Zum Verschließen von Paketen, aber auch zum Anbringen von Luftpolsterfolie und anderen Verpackungsmaterialien an zu versendenden Gegenständen ist Klebeband nicht wegzudenken. Es ist in vielen Breiten, aber auch in unterschiedlichen Varianten verfügbar. Häufig besteht es aus Plastik. Bei der Wahl von Klebeband kommt es auf eine hohe Klebekraft an, damit das Klebeband tatsächlich hält. Allerdings kann das Klebeband selbst, aber auch der Kleber durch Hitze oder Kälte beeinträchtigt werden. Wichtig bei der Auswahl des geeigneten Klebebandes ist daher, zu wissen, wann Plastik schmilzt und wie es sich bei Kälte verhält.
Zündtemperatur als wichtiges Kriterium für das Schmelzen von Plastik
Klebeband besteht in den meisten Fällen aus Plastik, doch ist es in unterschiedlichen Varianten erhältlich. Auch Luftpolsterfolie und verschiedene andere Verpackungsmaterialien sowie Lieferscheintaschen bestehen aus Kunststoff. Um solche Materialien auch bei hohen Temperaturen zu nutzen und zu vermeiden, dass sie geschädigt werden, ist es wichtig, zu wissen, ab wann Plastik schmilzt.
Um den Schmelzpunkt von Plastik zu ermitteln, ist die Zündtemperatur wichtig. Sie wird auch als Selbstentzündungstemperatur bezeichnet. Es handelt sich um die Temperatur, bei der sich Plastik ohne eine zusätzliche Zündquelle an der Luft selbst entzündet. Dabei kommt es auch auf das Volumen des Materials an. Das Material entzündet sich umso schneller, je größer sein Volumen ist.
Die Glasübergangstemperatur (Tg) kann als Schmelztemperatur bezeichnet werden. Es ist die Temperatur, bei der teilkristallines oder amorphes Material wie Kunststoff, Harz oder Klebstoff von einem glasartigen, hart-spröden Zustand in einen viskolelastischen, weich-gummiartigen Zustand übergeht. Unterhalb der Glasübergangstemperatur ist das Material wenig flexibel, da es hart und spröde ist. Wird die Glasübergangstemperatur überschritten, ist das Material biegsam, elastisch und mitunter auch klebrig.
Schmelztemperatur von Kunststoff
Am häufigsten besteht Klebeband aus Plastik, also aus Kunststoff. Es gibt jedoch auch Klebebänder aus Papier und anderen Materialien. Es gibt verschiedene Arten von Kunststoffen, bei denen sich die Zündtemperatur unterscheidet. Die Zündtemperatur von Kunststoff wird daher in einer breiten Spanne von 200 bis 300 Grad Celsius angegeben. Kunststoff schmilzt jedoch bereits deutlich früher. Auch bei der Schmelztemperatur bestehen Unterschiede, abhängig von der Art des Kunststoffs.
HDPE (High Density Polyethylene) ist Polyethylen mit einer hohen Dichte. Dieser thermoplastische Kunststoff ist robust, steif und vielfältig verwendbar. HDPE ist aufgrund seiner hohen Festigkeit, Dichte und chemischen Beständigkeit hervorragend für Rohre, Flaschen, Behälter und verschiedene langlebige Produkte geeignet. Kurzzeitig kann HDPE hohen Temperaturen bis zu 100 Grad Celsius ausgesetzt werden.
LDPE (Low Density Polyethylene) ist Polyethylen mit niedriger Dichte und ist ein zäher, weicher und flexibler thermoplastischer Kunststoff. Er wird häufig für Lebensmittelverpackungen, Folien, Tüten und Einweghandschuhe verwendet, da er wasserdicht, dehnbar und gut verarbeitbar ist. Häufig schmilzt LDPE bereits bei Temperaturen unter 90 Grad Celsius.
