegenden Erfindung bevorzugt zum Einsatz kommen: Beispielsweise kann eine Aufheizung durch elektrische resistive Beheizung erfolgen. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an ein leitfähiges Material kann mittels des elektrischen Widerstands des Materials Strom in Warme umgewandelt werden, wodurch es möglich ist, temperaturvernetzende Systeme zu aktivieren. Die For example, a heating by electrical resistive heating can be carried out. By applying an electrical voltage to a conductive material, electrical current can be converted into heat by means of the electrical resistance of the material, which makes it possible to activate temperature-crosslinking systems. The
Heizleistung ist sowohl vom jeweiligen Flächenwiderstand als auch von der angelegten elektrischen Spannung, das heiß des fließenden Stroms abhängig. Bei elektrisch beheizten Schichten spielt neben dem verwendeten leitfähigen Material zusätzlich die Schichtdicke eine Rolle, da die Leitfähigkeit bis zum Erreichen eines bestimmten Volumenleitwerts, in Abhängigkeit von der Schichtdicke, ansteigt. Ein weiterer wichtiger Wert ist die Perkolationsgrenze, welche erreicht oder überschritten werden muss, damit die leitfähigen Partikel in der Matrix ein stromleitendes Netzwerk ausbilden. Zur Kontaktierung der aufgetragenen heizbaren Schicht können handelsübliche metallische Kontaktierungsbänder verwendet werden, welche vor dem Auftragen der Schicht angebracht werden. Um ein homogenes Ausheizen der Schicht - das heißt eine gleichmäßige Erwärmung - zu gewährleisten, muss zum einen die Schichtdicke möglichst konstant sein und zum anderen die Anordnung der Kontaktstreifen parallel zueinander erfolgen. Dadurch entstehen zwischen den Elektroden gleichlange„Strompfade" mit identischen Leitwerten, wodurch ein gleichmäßiger Stromfluss in der gesamten Schicht gewährleistet ist. Um einen geringen Übergangswiderstand beziehungsweise Kontaktwiderstand zu Heating power depends on both the surface resistivity and the applied electrical voltage, which is hot of the flowing current. In the case of electrically heated layers, in addition to the conductive material used, the layer thickness additionally plays a role, since the conductivity increases until a specific volume conductivity value is reached, depending on the layer thickness. Another important value is the percolation limit, which must be reached or exceeded in order for the conductive particles in the matrix to form an electrically conductive network. For contacting the applied heatable layer, commercially available metallic contacting tapes can be used, which are applied before the application of the layer. In order to ensure a homogeneous heating of the layer - that is, a uniform heating - on the one hand, the layer thickness must be as constant as possible and on the other hand, the arrangement of the contact strips parallel to each other. This creates between the Electrodes of equal length "current paths" with identical conductance values, which ensures a uniform current flow throughout the entire layer, in order to achieve a low contact resistance or contact resistance
gewährleisten, werden die Kontaktbänder bevorzugt in das Material eingearbeitet und können so nur unter erheblichem Aufwand aus den Bauteilen wieder entfernt werden. Aus diesem Grund ist auch ein Verbleib der Elektrodenstreifen im jeweiligen Bauteil anzudenken. ensure the contact bands are preferably incorporated into the material and can be removed only with considerable effort from the components again. For this reason, a whereabouts of the electrode strips in the respective component is to be considered.
Eine andere Form von Beheizung kann mittels eines Mikrowellenfeldes erfolgen. Grundsätzlich lassen sich insbesondere vier mögliche Reaktionen eines Materials beziehungsweise einer Probe auf Mikrowellenstrahlung unterscheiden. Another form of heating may be by means of a microwave field. In principle, four possible reactions of a material or a sample can be distinguished in particular from microwave radiation.
Zum einen kann die Probe durchlässig für Mikrowellen sein, was üblicherweise bei elektrischen Isolatoren der Fall ist. Des Weiteren kann sie die Strahlung reflektieren, oder aber mit dem elektrischen beziehungsweise magnetischen Feld in On the one hand, the sample can be permeable to microwaves, which is usually the case with electrical insulators. Furthermore, it can reflect the radiation, or with the electric or magnetic field in
Wechselwirkung treten. Im Gegensatz zu konventionellen Heizmethoden, bei denen Wärme dem Material oder Probenkörper indirekt von außen durch Wärmestrahlung, Konvektion oder Wärmeleitung zugeführt wird, wird bei Beheizung mit Mikrowellen Wärme direkt im Probeninneren erzeugt. Dies kehrt auch den bei konventionellen Heizprozessen üblichen Temperaturgradienten um, das heißt, das Material wird von Innen erwärmt. Kann ein Stoff entweder mit dem magnetischen oder elektrischen Anteil der Mikrowellenstrahlung in Wechselwirkung treten, so lässt er sich damit erwärmen, wobei für Leiter und Dielektrika unterschiedliche Mechanismen wichtig sind.  Interacting. In contrast to conventional heating methods in which heat is supplied to the material or specimen indirectly from the outside by heat radiation, convection or heat conduction, heating with microwaves generates heat directly inside the sample. This also reverses the conventional temperature gradient in conventional heating processes, that is, the material is heated from the inside. If a substance can either interact with the magnetic or electrical part of the microwave radiation, it can be heated with it, whereby different mechanisms are important for conductors and dielectrics.
In elektrisch leitenden Materialien findet konduktive und induktive Erwärmung statt. Bei der konduktiven Erwärmung erzeugt der oszillierende elektrische Teil des Feldes einen Strom im Material, der wiederum durch ohmsche Verluste die Probe aufheizt. Bei der induktiven Erwärmung wird das oszillierende E-Feld durch den von außen wirkenden Magnetfeldanteil der Mikrowellenstrahlung erzeugt. Die dadurch entstehenden Kreisströme rufen die Erwärmung hervor. Dabei gilt es zu beachten, dass sich durch Feldverdrängung die Feldlinien an der Oberfläche des Probenkörpers befinden und die Eindringtiefe in der Größenordnung von lediglich 10"6m für metallisch leitende Materialien liegt. Bei mäßig bis gut leitenden Conductive and inductive heating takes place in electrically conductive materials. In the case of conductive heating, the oscillating electrical part of the field generates a current in the material, which in turn heats up the sample by ohmic losses. In inductive heating, the oscillating E field is generated by the externally acting magnetic field component of the microwave radiation. The resulting circulating currents cause warming. It is important to note the field lines are located on the surface of the specimen by field displacement and the penetration depth is of the order of only 10 "6 m for metallically conductive materials
Materialien, wie sie im Falle der CNT-haltigen Klebstoffsysteme vorliegen, dringt die Strahlung in das gesamte Volumen des Klebefilms ein. Materials, as in the case of the CNT-containing adhesive systems, the radiation penetrates into the entire volume of the adhesive film.
