Ein patentierter Primer der Bodo Möller Chemie Gruppe ermöglicht Debonding an strukturellen Verklebungen. Die Schicht wird vor dem Klebstoff aufgetragen und gibt die Verbindung später auf einen thermischen Impuls hin wieder frei, ohne dass der Klebstoff selbst verändert werden muss.
Damit lassen sich dauerhaft verklebte Bauteile für Reparaturen wieder öffnen, etwa ein Batteriekasten zum Tausch defekter Zellen, und Werkstoffe am Ende der Nutzung sortenrein trennen. Wie das Primer-System aufgebaut ist, welche Debonding-Temperaturen zur Verfügung stehen und was erste Zugscherversuche in den Laboren des Unternehmens ergeben haben, zeigt der folgende Fachartikel der Bodo Möller Chemie Gruppe.
Debonding on Demand: Die Zukunft der Klebstoffverbindungen ist nachhaltig
Strukturelle und duroplastische Verklebungen sind per Definition für die Ewigkeit gemacht. Doch das Interesse daran, diese dauerhaften Verbindungen „auf Knopfdruck“ wieder lösen zu können, wächst anhaltend. Nicht nur ein allgemeines Bewusstsein für Nachhaltigkeit ist dafür der Grund. Spätestens seit Beschluss des EU-Aktionsplans für die Kreislaufwirtschaft Anfang 2020, der EU-Batterieverordnung von 2023 und der EU-Richtlinie zum „Recht auf Reparatur“ ist Debonding on Demand einer der wichtigsten Trends in der Klebstoff-Branche. Eine effektive Lösung dafür ist ein Primer-System, welches durch einen thermischen Impuls Debonding on Demand ermöglicht.
Debonding on Demand ist ein Verfahren, das künftig Strukturklebstoffe wieder lösbar macht (debonding) – auf Abruf (on demand), innerhalb kürzester Zeit und ohne die Langlebigkeit und Stärke der Klebeverbindungen zu beeinflussen. Reparaturen, beispielsweise das Öffnen eines strukturell verklebten Batteriekastens, um einzelne, defekte Zellen zu tauschen, können so einfach vorgenommen werden. Auch für sortenreines Recycling von Werkstoffen ist das Lösen der Verbindungen notwendig. Die Folge: Die gesamte Kreislaufwirtschaft wird mit Debonding on Demand nachhaltiger.
Die Industrie im Zugzwang
Im März 2020 verabschiedete die EU-Kommission einen Aktionsplan für die Kreislaufwirtschaft, um deren Nachhaltigkeit zu gewährleisten. Dieser Plan ist ein wichtiger Baustein des Europäischen Green Deals für ein nachhaltiges Wachstum der EU hin zu einer Kreislaufwirtschaft. Ebenso ist er ein wichtiger Schritt zum Erreichen des EU-Ziels der Klimaneutralität bis 2050 und soll die Nachhaltigkeit von Produkten entlang ihres gesamten Lebenszyklus sicherstellen und die Abfallentstehung minimieren. Zusätzlich wurde im Juli 2023 eine neue EU-Batterieverordnung (Verordnung 2023/1542) verabschiedet. Diese führt wesentliche Änderungen und Anforderungen ein, um die Nachhaltigkeit und Sicherheit von Batterien und batteriebetriebenen Produkten zu verbessern. Beispielsweise müssen LMT-Batterien (light means of transport), EV-Batterien (electric vehicle) und Industriebatterien mit einer Kapazität von mehr als 2 kWh ab Februar 2027 elektronisch mit einem Batteriepass registriert werden, der mit einem QR-Code und einer CE-Kennzeichnung versehen ist. Bis 2030 muss außerdem im Bereich Automotive eine gewisse Recyclebarkeit gewährleistet sein. Damit muss sich die Industrie umstellen und anpassen, um Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit zu kombinieren.
Von der Dentalmedizin inspiriert
Prinzipiell ist Debonding on Demand kein neues Thema in der Forschung, unter anderem beschäftigt sich die Dentalmedizin schon seit Jahren mit diesem Thema, um beispielsweise am Zahn festgeklebte Brackets einfach zu lösen. Die Anforderungen der Dentalmedizin und der Industrie unterscheiden sich zwar, die Lösungen und Erkenntnisse aus der Forschung sind allerdings übertragbar. Für die Umsetzung gibt es dabei verschiedene Lösungsansätze.
Eine Herangehensweise ist beispielsweise den Klebstoff selbst so zu modifizieren, dass er auf einen externen Stimulus, also einem reaktionsauslösenden Reiz, reagiert. Ein solcher Stimulus könnte z. B. Licht einer bestimmten Wellenlänge, eine Chemikalie oder eine bestimmte Temperatur sein, der das Debonding ermöglicht. Dafür müssten neue funktionelle Gruppen entwickelt und in das Polymernetzwerk des Klebstoffs eingebaut werden. Diese müssen dann auf einen derartigen Stimulus reagieren und die Eigenschaften des Werkstoffes verändern, sodass dieser seine mechanische Festigkeit verliert. Eine solche Entwicklung ist jedoch mit einem hohen Aufwand verbunden und sehr kosten- und zeitintensiv, da viele verschiedene Debonding on Demand Klebstoffe für die verschiedenen Anwendungen entwickelt werden müssten. Besonders dicht vernetzte Klebstoffe wie beispielsweise Epoxy-Klebstoffe lassen außerdem aufgrund ihres festen und verzweigten Netzwerks nur schwer nachhaltige Veränderungen ihrer Struktur zu. Zudem geht ein Einbau derartiger Bausteine oft zulasten der Gesamtperformance des Klebstoffes. Ein innovativer Lösungsansatz, der diese Limitierungen umgeht, ist die Verwendung eines Primers.