Auch der Schmelzpunkt von Polypropylen (PP) liegt bei ungefähr 90 Grad Celsius. Anders sieht es bei Polyethylenterephtalat (PET) aus. Ein PET-Flasche kristallisiert bei einer Temperatur von mehr als 1.020 Grad Celsius aus. Das ist daran zu erkennen, dass sie weiß wird. Der Schmelzpunkt von PET liegt bei 270 Grad Celsius.
Kunststoff wird bei der Verarbeitung mitunter geschweißt. Beim Schweißen spielt der Schmelzpunkt eine wichtige Rolle. Abhängig von der Folienart und der Folienstärke muss das Schweißgerät die erforderliche Temperatur erreichen, damit eine haltbare Schweißnaht entsteht.
Abhängig von der Art der Kunststoffe unterscheidet sich der Schmelzpunkt:
· HDPE: ab 125 Grad Celsius
· LDPE: ab 105 Grad Celsius
· Polypropylen: 165 Grad Celsius
· Polystyrol: ungefähr 90 Grad Celsius
· Polyamid: ab 200 Grad Celsius
· Polyvinylchlorid: ungefähr 210 Grad Celsius
Unterschiedliche Bindung der Moleküle bei den verschiedenen Arten von Plastik
Die verschiedenen Arten von Plastik unterscheiden sich in der Bindung ihrer Moleküle. Das wirkt sich auch auf die Schmelztemperatur aus.
Bei den Duroplasten sind die Makromoleküle engmaschig und gitterförmig miteinander vernetzt. Diese harten, spröden Kunststoffe schmelzen und verformen sich kaum unter Hitzeeinwirkung. Sie können jedoch, da sie spröde sind, leicht brechen. Wird die Hitze zu groß, zersetzen sich Duroplaste.
Thermoplaste verfügen über Moleküle, die zu langen Ketten verbunden sind. Innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs werden Thermoplaste weich und formbar. Beim Abkühlen erhärtet Thermoplast in seiner aktuellen Form.
Elastomere sind unter Normaltemperatur elastisch, da die Moleküle nur mit wenigen Bindungen miteinander verbunden sind. Elastomere schmelzen nicht, sondern sie zersetzen sich bei großer Hitze.
Einfluss der Temperatur auf die Klebekraft von Klebeband
Wird Klebeband großer Hitze ausgesetzt, kann es schmelzen. Allerdings kommt es auch auf den Klebstoff und dessen Klebekraft an. Die Klebekraft ist abhängig von der chemischen Zusammensetzung des Klebebands und von dessen Klebstoff. Bei hohen Temperaturen kann der Klebstoff seine Haftung verlieren, da er weich wird. Der Klebstoff kann bei niedrigen Temperaturen verhärten. Er wird dann spröde und haftet nicht mehr.
Unterschiede bestehen zwischen der kurzfristigen und der dauerhaften Temperaturbelastung. Das gilt nicht nur bei Hitze, sondern auch bei Kälte. Einige Arten von Klebebändern können niedrige Temperaturen kurzfristig aushalten. Bei längerer Kälteeinwirkung verlieren sie jedoch ihre Flexibilität.
Wichtige chemische und physikalische Eigenschaften von Klebeband
Zu den wichtigsten chemischen und physikalischen Eigenschaften von Klebeband gehören der Schmelzpunkt, die Glasübergangstemperatur und die Beständigkeit gegen UV-Strahlung und Feuchtigkeit. Beim Außeneinsatz von Klebeband, beispielsweise bei Reparaturen, kommt es darauf an, dass es beständig gegen UV-Strahlung und Feuchtigkeit ist.
Bedeutung der Glasübergangstemperatur bei Klebeband
Die Glasübergangstemperatur ist bei Klebeband wichtig für die Haftkraft. Sie wirkt sich auf den Kunststoff als Trägermaterial und auf den Klebstoff aus.
Ein Klebstoff mit einer hohen Glasübergangstemperatur bleibt stabil und fest und ist daher gut für hitzebeständige Anwendungen geeignet. Das ist wichtig, wenn Klebeband benötigt wird, um ein Paket in ein Land zu verschicken, im dem hohe Temperaturen herrschen.