Falls das Dielektrikum polar ist, was beispielsweise bei Wasser der Fall ist, können die statistisch verteilten Elementardipole durch das äußere Feld ausgerichtet werden, was als Orientierungspolarisation (Maximum im Bereich 105-109 Hz, jedoch auch im verwendeten Frequenzbereich wirksam) bezeichnet wird. Auch dieser Mechanismus ist, bedingt durch den Wasseranteil vieler Klebstoffe - insbesondere vor dem If the dielectric is polar, which is the case for example in the case of water, the statistically distributed elementary dipoles can be aligned by the external field, which is referred to as orientation polarization (maximum in the range 105-109 Hz, but also effective in the frequency range used). This mechanism is also due to the water content of many adhesives - especially before
Aushärten, für den Aufheizprozess relevant. Curing, relevant for the heating process.
Ein guter Überblick über Mikrowellenstrahlung, insbesondere A good overview of microwave radiation, in particular
Absorptionsmechanismen sowie Wechselwirkung Materie-elektromagnetische Felder wird beispielsweise in„T. Gerdes. Mikrowellensintern von metallisch-keramischen Verbundwerkstoffen - Dissertationsschrift, Fortschrittsberichte VDI, Düsseldorf, 1996" gegeben. Dieser Offenbarungsgehalt wird in die Offenbarung der vorliegenden Patentanmeldung insoweit mit einbezogen. Absorption mechanisms as well as interaction of matter-electromagnetic fields is described in "T. Gerdes. Microwave sintering of metal-ceramic composites - Dissertationsschrift, Progress Reports VDI, Dusseldorf, 1996. "This disclosure content is included in the disclosure of the present patent application in this respect.
Liegt ein Stoffgemisch, beispielsweise eine Dispersion von CNTs in einem Is a mixture of substances, for example a dispersion of CNTs in one
Lösemittel, einem Harz, einem Polymer oder dergleichen vor, so ergeben sich lokal unterschiedliche Gradienten des elektrischen Feldes, der elektrischen Leitfähigkeit und/oder ein lokal unterschiedliches Absorptionsverhalten, was zu unterschiedlich starker Erwärmung führen kann. Solvent, a resin, a polymer or the like, so there are locally different gradients of the electric field, the electrical conductivity and / or a locally different absorption behavior, which can lead to different degrees of heating.
Im Bereich niedriger Temperatur tragen vor allem die leitenden Komponenten des Gemisches zur Erwärmung bei, die Matrixkomponente, sofern In the range of low temperature, especially the conductive components of the mixture contribute to the heating, the matrix component, if so
mikrowellentransparent oder weniger stark absorbierend, wird dann indirekt von den leitenden Partikeln beheizt, was eine anisotrope Erwärmung verursacht. Durch gute Dispersion der CNTs, sowie einer durch die gute Wärmeleitfähigkeit der verwendeten Additive spontaner Weitergabe der entstehenden Wärme, kommt es jedoch in der Regel zu einer schnellen und effizienten Homogenisierung der Temperatur im Microwave transparent or less absorbing, is then indirectly heated by the conductive particles, causing an anisotropic heating. By good dispersion of the CNTs, as well as by the good thermal conductivity of the used Additive spontaneous dissemination of the resulting heat, but it usually comes to a rapid and efficient homogenization of the temperature
Klebefilm. Wird für diese Temperaturangleichung durch eine begrenzte Feldstärke, somit nicht zu schnelle Aufheizrate, ermöglicht, lassen sich sogenannte„Hot Spots" vollständig vermeiden. Adhesive film. If this temperature equalization is made possible by a limited field strength, thus not too rapid heating rate, so-called "hot spots" can be completely avoided.
Erhöht man die Konzentration der CNTs, so lassen sich die If one increases the concentration of the CNTs, then the
Erwärmungseigenschaften durch Erreichen der Perkolationsschwelle verbessern. Beim Überschreiten der Schwelle steigt die Leitfähigkeit des Gemisches deutlich an, während die Eindringtiefe der MW-Strahlung absinkt. Während unterhalb der Improve heating properties by reaching the percolation threshold. When the threshold is exceeded, the conductivity of the mixture increases significantly, while the penetration depth of the MW radiation decreases. While below the
Perkolationsschwelle das Absorptionsverhalten der Einzelpartikel für die Erwärmung maßgeblich ist, tritt nun - zusätzlich - eine auf das kommunizierende Gesamtsystem bezogene Absorption der Mikrowellen auf. Das Verhalten der Eindringtiefe beim Aufheizen ist von den Materialien abhängig, so nimmt die Leitfähigkeit von Percolation threshold, the absorption behavior of the individual particles is decisive for the heating, now occurs - in addition - on the communicating overall system related absorption of the microwaves. The behavior of the penetration depth during heating depends on the materials, so the conductivity decreases
Kohlenstoff mit steigender Temperatur zu, weshalb die Eindringtiefe abnimmt. Für Klebestellen, die nur eine geringe Filmdicke aufweisen, ist dies technologisch aber keine relevante Einschränkung. Für Aufheizprozesse liegt das Optimum bezüglich des Aufheizverhaltens meist in einem Bereich, der eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist, jedoch wiederum nicht zu hoch, sodass nicht durch eine begrenzte Carbon increases with increasing temperature, which is why the penetration depth decreases. For splices that have only a small film thickness, this is technologically not a relevant limitation. For heating processes, the optimum in terms of heating behavior is usually in a range which has a high electrical conductivity, but again not too high, so not by a limited
Eindringtiefe nur die Oberfläche des Körpers aufgeheizt wird. Penetration depth is heated only the surface of the body.
Im Fall der Mikrowellenbeheizung verschiedener Klebstoffsysteme ist zu beachten, dass viele Kleber nicht mikrowellentransparent sind, das heißt, dass auch ohne CNT- Anteil eine Dissipation und Erwärmung des Klebstoffs stattfindet. Um diese technisch für einen Aushärteprozess nutzbar zu machen und zu beschleunigen, ist der Zusatz stark mikrowellenstrahlenabsorbierender Komponenten, wie CNTs, vorteilhaft. In the case of microwave heating of various adhesive systems, it should be noted that many adhesives are not transparent to the microwave, meaning that dissipation and heating of the adhesive takes place even without CNT content. To make these technically usable for a curing process and to accelerate, the addition of strong Mikrowellenstrahlenabsorbierender components, such as CNTs, advantageous.
Im Vorgriff auf die im Folgenden beschriebenen Ergebnisse kann zusammenfassend festgestellt werden, dass In anticipation of the results described below, it can be concluded that
· eine Additivierung der Klebestoffe mit kohlenstoffbasierten, Mikrowellen · Additization of adhesives with carbon-based microwaves
absorbierenden Materialien machbar ist, • sich hierfür insbesondere Carbon Nanotubes eignen, absorbent materials is feasible, • in particular carbon nanotubes are suitable for this,
• die schnelle und effiziente Erwärmung im Mikrowellenfeld funktioniert,  • the fast and efficient heating in the microwave field works,
• diese Erwärmung zur erwünschten Aushärtung des Klebstoffes führt,  This heating leads to the desired curing of the adhesive,
• eine industrietaugliche Losung zur mikrowellenbasierten Kleberaushärtung unter Verwendung genannter Additive machbar ist.  • An industrially acceptable solution for microwave-based adhesive curing using said additives is feasible.