Primer ermöglicht Debonding on Demand
Primer werden in der industriellen Verklebung häufig zur Verbesserung der Haftung eingesetzt, wie beispielsweise beim Verkleben von Windschutzscheiben. In diesem Fall soll der Primer jedoch das Debonding der verklebten Materialien ermöglichen. Die Bodo Möller Chemie Gruppe vertreibt den ersten kommerziell erhältlichen Debonding on Demand fähigen Primer, der von einem renommierten französischen Unternehmen mit jahrelanger Erfahrung im Bereich Debonding on Demand entwickelt und patentiert wurde. Der große Vorteil dieser Methode: Der Klebstoff selbst muss nicht umformuliert werden und behält somit seine intrinsischen Eigenschaften. Der Debonding-Primer ist mit einer Vielzahl an herkömmlich eingesetzten Klebstoffen kombinierbar und bietet so eine Lösung für eine breite Palette an Anwendungen. Bei der Entwicklung des Primers wurde speziell darauf geachtet, keinerlei gesundheitsbedenklichen Stoffe zu verwenden, wie SVHC (Substances of Very High Concern) oder CMR (cancerogen, mutagen, reprotoxic) – sprich, die krebserregend, erbgutverändernd oder fruchtbarkeitsgefährdend sind.
Vor dem Auftragen des Strukturklebstoffs ist nur eine dünne Schichtdicke von weniger als 20 Mikrometern Primer erforderlich, die auf die Flächen appliziert wird. Anschließend muss der Primer für einige Minuten trocknen bevor die Verklebung in gewohnter Weise durchgeführt werden kann. Um nun auf Knopfdruck ein Lösen der Verklebung hervorzurufen, muss beispielsweise über einen Ofen, Induktion oder Strahlung die zugeführte Debonding-Temperatur einige Minuten direkt an der verklebten Stelle wirken, um den Prozess durchzuführen. Durch das Einbringen dieses externen Temperaturstimulus kommt es zu einer thermisch induzierten Gasbildung. Die Primer-Schicht wird optisch sichtbar zu einer porösen, feinschaumigen Struktur und verliert seine Kohäsion und auch Adhäsion, wodurch sich die Verklebung leicht lösen lässt. Aktuell sind drei Primer mit Debonding-Temperaturen bei 130°C, 150°C und 170°C erhältlich. Wichtig zu beachten ist bei der Verwendung der Primer ein Sicherheitsfenster von jeweils ca. 50°C zwischen der maximalen Einsatztemperatur der Verklebung und der Debonding-Temperatur. So kann beispielsweise ein 130°C-Primer nur bis zu einer Einsatztemperatur von 80°C verwendet werden.
Labortests bestätigen Leistungsfähigkeit des Primer-Systems
Zurzeit werden in den hauseigenen Laboren der Bodo Möller Chemie diverse Tests und Analysen durchgeführt, um das innovative Primer-System detailliert zu evaluieren. Der Fokus liegt hierbei zum einen auf der Kombination des Primers mit diversen Klebstoffen und Substraten und zum anderen auf Beständigkeit- und Alterungstests um die Langlebigkeit des Systems zu bestätigen. Erste Resultate von bereits durchgeführten Zugscherversuchen bestätigen auf eindrucksvolle Art und Weise die Fähigkeiten des Debonding on Demand fähigen Primers: Die Kombination von Primer und 2K-Epoxidharzklebstoff auf Aluminiumsubstrat erreichte vor dem Debonding Zugscherfestigkeiten von über 15 MPa, nach erfolgtem Debonding konnten die Proben teilweise nicht einmal mehr vermessen werden, da sich die Verklebung bereits bei vorsichtiger Handhabung der Probenplättchen löste. Parallel zu diesen Tests laufen bereits Evaluierungen des Systems bei vielen namenhaften internationalen Kunden der Bodo Möller Chemie Gruppe. Die Anwendungen reichen hier von der Feinmechanik über den Sport- und Freizeitbereich bis hin zu Automotive-Branche.
Nachhaltige Kreislaufwirtschaft dank Debonding on Demand
Ganz gleich ob Batterie, Automotive oder andere Anwendungsbereiche – duroplastische Werkstoffe sollen und werden auch weiterhin extreme Haltbarkeit und Langlebigkeit von Klebeverbindungen garantieren. Debonding on Demand mit dem patentierten Debonding-Primer ermöglicht dies allerdings auf eine nachhaltige Art und Weise. Nicht nur Reparaturen und die insgesamte Praktikabilität werden durch den Prozess für die Industrie vereinfacht, auch das Recycling verwendeter Werkstoffe kann sortenreiner geschehen und die Kreislaufwirtschaft verbessert werden. Zwar hat insbesondere die EU dazu verschiedene Auflagen und Direktiven verabschiedet, doch perspektivisch gesehen ist Debonding on Demand im Hinblick auf die Ressourcenschonung ein Trendthema von globalem Interesse. Die von der Bodo Möller Chemie angebotene Primer-Methode ist ein vielversprechender und fortschrittlicher Lösungsansatz, der zu einer nachhaltigeren Zukunft der Klebstoffverbindungen beiträgt. Der Herausforderung, ein zuverlässiges Debonding bei gleichzeitig nahezu gleicher Wirksamkeit der strukturellen Klebstoffverbindungen zu erzielen, wird das innovative Primer-System gerecht, wie Labortests der Bodo Möller Chemie Gruppe bestätigen.
