Klebstoffe und Aushärtungsmaterialien

Klebstoffe werden in vielen Industriebereichen angewendet, und sind bei der Herstellung von tausenden, täglich genutzten Produkten unverzichtbar. Es gibt viele Arten von Rezepturen und Methoden, durch die sich die verschiedensten Materialien verbinden oder zusammenfügen lassen. Das Klebematerial muss in der Lage sein, die Oberfläche, auf die es in einer relativ dünnen Schicht aufgetragen wird, sofort zu benetzen, so dass es eine Verbindung herstellt, die Kräfte übertragen kann. Es solle zwar stark haften aber dennoch ein geringes Gewicht haben.

In der Klebstoffindustrie finden sich viele verschiedene Anwendungen für die Analyse der Partikelgröße und –form und der Charakterisierung der Stabilität und Rheologie.

Ist man für die Formulierung eines neuen Klebstoffes oder für das Verbessern der Effizienz eines existierenden Produktes verantwortlich, ist die Kontrolle der Partikelgröße und –form und der Stabilität und Rheologie der Rezeptur essentiell.

Selbstverständlich ist auch die Messung der Viskosität wichtig, um das Fließen des Klebstoffes während des Beschichtens zu kontrollieren. Insbesondere ist es üblich, Viskositätsprofile über mehreren Scherraten zu messen, um den Fluss des Klebers unter tatsächlichen Beschichtungsbedingungen zu simulieren. Bei manchen Klebstoffen zeigt eine Messung bei hohen Scherraten, ob bei den jeweiligen Bedingungen die Grundemulsion oder eine geänderte Variante der Emulsion stabil oder instabil ist.

Außerdem kann man durch rheologische Messungen von Haftklebstoffen bei höheren Scherraten Abweichungen im Auftrageverhalten während Gravurbeschichtungen erklären.
Obwohl eine Zunahme des Feststoffgehalts die Viskosität steigert, kann bei hohen Feststoffgehalten unter höheren Scherraten eine Dilatanz vorkommen, wodurch die Viskosität zunimmt und der Fluss abnimmt.

Eine kleinere Partikelgröße erhöht im Allgemeinen die niedrige Scherviskosität durch kolloidale Wechselbeziehungen. Bei höheren Scherraten ist die Viskosität oft unabhängig von der Partikelgröße, da hydrodynamische Kräfte dominieren. Eine breite Partikelgrößenverteilung ergibt normalerweise eine niedrigere Viskosität als eine enge Verteilung, da die Partikel dichter gepackt sind. Zusätzlich können verschiedene Füllstoffe mit unterschiedlicher Partikelform (z.B. Nadeln, Platten, Körner, Kugeln, etc.) die rheologischen Eigenschaften erheblich beeinflussen. Zum Beispiel reduzieren Materialien mit höheren Längen- Breitenverhältnissen die Beweglichkeit.

Thixotrope (verdickende) Mittel wie pyrogene Kieselsäure, Talkum, Kolloid-Kieselsäure und Silikate werden in Klebstoffen genutzt, um Eigenschaften wie Fluss, Extrudierfähigkeit und physikalische Stabilität (kein Absetzen, kein Durchhängen) zu beeinflussen und ausgehärtete Kleber zu verstärken, damit deren Reißfestigkeit verbessert wird. Haften und Lösen sind wichtige Eigenschaften, welche oft durch die Messung der viskoelastischen Eigenschaften eines Klebstoffes über mehrere Frequenzen ermittelt werden können.

Während der Lagerung müssen Klebstoffe unter verschiedensten Bedingungen, wie z.B. Schwankungen in der Temperatur, stabil sein. Die Kontrolle der Partikelgröße zeigt, ob Änderungen auftreten, die die Lagerfähigkeit begrenzen.

Das Formulieren eines stabilen Produktes kann durch das Messen des Zetapotenzials unterstützt werden. Ist ein hohes Zetapotenzial der Partikel im Klebstoff gewährleistet, bedeutet dies, dass sich keine Aggregate bilden. Das Zetapotenzial der Partikel hängt von verschiedenen Parametern der Formulierung ab, wozu der pH-Wert und die Konzentration der anwesenden Ionen zählen. Untersuchungen, wie sich das Zetapotenzial bei verschiedenen Formulierungen ändert, helfen ein widerstandsfähigeres Produkt zu entwickeln.