Quelltext der Seite Schmelzklebstoff

[[Datei:Ersatzpatronen Heißkleber.jpg|mini|Ersatzpatronen für [[Heißklebepistole]]n]]

'''Schmelzklebstoffe''', auch '''Heißklebestoffe''', '''Heißkleber''', '''Hotmelt''' oder (in der Schweiz) '''Heissleim''' genannt, sind lösungsmittel- bzw. wasserfreie und bei Raumtemperatur mehr oder weniger feste Produkte, die im heißen Zustand als viskose Flüssigkeit vorliegen und auf die Klebefläche aufgetragen werden. Beim Abkühlen verfestigen sie sich reversibel und stellen eine feste Verbindung her. Diese Gruppe von [[Klebstoff]]en sind thermoplastische Polymere, die auf verschiedenen chemischen Rohstoffen basieren.<ref name="Müller, Rath">{{Literatur| Autor=Bodo Müller, Walter Rath | Titel=Formulierung von Kleb- und Dichtstoffen das kompetente Lehrbuch für Studium und Praxis | Verlag=Vincentz Network GmbH & Co KG | ISBN=978-3-87870-791-2 | Jahr=2004 | Online={{Google Buch | BuchID=kSpLnuE3LqQC | Seite=83 }} | Seiten=83 }}</ref>

== Geschichte ==
Der wahrscheinlich erste systematisch hergestellte Klebstoff der Menschheitsgeschichte war ein Schmelzklebstoff: Sowohl [[Neandertaler]] als auch [[Mensch|moderne Menschen]] (''Homo sapiens'' der [[Cro-Magnon-Mensch|Cro-Magnon-Epoche]]) verwendeten schon vor mindestens ca. 45.000 Jahren [[Birkenpech]], um Stein und Holz ihrer Waffen und Werkzeuge miteinander zu verbinden. Der älteste Beleg für die Verwendung von Birkenpech stammt aus Campitello in Italien (oberes [[Arno (Tyrrhenisches Meer)|Arnotal]]) und ist etwa 200.000 Jahre alt. Birkenpech wurde aus [[Birke]]n[[rinde]] durch [[Trockendestillation]] gewonnen.<ref name="Klingen">{{Literatur| Autor=Jürgen Klingen | Titel=Fügetechnologie Kleben: eine Anleitung für den zeitgemässen und sicheren Klebprozess in Industrie und Handwerk | Verlag=John Wiley & Sons | ISBN=978-3-527-81606-4 | Jahr=2019 | Online={{Google Buch | BuchID=82WRDwAAQBAJ | Seite=1 }} | Seiten=1 }}</ref>

Der 1991 als Gletschermumie aufgefundene – [[Ötzi]] genannte – [[steinzeit]]liche Mann, der um 3340 [[v. Chr.|v.&nbsp;Chr.]] auf dem [[Similaun]] starb, befestigte die Spitzen seiner [[Pfeil (Geschoss)|Pfeile]] aus [[Feuerstein]] an den Schäften aus dem Holz des [[Wolliger Schneeball|Wolligen Schneeballs]] mittels [[Pflanzenfaser]]n und Birkenpech.<ref name="Klingen" />

== Einteilung ==
Die Schmelzklebstoffe lassen sich in physikalisch und chemisch abbindende Klebstoffe unterteilen. Die physikalisch abbindenden Klebstoffe sind [[Thermoplaste]], die chemisch abbindenden bilden [[Duroplaste]], d. h. dreidimensionale Netzwerke.<ref name="Brockmann et al">{{Literatur| Autor=Walter Brockmann, Paul Ludwig Geiß, Jürgen Klingen, K. Bernhard Schröder | Titel=Klebtechnik Klebstoffe, Anwendungen und Verfahren | Verlag=John Wiley & Sons | ISBN=978-3-527-66050-6 | Jahr=2012 | Online={{Google Buch | BuchID=ZKo_sfLCdLQC | Seite=50 }} | Seiten=35, 50 }}</ref> Eine andere Einteilungsart ist bezüglich des Verfestigungsmechanismus. Dabei werden die Schmelzklebstoffe in amorphe, teilkristalline und hochmolekulare Polymere eingeteilt, wobei bei den beiden ersten die [[Glastemperatur]] oberhalb und bei letzterem unterhalb der Raumtemperatur liegt.<ref name="Müller, Rath" />