Im weiteren Verlauf wird die Erfindung nunmehr anhand bevorzugter In the further course, the invention will now be described with reference to preferred
Ausführungsbeispiele beschrieben, wobei insbesondere auch auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigen Embodiments described, with particular reference is also made to the accompanying drawings. Show it
Figur 1 verschiedene CNT-haltige Klebsysteme; Figure 1 various CNT-containing adhesive systems;
Figur 2 den schematischen Aufbau eines Mikrowellenbandtrockners zur  Figure 2 shows the schematic structure of a microwave band dryer for
Durchführung erfindungsgemäßer Verfahren;  Implementation of inventive method;
Figur 3 den absoluten Temperaturverlauf verschiedener Aufheizversuche; Figur 4 die Auftragung der Erwärmung über einen erfassten Zeitraum; und Figur 5 eine Bewertungstabelle. FIG. 3 shows the absolute temperature profile of various heating attempts; FIG. 4 shows the plot of the heating over a recorded period of time; and Figure 5 is a rating table.
Nachfolgend werden exemplarisch verschiedene Untersuchungen zur Dispergierung von CNT in einer Klebermatrix eines PU-basierten Klebstoffs - als ein, die gesamte Erfindung nicht einschränkendes - erstes Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Durchführung der Untersuchungen ergab sich wie folgt: In the following, various investigations are described by way of example for the dispersion of CNT in an adhesive matrix of a PU-based adhesive-as a first exemplary embodiment which does not limit the entire invention. The results of the investigations were as follows:
1 . Erstellen von Referenzproben (ohne CNT) 1 . Creating reference samples (without CNT)
- Verklebt wird:  - is glued:
• PC ABS (Polycarbonat / Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat) PC ABS (polycarbonate / acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer)
• Planware dünn (Leder) als Obermaterial • Planware thin (leather) as upper material
2. Verbesserte Dispergierung der CNTs 2. Improved dispersion of CNTs
3. Oberflächenmodifizierte CNTs zur Verbesserung der Dispersion 4. Einmischen von rücklöslichen CNT-Granulaten zur weiteren Verbesserung der Dispersion der CNTs im Klebstoff 3. Surface modified CNTs to improve the dispersion 4. Mixing back-soluble CNT granules to further improve the dispersion of CNTs in the adhesive
5. Testen von Dispergiermitteln 5. Testing Dispersants
6. Einbringen verschiedener CNT-Konzentrationen, beispielsweise 0,5 wt-%, 1 ,0 wt- %, 1 ,5 wt-%, 2,0 wt-%, 2,5 wt-%, 3,0 wt-%. 6. introduction of various CNT concentrations, for example 0.5 wt%, 1, 0 wt%, 1, 5 wt%, 2.0 wt%, 2.5 wt%, 3.0 wt% ,
7. Verwendung von CarboDis, das sind: vordispergierte, stabilisierte CNT- Dispersionen, zur besseren Dispersion der CNTs im Klebstoff. 7. Use of CarboDis, which are: predispersed, stabilized CNT dispersions, for better dispersion of the CNTs in the adhesive.
Die Ergebnisse der Dispergierversuche zeigten zunächst, dass sich die eingesetzten CNT unabhängig vom jeweiligen Mischverhältnis ab und zu nur schwer in den Klebstoff einarbeiten ließen und zeigten auch bei Einsatz etablierter The results of the dispersing tests initially showed that the CNTs used were difficult to incorporate into the adhesive from time to time irrespective of the respective mixing ratio and even when using established
Mischtechnologien immer noch Agglomerate. Diese Mischschwierigkeiten waren darauf zurückzuführen, dass CNT auch nach einer vorgeschalteten Reinigung noch eher als hydrophob zu betrachten sind, was die Dispergierung zum Beispiel in Diolen deutlich erschwert. Eine weitere Verbesserung der Dispersion konnte in solchen Fällen dadurch erreicht werden, dass in den stark viskosen Systemen hohe Scherkräfte auf die CNT- Agglomerate übertragen wurden, wodurch diese feiner in der Klebstoffmatrix verteilt werden. Um die Dispergierbarkeit der CNT in der Matrix zu verbessern, wurden weitere Versuche mit Dispergierhilfsmitteln durchgeführt, wodurch die Viskosität des Mixed technologies still agglomerates. These mixing difficulties were attributable to the fact that CNTs are even more likely to be considered hydrophobic even after an upstream purification, which clearly makes dispersing in diols difficult, in particular. Further improvement of the dispersion could be achieved in such cases by transferring high shear forces to the CNT agglomerates in the highly viscous systems, thereby dispersing them more finely in the adhesive matrix. In order to improve the dispersibility of the CNT in the matrix, further experiments were carried out with dispersing aids, whereby the viscosity of the
Systems Klebstoffe/CNT allerdings weiter anstieg. Dieser Anstieg ist auf die bessere Verteilung der CNT in der Matrix zurückzuführen, denn fein verteilte CNTs besitzen eine außerordentliche Bindefähigkeit für Flüssigkeiten. Die Frage der Viskosität ist für die homogene Dispergierung von CNTs in Lösemittel- und Matrixsystemen von Einfluss: Mit zunehmender Viskosität wird, abhängig von den eingesetzten Dispergiertechniken, die Scherkraftübertragung verbessert. Dies kann, durch entsprechende Scherung von CNT-Agglomeraten, diese sukzessive zerkleinern und zu einer homogenen Verteilung der CNTs im Klebstoff führen. Systems adhesives / CNT, however, continued to increase. This increase is due to the better distribution of CNT in the matrix, as finely divided CNTs have an extraordinary ability to bind liquids. The question of viscosity is of importance for the homogeneous dispersion of CNTs in solvent and matrix systems: As the viscosity increases, shear force transmission is improved, depending on the dispersion techniques used. This can, by appropriate shearing of CNT agglomerates, these successively crush and lead to a homogeneous distribution of CNTs in the adhesive.
Andererseits bedeutet eine zu hohe Viskosität eine wieder schwierigere On the other hand, too high a viscosity means a more difficult one
Verarbeitbarkeit und schlechtere Funktionalität des Klebers, es ist also ein zu optimierender Parameter. Im Sinne der beschriebenen Bindefähigkeit der CNTs und des Viskositätsanstiegs konnte durch die Zugabe von oberflächenoxidierten CNTs ab einer Konzentration von 1 ,5 wt% CNTs eine - optisch erfassbare - bessere Verteilung erreicht werden. Dabei wurde der Klebstoff hochviskos. Im Folgenden sind die Ergebnisse zur Verarbeitbarkeit der Klebstoffmischungen mit den verschiedenen Gewichtsanteilen aufgeführt. Processability and inferior functionality of the adhesive, so it is a parameter to be optimized. In the sense of the described binding capacity of the CNTs and the increase in viscosity, it was possible to achieve a better-optically detectable-better distribution by the addition of surface-oxidized CNTs from a concentration of 1.5 wt% CNTs. The adhesive became highly viscous. The following are the results of the processability of the adhesive mixtures with the different proportions by weight.
