Die Erfindung betrifft ein Verbundmaterial, insbesondere einen Verbundwerkstoff, ganz besonders einen Sandwich- Verbundwerkstoff und ein Verfahren zu seiner Herstellung und zum Lösen des Verbundes, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Stand der Technik:

Bei der Sandwichbauweise werden Werkstoffe mit verschiedenen Eigenschaften in Schichten zu einem Bauteil oder Halbzeug zusammengesetzt. Typisch, aber nicht zwingend, ist die Abfolge Deckschicht-Kern-Deckschicht. Dabei werden der Kern und die Deckschicht meist permanent miteinander verbunden, v.a. wenn der Kern aus duroplastischen Polymeren und Schaumstoffen besteht, die erst im Herstellungsprozess vernetzt oder geschäumt werden, wie z.B. Polyurethan (PU)-Hartschaum, Polystyrol (PS)-Hartschaum, expandierter Polystyrol (EPS)-Hartschaum, oder Partikelschäume aus EPS, expandiertem Polyethylen (EPE) und expandiertem Polypropylen (EPP). Insbesondere bei der Herstellung von Sandwichstrukturen auf Basis duroplastischer Polymere (Harze) und/oder Schäume ist es nicht möglich, die Materialien nach der Nutzung oder Versagen des Bauteils/Halbzeugs ohne hohen Wärmeintrag oder aggressive Chemikalien (z.B. starke Säuren und Laugen) wieder voneinander zu trennen. Zwar existieren bereits spezielle auflösbare (recyclingfähige) Epoxidharz- Systeme für Sandwichverbundwerkstoffe, v.a. faserverstärkte Komposite aus Glasfasern, Carbonfasern, Naturfasern, usw., die es erlauben, die Komponenten des Sandwichverbundes unter relativ milden Bedingungen (schwach saures Milieu) durch eine Auflösung des Harzsystems zu trennen (EP2646410B1, DE19733643A1), allerdings dauert dieser Prozess mindestens 60 Minuten und funktioniert nur, wenn die trennbaren Materialschichten (in dem Fall das recyclingfähige Epoxidharz) für das Lösungsmittel gut zugänglich sind.

Bei zu starker Verdichtung zwischen Kern und Deckschicht (z.B. bei expandierenden Reaktiv schäumen) kann das Lösungsmittel nicht tief genug in die Klebeschicht eindringen, wodurch diese nicht aufgelöst werden kann und auch keine Trennung erfolgen kann. Einen möglichen Lösungsansatz stellt dabei die Verwendung von Klebstoffen, versetzt mit thermisch zersetzbaren Substanzen, wie z.B. Mikrohohlkugeln dar (EP 1 111 020 A2, DE102009019484A1). Das Problem hierbei ist, dass je nach verwendeter Substanz und Trägermatrix (z.B. reaktives 2-Komponenten Harzsystem) eine Reinigung der Oberfläche der Deckschicht und/oder Kernschicht nicht ohne gesundheitsgefährdende Lösungsmittel oder stark saures/basisches Milieu möglich ist. Eine Verunreinigung der Komponenten des Sandwichverbundes hingegen, schränkt die Recyclingfähigkeit der Bauteile entweder in starkem Maße ein oder verhindert diese gänzlich. Bei den meisten Werkstoffen, insbesondere aber bei PU-basierten Werkstoffen, ist Recycling nur dann möglich, wenn die PU Reste frei von jeglichen Anhaftungen und Verunreinigungen sind (www.linzmeier.de/downloads/recycling). Zudem beinhalten die in den entsprechenden Offenlegungen dargelegten Beispiele lediglich Haftvermittlervarianten auf Basis fossiler und nicht regenerativer Rohstoffe, was die Umweltfreundlichkeit der Materialkombinationen erheblich einschränkt. Mit den in der EP 1 111 020 A2 dargelegten Varianten, die sich auf ein- oder zweikomponentige Polyepoxide mit wasserdampferzeugenden thermisch aktivierbaren Substanzen, welche in Mengen zwischen 1 und 20 Gew.% in das Bindemittel eindispergiert sind, beziehen, kann zum Teil nicht genügend Wasserdampf erzeugt werden, um Schichten voneinander zu trennen, welche unter hohem Druck gefügt worden sind.

Angesichts dieses Standes der Technik ist es derzeit nicht möglich, Verbindungen zweier Materialien, insbesondere Sandwichverbundbauteile, wie z.B. Paneele aus einer druckbeständigen duroplastischen faserverstärkten Deckschicht und einem duroplastischen oder thermoplastischen Schaumkem und/oder einer anderen Kemkonstruktion (Waben-, Gitter- oder Schaumstruktur) aus natürlichen Materialien wie Holz, Bambus, Flachs etc. oder aus synthetischen und/oder biobasierten Polymeren wie EPS, PLA, PP, PHBS, die durch duroplastische Polymere mit einer Deckschicht verbunden ist, herzustellen, die mit geringem Energieaufwand, ohne aggressive Chemikalien, zeitlich effizient und sortenrein in ihre Komponenten aufgetrennt werden können (GB2513834A, US8776698B2, US8808833B2). Dazu gehören nicht nur zweidimensionale Paneele, sondern auch durch formgebende Verfahren, wie z.B. Presswerkzeuge, erzeugte 3 -dimensionale Bauteilstrukturen. Die fehlenden oder nachteiligen Möglichkeiten zur Auftrennung der Bauteile in ihre Komponenten beeinträchtigten oder verhindern gänzlich das Recycling solcher Materialverbindungen und der entsprechenden Verbundwerkstoffbauteile, was sich negativ auf deren Umweltbilanz auswirkt.

Folgende Sachverhalte sind im Stand der Technik bekannt:

Auflösbare Klebstoffe auf Basis Epoxy mit thermisch zersetzbaren Substanzen anteilig mit 1 - 20 Gew.-%, die beim Erwärmen Wasserdampf freisetzen oder Mikrohohlkugeln (EP 1 111 020 A2, DE102009019484A1)

Trennverfahren für Sandwichverbundwerkstoffe mit recyclebarem Epoxy unter milden Bedingungen oder wiederauflösbare Haftvermittler anderer Art (EP2646410B1, DE19733643A1)

Verfahren zur Herstellung von Sandwich Composite Paneelen mit einem Schaumkem oder Honeycomb Kern und verschiedenen Deckschichten (GB2513834A, US8776698B2, US8808833B2)

Bauteile und Halbzeuge aus Verbundwerkstoffen in Sandwichbauweise (Wand- /Bodenelemente, Brettsportartikel, Isolierelemente, Bodenbelege, Verstärkungselemente), die derzeit nicht recycelt werden können, weil die verwendeten Materialien nicht sauber voneinander getrennt werden können - insbesondere in der Kombination Kern aus PU-Hartschaum

Die Erfindung hat die Aufgabe, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und die angeführten Vorteile zu erreichen.

Erfindungsgemäß geschieht dies durch ein Verfahren entsprechend den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1. Mit anderen Worten, besteht die Erfindung in der Verwendung einer Klebeschicht oder Zwischenschicht (Klebstoff-schicht mit Trennwirkung) zwischen der Verbindung zweier Materialien, wie z.B. einer Deckschicht und einem Kern (oder einer zweiten Deckschicht, allgemein einer Schichte eins und einer Schichte zwei), deren Klebfestigkeit durch Erwärmung auf über 100°C und die darauffolgende Abgabe/Generation von Wasserdampf zerstört oder zumindest weitgehend herabsetzt wird. Daraufhin ist es möglich, diese Klebe- oder Zwischenschicht innerhalb weniger als 24h restlos vom Bauteil oder den Materialien ohne den Einsatz gefährlicher und aggressiver Chemikalien oder Wärme und ohne Beeinflussung ihrer physikalischen Eigenschaften durch das Lagern über max. 24h in einer mild sauren wässrigen Lösung (z.B. 5 - 25% wässrigen Ethylacetat-Lösung) vollständig zu trennen, so dass alle Komponenten bis auf die Klebeschicht sortenrein recycelt oder wiederverwendet werden können. Dies wird durch die Verwendung spezieller Härterkomponenten zur Vernetzung der (Poly-)Epoxide der Klebstoffschicht ermöglicht, welche auf Diamin- Acetal und Diamin-Ketal Derivaten basieren und bereits bei Raumtemperatur in mild saurer wässriger Lösung aufgelöst werden können.