Die wichtigsten für physikalisch abbindende Schmelzklebstoffe eingesetzten Polymere sind Polyamidharze, gesättigte Polyester, [[Ethylen-Vinylacetat-Copolymer|Ethylen-Vinylacetat-Copolymerisate]] (EVA), [[Polyolefine]], Blockcopolymere (Styrol-Butadien-Styrol oder Styrol-Isopren-Styrol) und [[Polyimide]]. Polyamide, Polyester und Polyimide werden in so genannten Hochleistungs-Schmelzklebstoffen, Ethylen-Vinylacetat-Copolymere und Polyolefine in so genannten Massen-Schmelzklebstoffen verwendet.<ref name="Brockmann et al" />

== Inhaltsstoffe ==
Die eigentlichen Eigenschaften der Klebschicht in Bezug auf Adhäsion, Kohäsion und Temperaturverhalten werden von den Basispolymeren bestimmt, wobei zur Gewährleistung der Funktionalität oder zur Erzielung weiterer spezieller Eigenschaften verschiedene Zusätze benötigt werden. [[Harze]] dienen der Erhöhung der Klebrigkeit der Schmelze bei Verarbeitungstemperatur. Langkettige (Dibutyl- oder Nonyl-) [[Phthalsäureester]] dienen als [[Weichmacher]] für nicht ausreichend flexible Polymere. Aromatische [[Amine]] oder [[Phenole]] dienen als [[Stabilisator (Chemie)|Stabilisatoren]] oder [[Antioxidantien]] während der Verarbeitung der Schmelze unter Sauerstoffeinfluss. [[Kreide (Gestein)|Kreide]], [[Schwerspat]] oder [[Titandioxid]] dienen der Festigkeitserhöhung und als [[Streckmittel]] zur Kostenreduzierung und [[Wachs]]e dienen als Viskositätsregulanzien.<ref name="Brockmann et al" />

=== Basispolymere ===
{| class="wikitable"
!  || Bezeichnung || Verarbeitungstemperatur || Bemerkungen
|-
| PA || [[Polyamide]] || > 200&nbsp;°C || 
|-
| PE  || [[Polyethylen]] ||  140 bis 200&nbsp;°C || 
|-
| APAO || [[amorphe Polyalphaolefine]] || ~ 170&nbsp;°C || 
|-
| EVAC || [[Ethylenvinylacetat]]-[[Copolymer]]e || ~ 150&nbsp;°C || 
|-
| [[Thermoplastische Elastomere|TPE]]-E || [[Polyester]]-[[Elastomer]]e ||  || 
|-
| TPE-U || [[Polyurethan]]-Elastomere ||  || 
|-
| TPE-A || Copolyamid-Elastomere ||  || 
|-
|  || [[Polyvinylpyrrolidon|Vinylpyrrolidon/Vinylacetat-Copolymere]] || ~ 130&nbsp;°C || wasserlöslich
|}

=== Harz ===
* [[Kolophonium]]
* [[Terpene]]
* Kohlenwasserstoffharze

=== Stabilisatoren ===
* [[Antioxidantien]]
# Primär („Radikalfänger“, z. B. Phenole)
# Sekundär (Peroxidzersetzer)
* Metalldesaktivatoren (bilden mit Metallionen Komplexe)
* [[Lichtschutzmittel]]

=== Wachs ===
* Natürlich ([[Bienenwachs]])
* Synthetisch (voll-, teilsynthetisch, chemisch verändert)