• 0,5 Gewichts-% niedrig Viskos • 0.5% by weight low viscosity
• 1 ,0 Gewichts-% niedrig Viskos  • 1, 0% by weight low viscous
» 1 ,5 Gewichts-% noch gut zu verarbeiten »1, 5% by weight still easy to process
• 2,0 Gewichts-% äußerste Grenze  • 2.0% by weight extreme limit
• 2,5 Gewichts-% nicht mehr Fließfähig  • 2.5% by weight no longer flowable
• 3,0 Gewichts-% nicht mehr Fließfähig Eine sehr gute Verteilung konnte durch die Zugabe von löslichen CNT-Granulaten erreicht werden, welche vor allem in wässrigen Systemen gut dispergierbar sind. Beim hierzu verwendeten Additiv handelt es sich um ein in polaren Systemen dispergierbares Granulat, das sich durch eine besonders geringe  • 3.0% by weight no longer flowable A very good distribution could be achieved by the addition of soluble CNT granules, which are highly dispersible, especially in aqueous systems. The additive used for this purpose is a dispersible in polar systems granules, which is characterized by a particularly low
Agglomerationsneigung (im Gegensatz zu„konventionellen" CNTs) auszeichnet. Allerdings wirkt im konkreten Fall ein hierin enthaltene Tensid im Gesamtsystem elektrisch isolierend, so dass bei höheren Konzentrationen der elektrische Leitwiderstand des Klebstoffs zunimmt, was eine elektrische Aushärtung der Proben verhindert. Letztlich haben alle Versuche, CNTs dem Klebstoffsystem in Pulverform zuzuführen, zumindest zu einer mäßig homogenen Verteilung der CNTs geführt, oder aber sie zeigten, durch die isolierende Wirkung des verwendeten Tensids (im Falle von löslichen Granulaten, wenn diese derartige Tenside enthalten), keine ausreichende elektrische Leitfähigkeit. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere möglich, CNT direkt im Kleber zu dispergieren. Beispielsweise kann die Verwendung von CNT in Pulverform erfolgen. Bevorzugt können vordispergierte CNT verwendet werden, die insbesondere leichter zu handhaben sind. Agglomerationsneigung (in contrast to "conventional" CNTs) is characterized, however, acts in this particular case, a surfactant contained herein in the overall system electrically insulating, so that at higher concentrations of the electric Conductive resistance of the adhesive increases, which prevents electrical curing of the samples. Finally, attempts to deliver CNTs to the adhesive system in powder form have at least resulted in a moderately homogeneous distribution of the CNTs, or they have not shown sufficient effect by the insulating action of the surfactant used (in the case of soluble granules if they contain such surfactants) electric conductivity. In particular, according to the present invention, it is possible to disperse CNT directly in the adhesive. For example, the use of CNT may be in powder form. Preferably, pre-dispersed CNTs can be used, which in particular are easier to handle.
Aus diesen Gründen wurde bei der vorliegenden Erfindung auch der weitere neue Ansatz verfolgt, der mit schon ausgezeichnet dispergierten CNTs in wässrigen oder organischen oder lösemittelbasierten Medien arbeitet. Dabei wurden mehrere entsprechende Produkte eingesetzt. Figur 1 zeigt CNT- haltige Klebersysteme mit einer verbesserten Dispergiergüte durch Verwendung von CarboDis-Materialien. Bei den CarboDis-Materialien handelt es sich um wässrig vordispergierte CNTs. Der größte Erfolg beim Dispergieren der CNTs wurde mittels CarboDis TA erreicht. Bei CarboDis TA handelt es sich um eine, einfach dosierbare Dispersion von CNTs, die anionisch stabilisiert sind. Eine Schwierigkeit der Verträglichkeit zwischen Härter und der wasserhaltigen Dispersion bestand für die verwendete vorgefertigte CNT- Dispersion nicht. For these reasons, the present invention has also pursued the further novel approach which works with already excellently dispersed CNTs in aqueous or organic or solvent-based media. Several corresponding products were used. FIG. 1 shows CNT-containing adhesive systems having an improved dispersing quality by using CarboDis materials. The CarboDis materials are aqueous predispersed CNTs. The greatest success in dispersing CNTs has been achieved with CarboDis TA. CarboDis TA is a single-dose dispersion of CNTs that are anionically stabilized. A difficulty of compatibility between hardener and the hydrous dispersion did not exist for the prefabricated CNT dispersion used.
Es wurden verschiedene Versuche zur elektrischen Aushärtung gemacht, deren Durchführung sich wie folgt ergab: Various electrical curing tests were carried out, the results of which were as follows:
1 . Probenverarbeitung: 1 . Sample processing:
· Aufrakeln des Klebers  · Knife the glue
• Trocknung 20 Min bei 40°C • Vernetzung 20 Min bei 80°C • Dry for 20 minutes at 40 ° C • Crosslinking at 80 ° C for 20 min
2. Widerstandsmessung und elektrische Aushärtung mit fertigen Mischungen (Kleber/CNT/Härter) auf kontaktierten Probenplatten 2. Resistance measurement and electrical curing with ready-mixed mixtures (adhesive / CNT / hardener) on contacted sample plates
Ergebnisse der Untersuchungen zur elektrischen Aushärtung der Klebstoffmatrix ergaben sich wie folgt: Results of the investigations on the electrical curing of the adhesive matrix were as follows:
Die mit dem Klebstoff/CNT/Härter-Gemisch beschichteten Platten wurden an zwei gegenüberliegenden Seiten mit Kupfermetallbändern kontaktiert und die jeweiligen Widerstände mit einem Digital-Multimeter vermessen. Die jeweiligen Werte sind im Folgenden dargestellt. The coated with the adhesive / CNT / hardener mixture plates were contacted on two opposite sides with copper metal bands and measured the respective resistors with a digital multimeter. The respective values are shown below.
Spezifischer Widerstand  Specific resistance
Kleber ohne CNTs 844 Ω cm  Adhesive without CNTs 844 Ω cm
Kleber mit 0,5% CNTs 705 Ω cm Adhesive with 0.5% CNTs 705 Ω cm
Kleber mit 1 ,0% CNTs 677 Ω cm  Glue with 1, 0% CNTs 677 Ω cm
Kleber mit 1 ,5% CNTs 654 Ω cm  Glue with 1, 5% CNTs 654 Ω cm
Kleber mit 2,5% CarboGran 741 Ω cm  Glue with 2.5% CarboGran 741 Ω cm
Kleber mit 3,5% CarboGran 770 Ω cm  Glue with 3.5% CarboGran 770 Ω cm
Kleber mit 1 % Tensid u. 1 ,5% CNTs 728 Ω cm Glue with 1% surfactant u. 1.5% CNTs 728 Ω cm
Kleber mit 40% CarboDis TA  Glue with 40% CarboDis TA
(a 2,5% CNTs und 2,5% Tensid),  (a 2.5% CNTs and 2.5% surfactant),
entsprechend CNT-Gehalt in Kleber: 1 % 600 Ω cm Anschließend wurden die Kontakte mit einer Spannung von 80 V belegt, um den Klebstoff auszuhärten. corresponding to CNT content in adhesive: 1% 600 Ω cm Subsequently, the contacts were charged with a voltage of 80 V to cure the adhesive.