In einer weiteren Ausgestaltung können zur Vernetzung der (Poly-)Epoxide der Klebstoffschicht Härterkomponenten auf Basis thermolabiler Polyimin- Zusammensetzungen verwendet werden, die sich unter Zugabe von 30 - 50 Vol.-% Triethylentetramin in der wässrigen Ethylacetat-Lösung oder in Ethanol wieder auflösen lassen. So hergestellte Klebstoffschichten, verlieren ihre Klebeeigenschaften auch ohne die Zugabe von wasserdampferzeugenden thermisch aktivierbaren Substanzen lediglich durch Erhitzen auf über 80°C. Die besonderen Eigenschaften beruhen auf Umlagerungen der chemischen Bindungen im Polymernetzwerk mittels katalysierter Transesterifizierung, die dadurch eine Veränderung der Bindungsanzahl innerhalb des Netzwerks bewirken.

Schließlich beträgt in einer weiteren Ausgestaltung der Anteil regenerativer (biobasierter) Rohstoffe in der Klebeschicht erfindungsgemäß mindestens 24 Gew.-%. Dafür werden BPA- oder Glycerol-basierte (Poly-)Epoxide verwendet, die einen nach ASTM D6866 bestimmbaren Anteil an Kohlenstoff aus nachwachsenden Quellen in der Molekülstruktur enthalten. Die Anteile des Kohlenstoffs aus nachwachsenden Quellen können dabei aus: epoxidierten pflanzlichen Ölen, wie z.B. Sojabohnenöl, Rhizinusöl, Leinsamenöl, Cashew-Nussschalen Öl epoxidierten Sorbitol- und Glycerol-Derivaten Lignin-, Tannin- oder Zellulose-Derivaten

Die verwendeten Materialien, die verschiedenen Möglichkeiten der Erwärmung sowie die Details zum Trennverfahren werden weiter unten ausführlich beschrieben. Die Erfindung beinhaltet somit ein Verfahren zur Herstellung insbesondere sortenrein recyclebarer umweltfreundlicher Verbünde mehrerer jedoch mindestens zweier Materialien, insbesondere Sandwich- Verbundwerkstoffe aus mindestens einer Deckschicht und einem Kernmaterial. Ebenso beinhaltet die Erfindung das dazugehörige Trennverfahren für die Komponenten der so hergestellten Sandwich- Verbundwerkstoffe. Diese lassen sich im Anschluss an ihren Lebenszyklus ohne aggressive Chemikalien ohne den Einsatz hoher Temperaturen so trennen, dass die verwendeten Materialien nach weniger als 24h wiederverwendet oder recycelt werden können. Insbesondere für Bauteile, die aus einer Deckschicht und einem PU- Kemmaterial bestehen, deren Recyclingfähigkeit heute stark eingeschränkt ist, erlaubt die Erfindung die Herstellung umweltfreundlicherer Varianten, die z.B. im Bereich Bauindustrie einen erheblichen Beitrag zur Verbesserung der Nachhaltigkeit des gesamten Bausektors leisten können. Eine der aufgeführten Varianten erlaubt die Herstellung vollständig sortenrein recyclebarer Sandwich Bauteile/Halbzeuge aus PU-Hartschaum und Naturfaser-Deckschicht mit einem Anteil an erneuerbaren (biobasierten) Ressourcen von bis zu 70%.

Ebenfalls beinhaltet die Erfindung die hergestellten Sandwich-Bauteile aus einem Kern, der aus PU-Hartschaum (zum Teil auf Basis regenerativer Rohstoffe), aus einer polymeren Gitterstruktur (insbesondere additiv gefertigt aus ABS, PLA, PP, PET und deren Komposite) oder aus holzbasierten Werkstoffen besteht und mindestens einer Deckschicht aus keramischen Werkstoffen, natursteinbasierten Werkstoffen, Holz- und Holzfumier, oder (natur-)faserverstärkten duroplastischen Kompositen.

Zusammenfassung generierter Vorteile:

• Umweltfreundlichkeit durch Erhöhung des Anteils regenerativer Ressourcen und Verbesserung der Recyclingfähigkeit durch verbesserte Reinigung der Komponenten

• Schaffung von Möglichkeiten für kreislauffähiges Produktdesign

• Herstellung recyclingfähiger Sandwich- Komponenten aus und mit verschiedenen Hartschaum oder Partikelschaum Kernvarianten aus PU, EPS, PP, EPE, PS, EPP, PLA, EPLA • Ökonomische Effizienz (schnellerer Prozess der Trennung der Materialien voneinander)

• Ökologische Effizienz (weniger Material und geringere Toxizität der Komponenten wie auch der für die Trennung benötigten Materialien)

Anwendung sgebiete :

• Bauindustrie: Isolierelemente, Bodenbeläge, überall wo Polyurethan- Hartschaum und die weiteren im Text genannten Hartschaum- sowie Partikelschaum Kernvarianten verwendet werden, die über eine Deckschicht versteift/geschützt sind.

• Sandwichpaneele für Boden- und Wandelemente

• Brettsportartikel: Ski, Snowboards, Surfboards, Skateboards, Kiteboards, SUPs, etc.

• Verstärkungselemente für Oberflächen und Deckschichten aus Naturstein, Keramik, Furnier, etc.

Materialbeispiele für die Verbundwerkstoffe und Strukturen davon:

Die genannten Verbundwerkstoffe weisen entweder einen klassischen Sandwichaufbau aus einem Kern und mindestens einer Deckschicht auf, können aber genauso eine Kombination von zwei unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie z.B. einer spröden Oberfläche (Keramik, Naturstein, Beton, u.ä.) und einem duktilen Material (z.B. Fasergewebe und -gelege) darstellen. Es ist auch ein Aufbau möglich, der zwei gleiche Materialien über eine wiederauflösbare Klebschicht miteinander verbindet und diese dann getrennt werden können.

Die Erfindung wird rein schematisch in der Zeichnung dargestellt; dabei zeigt bzw. zeigen die Fig. 1 einen Sandwichaufbau, die Fig. 2 eine Kombination zweier unterschiedlicher Materialien, die Fig. 3 eine Kombination zweier gleicher Materialien und die Fig. 4 eine 3-Dimensional gebogene Sandwich-Variante.

Die Bezugszeichen stehen für: 1 Körper aus einem ersten Material

2 Klebeschicht

3 Kem

4 Körper aus einem zweiten Material

Die in der Klebeschicht dargestellten Punkte und Striche deuten an, dass eine Verstärkung in Form von Fasern, einem Vlies und ähnlichem und/oder ein Additiv in Form einer leitfähigen Substanz gegebenenfalls vorgesehen werden kann.

Es soll auch darauf verwiesen werden, dass in der Beschreibung und den Ansprüchen die Kleb Stoff schicht auch synonym als Trennschicht, Trennebene (weil sie die beiden anderen Schichten nicht nur verbindet, sondern auch trennt) bezeichnet wird.

Die Verbundwerkstoffe können entweder in zwei-dimensionaler Platten-, Balken- oder Quaderform hergestellt werden oder mit Hilfe formgebender Verfahren (Presstechnik) in beliebigen drei-dimensionalen Strukturen resultieren (Figur 4).

Die Deckschichten und zu verbindenden Materialien können beliebige Dicken, bevorzugt im Bereich von 0,1mm bis 100mm, aufweisen und können aus den folgenden Materialien oder Materialklassen bestehen:

Holz: Holzpaneele, Holzplatten, Holzfurnier, Holzgewebe, Holzgelege, Holz- Komposite

Glas: Glasscheibe, Glas-Komposite, Glasplatten

Keramik: Keramikkacheln, Keramikplatten, Keramik-Komposite

Naturstein: Natursteinplatten, Naturstein-Komposite, Natursteinkacheln

Polymere (thermoplastisch/duroplastisch): PP, PET, PLA, PA, PU, ABS, Polyester, Epoxid, etc., fasergefüllte Polymere, Polymerplatten, Polymerfolien, Polymerschichten, Rollenware

Fasergelege/gewebe und Komposite daraus: Carbonfasern, Naturfaser (Flachs, Hanf, Bambus, Kenaf, u.ä.) Glasfaser, Aramidfasern, Basaltfaser

Metalle: Aluminium Die Kerne und Kernkomponenten beinhalten mindestens ein Material, können aber genauso aus verschiedenen Materialklassen bestehen. Sie können ebenfalls in beliebigen Dicken vorkommen, bevorzugt im Bereich von 1mm bis 300mm. Die Kerne können geschäumt (offenzellig, geschlossenzellig, Partikelschaum), 3D-gedruckt (Gitter- oder geschlossene Struktur), oder extrudiert (Plattenform, Wabenstruktur, u.ä.) sein und aus den folgenden Materialien bestehen:

Polymere jeglicher Art, v.a. Hartschäume aus duroplastischen Reaktivharz- Systemen wie PU oder Epoxiden und aus thermoplastischen Polymeren wie EPS, EPE, EPP, PLA und anderen

Fasergefüllte Komposite aus den oben genannten Polymeren

Holz und holzbasierte Materialien, wie z.B. WPC (wood plastic composites) Metall und metallbasierte Werkstoffe, wie z.B. Aluminiumschäume oder - gitter Strukturen.

