Silikon kleben

Silikone, mit ihren niederenergetischen, extrem abweisenden Oberflächen, gelten als schlecht bis kaum zu kleben. Zu den wenigen Klebeprodukten, die hier brauchbare Ergebnisse aufweisen, zählen z. B. neuartige Silikon-Transferklebstoffe, die in Verbindung mit Klebebändern sogar eine effiziente Automatisierung von Serien-Produktionsprozessessen – etwa im Automobilbereich – ermöglichen.

Silikon – chemisch exakter „Poly(organo)siloxane“ oder kurz Siloxan – ist der Ausdruck für eine Kategorie synthetischer Polymere, deren Siliciumatome über Sauerstoffatome (Si-O-Si) verbunden sind. Korrekterweise müssten sie als Polysiloxane bezeichnet werden. Heute verwendet man den Begriff Silikon vor allem im Zusammenhang mit den technischen Anwendungen von Polysiloxanen. Diese nehmen eine Zwischenposition zwischen organischen sowie anorganischen Verbindungen ein. Silikon sollte aber nicht mit der englischen Bezeichnung für Silicium „silicon“ verwechselt werden.

Die Bezeichnung „Silikone“ wurde zu Beginn des 20. Jahrhunderts von dem Engländer Frederic Stanley Kipping eingeführt, als der Chemiker mit Silicium und dessen Verbindungen experimentierte. Im Jahre 1940 fanden der deutsche Chemiker Richard Müller und der US-amerikanische Chemiker Eugene Rochow fast zur gleichen Zeit eine Möglichkeit, Chlormethylsilane – ein wichtiges Vorprodukt bei der Silikonerzeugung – großtechnisch herzustellen.

Die größten Silikonproduzenten weltweit sind:

• Wacker Chemie
• Dow Corning
• Shin-Etsu Chemical
• Momentive Performance Materials.

Hervorzuheben sind besonders die wasserabweisenden Eigenschaften von Silikon, außerdem

• gute Alterungs- und Witterungsbeständigkeiten,
• gute elektrische Isoliereigenschaften,
• gleichbleibendes physikalisches Verhalten in einem weiten Temperaturbereich,
• ihre Umweltfreundlichkeit in der Herstellung und der Anwendung.

Derzeit kennt man weit über 10.000 verschiedene Silikontypen. Die häufigsten Grundtypen sind:

• Silikonöle (knapp 50 %)
• Silikondichtstoffe (zumeist Silikonkautschuke, RTV-1) (ca. ein Viertel)
• sonstige Silikon-Elastomere (ca. ein Viertel)

Der Rest entfällt auf Silikonharze.

Silikonkautschuke werden grundsätzlich unterschieden nach der zur Vernetzung nötigen Temperatur. So gibt es heiß- (RTV) bzw. kaltvernetzenden (HTV) Silikonkautschuke.

HTV-Silikon-Kautschuken sind  plastisch verformbare Werkstoffe, die beispielsweise als Kabelummantelungen, zur Elektroisolierung oder zu Dichtungs- und Dämpfungszwecken genutzt werden.

Bei hitzebeständigem Silikonkautschuk (RTB/HB) handelt es sich um einen fließfähigen, roten Silikonkautschuk mit einer hohen Hitzebeständigkeit sowie geringer Elastizität. Er wird als Formbaumaterial genutzt, wo es auf eine hohe Härte ankommt. Anwendungsgebiete sind u.a. Gießformen für Metalle, die bei niedrigen Temperaturen schmelzen, wie etwa Blei- oder Zinngießformen.

Bei niedrigviskosem Silikonkautschuk (RTV/NV) handelt es sich hingegen um einen mittlelelastischen, gut fließfähigen Silikonkautschuk mit geringer Viskosität. Dieser eignet sich besonders für die Fabrikation von elastischen Formen. Weitere Einsatzgebiete sind Wachs- oder Relief-Gießformen, Gießformen für Figuren oder Dekorplatten, Formen zum Ausgießen mit Epoxid- / Gießharz, Zement, Gips oder weiteren fließfähigen Stoffen.

Die dritte Form ist hochelastischer Silikonkautschuk (RTV/HE). Hierbei handelt es sich um einen recht fließfähigen Silikonkautschuk mit sehr hoher Elastizität bei gleichzeitig geringer Viskosität. Er ist vor allem geeignet zur Fabrikation filigraner elastischer Formen, die über ausgeprägte Hinterschneidungen verfügen. Einsatzgebiete sind Relief-Gießformen oder solche für stark strukturierte Dekorplatten bzw. Wandelemente.

Häufige Nutzungen von Silikon finden sich vor allem bei silikonisiertem Papier, das häufig bei doppelseitigen Klebebändern oder Selbstklebe-Abziehetiketten und -bildern zum Einsatz kommt, um die Selbstklebeschicht abzudecken. Ihr Funktionsprinzip basiert dabei auf der ausgeprägten Trennwirkung der Silikone gegenüber Klebeschichten. Denn diese überaus dünn aufgetragenen Silikonöle verfügen über eine sehr geringe Oberflächenspannung. Die mit Silikon beschichtete glatte Trennlage – auch als „Liner“ bezeichnet – ist feuchtigkeitsabweisend und gewährleistet einen effektiven Schutz gegenüber Verschmutzungen der Klebeschicht.

Zurück gehen solche silikonbeschichtete Trennfilme auf Ingenieure von 3M, die bereits seit 1920 an mit Klebstoff beschichteten Trägermaterialien forschten. Zunächst kam Krepppapier zusammen mit pflanzlichen Ölen, Harzen oder Gummi zum Einsatz, später führte dies zur Entwicklung transparenter Klebebänder auf Silikonbasis.