Im weiteren Verlauf wurden auch verschiedene Versuche - als zweites In the further course were also different attempts - second
Ausführungsbeispiel - zur Mikrowellenaushärtung durchgeführt. Die Aufheizversuche der Probenkörper wurden in einer mit einem Transportband versehenen Mikrowellenanordnung (Mikrowellenbandtrockner) durchgeführt, wie sie in größerer Ausführung in industriellen Prozessen zur Trocknung von Gütern eingesetzt wird. Die Bestandteile der Anlage, ihre Funktion und der schematische Aufbau des Mikrowellenbandtrockners ergeben sich auch aus der Figur 2. Embodiment - performed for microwave curing. The heating tests of the specimens were carried out in a conveyor belted microwave arrangement (microwave belt drier), as used more widely in industrial processes for drying goods. The components of the system, their function and the schematic structure of the microwave belt dryer can also be seen in FIG. 2.
Figur 2 zeigt den schematischen Aufbau eines Mikrowellenbandtrockners 10. Dieser weist ein Magnetron 1 1 , eine Hohlleitereinkoppluung 12, einen Richtkoppler 13, einen Zirkulator 14, einen Tuner 15, eine Wasserlast 16, eine Detektierdiode 17 und eine Cavity 18 mit Produktlast auf. Figure 2 shows the schematic construction of a microwave belt dryer 10. This comprises a magnetron 1 1, a waveguide coupling 12, a directional coupler 13, a circulator 14, a tuner 15, a water load 16, a detection diode 17 and a cavity 18 with product load.
Dieses Gerät 10 erzeugt Mikrowellenstrahlung mit einer Frequenz von 2,45 GHz und einer maximalen Leistung von 2 kW. Die Probe durchfährt den Applikator auf einem mit Teflon beschichteten Band und verweilt so 30 Sekunden je Durchlauf im elektromagnetischen Feld. Wenn die Probe die Cavity 18 verlässt, kann ihre This device 10 generates microwave radiation with a frequency of 2.45 GHz and a maximum power of 2 kW. The sample passes through the applicator on a Teflon-coated belt and lingers for 30 seconds per pass in the electromagnetic field. When the sample leaves the cavity 18, its
Temperatur mit Hilfe eines Infrarotthermometers gemessen werden. Die Temperature can be measured with the help of an infrared thermometer. The
Mikrowellenstrahlung wird in einem Magnetron 1 1 erzeugt. Microwave radiation is generated in a magnetron 1 1.
Zusätzlich ist eine Tuningeinheit 15 eingebaut, um gegebenenfalls eine In addition, a tuning unit 15 is installed to optionally a
Feldanpassung vorzunehmen und so die von der Probe absorbierte Leistung zu maximieren. Der Applikator nimmt das Erwärmungsgut, die Last, auf und ist neben seinen verfahrenstechnischen Aufgaben, eventuell Reaktor, Ofen und dergleichen, auch an elektromagnetische Belange angepasst, beispielsweise Resonator. Beim verwendeten Mikrowellenbandtrockner 10 wird der Applikator von einem Band durchfahren, auf welchem die Proben platziert wurden. Vorversuche zum Field matching to maximize the power absorbed by the sample. The applicator takes the material to be heated, the load, and in addition to its procedural tasks, possibly reactor, furnace and the like, also adapted to electromagnetic concerns, such as resonator. In the microwave belt dryer 10 used, the applicator is passed through by a belt on which the samples have been placed. Preliminary tests for
Aufheizverhalten wurden in einem adaptierten, stufenlos einstellbaren Heating behavior was in an adapted, infinitely adjustable
Labormikrowellengerat durchgeführt. Es wurden verschiedene Versuche durchgeführt, wie ein wie vorstehend Laboratory microwave device performed. Various experiments were carried out, such as one above
beschriebenes Klebstoffmaterial aktiviert und/oder ausgehärtet werden kann. 1 . Probenverarbeitung: described adhesive material can be activated and / or cured. 1 . Sample processing:
• Aufrakeln des Klebers  • squeegee the glue
• Optional, Einspannen der Probe in die Pressplatten  • Optional, clamping the sample in the press plates
2. Mikrowellentrocknung bei unterschiedlichen Leistungen, nominelle 2. Microwave drying at different powers, nominal
Gesamtleistung (3,2kW): Total power (3,2kW):
C NT-Konzentration [wt%] C NT concentration [wt%]
· 0  · 0
• 0,5  • 0.5
• 1 ,0  • 1, 0
Leistungsniveau [%], bzgl. 3,2kW Level of performance [%], relative to 3,2kW
· 20  · 20
• 30  • 30
• 40  • 40
Ergebnisse der Untersuchungen zur mikrowellenunterstützten Aushärtung der Klebermatrix stellten sich wie folgt dar. Results of the investigations on the microwave-assisted curing of the adhesive matrix were as follows.
Vorbereitend zur Bandmikrowelle wurden Vorversuche zur mikrowellengestützten Aushärtung mit einem Labormikrowellengerät durchgeführt. Dieses ermöglicht bereits die stufenlose Leistungsregelung. Getestet wurden unterschiedliche CNT- Konzentrationen (0 Gew.-%; 0,5 Gew.-%; 1 ,0 Gew.-%) in Verbindung mit dem PU- basierten Klebstoff mit den Leistungsniveaus P=20%; P=30%; P=40% (entsprechend 640W, 960W, 1280W). Preliminary tests for microwave-assisted curing were carried out with a laboratory microwave oven in preparation for the band microwave. This already allows infinite power control. Various CNT concentrations (0% by weight, 0.5% by weight, 1.0% by weight) were tested in conjunction with the PU-based adhesive with the performance levels P = 20%; P = 30%; P = 40% (corresponding to 640W, 960W, 1280W).
Dabei wurde ersichtlich, dass die CNTs bei einem niedrigen Leistungseintrag im Mikrowellenfeld eine - als Zwischenergebnis - innerhalb der kurzen Aufheizdauer respektable Temperaturerhöhung des Matrixsystems bewirken und somit den Klebstoff aushärten. It was found that the CNTs with a low power input in the microwave field - as an intermediate result - within the short heating time cause a respectable increase in temperature of the matrix system and thus harden the adhesive.
Dieses Zwischenergebnis wurde im letzten Schritt, durch Verwendung von CNT- Dispersionen, noch auf ein deutlich besseres Niveau gebracht, indem die This intermediate result was brought to a much better level in the last step, by using CNT dispersions, by using the
Aufheizraten nochmals um den Faktor 2 - 3 gesteigert wurden und die erzielbaren Endtemperaturen sich erhöhten.  Heating rates were again increased by a factor of 2 - 3 and the achievable final temperatures increased.