Recyclingmaterialien v.a. aus Kunststoff, wie z.B. rPET Schäume oder rPET Wabenkerne

Genauere Beschreibung der Erfindung (Herstellung und Trennung recyclebarer Sandwich Verbundwerkstoffe)

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung recyclingfähiger Sandwichverbundstrukturen, sowie deren Auftrennung in die einzelnen Komponenten, die entweder wiederverwendet oder vollständig recycelt werden können. Ebenfalls beinhaltet die Erfindung die aus dem Herstellungsverfahren resultierenden Bauteile. Die Erfindung bezieht sich spezifisch auf Sandwichstrukturen aus einem PU Schaumkern und einer keramischen Deckschicht, kann aber auf beliebige Materialkombination, der unter den „Materialbeispielen“ genannten Materialien übertragen werden.

Neuheit:

Herstellung von Bauteilen/Halbzeugen aus Verbundwerkstoffen in Sandwichbauweise, die sich aufgrund des vorgestellten Verfahrens effizienter (nicht toxisch, weniger Energieaufwand, kürzere Zeit) und sauberer voneinander trennen lassen. Dadurch entstehen umweltfreundlichere Varianten der oben genannten Produkte, die zudem kreislaufwirtschaftliche Anwendungen und Geschäftsmodelle erlauben (Wand-/Bodenelemente, Brettsportartikel, Isolierelemente, Bodenbelege, Verstärkungselemente, Oberflächen)

Bezogen auf die oben genannten Sachverhalte ergeben sich folgende Verbesserungen gegenüber: EP 1 111 020 A2 und DE102009019484A1: Umweltfreundlicher, aufgrund Nutzung regenerativer Rohstoffe und vereinfachte Reinigung der Bauteile; thermisch aktivierbare Substanzen können in einem höheren Gew.-% Anteil bis 35% hinzugefügt werden, um eine stärkere Trennwirkung zu erreichen. Gegenüber: EP2646410B1 und DE19733643A1: Schnelleres Verfahren, gegenüber: GB2513834A, US8776698B2,

US8808833B2: Recyclingfähigkeit.

Der Inhalt der genannten Druckschriften wird für die Jurisdiktionen, in denen dies möglich ist, zum Inhalt der vorliegenden Beschreibung gemacht.

Daraus ergeben sich folgende Besonderheiten der Erfindung und ihrer unterschiedlichen Ausformungen und Weiterbildungen:

1. Auf Produkt/B au teilebene: Vollständig recyclingfähige Bauteile aus einem Hartschaum auf PU, Epoxid, EPS, EPE, EPP, PLA Basis oder Partikelschaum auf EPS, EPE, EPP, PLA Basis und Deckschichten aus verschiedenen Materialien inkl. umweltfreundlichem Trennverfahren für die Komponenten zur Befähigung sortenreinen Recyclings. Die Bauteilkonstruktion ist übertragbar auf Anwendungen und Produkte aus den Bereichen Wand, Boden, Ski, Snowboards, Surfboards, etc., das führt zu einer messbaren Verbesserung der CO2-Bilanz durch erhöhte Recyclingquote

2. Auf Technologieebene: neue Trennmethode für Verbundwerkstoffe aus Kem und Deckschicht, wobei Kern und Deckschichten detailliert spezifiziert werden können

3. Auf Materialebene (auflösbare Haftvermittler, Klebeschicht): neue spezielle Kombination bio-basierter Epoxid-Harzsysteme mit einer neuen Klasse an säurelabilen Härterkomponenten auf Basis von Diamin-Ketal und/oder -Acetal und thermisch labilen Härterkomponenten auf Basis von Polyimin-Derivaten. Mit zusätzlichen thermisch aktivierbaren Additiven können Trennschichten für alle möglichen Verbundsysteme hergestellt werden, die sich umweltfreundlich und leicht rückstandslos vom Bauteil lösen lassen.

Weitere Details zur Erfindung:

Zwischen den zwei unterschiedlichen Materialien oder der Deckschicht und dem Kem wird durch eine Klebeschicht eine Trennebene (Trennschicht) erzeugt, die gezielt aufgelöst werden kann. Diese Trennschicht besteht aus einer säurelabilen bio-basierten duroplastischen Matrix mit einer spezifischen Sprödigkeit von 7H bis 9H bestimmt durch Messung des Bleistifthärtegrades nach ASTM D 3363) oder einer leitenden Matrix (z.B. wasserbasiertes Polyacrylat System mit Carbon Nanotubes - „Heizfarbe“), die mit einem kristallwasserhaltigen Salz als Additiv (z.B. Na2CO3*10H2O - Natriumcarbonat-Decahydrat) dotiert ist. Dazu wird auf die dem Kern zugewandte Oberfläche der Deckschicht (z.B. Keramikoberfläche) ein Gemisch aus bio-basiertem, säurelabilen Harzsystem mit einem Anteil von 20 - 99% regenerativer (nachwachsender) Rohstoffe (=Bio-Harz) und mit einem variablen Anteil von 0,5 - 35% eines anorganischen kristallwasserhaltigen Salzes als dünne Schicht aufgetragen. Nach Aushärtung des Gemisches kann die Deckschicht im jeweiligen Herstellungsprozess (z.B. Schäumen in einem Presswerkzeug) wie gewöhnlich verwendet werden. Gleiches gilt für das Fügen zweier gleicher oder unterschiedlicher Materiallagen. Dabei wird ebenfalls auf die Oberfläche der einen Materiallage, die der Klebefläche zugewandt ist, das Gemisch aus Bio-Harz und Additiv aufgetragen und entweder ausgehärtet oder noch im unvernetzten Zu stand mit der zweiten Materiallage gefügt, um die Haftwirkung über das Bio-Harz Gemisch ausbilden zu können.

Die Auftrennung der Komponenten des Verbundbauteils erfolgt durch Erwärmung des Bauteils auf 100-105°C, wodurch das in der Gitterstruktur enthaltene Kristallwasser freigesetzt wird und eine Schwächung der Haftwirkung der Klebeschicht herbeigeführt wird. Die unterschiedlichen Materialschichten können anschließend leicht gelöst werden. Danach können die Komponenten des Bauteils durch das Lagern über max. 24h in einer mild sauren wässrigen Lösung (z.B. 5 - 25% wässrigen Ethylacetat-Lösung) oder einer sauren Imin- bzw. Triethylentriamin-Lösung ohne Beeinträchtigung ihrer Eigenschaften von den Resten des Haftvermittlers befreit und gereinigt werden. Dadurch können je nach Art der Komponenten diese im Anschluss entweder wiederverwendet, sortenrein recycelt oder kompostiert werden.

Die Erfindung betrifft auch Haftvermittlerzusammensetzungen auf Basis von Epoxid- Harzen (säurelabil, aus erneuerbaren Ressourcen und ohne BPA) und sog. Diamin- oder Polyimin-Härtern oder wasserbasierten Polyacrylat Harzen, die zusätzlich leitfähig oder durch den Zusatz von leitfähigen Substanzen leitfähig gemacht werden können. Des Weiteren enthalten die Harzsysteme nicht-toxische kristallwasserhaltige Additive (anorganische Salze) mit einem Anteil von 1 bis max. 35 Gew.-%.

Der Anteil der nachwachsenden Rohstoffe im Harzsystem, wird nach ASTM D6866 durch den Anteil an Kohlenstoff aus nachwachsenden Quellen in der Molekülstruktur des Harzsystems festgehalten und beträgt mindestens 20%. Eine besonders umweltfreundliche Variante basiert auf Formulierungen ohne das karzinogene Bisphenol A (BPA) und einem Anteil nachwachsender Rohstoffe von über 70%. Die Systeme zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass aufgrund der Auswahl spezieller Diamin- und Polyiminhärter, eine Auflösung des Harzes unter sehr milden (Essigsäure, Zugabe des Imin Monomers oder Tetraethylentriamin) erreicht werden kann. Dadurch kann erreicht werden, dass die miteinander verbundenen Komponenten der Bauteile oder Produkte sehr leicht von den Harzresten gereinigt und entweder wiederverwendet oder sortenrein recycelt werden können.

Ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung ist die Verwendung eines ungiftigen, kristallwasserhaltigen anorganischen Salzes in der Trennebene, v.a. bei geschäumten Sandwich- Verbundaufbauten, bei denen ein Eindringen der sauren Lösung in die säurelabile Trennebene aufgrund der hohen Dichte des Kerns verhindert wird. Das Salz dient dazu, die Trennung der Komponenten des Bauteils durch Aufheizen auf 100°C zu induzieren, weil sich dadurch eine Wasserschicht zwischen dem Haftvermittler und der Komponenten, auf welche dieser aufgetragen worden ist, bildet und die Haftwirkung somit aufgehoben wird. Besonders gut eignen sich Salze mit mehr als vier Moläquivalenten an Kristallwasser, wie z.B. das Salz Na2CO3*10H2O (Natriumcarbonat Dekahydrat), weil sie viel Wasser in der Kristallstruktur enthalten. In einer leichten Abwandlung kann man statt einem Epoxid-Harz ein leitendes wasserbasiertes Polyacrylat als Träger des Salzes, welches durch die Zugabe von mindestens 0.5 Gew.-% nanoskaliger Kohlenstoffmodifikationen (z.B. Carbon Nanotubes) leitend gemacht worden ist, verwenden. In dieser Konfiguration kann die Trennwirkung bereits bei Raumtemperatur durch Anschließen einer Stromquelle an vorher angebrachte Kontaktstellen des Polyacrylats erzielt werden. Durch den Stromfluss heizt sich das Polyacrylat auf über 100°C auf und setzt ebenfalls das Kristallwasser im Salz frei, was wiederum zur Schwächung der Haftwirkung führt.

Ebenso gehören die Verbundbauteile, die mit dieser Methode gefügt wurden und sich mittels der beschriebenen Verfahren trennen lassen zum Bestandteil dieser Erfindung. Die Verbundbauteile können sein:

Bodenplatten, Wandelemente, Dachelemente, Türen

Tür- und andere Verkleidungen im Automobilbereich

Innen- und Außenverkleidungselemente bei Freizeit-, Schienen- und Transportfahrzeugen

Brettsportartikel wie Ski, Snowboards, Surfbretter, Kiteboards, Skateboards, etc. Oberflächen aus Keramik und Naturstein, die mit Fasergelegen und/oder Schaumstoffen verstärkt werden

Anwendung sbeispiele :

In der Beschreibung, insbesondere auch bei den Beispielen, wird der Klebstoff bzw. die Schichte aus Klebstoff auch: „Haftvermittler“ oder: „Trennschichte“ genannt, gemeint ist aber immer das Material, das die beiden zu verbindenden Schichten miteinander (lösbar) verbindet.

Beispiel 1: Herstellung eines recyclingfähigen Bodenelements aus teilweise biobasiertem PU Hartschaum und einer Deckschicht aus Keramik, Glas, Naturstein wie Granit oder Basalt, oder einer Kombination dieser Deckschichten.

Klebeschicht: BPA-freies Glycerol-basiertes 2K Bio-Epoxid Harz mit einem Säurelabilen recyclebaren Härter unter Zugabe von Na2CO3*10H2O Kurzbeschreibung:

Eine Oberfläche aus Keramik, Glas, Naturstein wie Granit oder Basalt, oder einer Kombination dieser Materialklassen wird mit einer Mischung aus Glycerol-basiertem reaktiven 2K Bio-Epoxid-Harz und recyclingfähigem Härter, welches ein kristallwasserhaltiges anorganisches Salz als Additiv enthält, beschichtet. Diese Schicht stellt die reaktive Trennebene dar. Abwandlung: Zur Verbesserung der Trennwirkung können auf die Trennebene eine oder mehrere Lagen dünner Filme aus einem wasserlöslichen Polymer (z.B. Polyvinylalkohol), mit Hilfe derselben Bio- Harzmischung auf die Oberfläche geklebt werden. Das kann im besten Fall dazu führen, das kristallwasserhaltige anorganische Salz entfallen zu lassen und damit auch die spätere Erwärmung bei der Trennung, was eine besonders ressourcenschonenden Variante des Trennverfahrens, welches lediglich das Einlegen der Bauteile in die mildsaure wässrige Lösung beinhaltet, darstellt.

Die so modifizierte Keramik wird dann mit einem PU Schaum vereint (hinter schäumt), wobei der PU-Schaum die Haftung zur Keramik gewährleistet. Die Trennung erfolgt durch die Freisetzung von Kristallwasser in der Trennebene. Die spezielle umweltfreundliche bio-basierte Epoxid-Harzmischung dient als Träger des anorganischen Salzes und hat die Besonderheit, dass es sich sehr leicht von den Komponenten lösen lässt. Das Salz löst sich im Wasser auf.

Ausführlich:

100g eines BPA-freien Epoxid-Harzes, beispielsweise aus einem Glycerol-basierten Polyol MF (C12H20O6), einem 3-Aminomethyl-3,5,5-Trimethyl-Cyclohexyl-Amin und einem Cyclohexan-Carbonitril-5-Amino-l,3,3-trimethyl mit einem Anteil von >90% an nachwachsenden Rohstoffen werden mit 36g eines säure-labilen Härters aus einem Diaminoacetal (Mischung aus 2,2-Bis(aminoethoxy)Propan, 2-Aminoethanol und Ethanolamine) bei Raumtemperatur gemischt. Anschließend werden 10g Na2CO3*10H2O gemahlen und homogen in die Mischung aus Harz und Härterkomponente eingebracht. Daraufhin wird das Haftvermittlergemisch auf die Oberfläche der Deckschicht, z.B. einer Keramikplatte aus Tonerde, Feldspat, Aluminium und Siliziumkarbid oder einer Oberfläche aus Glas, Naturstein wie Granit oder Basalt, oder einer Kombination dieser Materialklassen aufgetragen und über 24h bei Raumtemperatur ausgehärtet. Alternativ können auch eine oder mehrere Lagen wasserlöslicher Folie auf die Schicht zusätzlich aufgeklebt werden, um eine leicht abgewandelten Trennmechanismus zu erreichen oder die Effektivität der Auflösung der Klebeschicht zur erhöhen.

Nach 24h wird die behandelte Deckschicht in eine Heisspressanlage eingelegt und dort mit einem Reaktiv-Schaumstoff aus Polyurethan hinterschäumt sowie mit den weiteren für die Herstellung eines Bodenelements benötigten Komponenten gefügt. In diesem Fall kann der Reaktiv-Schaumstoff aus einem Polyolgemisch bestehen, welches ein Alkylaminocarbonsäureamid, ein alkoxyliertes Alkylamin, ein Benzyldimethylamin und ein N,N-Dimethylcyclohexylamin in unterschiedlichen relativen Konzentrationen enthält. Ebenso können weitere Additive (wie z.B. gängige Katalysatoren, Treibmittel, Stabilisatoren, etc.) zur Modifikation der Reaktivität sowie der mechanischen Eigenschaften in das Polyolgemisch eingearbeitet sein. Die Polyol-Komponenten werden zum Schäumen mit einem Diphenylmethandiisocyanat bestehend aus Isomeren und Homologen zusammengebracht. Nach dem Schäumvorgang wird das fertige Verbundbauteil konfektioniert und über weitere 24 Stunden bei Raumtemperatur ausgehärtet.

