Anwendungsbeispiele für D3-/D4-Klebstoffe schildern Chem.-Ing. Helmut Holzkämper, Entwicklungsabteilung Dispersionsklebstoffe – Leime und Ulrich Schmidt, Holztechniker/ Anwendungstechnik, beide Mitarbeiter im Hause Jowat, in diesem Beitrag. Die Abhandlung gehörte zu den zahlreichen Referaten des 6. Jowat-Symposiums „Die Klebstofftechnologie auf dem Weg ins Jahr 2000“. Alle zwei Jahre berichtet das als Spezialist für hochwertige Klebstoffe bekannte Detmolder Unternehmen Jowat während dieses Symposiums über aktuelle Entwicklungen und Verfahrenstechniken auf dem Klebstoffsektor.
Dispersionen sind umweltfreundliche, in einer wässerigen Phase schwebende Kunststoffteilchen. Es sind Zweiphasensysteme, bestehend aus:
a) der flüssigen Phase
(= Emulgator und Schutzkolloid in wässriger Lösung)
b) der festen Phase (= Kunststoff).
Der Kunststoff (Polymer) kann in seiner chemischen Zusammensetzung aus einer Monomerart oder aus verschiedenen Arten polymerisiert werden. Bei Holzleimen liegt als Basismonomer fast immer Vinylacetat vor. Besteht das Polymer aus einem Monomer, so spricht man von einer homopolymeren Dispersion. Werden zwei Monomere miteinander polymerisiert, so handelt es sich um eine copolymere Dispersion. Besteht das Polymer aus drei oder mehr unterschiedlichen Monomeren, so liegt eine terpolymere Dispersion vor.
Jedes dieser Monomere hat später im Polymer seine „Erbeigenschaften“ hinterlassen. Das heißt, durch Art und Menge der einzelnen Monomere werden die späteren technischen Daten wie z. B. weich oder hart, wasserbeständig oder reemulgierbar, wasserscheu, elastisch oder spröde, vergilbend oder lichtbeständig, nicht vernetzend oder vernetzend zum Großteil bestimmt.
Reaktive Dispersionen
entstehen aus folgender Philosophie: Um eine möglichst hohe Beständigkeit gegen Wasser zu erreichen, werden Kunststoffe mit speziellen Monomeren polymerisiert*). Diese Monomere enthalten chemisch reaktive Gruppen, die nach der Polymerisation unverbraucht vorliegen und erst im Filmbildungsprozeß zur Wirkung kommen und/oder mit einem zusätzlichen Vernetzer, sich selbst oder phenolischen Inhaltsstoffen des Holzes reagieren und damit das „Wasserscheue“ ablegen.
Filmbildung ist der Vorgang, bei dem das Dispersionsmittel (Wasser) verdunstet bzw. in den Untergrund diffundiert. Die Kunststoffteilchen verschmelzen miteinander und bilden einen festen Film, der die zu verklebenden Substrate miteinander verbindet. Bei diesem Vorgang darf eine produktspezi-fische Temperatur, die MFT (Mindestfilmbildungstemperatur) nicht unterschritten werden, andernfalls unterbleibt die Verbindung der Polymerteilchen und es entsteht kein fester, homogener Film und somit keine Klebung.
Zu dieser Filmbildung setzt bei den Leimen für den Außenbereich, wie schon erwähnt, eine zusätzliche Vernetzung ein. D. h. in einigen Klebstoffen beginnt mit dem Trocknungsprozeß auch die Vernetzung durch einen eingebauten Härter; anderen Klebstofftypen wird vor der Verarbeitung noch Härter oder Vernetzer zugegeben. Unter dem Begriff Härter verstehen wir (Jowat) die Lösungen saurer Salze und unter dem Begriff Vernetzer Diisocyanat-Kombinationen.
Bevor wir zu den einzelnen Prüfungen kommen, noch eine wichtige Definition:
In der Praxis wird immer von D3-/D4-Leimen gesprochen. Es wird aber im täglichen Gebrauch (Objektbereich) nach unserer Information nie eine der Norm entsprechende Verleimung durchgeführt. Es liegt nur dann eine D3-/D4-Verleimung vor, wenn alle Parameter der DIN EN 204/205 erfüllt werden und das kommt nicht vor.