Bei steigender Leistung verringert sich der positive Aspekt der CNTs aufgrund der Selbstaufheizung des Matrixsystems, die Aufheizraten steigen dabei nicht With increasing power, the positive aspect of the CNTs decreases due to the self-heating of the matrix system, the heating rates do not increase
proportional zur eingebrachten Mikrowellenleistung an und werden unabhängiger vom CNT-Anteil. Auf lokal zu hohe CNT-Anteile oder versehentlich zu hohe proportional to the introduced microwave power and become more independent of the CNT content. On locally too high CNT proportions or accidentally too high
Mikrowellenleistung reagiert das System also tolerant, dies ist eine prinzipiell technisch nutzbare Selbstbegrenzung des Systems. Microwave power responds the system so tolerant, this is a principle technically usable self-limitation of the system.
Der Gesamt-Energieaufwand, der zum Aushärten des Klebers mittels Mikrowellen aufzubringen ist, kann durch carbonhaltige Additive, insbesondere CNTs, deutlich gesenkt werden. In Figur 3 ist der absolute Temperaturverlauf (Temperatur in °C) der Aufheizversuche des adaptierten Klebers im Mikrowellenfeld bei verschiedenen Leistungen The total energy expenditure that has to be applied for curing the adhesive by means of microwaves can be significantly reduced by carbon-containing additives, in particular CNTs. In Figure 3, the absolute temperature profile (temperature in ° C) of the heating tests of the adapted adhesive in the microwave field at different powers
dargestellt. shown.
Figur 4 zeigt die Auftragung der Erwärmung (Temperaturdifferenz Δ T) über den erfassten Zeitraum - die Temperatur vor Aufheizung wurde dabei als Referenz (=0) gesetzt. FIG. 4 shows the plot of the heating (temperature difference ΔT) over the detected period of time - the temperature before heating was set as the reference (= 0).
Die hier dargestellten Diagramme (Absoluttemperatur T bzw. Temperaturdifferenz ΔΤ im Zeitverlauf der Aufheizung) beschreiben das Klebersystem für einen im Test verwendeten PU-Kleber. Insgesamt wurden zwei unterschiedliche PU-Kleber eingesetzt. Dabei gibt es keine großen Unterschiede zwischen beiden getesteten PU-Klebstoffen. The diagrams shown here (absolute temperature T or temperature difference ΔΤ over the course of heating) describe the adhesive system for a PU adhesive used in the test. Overall, two different PU adhesive used. There are no big differences between the two tested PU adhesives.
Die Herstellung der Klebstoffdispersionen und deren Aushärtung fanden unter denselben Bedingungen statt. Mit den Proben wurden anschließend The preparation of the adhesive dispersions and their curing took place under the same conditions. With the samples were subsequently
Aushärteversuche in der Bandmikrowelle, welche die Möglichkeit eines Curing experiments in the band microwave, which gives the possibility of a
kontinuierlichen Prozesses bietet, jeweils mit und ohne Anpresskraft durchgeführt. Dabei wurde deutlich, dass die Aushärtung in der Mikrowelle, auch schon ohne eine angelegte Anpresskraft, eine sehr gute Verklebung bewirkt, welche durch Anlegen des definierten Drucks noch verbessert werden kann. Eie entsprechende continuous process, each carried out with and without contact force. It became clear that the curing in the microwave, even without an applied contact force, causes a very good bonding, which can be improved by applying the defined pressure. Eie appropriate
Bewertungstabelle ist in Figur 5 dargestellt. Rating table is shown in FIG.
Im weiteren Verlauf wurden auch verschiedene Haftproben erstellt. Die Herstellung der Klebstoffdispersion wurde wie folgt realisiert: In the further course, various adhesive samples were also created. The preparation of the adhesive dispersion was realized as follows:
- Abwiegen des Klebers  - Weighing the glue
- Zugeben des Härters  - Add the hardener
- Vermischen per Spatel  - Mix by spatula
- Abwiegen des CarboDis TA (2,5% CNTs/2,5% Tensid)  Weighing the CarboDis TA (2.5% CNTs / 2.5% surfactant)
- Zugabe des CarboDis TA wahrend des Rührens - Add the CarboDis TA while stirring
- Homogenisieren / Entlüften  - homogenizing / venting
Die Beschichtung und Aushärtung ergab sich wie folgt: Da die Beschichtungsversuche mittels Rakeln eine bessere Reproduzierbarkeit aufwiesen, als solche mit einer vorhandenen Sprühapparatur aufgetragenen, wurde der Klebstoff in allen Fallen aufgerakelt. Allerdings stellt der Sprühauftrag großtechnisch prinzipiell keinerlei Problem dar. Die Proben wurden 5 Min bei 30 °C vorgetrocknet, um das zusätzliche Wasser, das durch CarboDis eingebracht wurde, wieder herauszutrocknen. Die Aushärtung fand innerhalb von 5 Minuten in der Bandmikrowelle bei nominell ca. 1200 W statt (bei verringerter Auftragsmenge innerhalb von 5 Minuten 30 Sekunden). The coating and curing was as follows: Since the coating experiments by knife had a better reproducibility than those applied with an existing spray apparatus, the adhesive was in all cases aufgerakelt. However, in principle the spraying application does not represent any problem industrially. The samples were pre-dried for 5 minutes at 30 ° C. in order to dry out the additional water introduced by CarboDis. The curing took place within 5 minutes in the band microwave at nominally about 1200W (at reduced order within 5 minutes 30 seconds).
Die wie vorstehend beschriebenen Versuche und Ergebnisse in ihrer allgemeinen Form sowie in Form der beiden genannten Ausführungsbeispiele können wie folgt zusammengefasst werden. The experiments and results as described above in their general form and in the form of the two embodiments mentioned can be summarized as follows.