Eine besonders nachhaltige Variante für das Verbundbauteil entsteht durch die Verwendung eines Polyolgemisches auf Basis regenerativer Rohstoffe, sog. biobasierter Polyole. Solche Polyole enthalten in der Regel einen Anteil von 10% bis über 90% an regenerativen Rohstoffen (z.B. aus sogenannten Cashew Nutshell Liquids - CNSLs). Als konkretes Beispiel können Formulierungen eines solchen Cashew- Nusschalen Polyolgemisches aus einem CNSL Mannich Polyol mit Wasser und Ecomate als Treibmittel sowie einem DABCO Katalysator im Mischungsverhältnis 1:1 mit einem mit einem Diphenylmethandiisocyanat bestehend aus Isomeren und Homologen genannt werden. Mit diesem Ansatz ist es möglich, den Anteil regenerativer Rohstoffe des PU-Schaumkerns auf über 40% zu erhöhen. In der folgenden Tabelle 1 sind beispielhaft mögliche Mischungsverhältnisse für das Polyol mit Wasser und Ecomate als Treibmittel angegeben: Tabelle 1 Zur Wiederverwendung der Deckschicht wird das gesamte Bodenelement auf 105°C erhitzt und das Additiv im Haftvermittler setzt das Kristallwasser frei, welches vorübergehend/restlos unter der Filmschicht bleibt. Dadurch kann der Schaum samt Haftvermittler von der Oberfläche gelöst werden. Durch das Einlegen der Komponenten in ein Säurebad (15-25% Ethylacetat) können sowohl die Oberfläche als auch der Schaum restlos vom Haftvermittler befreit werden.

Die Deckschicht kann ohne weitere Schritte im Produktionsprozess wiederverwendet und der Schaum sortenrein recycelt werden, nachdem die übrigen Komponenten des Bodensystems entfernt worden sind. Die Ethylacetat Lösung kann für ein weiteres Trennverfahren wiederverwendet werden. Bei mehrmaliger Nutzung sammelt sich in der Lösung der gelöste Haftvermittler und kann nach dem Neutralisieren der Lösung als thermoplastischer Kunststoff extrahiert werden.

Beispiel 2: Herstellung einer recyclingfähigen dünnen Verstärkungs schicht aus Naturfasern für dünne Oberflächen aus Keramik, Glas, Naturstein, oder einer Kombination dieser Materialklassen

Klebeschicht: BPA-basiertes 2K Bio-Epoxid Harzsystem mit einem Säure-labilen recyclebaren Härter unter Zugabe von Kupfer(II)-sulfat Pentahydrat (CuSO4 x 5H2O)

Kurzbeschreibung:

Die dünne Oberfläche wird mit einer Mischung des BPA-basierten reaktiven 2K Bio- Epoxid-Harzes und eines säurelabilen Härters, welche ein kristallwasserhaltiges anorganisches Salz als Additiv enthält, beschichtet und dann mit einem Naturfasergelege oder -gewebe aus Flachs, Hanf, Bambus, Kenaf u.a. vereint. Dabei gewährleistet das Epoxid-Harz die Haftung zum Fasergelege. Die so modifizierte Oberfläche wird dadurch bruchfest gemacht und kann als bruchfeste Oberfläche für verschiedene Anwendungen dienen, indem sie mit weiteren Trägermaterialien (Substraten) verklebt wird. Nach der Nutzung kann die Oberfläche von dem Substrat durch Erwärmung und die darauffolgende Freisetzung von Kristallwasser in der Trennebene getrennt werden. Das spezielle bio-basierte Epoxid-Harz dient als Träger des anorganischen Salzes und hat die Besonderheit, dass es sich sehr leicht von den Komponenten lösen lässt. Damit kann die Oberfläche und die Verstärkungsfaser vollständig vom Harz befreit und anschließend wiederverwendet oder die Flachsfaser kompostiert werden. Das Salz löst sich im Wasser auf.

Ausführlich:

100g eines Epoxid-Harzes, beispielsweise auf Basis von Bis-[4-(2,3- epoxipropoxi)phenyl]propan mit einem Anteil von >20% an nachwachsenden Rohstoffen werden mit 31g eines Härters aus einem Diaminoacetal (Mischung aus 2,2- Bis(aminoethoxy)Propan, 2 -Aminoethanol und Ethanolamine) bei Raumtemperatur gemischt. Anschließend werden 12g CuSO4 x 5H2O gemahlen und homogen in die Mischung aus Harz und Härterkomponente eingebracht. Daraufhin wird das Haftvermittlergemisch auf die Oberfläche einer dünnen (l-12mm Dicke) Platte aus Naturstein, Glas, Keramik oder der Kombination dieser Materialklassen aufgetragen. Auf diese Schicht wird eine Lage des Fasergeleges zur Verstärkung aufgebracht und alles über 24h ausgehärtet, bis die Harzmischung vollständig vernetzt ist.

Nach 24h kann die Oberfläche weiterverwendet werden und beliebig mit weiteren Materialien im Sinne der Konfektionierung verbunden werden. Eine beispielhafte Anwendung ist das Hinter schäumen. Dazu wird die behandelte Oberfläche in eine Heisspressanlage eingelegt und mit einem Reaktiv-Schaumstoff aus Polyurethan hinterschäumt. Ein Beispiel der Zusammensetzung des Reaktiv-Schaumstoffs ist eine Mischung eines Polyolgemisches, welches ein Alkylaminocarbonsäureamid, ein alkoxyliertes Alkylamin, ein Benzyldimethylamin und ein N,N-Dimethyl- cyclohexylamin in unterschiedlichen relativen Konzentrationen enthält, mit einem Diphenylmethandiisocyanat bestehend aus Isomeren und Homologen. Nach dem Schäumvorgang wird das fertige Verbundbauteil konfektioniert und über weitere 24 Stunden bei Raumtemperatur ausgehärtet.

Zur Wiederverwendung der Oberfläche, wird sie oder das gesamte damit konfektionierte Bauteil auf 105 °C erhitzt und das Additiv im Haftvermittler setzt das Kristallwasser frei, welches vorübergehend/restlos unter der Filmschicht bleibt. Dadurch kann das Fasergelege inkl. der eventuellen zusätzlichen Materialschichten von der Oberfläche gelöst werden. Durch das Einlegen aller Komponenten in ein Säurebad (15-25% Ethylacetat) können sowohl die Oberfläche selbst als auch die damit evtl, verbundenen weiteren Materialschichten restlos von der Klebeschicht befreit werden. Dabei wird das Naturfasergelege ebenfalls gelöst und gereinigt.

Dieses kann dann nach Trocknung entweder wiederverwendet oder kompostiert werden. Die dünne Oberfläche kann ohne weitere Schritte im Produktionsprozess wiederverwendet ebenso die zusätzlichen Komponenten, die gegebenenfalls sortenrein recycelt werden können. Die Ethylacetat Lösung kann für ein weiteres Trennverfahren wiederverwendet werden. Bei mehrmaliger Nutzung sammelt sich in der Lösung der gelöste Haftvermittler und kann nach Verdampfen der Lösung als thermoplastischer Kunststoff extrahiert werden. Beispiel 3: Herstellung einer recyclingfähigen PUR Isolierplatte mit einer strukturellen (Dekor- )Deckschicht zum Einsatz als Fassadenelement

Klebeschicht: BPA-freies Glycerol-basiertes 2K Bio-Epoxid Harz mit einem Säurelabilen recyclebaren Härter unter Zugabe von Na2CO3*10H2O

Kurzbeschreibung:

Ein PUR Schaumkern wird an der Oberfläche mit einer Mischung aus Glycerol- basiertem reaktiven 2K Bio-Epoxid-Harz und recyclingfähigem Härter, welches ein kristallwasserhaltiges anorganisches Salz als Additiv enthält, beschichtet. Diese Schicht stellt die reaktive Trennebene dar und vermittelt die Haftung zur strukturellen Deckschicht, wie z.B. einem dünnen Stahl- oder Aluminiumblech, einer Oberfläche aus Naturstein oder Keramik, einem konfektionierten faserverstärkten duroplastischen Laminat, u.ä. Der Schaumkem wird mit der entsprechenden Deckschicht verklebt. Das Oberflächenmaterial dient in erster Linie der Versteifung, der Stabilität und dem Schutz des Schaummaterials, kann aber auch eine dekorative Funktion übernehmen. Eine solche PUR Isolierplatte kann demnach auch als funktionelles Fassadenelement dienen. Nach der Nutzung der Platte kann die Oberfläche von dem Schaumkem durch Erwärmung und die darauffolgende Freisetzung von Kristallwasser in der Trennebene getrennt werden.

Ausführlich:

100g eines BPA-freien Epoxid-Harzes aus einem Glycerol-basierten Polyol MF (C12H20O6), einem 3-Aminomethyl-3,5,5-Trimethyl-Cyclohexyl-Amin und einem Cyclohexan-Carbonitril-5-Amino-l,3,3-trimethyl mit einem Anteil von >90% an nachwachsenden Rohstoffen werden mit 36g eines säure-labilen Härters aus einem Diaminoacetal (Mischung aus 2,2-Bis(aminoethoxy)Propan, 2-Aminoethanol und Ethanolamine) bei Raumtemperatur gemischt. Anschließend werden 10g Na2CO3*10H2O gemahlen und homogen in die Mischung aus Harz und Härterkomponente eingebracht. Daraufhin wird das Haftvermittlergemisch auf die Oberfläche einer PUR Schaumstoffplatte beliebiger Dimension aufgetragen und diese im Anschluss mit der entsprechenden strukturellen Deckschicht (Blech, Laminat, Platte) verbunden. Danach wird das so vorbereitete Element über 24h bei Raumtemperatur ausgehärtet.

