Lichthärtende Klebstoffe im Brennpunkt der Entwickler

Lichthärtende Klebstoffe sind inzwischen unverzichtbar für industrielle Prozesse geworden, gleichgültig ob es sich um Klebstoffe auf Basis von Acrylaten oder Epoxidharzen handelt. Obwohl oder vielmehr, weil diese Klebstoffe inzwischen viele Anwendungsbereiche erobert haben, steht auch die Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet nie still: neue Rohstoffe, veränderte Anforderungen der Kunden oder neue Technologien erfordern eine ständige Weiterentwicklung.

Zwischen den Anfängen in den 50er Jahren, als lichthärtende Klebstoffe hauptsächlich in der Möbelindustrie eingesetzt wurden, über den ersten Aufschwung im Druckfarbenbereich in den 70er Jahren bis zum heutigen High-Tech-Einsatz in der Mikroelektronik liegt eine rasante Entwicklung, die noch nicht zu Ende ist. Denn Epoxidharze und Acrylate, die bei der Bestrahlung mit UVA-Licht oder Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich aushärten, sind für viele Anwendungen unverzichtbar geworden.

Die Vorteile der lichthärtenden Klebstoffe liegen auf der Hand:

• Einfache Verarbeitung è für hoch automatisierte Prozesse
• Sekundenschnelle Aushärtung ohne Temperaturzufuhr è für schnelle Inline-Produktion
• „Curing on demand“, d. h. der Klebstoff härtet erst nach Bestrahlung mit Licht der notwendigen Wellenlänge aus è einfache Integration in Fertigungslinien
• Frei von Lösungsmitteln è umweltverträglich und gesundheitsschonend
• Harte wie auch sehr flexible Klebstoff-Varianten è maßgeschneidert für die Anwendung

Neben den bekannten Anwendungen sind noch viele weitere möglich. Drei zentrale Entwicklungsrichtungen sollen im Folgenden kurz vorgestellt werden, die eindrucksvoll demonstrieren, wie Eigenschaften, die vor wenigen Jahren noch als unmöglich erachtet wurden, heute realisiert werden können.

Glasklebstoffe – feuchtigkeitsbeständig und dauerhaft transparent

Glasklebstoffe sind schon seit geraumer Zeit eine Domäne von lichthärtenden Acrylatklebstoffen. Typische Anwendungsbeispiele sind Glastrennwände für Bürogebäude oder Glasverklebungen zu Designzwecken. Neuerdings werden Glasklebstoffe für strukturelle Verklebungen verwendet, beispielsweise für das Verkleben von Fassadenteilen aus Glas bei modernen Gebäuden. Hauptanforderungen bei allen Glasverklebungen sind neben der guten Haftung auf Glas und trockenen Klebstoffoberflächen vor allem die Beständigkeit der Verklebung und die Lichtstabilität.

Während die anfängliche Haftung auf Glas nie eine besondere Herausforderung dargestellt hat, konnte erst durch den Einsatz neuer Rohstoffe die Feuchtigkeitsbeständigkeit deutlich verbessert werden. Maßstab für die Feuchtigkeitsbeständigkeit ist der Pressure-Cooker-Test, bei dem die Verklebung 16 h bei 100 °C einer relativen Luftfeuchtigkeit von 100 % ausgesetzt wird.

Klebstoffe für die Optoelektronik

In der Optoelektronik ist zusätzlich zu den Anforderungen für Glasklebstoffe eine höhere Temperaturstabilität notwendig. Aus diesem Grund werden hier bisher vor allem Epoxidharzklebstoffe oder Silikone eingesetzt – zweikomponentige oder warmhärtende Klebstoffen mit sehr langen Aushärtezeiten von mindestens mehreren Minuten. Beim Verguss von Leuchtdioden werden heute jedoch sehr hohe Stückzahlen angestrebt, so dass die Aushärtung der Vergussmasse innerhalb weniger Sekunden erfolgen muss. So kann auch hier die Lichthärtung ihren größten Vorteil, die Geschwindigkeit, ausspielen.

Die Stabilisierung sowohl gegen Licht als auch Wärmebelastung von strahlungshärtenden Klebstoffen ist eine besondere Herausforderung, da die konventionell verwendeten Stabilisatoren die Strahlungshärtung beeinträchtigen oder gar verhindern. Eine Kombination mehrerer UV- und Thermostabilisatoren ermöglichte es den Entwicklern bei DELO Industrie Klebstoffe, diese Herausforderung zu meistern. Die Abbildung zeigt die Wärme- und UV-Stabilität im Vergleich zu handelsüblichen Produkten. Messwert ist der Grad der Vergilbung, der so genannte b-Wert, gemessen an einem Farbmessgerät.

Schwarze Chipvergussmassen

UV-härtende Vergussmassen sind in der Chipkartenindustrie Stand der Technik. Verwendet man keine speziellen Verfahren, wie z. B. die Voraktivierung von kationisch polymerisierenden Produkten an, so ist für die Nutzung der Strahlungshärtung die vollständige Durchstrahlung des Klebstoffvolumens, also ein weitgehend transparenter Klebstoff Voraussetzung für die Aushärtung.

Ein verstärktes Sicherheitsdenken hat dazu geführt, dass man die Chips und damit die Daten mehr und mehr vor unbefugten Blicken und Kopieren schützen möchte – mit einer absolut blickdichten Vergussmasse. Bisher konnte ein echt schwarzer Chipverguss nur mit warmhärtenden Produkten realisiert werden. Durch die Entwicklung eines zweiten, patentierten Härtungsmechanismus für kationische Systeme entstand in den Laboratorien von DELO eine schwarze Vergussmasse, die durch eine Kombinationshärtung von Licht und Wärme die Vorteile der Lichthärtung weiterhin nutzbar macht – also schnelle Prozesse für hohe Stückzahlen – und gleichzeitig den hohen Sicherheitsanforderungen Rechnung trägt. Sie wird bei führenden Chipmodulherstellern bereits eingesetzt.

Zusammenfassung

Diese Entwicklungsrichtungen zeigen deutlich, dass in lichthärtenden Klebstoffen noch große Potenziale zur Weiterentwicklung stecken. Selbst bei den lichthärtenden Acrylaten, die inzwischen schon seit mehreren Jahrzehnten in Einsatz sind, finden sich immer wieder Möglichkeiten zur Optimierung. Und die strahlungshärtenden Epoxidklebstoffe sind mit einem Alter von ca. 15 Jahren noch weit von dem Zenit ihrer technischen Möglichkeiten entfernt. Es gibt außer den genannten noch weitere, sehr viel versprechende Entwicklungsansätze in den Labors der Klebstoffhersteller. Beispiele sind lichthärtende Klebstoffe mit hoher Temperaturstabilität oder neue Methoden zur Sensibilisierung von Photoinitiatoren, um größere Wellenlängenbereiche für die Aushärtung nutzbar zu machen. Aber nicht nur an den Klebstoffen selbst wird geforscht und entwickelt, auch bei den Aushärtelampen stehen neue Innovationen vor der Marktreife. Besonders die Leuchtdioden-Technologie hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht und zwar sowohl hinsichtlich der emittierten Wellenlängen, der Intensität des ausgestrahlten Lichtes sowie der Lebensdauer. Die ersten wirklich leistungsfähigen Aushärtelampen mit Leuchtdioden statt konventionellen Quecksilberdampflampen werden in absehbarer Zeit auf dem Markt erscheinen.