=== Nukleierungsmittel ===
[[Nukleierung]]smittel können zur Modifizierung teilkristalliner Kunststoffe zugegeben werden. Sie sorgen dafür, dass die [[Kristallisation (Polymer)|Kristallbildung]] bei höherer Temperatur eintritt.<ref>{{Patent| Land=DE| V-Nr=102007027801| Code=A1| Typ=Patentanmeldung| Titel=Reaktive Polyurethan-Hotmelts| A-Datum=2007-06-16| V-Datum=2008-12-18| Anmelder=Bayer Materialscience AG| Erfinder=Matthias Wintermantel et al}}</ref> Somit lassen sich beispielsweise bei [[Polypropylen]] die Taktzeiten um bis zu 30 % reduzieren und die Kristallstruktur optimieren. Nebeneffekt ist eine stärkere [[Schwindung]].

== Eigenschaften ==
Naturgemäß kann eine Verbindung durch einen Schmelzklebstoff ohne Nachvernetzung nur bis maximal zu seiner Erstarrungstemperatur wärmebeständig sein.<ref name="Brockmann et al" /> Meist liegt die Wärmefestigkeit einer solchen Verbindung noch unterhalb ihrer [[Erweichungstemperatur]]bereiches.<ref name="Habenicht" /> Die Verarbeitungstemperaturen sind von der Art des Grundstoffs abhängig und liegen im Bereich zwischen 120 und 240&nbsp;°C. Hochschmelzende Schmelzklebstoffe auf der Basis von Polyimiden haben eine Verarbeitungstemperatur von über 260&nbsp;°C. Typische Viskositäten bei den Verarbeitungstemperaturen von Schmelzklebstoffen liegen zwischen 20 [[Pascalsekunde|Pa·s]] (Polyamid) und 10000 Pa·s (Ethylen-Vinylacetat-Copolymere).<ref name="Brockmann et al" />

Eine Steigerung der Festigkeit und auch der Langzeitbeständigkeit von Schmelzklebstoffen kann erreicht werden, wenn diesen durch Zusätze oder speziellen Aufbau der Polymere die Eigenschaft gegeben wird, nach Erreichen der Schmelztemperatur weiterhin zu vernetzen. Das gelingt sowohl mit Epoxidharz-Systemen als auch mit den heute am weitesten verbreiteten Polyurethan-Schmelzklebstoffen mit Nachvernetzung, in denen die nachträgliche chemische Reaktion durch von außen einwirkende Feuchtigkeit initiiert wird. Diese nachvernetzenden Schmelzklebstoffe können bei relativ geringen Temperaturen (ca. 60–80&nbsp;°C) aufgebracht werden und widerstehen im ausgehärteten Zustand Temperaturen von bis 120–150&nbsp;°C.<ref name="Brockmann et al" />

== Anwendung ==

Die Materialien werden je nach Anwendungsgebiet bezüglich der Haftungseigenschaften auf den Substraten, der Verarbeitungstemperatur, der Wärmestandfestigkeit, der chemischen Beständigkeit und der Härte ausgewählt.<ref name="Brockmann et al" />

=== Lieferung ===

Schmelzklebstoffe werden als [[Kunststoffgranulat|Granulat]], als Pulver, als Folie, als [[Hobbock]], als Vlies, als Fässer oder als Stangen („Kerzen“) angeboten.<ref name="Müller, Rath" /> Haft-Schmelzklebstoffe, wie man sie u.&nbsp;a. auf Briefumschlägen findet, werden in Blockform geliefert. Hier ist der Klebstoff zur besseren Handhabung bis zur Verarbeitung mit einer Folie umgeben, die sich während des Aufschmelzens mit dem Klebstoff vermischt. Diese Folie hat so gut wie keinen Einfluss auf die Verarbeitung oder die Klebeeigenschaften.<ref name="Rasche">{{Literatur| Autor=Manfred Rasche | Titel=Handbuch Klebtechnik  | Verlag=Carl Hanser Verlag GmbH Co KG | ISBN=978-3-446-43198-0 | Jahr=2012 | Online={{Google Buch | BuchID=07JPAgAAQBAJ | Seite=392 }} | Seiten=392 }}</ref><ref name="Habenicht" />

[[Polyester]]- und Polyesteramid-Schmelzklebstoffe werden zum Teil aus [[Nachwachsender Rohstoff|nachwachsenden Rohstoffen]] hergestellt und sind im Prinzip kompostierbar.