Hat ein Klebstoff eine niedrige Glasübergangstemperatur, bleibt er auch bei Kälte flexibel und eignet sich für kältebeständige Anwendungen. Das trifft auch auf den Versand von Paketen in Gebiete zu, in denen niedrige Temperaturen herrschen.
Wenn die Glasübergangstemperatur zu hoch für den Einsatzbereich ist, könnte der Kleber bei niedrigen Temperaturen verspröden und reißen. Die Klebekraft geht verloren.
Ist die Glasübergangstemperatur zu hoch für den Einsatzbereich, könnte er an Haftkraft verlieren, da er bei Hitze zu weich wird.
Verhalten von Klebeband bei Kälte
Es kommt nicht nur darauf an, wie sich Klebeband bei Hitze verhält. Bei der Wahl des geeigneten Klebebands, um Pakete zu verschließen, kommt es auch darauf an, wie es sich bei Kälte verhält. Das Trägermaterial von Klebeband ist Plastik, das bei niedrigen Temperaturen in der Regel beständig ist.
Polypropylen zeichnet sich durch eine größere Steifigkeit aus. Es ist steifer, härter und fester als Polyethylen und hat eine Glasübergangstemperatur von 0 bis minus 10 Grad Celsius. Bei dauerhafter Kälte kann es spröde werden. Um das Spektrum der mechanischen Eigenschaften von Polypropylen zu erweitern, kann es mit mineralischen Stoffen wie Glasfasern, Talkum oder Kreide verarbeitet werden. Die Steifigkeit, die Gebrauchstemperaturen und andere Eigenschaften lassen sich dadurch verändern. Polyethylen muss ebenfalls speziell bearbeitet werden, damit es sich für den Einsatz im Außenbereich eignet. Das Material wird kälteresistent, wenn ihm ungefähr zwei Prozent Rußpartikel beigemischt werden.
Der Transport bei Kälte macht Klebebändern kaum etwas aus. Damit es seine gewohnt guten Materialeigenschaften behält, muss es nach dem Transport auf Raumtemperatur gebracht werden. Es kann dann problemlos verarbeitet werden.
Geeignetes Material für Klebebänder
Klebeband besteht nicht nur aus dem Trägermaterial und dem Klebstoff. Klebeband, das auf Rollen angeboten wird, besteht aus fünf Schichten. Wesentlich für die Reißfestigkeit, Dehnbarkeit und Flexibilität ist das Trägermaterial. Der Klebstoff beziehungsweise die Klebmasse ist wichtig für Klebekraft, Haftbarkeit und Soforthaftung.
Der unterste Bestandteil von Klebeband ist der Rollenkern. Auf ihm befindet sich das eigentliche Klebeband, dessen unterster Bestandteil die Klebmasse ist, die für die Verschlusssicherheit wichtig ist. Für eine optimale Haftung des Klebers auf dem Träger sorgt ein Haftvermittler. Das Trägermaterial bestimmt die Dehnbarkeit und Reißfestigkeit des Klebebandes. Für das leichte Abrollen ist das Trägermaterial mit einer Trennlackierung versehen.
Trägermaterial von Klebeband
Das Trägermaterial von Klebeband hat entscheidenden Einfluss auf dessen Widerstandskraft gegenüber extremen Temperaturen. Es muss mechanischen Belastungen standhalten, aber auch bei Hitze und Kälte seine Haftfähigkeit und Struktur behalten.
Für Umgebungen mit hohen Temperaturen eignen sich hitzebeständige Materialien wie das als Kapton bekannte Polyimid, PTFE, das auch unter der Bezeichnung Teflon bekannt ist, oder Aluminiumfolie.
In der Elektronik werden Polyimidbänder genutzt, da sie ihre Isolationseigenschaften erst bei Temperaturen von mehr als 300 Grad Celsius verlieren. PTFE-Klebebänder sind bis ungefähr 260 Grad Celsius hitzebeständig, nicht haftend und chemisch resistent. Sie eignen sich für Anwendungen in der chemischen Industrie und in der Luftfahrt. Als Isolierung und zum Schutz von hitzeempfindlichen Materialien werden Aluminiumfolien-Klebebänder verwendet.