Ein weites Einsatzfeld für Silikonanwendungen liegt im Bereich der Bauindustrie, wo der Wasser abweisende Effekt der Silikone (Hydrophobie) für Dichtstoffe, als Fugenfüller für Silikon-Fassadenbeschichtungssysteme, Beschichtungsmassen bei Geweben sowie Vergussmassen genutzt wird.

Bekannt und verbreitet sind außerdem die Kartuschen mit RTV-1-Silikon für den Haushalt sowie Sanitärbereich. Die Bezeichnung RTV-1 steht dabei für „Raumtemperatur vernetzendes 1-Komponenten-System“.

Weitere Einsatzfelder für Silikonelastomere und Silikonkautschuk (in einen gummielastischen Zustand überführte Massen, die Poly(organo)siloxane und Silikonelastomere enthalten):

• Ummantelung von Leiterdrähten bei Mittel- und Hochspannungskabeln
• Silikon-Walzen für Laserdrucker
• Backformen aus Silikon (hitzebeständige Silikonelastomere)
• Silikon-Eiswürfelformen
• Negativformen aus Silikonkautschuk etwa im Kunstguss für den Abguss von Reliefs oder Skulpturen.
• In der Orthopädietechnik Fertigung von Exoprothesen wie Brustprothesen aus Silikon sowie  Protheseninnenschäfte
• Erotikprodukte

Silikone gelten allgemein als schlecht bis kaum klebbar. Wie schwer silikonisierte Oberflächen klebtechnisch zu verbinden sind, zeigt sich bei silikonisiertem Papier, das als Trennlage (Liner) zwischen einzelnen Klebebandlagen bzw. Selbstklebeetiketten zu finden ist, um die Selbstklebeschicht abzudecken. Diese silikonisierten Papieroberflächen sollen ein Zusammenkleben verhindern. Solche niederenergetischen Oberflächen verfügen über außergewöhnlich abweisende Eigenschaften. Die bei Klebebändern eingesetzten Klebstoffe (wie Acrylat, Hotmelt oder Kautschuk) verbinden sich deswegen nicht mit solchen abweisenden Oberflächen. Auf diese Weise lassen sich Band oder Etiketten später ohne weiteres vom Träger lösen.

Silikone lassen sich jedoch mit bestimmten Klebebändern kleben: Der neuartige 3M Silikon-Transferklebstoff auf Transfer- und doppelseitigen Klebebändern (Typ 91022 und 96042) besteht aus synthetischen Polymeren mit gummiähnlichen Eigenschaften (Elastomere). Solche Silikonklebstoffe haften als einzige etwa auf silikonisierten Papieren oder Folien, während die üblichen Standardklebebänder z. B. auf silikonisiertem Papier nur eine äußerst geringe Haftung zeigen. Die Transfer-Silikonklebebänder haften dort sogar so stark, dass das silikonisierte Papier beinahe einreißt. Der Transferklebstoff eignet sich speziell zur Klebung von Silikonsubstraten oder auf Easy-to-Clean Beschichtungen. Ebenso auf schwierig zu klebenden Untergründen, wie Silikonkautschuk, -gummi und -schaumstoff oder sogar PTFE, Polypropylen und Polyethylen ohne Haftvermittler. Die Klebkraft erreicht auf Silikon 4,0 N/cm.

In Tests hafteten schon mal Silikon-Pfannenwender mittels solchem Silikon-Klebeband hochfest auf einer mit Teflon beschichteten Pfanne. Selbst Temperatur-Belastungen von bis zu 260 0C stellen für solche Klebebänder kein Problem dar.

Vergleicht man Transferklebstoffe mit anderen Klebetechniken (z. B. flüssige Silikonklebstoffe) zeigen sich folgende Vorteile:

• gleichmäßige Klebeschichtdicke,
• gleichbleibende Qualität der Klebeschicht,
• Geräusch- und vibrationsdämpfende Eigenschaften,
• Herstellung von spezifischen und passenden Stanzteilen zur einfachen Montage flacher Bauteile. Dadurch leichte Automatisierung des Serien-Produktionsprozesses.

Solche Transferklebstoffe können z. B. zum Einsatz kommen beim :

• Kleben von Dichtungen,
• Kleben von Scheibenbremsbelägen,
• Befestigen des Rollenanfangs und Spleißen von Silikonlinern.

Für kleinere Klebeflächen eignen sich auch Sekundenklebstoffe. Am Markt sind hier beispielsweise Produkte wie der 3M Scotch-Weld Sekundenklebstoff SF 20, ein niedrigviskoser und überaus schnell härtender Cyanacrylat-Klebstoff, der z. B. das Kleben von Silikongummi auf Gehäusen aus Kunststoff zulässt. Die praktische Handhabung: Nach dem Zusammenfügen lässt man den Cyanacrylat-Klebstoff einfach kapillar in die Klebfuge migrieren. Optimale Ergebnisse werden bei Klebfugen mit geringem Spaltmaß und auf relativ ebenen sowie glatten Oberflächen erreicht. SF 20 eignet sich zum Verbinden von Silikonoberflächen mit Elastomeren, Metallen, Leder, Papier und anderen gängigen Werkstoffen.

Zum Kleben von vulkanisiertem RTV-Silikonkautschuk gegen andere Materialien lassen sich auch die gängigen Einkomponenten-Silikonkautschuke in Kartuschenform verwenden.