Zur Trennung der Deckschicht vom Schaumkem wird das gesamte Element auf 105°C erhitzt und das Additiv im Haftvermittler setzt das Kristallwasser frei, welches vorübergehend/restlos unter der Filmschicht bleibt. Dadurch kann die Deckschicht samt Haftvermittler von dem Schaumkern gelöst werden. Durch das Einlegen der Deckschichten und der Schaumkomponenten in ein Säurebad (15-25% Ethylacetat) können beide vom Haftvermittler befreit werden.

Die Deckschicht kann ohne weitere Schritte wiederverwendet und der Schaumkern sortenrein recycelt werden. Die Ethylacetat Lösung kann für ein weiteres Trennverfahren wiederverwendet werden. Bei mehrmaliger Nutzung sammelt sich in der Lösung der gelöste Haftvermittler und kann nach Neutralisieren der Lösung als thermoplastischer Kunststoff extrahiert werden.

Beispiel 4: Herstellung eines recyclingfähigen Wandelements aus PLA Partikelschaum und einer Deckschicht aus einem faserverstärktem duroplastischen Laminatverbund Klebeschicht: Hoch-leitfähige wasser-basierte Acryl-Polymer Dispersion, mit einem Anteil von min. 50% leitfähigen Carbon Nanotubes unter Zugabe von Na2CO3*10H2O

Kurzbeschreibung:

Eine Lage eines faserverstärktes duroplastischen Laminatverbunds, z.B. Glasfaser- Epoxy-Laminat wird mit einer leitfähigen Acryl-Polymer Dispersion (sog. Heizfarbe), welche ein kristallwasserhaltiges anorganisches Salz als Additiv enthält, beschichtet. Diese Schicht stellt die reaktive Trennebene dar. Die so modifizierte Glasfaser-Epoxy Deckschicht wird dann mit einem PLA Partikelschaum vereint, wobei die Haftung entweder durch die Heizfarbe selbst, das Aufschmelzen des Schaums oder durch einen zusätzlichen Haftvermittler gewährleistet wird. Die Trennung erfolgt durch den Anschluss einer Stromquelle an vorher angebrachte Kontakte (Kupferfolie) und durch die dabei entstehende Wärme, die die Freisetzung von Kristallwasser in der Trennebene auslöst. Ausführlich:

100g einer hoch-leitfähigen wasser-basierten Acryl-Polymer Dispersion, mit einem Anteil von min. 50% leitfähigen Carbon Nanotubes werden mit 10g gemahlenem Na2CO3*10H2O versetzt. Daraufhin wird das Haftvermittlergemisch auf die Oberfläche eines faserverstärkten duroplastischen Laminatverbunds, z.B. Glasfaser- Epoxy-Laminat als 5mm Folie aufgetragen. Zur Kontaktierung der leitfähigen Klebeschicht wird eine 35 pm dicke Kupferfolie mit einem nicht-leitenden, duroplastischen Acrylklebstoff, die auf einer abnehmbaren Silikon-Trennfolie geliefert wird, an den Rändern des Bauteils auf die Haftvermittlerschicht aufgebracht. Ein leichter Überstand der Folie dient dabei als Kontaktfläche für die Elektroden eines Stromgenerators. Anschließend wird die Laminat-Deckschicht mit dem Haftvermittlergemisch entweder getrocknet (mind. 60 Minuten) oder noch im nichtvernetzten Zustand im Anschluss z.B. in einer Doppelbandpresse mit einem Schaumkem aus PLA Partikelschaum konfektioniert. Die Konfektionierung kann ebenso durch einen zusätzlichen Haftvermittler zwischen Deckschicht und PLA Kem erfolgen. Aus einem solchen Aufbau kann z.B. ein nachhaltiges isolierendes Wandelement für Anwendungen im Transportwesen resultieren. Zur Steigerung der Effizienz des Trennvorgangs kann das Haftvermittlergemisch in mehreren Lagen aufgetragen werden, wobei dazwischen immer die frische Lage erst einmal trocknen muss, bevor eine weitere hinzukommt. Das erhöht die in der Klebeschicht generierten Stromstärken und damit auch die Wärmezufuhr.

Zur Trennung der Deckschicht (Laminat) vom PLA Schaumkem, wird das Bauteil über die überstehenden Kontaktflächen der Kupferfolie an die Kontaktelektroden eines Stromnetzteils angeschlossen. Die Erwärmung der Klebeschicht erfolgt durch Anlegen einer Spannung von 30 - 60 V bei einer Stromstärke von mindestens 2,0 Ampere. Dadurch wird die Klebeschicht auf eine Temperatur von mindestens 100°C aufgeheizt, wodurch das Kristallwasser im Haftvermittler freigesetzt, was in einer physikalischen Trennung der Deckschicht vom Schaumstoffkern resultiert.

Beispiel 5: Herstellung einer recyclingfähigen faserverstärkten thermoformbaren Deckschicht zur Fabrikation des Ober- und/oder Untergurts in Boardsportgeräten wie Ski, Snowboards, Skateboards oder Surfboards. Klebeschicht: BPA-basierte Bio-Epoxid Harzkomponente und thermolabile Polyimin Härterkomponente mit Zugabe von Na2CO3*10H2O

Kurzbeschreibung:

Ein Naturfasergelege oder -gewebe aus Flachs, Hanf, Bambus, Kenaf, u.ä. wird mit einer Mischung aus Bio-Epoxid Harzkomponente, thermolabilen Polyimin Härter und von Na2CO3*10H2O durchtränkt und anschließend ausgehärtet. Dadurch entsteht eine sog. Prepreg welches bei der richtigen Auswahl des Polyiminhärters bei Raumtemperatur stabil ist und sich im Temperaturbereich von 70 bis 80°C beliebig formen lässt. In diesem Temperaturbereich entfaltet das Prepreg ebenfalls eine Haftwirkung zu anderen Materialien und kann als Deckschicht, Ober/Untergurt bei der Herstellung von Boardsportgeräten appliziert werden. Die so erzeugte Deckschicht ist durch die Faserverstärkung bruchfest und kann durch die duroplastische Vernetzung der Matrix als bruchfeste Oberfläche für verschiedene Anwendungen dienen, indem sie mit weiteren Trägermaterialien (Substraten) verklebt wird. Nach der Nutzung kann die Oberfläche von dem Substrat durch Erwärmung auf über 80°C bereits vom Substrat getrennt werden. Das funktioniert sogar schon ohne den Zusatz des kristallwasserhaltigen Additivs. Eine bessere Trennwirkung erzeugt man mit dem kristallwasserhaltigen Additiv bei Erwärmung auf Temperaturen über 100°C. Die spezielle Bio-Harzmischung mit Polyimin Härter erlaubt eine vollständige Auflösung des Harzsystems durch Zugabe eines Überschusses des entsprechenden Imin-Monomers (30 - 50% Vol.-% in Ethanol oder Ethylacetat).

