Kettenverzweigungen in wässrigen Polyacrylatdispersionen und ihr Einfluss auf die Interdiffusion und Klebeigenschaften von drucksensitiven Haftklebstoffen

Haftklebstoffe (engl. pressure-sensitive adhesives, PSA) sind allgegenwärtig im Alltag, z. B. als Klebeband, Haftnotiz, Etikett oder Pflaster. Ebenso vielfältig wie ihre Anwendungsgebiete sind die Anforderungen an die Klebeigenschaften. Von permanentem Halt bis zur reversiblen Haftung auf unterschiedlichsten Untergründen ist eine maßgeschneiderte Lösung für die gestellten Aufgaben notwendig, ohne Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz aus dem Blick zu verlieren. Ein klassisches Beispiel hierfür sind wässrige Polyacrylatdispersionen zur Verwendung für Haftnotizen. Die Klebeigenschaften der getrockneten Dispersion hängen nicht nur von den Eigenschaften des Polymers ab, sondern auch maßgeblich von dem Trocknungsprozess. Diese Arbeit legt den Schwerpunkt auf den Einfluss von Kettenverzweigungen solcher Polymere auf die Filmbildungskinetik und die Klebeigenschaften des finalen Films. Als Basis hierfür dienen durch halbkontinuierliche Saatemulsionspolymerisation hergestellte Polymerdispersionen. Der Hauptbestandteil des Copolymers ist Polybutylacrylat (PBA). Herkömmliches PBA ist durch Kettentransferreaktionen während der Polymerisation stark verzweigt. Durch die gezielte Zugabe von Retardern (Polymerisation verlangsamende Comonomere) wie Styrol oder Methylmethacrylat kann der Verzweigungsgrad variiert und die Bildung linearer Ketten begünstigt werden. Zur Kontrolle der Molmassenverteilung finden Additive wie Kettentransferreagenzien ihren Nutzen. Als Hypothese der Dissertation galt, dass lineare Ketten auf lange Sicht besser und schneller interdiffundieren können als verzweigte Ketten, Kettenverzweigungen aber einen entscheidenden Vorteil für die Klebrigkeit mit sich bringen. Miteinander verhakte, verzweigte Polymerketten neigen beim Ablösen des Klebstoffs zur Versteifung und verbessern somit Kohäsion und Fibrillierung. Ziel war es, diese Hypothese durch Untersuchungen zur Filmbildung mittels Fluoreszenzspektroskopie basierend auf Förster-Resonanzenergietransfer (FRET) und der makroskopischen wie mikroskopischen Klebrigkeit von Polymerfilmen zu untermauern und ein Optimum der Verzweigung zu bestimmen. Für die nichtinvasive Beobachtung der Filmtrocknung mit FRET sind keine großen Mengen notwendig, allerdings spezielle Farbstoffe, die für die Polymerisation in geringen Relativanteilen der Monomerphase beigefügt werden müssen. Sie sind im Vergleich zu den restlichen Monomeren teuer, sodass als Teil dieser Arbeit eine erfolgreiche Miniaturisierung der klassischen Synthese im Litermaßstab auf ein Reaktionsvolumen von 10 mL durchgeführt wurde, ohne charakteristische Eigenschaften der Dispersionen wie Feststoffgehalt, Partikelgröße oder Molekulargewichtsverteilung zu verändern. Mit der Bestätigung der Arbeitshypothese konnte gezeigt werden, dass die Interdiffusion der Polymerketten sich gut in die Reptationstheorie eingliedert und die besten Klebeigenschaften bei einem mittleren Retardergehalt bzw. Verzweigungsgrad erreicht werden. Damit hat diese Forschungsarbeit nicht nur große Bedeutung für das materialtechnische Design von künftigen Klebstoffen, sondern bietet auch eine Verknüpfung von wissenschaftlichem mit industriellem Interesse.