Beispielsweise erfüllt der HF-Leim Jowacoll 102 80 bei weitem die Festigkeitswerte der Lagerungsfolgen für D3, aber das HF-Verfahren kann nicht nach DIN EN 204/205 durchgeführt werden und ist auch nicht in dieser Prüfnorm vorgesehen. Demzufolge erhält dieses Produkt kein D3-Prüfzertifikat, obwohl die Festigkeitswerte erreicht werden.
Prüfkriterien für D3-/D4-Klebstoffe
Die Produkte der Firma Jowat unterliegen einer ständigen Qualitätskontrolle, die durch entsprechende Prüfeinrichtungen und festgelegte Prüfmethoden sichergestellt und durch das Qualitätsmanagement überwacht werden. Darüber hinaus werden die Klebstoffe auch mit den unterschiedlichsten Substraten auf Eignung und Leistungsfähigkeit kundenspezifisch bzw. anwendungsspezifisch geprüft. Aufgrund ständig neuer Anwendungen und den damit verbundenen unterschiedlichen Anfor-derungen wird das Prüfwesen stetig erweitert und verbessert, um den Marktanforderungen gerecht zu werden und den neuesten Stand der Technik zu gewährleisten.
Die „Beurteilung von Klebstoffen für nichttragende Bauteile zur Verbindung von Holz und Holzwerkstoffen“ erfolgt nach DIN EN 204 und wird in vier Beanspruchungsgruppen (D1 bis D4) gegliedert. In der Prüfnorm DIN EN 205 „Bestimmung der Klebfestigkeit von Längsklebungen im Zugversuch“ ist das Prüfverfahren und die Durchführung beschrieben.
Dabei möchten wir den Fokus insbesondere auf die Beanspruchungsgruppe D3 und D4 und den Prüfablauf richten. Insbesondere der Aspekt, welche Schlußfolgerungen man für die Praxis aus solchen Prüfungen ableiten kann? Die Definition D3 oder D4 ist in Abbildung 5 erläutert.
Um diesen Definitionen gerecht zu werden, müssen die in Abbildung 6 aufgezeigten Festigkeitswerte erfüllt werden.
Die Prüfung erfolgt ausschließlich an Buchenholz, das nach bestimmten Kriterien ausgewählt wurde, wie in der EN 205 definiert. Nach der Verklebung und Lagerung werden die Prüfkörper entsprechend zugeschnitten. Die Vorbereitung der Prüfkörper und die Prüfung ist in den Abbildungen 7 und 8 dargestellt.
Neben dieser internen, produktionsbegleitenden Prüfung unserer D3- und D4-Klebstoffe haben wir unsere Produkte auch von namhaften Prüfinstituten, wie dem ift Rosenheim oder der SKH (Niederlande), zertifizieren lassen. Wir verstehen diese externen Prüfungen auch als eine Hilfe für die Klebstoffverarbeiter, denn ihnen wird die qualitative Bewertung ihres Produktes gegenüber dem Endkunden erleichtert. Sie sollten sich aber im klaren darüber sein, daß in der täglichen Praxis ganz andere Abläufe stattfinden, welche unter Umständen erheblich von den Normvorgaben abweichen können.
Ein D3- oder D4-Zertifikat ist lediglich eine Klassifizierung für einen Klebstoff und besagt noch nicht, daß jede Verklebung mit einem dieser Klebstoffe auch gleich einer D3- oder D4-Verleimung – wenn entsprechend geprüft – gleichzusetzen ist. Dies wird auch in den überarbeiteten EN 204/205 durch entsprechende Änderungen im Titel gegenüber der alten Version von 1991 deutlich gemacht (siehe Abbildung 13).
Wenn wir dieses Verständnis aufbringen, dann reden wir auch über den gleichen Sachverhalt und „wundern“ uns nicht, wenn es im Einzelfall möglicherweise zu erheblich abweichenden Ergebnissen kommt, als es die Norm an und für sich fordert. n
) Polymerisation: Kettenreaktion zahlreicher ungesättigter (oder unbeständiger cyclischer), niedermolekularer Verbindungen (Monomere) zu Produkten (Polymere, Polymerisate) mit fadenförmigen, vernetzten oder verknäulten Makromolekülen
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