=== Verarbeitung ===

Die Verarbeitungstemperaturen liegen meist im Bereich zwischen 120 und 240&nbsp;°C, wobei eine für die optimale Benetzung notwendige Viskosität vorliegt, jedoch noch keine thermische oder oxidative Schädigung der Schmelze auftritt.<ref name="Habenicht" />

Je nach Lieferform bzw. Gebindeform des Klebstoffes kommen unterschiedliche Versorgungssysteme (z.&nbsp;B. [[Extruder]], Tank, Fass-Schmelzanlagen) zum Einsatz.<ref name="Müller, Rath" />

In der Industrie erfolgt die Applikation durch temperaturgeregelte Heißleimgeräte mit [[Heizschlauch|Heizschläuchen]] und Auftragsköpfen mit Düsen.<ref name="Müller, Rath" /> Schmelzklebstoffe eignen sich für das [[Low Pressure Molding|Low-Pressure-Molding]]-Verfahren, in dem das heiße, flüssige Material bei niedrigem Druck, typischerweise 5 bis 25 bar, in ein relativ kaltes Formwerkzeug eingebracht wird. Aufgrund des niedrigen Einspritzdrucks eignet sich dieses Verfahren für empfindliche Bauteile wie [[Leiterplatte]]n und [[Sensor]]en.

Für den gelegentlichen Gebrauch und den [[Heimwerker]]bereich werden [[Heißklebepistole]]n angeboten. Das sind einfache Handgeräte mit Temperaturregelung durch [[Kaltleiter]], die Heißklebepatronen in Stangenform (auch „Kerzen“ oder „Sticks“ genannt) verarbeiten.

Insbesondere beim Kleben von Metallen ist darauf zu achten, dass wegen der guten Wärmeleitfähigkeit der Fügeteile der Schmelzklebstoff im Grenzschichtbereich nicht zu schnell erstarrt und damit die vollständige Benetzung der Oberflächen verhindert wird.<ref name="Brockmann et al" />

=== Vor- und Nachteile ===

==== Vorteile ====
* [[Lösungsmittel]]frei<ref name="Brockmann et al" />
* Nahezu unbegrenzte Lagerbarkeit
* Niedriger Materialpreis
* Schnelle Verarbeitung (nur Abkühlen der Verklebung statt des langsamen Aushärtens bei lösungsmittelgebundenen Klebesystemen oder der chemischen Reaktion von Zweikomponentenklebern)<ref name="Brockmann et al" />
* Klebstoffreste können durch Aufheizen verflüssigt und von den meisten Oberflächen rückstandsfrei entfernt werden (zur Reinigung der Werkzeuge oder zum Trennen alter Verklebungen).<ref name="Brockmann et al" />
* Verklebung verschiedener Materialien möglich, besonders geeignet für leicht poröse oder fasrige Werkstoffoberflächen
* Kann Unebenheiten der verklebten Oberflächen ausgleichen
* Elastizität der Klebefuge
* Keine Dosier- und Mischvorgänge vor Verarbeitung nötig<ref name="Brockmann et al" />