Ausführlich:

200g eines Polyimin-Härters bestehend aus einem Imin Gemisch geschützter Zusammensetzung, einem Diethylentriamin und einem 4,4'-Diamino-Dicyclo- Hexylmethan werden auf 90°C unter Rühren mit Hilfe eines Heizrührers oder einer Infrarot-Lampe oder einer elektromagnetischen Induktions schleife erhitzt. Zusätzlich kann, muss aber nicht, zur Reduktion der Viskosität 2 - 10 Gew% eines Lösungsmittels aus der Gruppe Butanon, Xylol oder Isopropylalkohol zugemischt werden. Dazu werden 100 g eines umweltfreundlichen Epoxid-Harzes auf Basis von Bis-[4-(2,3- epoxipropoxi)phenyl]propan mit einem Anteil von >20% an nachwachsenden Rohstoffen hinzugefügt und diese Mischung bei einer Temperatur von 60°C weitere 5 Minuten gerührt. Optional können dazu 10 - 30g eines kristallwasserhaltigen anorganischen Salzes wie z.B. Na2CO3*10H2O beigemischt werden. Die fertige Mischung wird bei 40°C auf ein Naturfasergelege oder -gewebe aus Flachs oder Hanf aufgetragen. Anschließend wird das so erzeugte Prepreg 24h bei Raumtemperatur ausgehärtet und dann im Anschluss nach Wiedererwärmung auf über 80°C oder noch vor dem Aushärten im nicht-vemetzten Zustand mit einem entsprechenden Substrat, wie z.B. einen Sufbrett- oder Skikern als Deckschicht verpresst und dann mindestens 24h bei Raumtemperatur ausgehärtet. Zur Trennung der Schichten wird das Bauteil für mindestens 3 Minuten auf 80°C - 90°C erhitzt, bis die Klebeschicht anfängt zu „fließen“ oder auf über 100°C bis das enthaltene Kristallwasser entweicht. In diesem Zustand kann die Deckschicht von dem entsprechenden Substrat problemlos gelöst werden und entweder im selben Zustand wiederverwendet werden oder durch Einlegen in eine wässrige Ethylacetat Lösung mit einem Anteil von 1 - 50% des entsprechenden Imin-Monomers oder Triethylentetramins (TETA) in die Bausteine des Haftvermittlers aufgelöst werden, die dann nach Aufbereitung als Rohstoffe zur Herstellung desselben wiedereingesetzt werden können. Damit kann der Ober-/Untergurt der Sportgeräte entweder vollständig wiederverwendet werden, in seine Komponenten (Matrix und Faser) aufgeschlossen werden oder vollständig recycelt werden.

Weitere Details zu Varianten der Ausführung sowie Materialklassen

Wärmezufuhr

Die Wärmezufuhr erfolgt über Heizplatten, im Heizofen oder beliebige externe Heizelemente. Durch Zugabe leitfähiger Additive zu den erfindungsgemäßen Klebstoffen kann die Wärmezufuhr effizienter auch über Induktion erfolgen oder durch das Einbringen von Mikrowellenstrahlung durch Ausnutzung permanenter Dipolmomente der Polymerzusammensetzung bzw. durch entsprechende Zusätze und Additive. Eine effizientere Wärmezufuhr leistet einen zusätzlichen Beitrag zur Verbesserung der Ökobilanz.

Trennung

Bei der Variante mit Additiven im Haftvermittler erfolgt die Trennung der Schichten durch Erwärmung des gesamten Bauteils oder gezielt der Schicht, die den modifizierten Haftvermittler enthält. Dies geschieht durch thermische Wärmezufuhr von außen über einen Zeitraum zwischen einer und 240 Minuten, elektromagnetische Strahlung (z.B. Mikrowellen, IR-Strahlung) über 10 bis 480 Sekunden oder durch Induktion über 10 bis 480 Sekunden mit Hilfe einer Vorrichtung, die eine Induktionsspule enthält. Aufgrund der speziellen Auswahl der Haftvermittler (bio-basiert mit niedriger Glasübergangstemperatur) und der Additive reichen für die Aktivierung der thermisch zersetzbaren Substanzen oder die Auflösung der Haftwirkung bereits Temperaturen unter 110°C aus, was in einer besonders energieeffizienten Trennung und einem für die Materialschichten schonenden Trennvorgang resultiert. Dies wirkt sich sowohl in Bezug auf die Energiebilanz als auch auf die Möglichkeit der Wiederverwendung (Recycling) der getrennten Materialien positiv auf die Umwelt aus. Die Variante mit der wasserlöslichen Folie kann die Trennung durch Einlegen in Wasser verbessern.

Die Komponenten der Bauteile werden nach erfolgreicher Aktivierung der Additive im Polymer oder Auflösung der wasserlöslichen Klebeschicht mechanisch voneinander getrennt. Durch die Nutzung schaltbarer thermolabiler Härter zur Vernetzung der Harze, können zudem die getrennten Bauteile durch Wärmezufuhr von bereits 40 bis 80°C und/oder Imin- bzw. Triethylentriamin haltige Lösungsmittel (Anteil Imin oder Triethylentriamin von 10 bis 50 Vol.-%) restlos von dem Haftvermittler befreit werden und dieser nach anschließender Aufbereitung wiederverwendet werden.

Haftvermittlerzusammensetzung

Als Bindemittelmatrix für die erfindungsgemäßen Haftvermittler werden bio-basierte Harze aus der Klasse der Epoxid-Harze mit oder ohne BPA, der Klasse ungesättigter Polyesterharze und der Klasse Polyacrylatharze in Verbindung mit säurelabilen Diamin- Acetal und Diamin-Ketal basierten oder thermolabilen Polyimin-basierten Härtern eingesetzt.

Zu den genannten Bindemittelmatrix-Bestandteilen können die erfindungsgemäßen Klebstoffe Zusätze im Gew.-% Anteilen von 0.1 bis 40 enthalten, welche den Zweck haben, die Bindemittelmatrix leitfähig zu machen. Dazu gehören z.B. Kohlefaserreste aus der Produktion von Kohlefasergelegen, Kohlefasermatten, Kohlefaserverbundwerkstoffen, Recyclingprozessen von Kohlefaserverbundwerkstoffen, Neben- produkte aus der Verarbeitung von Kohlefasern sowie Kohlefaserhalbzeugen und Kohlefaserverbundwerkstoffen, Kohlefaserpulver, Kohlenstoffnanoröhrchen, Graphitpulver und Graphitfasern sowie verschiedene weitere Kohlefasermodifikationen, die entweder aus Recyclingprozessen oder aus Abfallströmen der Kohlefaserverbundwerkstoffindustrie gewonnen werden können. Je nach Faserlänge, Partikelgrösse oder Rohmaterialform, kann es nötig sein, die kohlefaserbasierten Zusätze durch Mahl- und Zerkleinerungsprozesse so aufzubereiten, dass diese dem Haftvermittler homogen zugemischt werden können. Die Einarbeitung dieser Zusätze bewirkt, dass der Haftvermittler leitfähig wird und durch Induktion oder elektromagnetische Strahlung erhitzt werden kann. Die Zusätze werden nach entsprechender Aufbereitung und Zerkleinerung durch Mischen entweder in beide oder eine der getrennten Haftvermittlerkomponenten oder in das aus beiden Komponenten bestehende Gemisch homogen eingearbeitet.

Zum Erzielen der Trennwirkung enthalten die erfindungsgemäßen Haftvermittler die oben beispielsweise genannten nicht toxischen und umweltfreundlichen thermisch aktivierbaren Substanzen. Für eine effektive Trennwirkung müssen diese homogen in der Bindemittelmatrix verteilt sein und dürfen bei Raumtemperatur keinen Effekt auf die Klebeeigenschaften besitzen. Beim Erwärmen bewirkten die Additive entweder die Freisetzung Wasser aus dem Kristallgitter oder expandieren in ihrem Volumen (Mikrohohlkugeln), was zur Ausweichung der mechanischen Festigkeit und somit physikalisch zum Bindungsbruch von Vernetzungspunkten der Bindemittelmatrix beiträgt. Sowohl die wasserbildenden als auch die thermisch expandierenden Substanzen bewirken durch ihren starken Expansionsdruck ein Lösen der Klebeverbindung oder eine erhebliche Schwächung der Haftwirkung, so dass der Klebeverbund unter leichter mechanischer Belastung separierbar wird. Als konkretes Beispiel für solche Substanzen dient Natriumcarbonat-Decahydrat (Na2CO3*10H2O) oder ungiftige thermisch-expandierbare Mikrohohlkugeln, bestehend aus einer thermoplastischen Copolymer-Hülle. Diese werden in Mengen zwischen 5 und 30 Gew. % in das Bindemittel eindispergiert. Details zur Auftragung

Um die Trennbarkeit der Materialschichten zu erreichen, werden auf eine oder beide Oberflächen der zu verbindenden Materiallagen jeweils eine dünne (0.1 - 4 mm) Schicht des Haftvermittlers aufgetragen. Dabei muss dieser gegebenenfalls vorbereitet werden, d.h. die benötigten Komponenten (Harz, Härter, Additive, usw.) im Voraus zusammen gemischt werden. Nach Auftragung des Haftvermittlers werden die Materialschichten je nach Verwendungsprozess miteinander verbunden, d.h. miteinander in Kontakt gebracht und gegebenenfalls auf Temperaturen zwischen 60°C und maximal 80°C erwärmt, falls eine schnellere Vernetzung der Harzkomponenten gewünscht ist. Die tatsächlich dafür benötigte Temperatur oder Zeit bis zum vollständigen Aushärten der Harzmatrix hängt individuell von dem ausgewählten Harzsystem ab. Eine Abwandlung dieses Verfahrens stellt das Einbringen der wasserlöslichen Folie mit Hilfe des Haftvermittlers zwischen die zu verbindenden Materiallagen dar. Die Folie dient sozusagen als zusätzliche Trennschicht, die beide Materiallagen durch die Klebewirkung des Haftvermittlers miteinander verklebt. Hierzu wird der Haftvermittler als dünne Schicht von 0.1 - 1 mm sowohl auf die Substrate (zu verklebenden Komponenten) als auch auf die Folie aufgetragen und alle Schichten miteinander verbunden.