Kältebeständige Klebebänder dürfen nicht spröde werden und müssen flexibel bleiben. PVC kann als Trägermaterial auch bei Minusgraden genutzt werden, da es flexibel bleibt. Es wird in der Verpackungsindustrie ebenso verwendet wie im Bauwesen. Polyester ist gegenüber tiefen Temperaturen widerstandsfähig. Es ist auch unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit und UV-Strahlung. Gewebe- und Vliesbänder haben den Vorteil, dass sie anpassungsfähig sind und bei Kälte nicht so schnell brechen.
Geeignete Materialien als Klebstoff
Der Klebstoff spielt bei der Temperaturbeständigkeit von Klebeband eine entscheidende Rolle. Einige Klebstoffe verlieren ihre Haftkraft bei hohen Temperaturen und werden weich, während andere verhärten und spröde werden können.
Am vielseitigsten sind Acrylkleber anwendbar, da sie bei einem Temperaturbereich von minus 40 Grad Celsius bis 150 Grad Celsius stabil bleiben. Sie haften auf unterschiedlichen Oberflächen und eignen sich auch für den Außenbereich, da sie witterungsbeständig sind. Der Nachteil besteht darin, dass sie oft eine längere Aushärtungszeit als andere Klebstoffe benötigen.
Silikonkleber zeichnen sich durch die höchste Temperaturbeständigkeit aus und eignen sich für einen Temperaturbereich von minus 50 Grad Celsius bis zu 260 Grad Celsius. Sogar auf rauen Metallen haften Silikonkleber. Sie eignen sich auch für Oberflächen wie Silikon oder PTFE und sind in der Elektronik, in der Automobiltechnik sowie in der Luft- und Raumfahrt einsetzbar. Sie sind zumeist teurer als andere Klebstoffe.
Kautschuk- und Harzkleber sind kälteflexibel und verfügen über eine hohe Anfangsklebekraft. Sie sind nur bis maximal 70 Grad Celsius hitzebeständig. Kautschuk- und Harzkleber sind dort geeignet, wo eine hohe Soforthaftung in kalten Umgebungen wichtig ist. Sie können für Verpackungen und im Bauwesen verwendet werden.
Richtige Lagerung von Klebeband
Es kommt nicht nur darauf an, das geeignete Klebeband für hohe und niedrige Temperaturen zu verwenden. Wichtig ist auch die Lagerung, damit das Klebeband nicht geschädigt wird. Es sollte an einem trockenen Ort ohne direkte UV-Strahlung gelagert werden. Sowohl extreme Hitze als auch Kälte sind auszuschließen, damit die Klebekraft nicht beeinträchtigt wird. Klebeband wird für die Anwendung aus der Originalverpackung genommen und auf einer sauberen Oberfläche oder in einem verschließbaren Karton gelagert.
Schäden an Klebeband durch Wärme und Kälte
Die ideale Lagertemperatur ist Raumtemperatur, bei ungefähr 18 Grad Celsius. Bei Hitze kann das Klebeband aufweichen. Eine Temperatur von 23 Grad Celsius sollte bei der Lagerung nicht überschritten werden.
Wurde Klebeband über längere Zeit großer Hitze ausgesetzt, kann der Kleber schmelzen und an der Seite auslaufen. Die Haftung lässt nach. Das Klebeband kann damit unbrauchbar werden. Um es noch zu verwenden und den Kleber zu aktivieren, kann es 24 Stunden vor der Anwendung bei Raumtemperatur gelagert werden.
Bei einer Lagerung von Klebeband bei weniger als 15 Grad Celsius kann es spröde werden. Der Klebstoff kann brüchig werden. Auch hier sollte das Klebeband vor der Anwendung 24 Stunden bei Raumtemperatur gelagert werden.