==== Nachteile ====
* [[Klebepistole|Spezialgeräte]] sind zur Verarbeitung erforderlich, diese brauchen typischerweise einen Stromanschluss.
* Gefährdungspotential bei der Handhabung des heißen Geräts und der heißen Masse
* Mechanisch wenig formbeständig, neigen schon bei relativ geringer statischer Belastung und höherer Umgebungstemperatur zum [[Kriechen (Werkstoffe)|Kriechen]]<ref name="Brockmann et al" />
* Relativ geringe Wärmestandfestigkeit<ref name="Brockmann et al" />
* Chemisch wenig beständig
* Klebespalt kann nicht beliebig klein gewählt werden → höhere Klebedicken als bei vielen anderen Klebstoffen, wobei Folien aus Schmelzklebstoffen eine Dicke von 10–200 µm haben können.<ref name="Habenicht">{{Literatur| Autor=Gerd Habenicht | Titel=Kleben Grundlagen, Technologien, Anwendungen | Verlag=Springer Science & Business Media | ISBN=978-3-540-85264-3 | Jahr=2008 | Online={{Google Buch | BuchID=dncfSOEj7DUC | Seite=73 }} | Seiten=73,147 }}</ref>
* Hohe Viskosität und Wärmebelastung der Fügeteile<ref name="Brockmann et al" />

=== Typische Einsatzbereiche ===
* Verpackungsindustrie, z.&nbsp;B. Verkleben von Kartons, Briefumschlägen, Beuteln
* Kleidung, z.&nbsp;B. Einkleben von Schulterpolstern in Jacketts (reinigungsfest)
* Ölfilter in KFZ, z.&nbsp;B. Einkleben der Papierrolle im Gehäuse
* Elektrotechnik, z.&nbsp;B. partielles oder vollständiges Eingießen von Baugruppen („Gehäuseersatz“) oder Bauteilen zur mechanischen Stabilisierung, Isolation oder speziell bei [[Induktivität (Bauelement)|Induktivitäten]] zur Verringerung von mechanischen Schwingungen der Kupferspule und dementsprechender Geräuschentwicklung.
* Kabeldurchführungen, Dichtungsmuffen, z.&nbsp;B. für Leitungen in Kraftfahrzeugen
* Möbel- und Holzindustrie, Laminiertechnik, Bezüge und Polsterung von Sitzen in KFZ
* Schuhindustrie
* Windeln, z.&nbsp;B. Verkleben der saugfähigen Vliese in die Hülle
* Teppichindustrie, Teppichrücken mit der Nutzschicht verkleben
* Heimwerker ([[Heißklebepistole|Schmelzklebepistolen]] mit Klebstoffkerzen)
* Buchbinden (Anbringen des Umschlags am Buch, alternativ zu Dispersionsklebstoffen) oder alle Seiten miteinander verbinden (Rückenverklebung)
* Sanitärindustrie (Verklebung von [[Einscheiben-Sicherheitsglas|ESG-Glasscheiben]] in Aluminium-Duschtürprofilen)

Seit Anfang der 2000er Jahre werden für den Papier- und Verpackungsbereich Schmelzklebstoffe eingesetzt, die schon bei Temperaturen um 100&nbsp;°C verarbeitet werden können und damit die thermische Belastung reduzieren. Weitere Spezialanwendungen sind UV-reaktiver Schmelzklebstoffsysteme aus UV-härtenden Polyacrylaten zur Etiketten- und Klebebandproduktion, bei denen durch Regulierung der Intensität der UV-Bestrahlung sehr unterschiedliche Adhäsions- und Kohäsionseigenschaften erreicht werden können. Für wiederverwendbare Kunststoffflaschen sind wasserlösbare Schmelzklebstoffe für Etiketten entwickelt worden.<ref name="Brockmann et al" />

== Trivia ==
Auch [[Siegellack]], [[Kolophonium]], [[Bernstein]] und [[Schellack]] sind zu den Schmelzklebstoffen zu rechnen.<ref name="Müller, Rath" /> Schmelzklebstoffe (meist Ethylen-Vinylacetat-Copolymere) können auch als [[Heißsiegel]]-Klebstoffe verwendet werden.<ref name="Brockmann et al" />

== Siehe auch ==
* [[Reaktiver Schmelzklebstoff]] (aushärtende Schmelzklebstoffe)
* [[Plastisol]] (werden wie Schmelzklebstoffe durch Erwärmen in einen benetzungsfähigen Zustand gebracht)

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Klebstoff]]