Sowohl Haftvermittler, Additive wie auch die Folie besitzen entweder gar keinen oder minimalen Einfluss auf die chemischen, physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Schichten, so dass sich die mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften der Verbundstruktur minimal oder gar nicht ändern. Zudem werden die Materialeigenschaften (chemische Zusammensetzung, mechanische Eigenschaften) der unterschiedlichen Schichten auch nach der Trennung nur minimal oder gar nicht modifiziert, so dass die getrennten Materialien entweder sortenrein recycelt werden, wiederaufbereitet oder im selben Zustand wiederverwendet werden können.

Die Auftragung des Haftvermittlers und die Verbindung der Materialschichten kann vor der eigentlichen Verarbeitung des Bauteils oder direkt im eigentlichen Verarbeitung s- oder Verbindungsprozess der Materialschichten zu einem fertigen Bauteil erfolgen. Dabei muss darauf geachtet werden, dass eine erhöhte Verarbeitungstemperatur nicht zu einer beschleunigten Aushärtung der Haftvermittlerschicht auf einer der Materiallagen führt, bevor diese mit der zweiten zu verbindenden Schicht in Kontakt gebracht wird.

V erbundbau teile :

Bei den Verbundbauteilen (Materialschichten) handelt es sich, jedoch nicht ausschließlich, um mehrschichtige Strukturen, die mindestens ein Trägermaterial (Substrat) und mindestens ein weiteres Material als Deckschicht beinhalten. Dabei können die Materialien entweder alle aus demselben oder aus verschiedenen Werkstoffen bestehen. Das Trägermaterial kann, muss aber nicht, aus Metall (z.B. Aluminium), einer Metalllegierung (z.B. Eisen-Kohlenstoff-Legierung), einem keramischen Material (z.B. verschiedene Zusammensetzungen aus Ton, Feldspat, Aluminium und Siliziumkarbid, oder Kaolinen, Silikaten, Oxiden und Nitriden), einem thermoplastischen (PET, ABS, PP, PA, PS und deren Modifikationen) und/oder duroplastischen Polymer (z.B. Epoxid-, ungesättigte Polyester-, Phenol-, Melamin-, Harnstoff- oder Polyurethan-Duromere), einem Schaumstoff (z.B. aus Polyurethan, v.a. einem Polyurethan-Schaumstoff mit einem Anteil von über 40% nachwachsender Rohstoffe, Polystyrol, Lignin-basierten Werkstoffen, Cellulose, PET, PP) oder einer Kombination dieser Materialien bestehen. Zudem kann, muss aber nicht, eines dieser Materialien zusätzlich durch organische und/oder anorganische Fasern verstärkt sein. Darunter fallen z.B. Glasfasern, Carbonfasern, Aramidfasem, Flachsfasern, Bambusfasern, Hanffasern, u.a. Die weitere Materialschicht kann, muss aber nicht, entweder dieselbe Zusammensetzung wie das Trägermaterial oder eine beliebige Materialkombination der genannten Materialvariationen des Substrats aufweisen. Oftmals, aber nicht zwingend, beinhalten diese sog. Verbundwerkstoffe einen symmetrischen Aufbau (einen sog. Sandwich- Aufbau) aus mindestens einem Substrat (Untergurt), mindestens einem Kernmaterial und mindestens einer Deckschicht (Obergurt), wobei alle Schichten aus demselben Material oder jede für sich aus einer beliebigen Kombination der genannten Materialien bestehen kann, aber nicht zwingend muss.

Die Erfindung ist nicht auf die angeführten Beispiele beschränkt, es können die in diesen Beispielen genannten Materialien anders kombiniert werden, und in Kenntnis der Erfindung ist es für den Fachmann ein Leichtes, andere Klebstoffzusammensetzungen anhand einiger weniger, einfacher Versuche zu finden. Alle angegebenen Temperaturen sind Grad Celsius, soweit nicht anders angegeben, sind alle Angaben zur Zusammensetzung Gewichtsprozente.

Zusammenfassend kann man somit sagen, die Erfindung betrifft ein Verbundmaterial, insbesondere einen recyclingfähigen Verbundwerkstoff, bestehend aus mindestens zwei Materialschichten, die durch eine Schichte aus Klebstoff miteinander verbunden sind. Zur leichten und sauberen Trennung der beiden Materialschichten ist vorgesehen, dass der Klebstoff aus einem Material besteht, das bei Erwärmung auf über 100°C Wasserdampf abgibt und/oder generiert, wodurch der Verbund gelöst wird.

In der Beschreibung und den Ansprüchen werden die Begriffe „vorne“, „hinten“, „oben“, „unten“ und so weiter in der landläufigen Form und unter Bezugnahme auf den Gegenstand in seiner üblichen Gebrauchslage, gebraucht. Das heißt, dass bei einer Waffe die Mündung des Laufes „vorne“ ist, dass der Verschluss bzw. Schlitten durch die Explosionsgase nach „hinten“ bewegt wird, etc.. Bei Fahrzeugen ist „vorne“ die übliche Fortbewegungsrichtung. „Laufrichtung“ bezieht sich, wenn es um das Gehänge einer Hängebahn geht, und nicht um die Laufschiene(n), auf diese Richtung am Gehänge, Quer dazu meint im Wesentlichen eine um 90° dazu gedreht und im Wesentlichen waagrecht verlaufende Richtung.

Es soll noch darauf hingewiesen werden, dass in der Beschreibung und den Ansprüchen Angaben wie „unterer Bereich“ eines Gehänges, Reaktors, Filters, Bauwerks, oder einer Vorrichtung oder, ganz allgemein, eines Gegenstandes, die untere Hälfte und insbesondere das untere Viertel der Gesamthöhe bedeutet, „unterster Bereich“ das unterste Viertel und insbesondere einen noch kleineren Teil; während „mittlerer Bereich“ das mittlere Drittel der Gesamthöhe (Breite - Länge) meint. All diese Angaben haben ihre landläufige Bedeutung, angewandt auf die bestimmungsgemäße Position des betrachteten Gegenstandes. In der Beschreibung und den Ansprüchen bedeutet „im Wesentlichen“ eine Abweichung von bis zu 10 % des angegebenen Wertes, wenn es physikalisch möglich ist, sowohl nach unten als auch nach oben, ansonsten nur in die sinnvolle Richtung, bei Gradangaben (Winkel und Temperatur) sind damit ± 10° gemeint.

Alle Mengenangaben und Anteilsangaben, insbesondere solche zur Abgrenzung der Erfindung, soweit sie nicht die konkreten Beispiele betreffen, sind mit ± 10 % Toleranz zu verstehen, somit beispielsweise: 11 % bedeutet: von 9,9 % bis 12,1 %. Bei Bezeichnungen wie bei: „ein Lösungsmittel“ ist das Wort „ein“ nicht als Zahlwort, sondern als unbestimmter Artikel oder als Fürwort anzusehen, wenn nicht aus dem Zusammenhang etwas anderes hervorgeht.

Der Begriff: „Kombination“ bzw. „Kombinationen“ steht, soferne nichts anderes angegeben, für alle Arten von Kombinationen, ausgehend von zwei der betreffenden Bestandteile bis zu einer Vielzahl oder aller derartiger Bestandteile, der Begriff: „enthaltend“ steht auch für „bestehend aus“.

Die in den einzelnen Ausgestaltungen und Beispielen angegebenen Merkmale und Varianten können mit denen der anderen Beispiele und Ausgestaltungen frei kombiniert und insbesondere zur Kennzeichnung der Erfindung in den Ansprüchen ohne zwangläufige Mitnahme der anderen Details der jeweiligen Ausgestaltung bzw. des jeweiligen Beispiels verwendet werden