Forschung erzielt für Klebstoffproduktion wichtigen Durchbruch
Ob im Flugzeugbau oder der Medizintechnik: Hochleistungskleber sind heute mehr als nur Haftmittel. Für den jeweiligen Verwendungszweck optimierte Klebstoffe produzieren - dies ist das Ziel der Industrie. Wissenschaftler der TU Kaiserslautern und des Forschungsinstituts FGK Höhr-Grenzhausen erforschen hierfür gemeinsam mit Industriepartnern der Kömmerling Chemische Fabrik, Primasens, die optimalen Mineralgemische zur Klebstoffproduktion.
Die hohe Qualität eines neuen Produktes erfordert gleichbleibende Qualität der Grundstoffe. In der Klebstoffproduktion spielen vor allem die so genannten Füllstoffe eine entscheidende Rolle. Sie steuern, wie einfach sich der Klebstoff aus der Kartusche lösen lässt, ob er streichfähig ist, oder wie schnell und elastisch er abbindet. Durch die Zugabe von Füllstoffen werden Klebstoffe für größere Temperaturbereiche einsetzbar. Zusätzlich wird die Klebkraft sowie die Strapazierfähigkeit erheblich verbessert. Als Füllstoffe werden häufig Kalkminerale oder Quarzmehl verwendet. Beide Stoffe sind ausreichend in der Natur vorhanden und lassen sich deshalb kostengünstig, bedarfsgerecht beschaffen. Doch die chemischen und physikalischen Eigenschaften dieser Rohstoffe sind natürlichen Schwankungen unterworfen, so dass die Gewährleistung der gleichbleibenden Qualität der Klebstoffe oftmals aufwendig ist. In der Entwicklung neuer Produkte kommt es daher oft zu sehr unterschiedlichen Materialverhalten, obwohl die gleichen mineralischen Füllstoffe verwendet worden sind. Genaue Kenntnisse der Mineraleigenschaften sind deshalb unerlässlich und helfen die Entwicklungskosten und -dauer erheblich zu reduzieren. Welche chemischen Eigenschaften für die Qualitätsschwankungen des Klebstoffes genau verantwortlich sind, ist bisher nicht vollständig geklärt.
Im Rahmen des Forschungs- und Entwicklungsprogramms GEOTECHNOLOGIEN wird deshalb das Projekt "Füllstoffe" gefördert. Unter der Leitung von Prof. Paul Ludwig Geiß von der Technischen Universität Kaiserslautern haben die Wissenschaftler einen gezielten Blick auf die in der Klebstoffproduktion verwendeten Kalke geworfen. Sie verglichen anhand hunderter Proben natürliche und künstlich hergestellte Kalk-Füllstoffe und untersuchten die entsprechenden Klebstoffe auf ihre Produkteigenschaften. „Angenommen man hätte eine Reihe Töpfe gefüllt mit Mineralen unterschiedlicher Zusammensetzung und kennt die genauen Bestandteile der verschiedenen Töpfe, dann hat man quasi ein Klavier, auf dem man spielen kann, um die Eigenschaften des Endprodukts gezielt einzustellen“, erklärt Prof. Geiß.
Die Ergebnisse des Forschungsverbundes zeigen, dass nicht die spezifische Dichte oder die Korngröße das entscheidende Kriterium sind. Vielmehr kommt es bei der Wahl der richtigen Minerale auf deren Fähigkeit an, klebstoffspezifische, chemische Reaktionen an der Mineraloberfläche zu erzeugen. "Dies liegt vor allem daran, dass herkunftsspezifische Spurenelemente und die durch das Zermahlen erzeugten Partikelcharakteristika einen stärkeren Einfluss auf die Klebstoffeigenschaften besitzen, als zunächst erwartet wurde. Es sei ein großer Unterschied, ob chemische Reaktionen an gewachsenen Oberflächen oder an künstlichen Bruchflächen ablaufen" sagt die Ingenieurin Melanie Presser, die die Laborarbeiten durchführt. Deshalb wurden neue Analyseverfahren entwickelt, um diesen Aspekt genauer zu untersuchen - Methoden, die in Zukunft die bisherigen Standardverfahren ergänzen sollen und in den kommenden Monaten nun industriell umgesetzt werden können.
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