Zunächst wurde ein Durchbruch mit Mikrowellenhärtung CNT-additivierter First, a breakthrough with microwave curing became CNT-additive
Klebstoffsysteme erzielt. Es konnte erfolgreich gezeigt werden, dass mit Hilfe einer Additivierung von Klebstoffsystemen mit Carbonmaterialien, insbesondere Carbon Nanotubes (CNT), eine Aushärtung von Klebestellen im Mikrowellenfeld ermöglicht wird: Eine Additivierung der Klebestoffe mit kohlenstoffbasierten, Mikrowellen absorbierenden Materialien ist durch Nutzung geeigneter Mischtechnologien machbar. Aufgrund der außerordentlichen Absorptionseigenschaften bezüglich elektromagnetischer Strahlung eignen sich hierfür insbesondere Carbon Nanotubes, sowie CNT-haltige Gemische unterschiedlicher Kohlenstoffmaterialien. Die hohe elektrische Leitfähigkeit der CNTs und weiterer Kohlenstoffmaterialien, vor allem aber das Erreichen einer elektrischen Perkolation im Klebersystem bei bereits geringen Additivanteilen ist für den Erfolg entscheidend. Die schnelle und effiziente Erwärmung im Mikrowellenfeld funktioniert für die additivierten Klebstoffsysteme, dies gilt auch für dünne Klebefilme, die nur eine geringe Gesamtmasse Adhesive systems achieved. It has been successfully demonstrated that adhesive systems with carbon materials, in particular carbon nanotubes (CNTs), can be used to cure microplates in the microwave field. Adopting the adhesives with carbon-based microwave-absorbent materials is feasible using suitable mixing technologies. Due to the extraordinary absorption properties with respect to electromagnetic radiation, carbon nanotubes and CNT-containing mixtures of different carbon materials are particularly suitable for this purpose. The high electrical conductivity of the CNTs and other carbon materials, but especially the achievement of an electrical percolation in the adhesive system with already small amounts of additives is crucial for success. The fast and efficient heating in the microwave field works for the additive-based adhesive systems, this also applies to thin adhesive films that have only a small total mass
(Größenordnung 0.5 - 2g/dm2) des ungehärteten Klebers aufweisen. Insbesondere bei hoher Güte der Dispergierung (möglichst gute Verteilung der Additive im (Order of magnitude 0.5-2g / dm 2 ) of the uncured adhesive. Especially with high quality of the dispersion (the best possible distribution of the additives in
Klebstoffsystem) lassen sich hohe, dabei aber kontrollierbare Aufheizraten bei mikrowelleninduzierter Beheizung realisieren. Durch die erzeugte Erwärmung des Klebstoffes im Mikrowellenfeld kann die gewünschte Aushärtung realisiert werden. Dabei ist die Aushärtung homogen und man kann nicht vollständig ausgehärtete Schwachstellen / Zonen vermeiden. Energetisch können sich, durch die Adhesive system) can be realized high, but controllable heating rates with microwave-induced heating. By the generated heating of the adhesive in the microwave field, the desired curing can be realized. The curing is homogeneous and you can not avoid completely cured weak spots / zones. Energetically, through the
Fokussierung des Aufheizprozesses allein auf die Klebestelle, deutliche Vorteile ergeben. Die Verarbeitbarkeit der Klebestoffe kann erhalten werden. Die Focusing the heating process solely on the splice, resulting in significant benefits. The processability of the adhesives can be obtained. The
Klebewirkung wird durch die verwendeten Additive, nach den bisher vorliegenden Ergebnissen, in keiner Weise beeinträchtigt und bleibt voll erhalten. Darüber hinaus wird eine elektrische Leitfähigkeit der Klebestelle erzielt, welche für die Vermeidung statischer Aufladungen von Vorteil ist. Zentrales Ergebnis der vorliegenden Erfindung ist, dass eine industrietaugliche Lösung zur mikrowellenbasierten Kleberaushärtung unter Verwendung genannter Additive durchführbar ist - alle relevanten Grundlagen für eine Realisierung wurden im Rahmen der vorliegenden Erfindung gefunden und entwickelt. Ein wesentlicher Aspekt dabei ist die Güte der Additivdispersion im Klebstoff. Adhesive effect is due to the additives used, according to the previously available Results, in no way impaired and remains fully intact. In addition, an electrical conductivity of the splice is achieved, which is advantageous for the prevention of static charges. The central result of the present invention is that an industrially suitable solution for microwave-based adhesive curing using said additives is feasible - all the relevant foundations for a realization have been found and developed in the context of the present invention. An essential aspect here is the quality of the additive dispersion in the adhesive.
Die anfänglichen Ergebnisse zeigten, dass eine Abhängigkeit der Leitfähigkeit und der homogenen Mikrowellenankopplung von der Zugabe von CNTs besteht. Dies gilt generell schon bei einfacher Additivierung, welche für CNT-Gehalte von ca. 2 Gew.- % in den Bereich beginnender Perkolation führt. Allerdings wurde der Effekt im weiteren Verlauf noch erheblich gesteigert, nachdem eine gleichmäßige Verteilung der CNT in der Matrix - und damit vollständige elektrische Perkolation - erreicht wurde. Die durchgeführten Mikrowellenversuche haben gezeigt, dass es möglich ist, das vorliegende Klebstoffsystem durch Zugabe von CNT auch bei niedrigen The initial results showed that conductivity and homogeneous microwave coupling are dependent on the addition of CNTs. This is generally true even with simple additives, which leads to CNT contents of about 2% by weight in the range of incipient percolation. However, the effect was significantly increased in the further course, after a uniform distribution of CNT in the matrix - and thus complete electrical percolation - was achieved. The conducted microwave experiments have shown that it is possible, the present adhesive system by adding CNT even at low
Leistungen auszuhärten und die erwünschten Effekte, Aufheizung per Mikrowellen, sowie die nochmals beschleunigte Aufheizung durch CNT-Zugabe, eintreten. Hierbei war insbesondere die Verwendung vordispergierter CNT-Dispersionen von Vorteil. Die Verbesserungen konnte durch das Vordispergieren der CNT in einem Wasser- / Tensidgemisch (Einbringen einer wässrigen Dispersion) erreicht werden (CarboDis), welches bereits in dieser Form dem Klebestoff zugeführt wurde. Hiermit konnte eine sehr gut handhabbare und funktionsfähige Mischung gefunden werden. Harden services and the desired effects, heating by microwaves, and the accelerated heating again by CNT addition, occur. In particular, the use of predispersed CNT dispersions was advantageous. The improvements could be achieved by predispersing the CNT in a water / surfactant mixture (introduction of an aqueous dispersion) (CarboDis), which was already supplied in this form to the adhesive. This was a very manageable and functional mixture can be found.
Der Schwerpunkt der vorliegenden Erfindung liegt auf dem mikrowellenaushärtenden Verfahren, da dieses eine besonders gleichmäßige Ankopplung an alle zur The focus of the present invention is on the microwave-curing process, since this is a particularly uniform coupling to all the
Verfügung stehenden Partikel erlaubt. Weiterhin konnte herausgefunden werden, dass die Qualität der Klebebindung durch die Mikrowelleneinstrahlung gegenüber vergleichend durchgeführten Ofenversuchen leicht verbessert wurde. Ein wesentliches Fazit der vorliegenden Erfindung ist, dass das Umstellen des bisherigen Verfahrens auf die Mikrowellenaushärtung möglich ist und mehrere Vorteile gegenüber dem bisherigen Prozess (Prozessdauer, Aufheizen nur der Klebestelle, energetische Gesichtspunkte und dergleichen) bietet. Zusammengefasst zeigt die vorliegende Erfindung ein hohes Potential, den Prozess der Available particles allowed. Furthermore, it could be found that the quality of the adhesive bond was slightly improved by the microwave irradiation compared with comparative oven experiments. An essential conclusion of the present invention is that the switching of the previous method to the microwave curing is possible and offers several advantages over the previous process (process duration, heating only the splice, energetic aspects and the like). In summary, the present invention shows a high potential for the process of
Klebstoffaushärtung auf einen Mikrowellenprozess umzustellen. Bevorzugt ist dabei insbesondere die Verkürzung der Prozesszeiten, da sich in erster Linie nur die Klebestelle erwärmt, und hierdurch lange Abkühlzeiten, etwa von Werkzeugen (bisherige Wärme- und Anpresskraftübertragung), nicht anfallen. Die Aufheizung selbst kann problemlos im einstelligen Minutenbereich erfolgen, welches auch die Abkühlungsphase schon mit einschließt. Convert adhesive curing to a microwave process. In this case, in particular, the shortening of the process times is preferred, since in the first place only the bond area is heated, and as a result long cooling times, for example of tools (previous heat and contact force transfer), are not incurred. The heating itself can easily be done in the single-digit minute range, which also includes the cooling phase already.

