Vom Monomer zum Markt: Wie geschäumte Haftklebebänder entstehen

ORAFOL entwickelt geschäumte Haftklebebänder (UHB) vollständig selbst – angefangen beim Rohstoff bis zum maßgeschneiderten Produkt für die anspruchsvollsten Anwendungen. Unser Senior R&D Scientist Lucas Patzlaff begleitete diesen Prozess seit seiner Bachelorarbeit, vom Labor bis zum Marktantritt.

Transformatoren sind das Herzstück unserer Stromversorgung. Rund um die Uhr wandeln sie Spannung um und sorgen dafür, dass nie das Licht ausgeht. In den Transformatoren herrschen widrige Bedingungen: Öl, Wärme, hohe Ströme – und trotzdem müssen alle Komponenten fest und dicht zusammenhalten. Wie gelingt das? Mit einem geschäumten Klebeband, auch Acrylatschaum oder Ultra High Bond (UHB) genannt.

„Dank ihrer speziellen Eigenschaften halten unsere Acrylatschäume Lasten aus, bei denen Schrauben oder Nieten versagen“, sagt Lucas Patzlaff, Senior R&D Scientist Adhesive Tape Systems (ATS). Er muss es wissen: Seit seiner Bachelor- und dann der Masterarbeit begleitet er die Entwicklung von UHB bei ORAFOL. Statt das geschäumte Haftklebeband nur zu veredeln, stellt der ATS-Bereich dieses erstmalig komplett selbst her. Den Anfang machen dabei Monomere.

Am Anfang ist das Monomer

Ein Monomer ist ein winzig kleines, kugeliges Molekül. Unter den passenden Bedingungen – wie Wärme und Druck – nimmt es andere Monomere „an die Hand“ und bildet lange Ketten, sogenannte Polymere. Die sind die Grundlage aller gängigen, künstlich hergestellten Kunststoffe, auch des Acrylatschaums. Damit der später zuverlässig haftet, dämpft, abdichtet und beständig bleibt, muss schon bei der Kettenreaktion, der Polymerisation, alles stimmen. „Temperatur und Druck beispielsweise beeinflussen die Struktur des Polymers. Damit definiert man, wie flexibel, scherfest oder UV-beständig der Acrylatschaum später sein wird“, erklärt Lucas Patzlaff. „Deswegen ist es essenziell, dass wir schon im ersten Schritt der Herstellung die volle Kontrolle über die Rezeptur und Qualität unserer Produkte haben.“ Und so entschied sich ORAFOL vor wenigen Jahren dazu, erstmalig selbst Polymere zu synthetisieren, statt diese von Zulieferern einzukaufen.

Eigenschaften von ORABOND® UHB Hochleistungsklebebändern:

Hoch Scherfest
Temperaturbeständig
Lösemittelfrei
Beständig gegenüber Wasser, Salz, Öl, Benzin, UV-Licht
Hohe Schichtdicken
Visko-elastisch
Belastbar gegenüber dynamischen Kräften
Farbig und hoch transparent möglich

Aus dem Praktikum ins eigene Projekt

Lucas Patzlaff bewarb sich genau zu diesem Zeitpunkt initiativ für ein Praktikum während seines Studiums des Chemieingenieurswesens, wie er erzählt: „Es gab bei ORAFOL schon eine Bachelorarbeit dazu, wie Polymere im Labormaßstab synthetisiert werden können – aber keine darüber, ob und wie das Ganze im industriellen Standard funktioniert. Diese Aufgabe wurde Teil meines Praktikums, und dann der Bachelorarbeit.“ Denn Monomere bringen Herausforderungen mit sich: Sie gelten als Gefahrstoffe, weil sie reizend, reaktiv und hochentzündlich sind. Bei der Polymerisation kann es zu starken Wärmeentwicklungen kommen. „Wir haben ganz neue Sicherheitsanforderungen gemeistert. Und dann, nach unzähligen Evaluationen im Labor sowie in unserer Technikumsanlage, erfüllte unser Fertigungsprozess alle unsere Vorgaben“, sagt Lucas Patzlaff.

Vom Polymer zum Acrylatschaum

Das Ergebnis: eine sirupähnliche Flüssigkeit, die bereits Produkteigenschaften enthält, aber noch nicht vollständig polymerisiert ist. Der letzte Schritt der chemischen Vernetzung passiert auf der Beschichtungsanlage: Durch die Bestrahlung mit UV-Licht „verkettet“ sich das Polymer zum Acrylatschaum. Auch hier wollte der Bereich ATS neue Wege gehen und suchte nach einer wirtschaftlichen und nachhaltigen Lösung für diesen energieintensiven Prozess: „Üblicherweise nutzt man für die Aushärtung Quecksilberlampen – das war aus unserer Sicht nicht zukunftsfähig noch nachhaltig.“, so Patzlaff.

Mit Förderung vom Bund

Quecksilberlampen haben eine kurze Lebensdauer, verbrauchen viel Energie und sind kostenintensiv. Auch mit der Qualität der Vernetzung im Acrylatschaum war Lucas Patzlaff nicht ganz zufrieden. Er fragte sich: Geht das nicht mit LEDs? „Auf dem Papier hatten LED nur Vorteile gegenüber Quecksilber. Aber es gab keine geeigneten Lösungen, die zu unserer Anwendung gepasst haben. Also haben wir sie uns passend gemacht“, erklärt er. Mit mehreren selbst gebauten Protoypen führte er Versuche durch und wandte sich dann, in Zusammenarbeit mit der Verfahrenstechnik, an einen Anlagenhersteller, der in gemeinsamer Entwicklung mit ORAFOL eigene LED-Module für die UV-Bestrahlung in der Beschichtungsanlage baute. Diese Art der Prozessführung ist komplett neuartig – nicht nur für ORAFOL, wie Dr. Felix Limberg, Leiter R&D Adhesive Tape Systems, erklärt: „Die Bestrahlung mit LED-UV-Lampen ist chemische Grundlagenforschung. Diese Innovation macht uns und den Wirtschaftsstandort Deutschland am Weltmarkt zum Vorreiter. Daher unterstützte der Bund unser Projekt auch mit Fördergeldern.“

Bereit für den Industriemaßstab

Die LED ermöglichen eine effizientere Produktion mit Lebensdauern von über 10 Jahren – und bieten durch ihre Regelbarkeit noch mehr Freiheiten beim gezielten Vernetzen der Polymere. Hergestellt werden die UHB im Industriemaßstab auf der neuen Beschichtungsanlage in Halle 10. „Dort gibt es einen eigenen Trockner mit dem UV-Kanal, der im Wechsel zum bestehenden Trockner betrieben werden kann. So benötigen wir keine eigene Anlage und können die neuen Produkte zügig in den Produktionsbetrieb überführen“, sagt Dr. Limberg.

Vom Labor in den Markt

Was am Ende aus der Beschichtungsanlage kommt, sieht unscheinbarer aus, als es ist: dickes, schaumähnliches, homogenes Haftklebeband für die anspruchsvollsten Anwendungen. Und für Lucas Patzlaff geht es im Business Development bei ORAFOL weiter: „Jetzt spreche ich mit Kunden über eine ganze Klasse an Produkten, die ich im Labor entwickelt habe.“