Claims

Patentansprüche claims
Klebstoffmaterial, insbesondere elektrisch und/oder thermisch und/oder strahlungs-aushärtendes oder aushärtbares Klebstoffmaterial, aufweisend wenigstens eine Klebstoffkomponente und/oder Klebstoffmatrix, sowie weiterhin aufweisend wenigstens ein in der Klebstoffkomponente und/oder Klebstoffmatrix befindliches Additiv in Form eines Kohlenstoffmaterials, insbesondere auf Basis von Kohlenstoffnanomaterialien und/oder Adhesive material, in particular electrically and / or thermally and / or radiation-curing or curable adhesive material, comprising at least one adhesive component and / or adhesive matrix, and furthermore comprising at least one additive in the form of a carbon material, in particular based on the adhesive component and / or adhesive matrix Carbon nanomaterials and / or
Kohlenstoffmikromaterialien.  Carbon micro materials.
Klebstoffmaterial nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv in Form eines Kohlenstoffmaterials ausgebildet ist, welches Mikrowellenabsorbierend und/oder basierend auf CNT und/oder basierend auf einem CNT-haltigen Gemisch unterschiedlicher Kohlenstoffmaterialien und/oder vordispergiert ist. Adhesive material according to claim 1, characterized in that the additive is in the form of a carbon material which is microwave absorbing and / or based on CNT and / or based on a CNT-containing mixture of different carbon materials and / or predispersed.
Klebstoffmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebstoffmaterial als Additiv in Form eines Kohlenstoffmaterials CNT in einer Konzentration von größer 0,2 wt-% aufweist. Adhesive material according to claim 1 or 2, characterized in that the adhesive material as an additive in the form of a carbon material CNT in a concentration of greater than 0.2 wt% has.
Klebstoffmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieses wenigstens einen weiteres Additiv aufweist, insbesondere wenigstens einen Härter und/oder ein weiteres kohlenstoffhaltiges Material und/oder lösliches CNT-Granulat. Adhesive material according to one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises at least one further additive, in particular at least one hardener and / or another carbonaceous material and / or soluble CNT granules.
Klebstoffmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffkomponente und/oder die Klebstoffmatrix PU-basiert ausgebildet ist. Adhesive material according to one of claims 1 to 4, characterized in that the adhesive component and / or the adhesive matrix is formed PU-based.
6. Verfahren zum Herstellen eines Klebstoffmaterials, insbesondere eines Klebstoffmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch 6. A method for producing an adhesive material, in particular an adhesive material according to one of claims 1 to 5, characterized
gekennzeichnet, dass eine Klebstoffkomponente und/oder Klebstoffmatrix aus Klebstoffmaterial bereitgestellt wird, und dass wenigstens ein Additiv in Form eines Kohlenstoffmaterials, insbesondere auf Basis von  in that an adhesive component and / or adhesive matrix of adhesive material is provided, and in that at least one additive in the form of a carbon material, in particular based on
Kohlenstoffnanomaterialien und/oder Kohlenstoffmikromaterialien in die Klebstoffkomponente und/oder Klebstoffmatrix eingebracht, insbesondere dispergiert und/oder eingemischt und/oder verteilt wird.  Carbon nanomaterials and / or carbon micro-materials are introduced into the adhesive component and / or adhesive matrix, in particular dispersed and / or mixed and / or distributed.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv in Form eines Kohlenstoffmaterials vordispergiert ist oder wird, insbesondere in einer wässrigen oder organischen Lösung. 7. The method according to claim 6, characterized in that the additive is or is predispersed in the form of a carbon material, in particular in an aqueous or organic solution.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiteres Additiv zugegeben wird, insbesondere ein Härter und/oder ein weiteres Kohlenstoffhaltiges Material und/oder lösliches CNT-Granulat. 8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that at least one further additive is added, in particular a hardener and / or another carbonaceous material and / or soluble CNT granules.
9. Klebstoffmaterial, insbesondere Klebstoffmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, herstellbar nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 6 bis 8. 9. adhesive material, in particular adhesive material according to one of claims 1 to 5, producible by a method according to claims 6 to 8.
10. Verfahren zum Aktivieren und/oder Aushärten eines Klebstoffmaterials, 10. A method for activating and / or curing an adhesive material,
insbesondere eines Klebstoffmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 9 und/oder eines mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 6 bis 8 hergestellten Klebstoffmaterials, dadurch gekennzeichnet, dass dieses elektrisch und/oder thermisch und/oder auf Strahlung basierend aktiviert und/oder ausgehärtet wird.  in particular an adhesive material according to one of claims 1 to 5 or 9 and / or an adhesive material produced by means of a method according to any one of claims 6 to 8, characterized in that it is activated and / or cured electrically and / or thermally and / or radiation-based becomes.
1 1 .Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das 1 1 .Method according to claim 10, characterized in that the
Klebstoffmaterial durch Anlegen einer elektrischen Spannung aktiviert und/oder ausgehärtet wird. Adhesive material is activated by applying an electrical voltage and / or cured.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Klebstoffmaterial aktiviert und/oder ausgehärtet wird, indem es einer 12. The method according to claim 10 or 1 1, characterized in that the adhesive material is activated and / or cured by a
Strahlung, insbesondere einer Mikrowellenstrahlung, ausgesetzt wird.  Radiation, in particular microwave radiation is exposed.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebeffekt des Klebstoffmaterials aufgehoben wird, indem das Klebstoffmaterial erneut thermisch behandelt wird, beispielsweise erneut aufgeschmolzen wird, vorzugsweise im Mikrowellenfeld. 13. The method according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the adhesive effect of the adhesive material is canceled by the adhesive material is again thermally treated, for example, is remelted, preferably in the microwave field.
14. Verfahren zum Verkleben zweier Substrate, insbesondere unter Verwendung eines Klebstoffmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 9 und/oder eines mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 6 bis 8 14. A method for bonding two substrates, in particular using an adhesive material according to one of claims 1 to 5 or 9 and / or one by means of a method according to one of claims 6 to 8
hergestellten Klebstoffmaterials, dadurch gekennzeichnet, dass das  produced adhesive material, characterized in that the
Klebstoffmaterial auf dem ersten und/oder zweiten Substrat aufgebracht wird und/oder zwischen die beiden Substrate gebracht wird, dass die beiden Substrate zusammengeführt werden und dass das Klebstoffmaterial aktiviert und/oder ausgehärtet wird, insbesondere nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13.  Adhesive material is applied to the first and / or second substrate and / or brought between the two substrates, that the two substrates are brought together and that the adhesive material is activated and / or cured, in particular according to a method according to any one of claims 10 to 13.
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