Holzleim

Holzleime sind Klebstoffe aus natürlichen oder synthetischen Grundstoffen zum Verbinden von Holz und Holzwerkstoffen.

Beanspruchungsgruppen

Holzleime werden in unterschiedliche Beanspruchungsgruppen eingeteilt, neue Bezeichnung DIN EN 204 (D1, D2, D3 und D4), alte Bezeichnung gemäß DIN 68602: B1, B2, B3 und B4. Die Beanspruchungsgruppen ordnen die Leime nach ihren Mindest-Scherfestigkeitswerten und ihrem Verhalten unter Feuchtigkeits- und Wassereinwirkung:

• D1 (alte Bezeichnung B1): Geeignet für den Innenbereich, wobei die Holzfeuchte unter 15 % bleiben muss.
• D2 (alte Bezeichnung B2): Geeignet für den Innenbereich mit gelegentlicher kurzzeitiger Wasser- bzw. Kondenswassereinwirkung, wobei die Holzfeuchte maximal 18 % erreichen darf.
• D3 (alte Bezeichnung B3): Geeignet für den Innenbereich mit häufig kurzzeitiger Wassereinwirkung oder höherer Luftfeuchte. Geeignet für den Außenbereich ohne Aussetzung einer direkten Bewitterung.
• D4 (alte Bezeichnung B4): Geeignet für den Innenbereich mit häufig und lang anhaltender Einwirkung von abfließendem Wasser bzw. Kondenswasser. Im Außenbereich und der Witterung ausgesetzt mit angemessenem Oberflächenschutz.

Leimarten

Es gibt unterschiedliche Leimarten, die sich in ihren Eigenschaften, ihrer Verarbeitung und ihrer Zusammensetzung voneinander unterscheiden:

Glutinleim (Heißleim)

Glutinleim wird aus tierischen Abfällen höherer Tiere („leimgebende Körper“) durch Auskochen gewonnen. Dabei entsteht eine Gallerte, die so und in getrocknetem Zustand als „Leim“ bezeichnet wird. Der Hauptbestandteil der Glutinleime ist das Glutin, eine Eiweißverbindung. Nach ihrer Herkunft unterscheidet man verschiedene Glutinleime, z. B. Knochenleim, Hautleim (Lederleim), Hasenleim, Fischleim oder Hausenblasenleim. Diese Leime werden meist mit Wasser versetzt und erwärmt, um verarbeitet werden zu können. Die Klebkraft entfaltet sich nach Abkühlung und Trocknung. Je nach Grundstoff des Leims ist die Leimfuge glashart (Knochenleim) bis sehr elastisch (Hausenblasenleim). Durch Anfeuchten und Erwärmen sind die Klebungen wieder lösbar, da der ausgehärtete Leim sich wieder verflüssigt, was Vorteile im handwerklichen Möbelbau hat, aber eine Verwendung im Außenbereich unmöglich macht.

Kaseinleim

Dieser Leim besteht aus Kasein und gelöschtem Kalk oder Borax als Aufschlussmittel. Es handelt sich um einen natürlichen Leim, der im Gegensatz zum Glutinleim wasserfest und sehr hitzebeständig ist. Er wird heute überwiegend nur noch in der Bautischlerei angewendet. Er ist als Pulvermischung zum Anrühren mit Wasser in den Beanspruchungsgruppen D2 und D3 erhältlich. Traditionell wurde er etwa durch ausgiebiges Vermengen von Magerquark mit gelöschtem Kalk (Verhältnis ca. 4–5:1) hergestellt.

Kaseinleim-Pulvermischung

• Lagerung: Ein bis zwei Jahre, danach nimmt die Lösbarkeit langsam ab. Das weiße Kaseinleimpulver ist hygroskopisch und muss dicht verschlossen aufbewahrt werden.
• Aufbereitung: In Steingut-, Glas- oder Porzellangefäßen, nicht in Metallgefäßen. 1 Gewichtteil mit 1,5 bis 2 Gewichtteilen Wasser rasch zu einem griesigen Brei rühren. Das Kasein verbindet sich innerhalb einer viertel bis halben Stunde zu Kalziumkaseinat, welches sofort beginnt, langsam abzubinden. Abgebundene Leimsubstanz kann nicht durch Wasserzugabe wieder verflüssigt werden.
• Standzeit: Durch Zusätze ist der handelsübliche Kaseinleim so eingestellt, dass der angesetzte Leim ca. 8 Stunden streichfähig bleibt. Kaltstellen erhöht die Standzeit.
• Streichfähigkeit: Eine zähe Mischung ergibt die beste Bindekraft, lässt sich aber nur schwierig auftragen. Bei größeren Flächen ist die Verwendung von Spachtel oder Rolle zu empfehlen.
• Annetzzeit: 5–10 Minuten. Vorzugsweise ist der Leim daher an beiden Seiten der Klebestelle aufzutragen.
• Abbindevorgang: Dieser geschieht a) durch chemische Umwandlung des flüssigen Leims in gelierten Zustand. b) Durch Wasserentzug durch das Holz. Der Wasserentzug geschieht bei der Kaseinleimung langsamer als bei der Glutinleimung, da die Hölzer kalt verarbeitet werden. Die Bindekraft nimmt ebenfalls langsamer zu.
• Abbindezeit: Nach 3 Stunden erfolgen in der Regel keine Leimbrüche mehr. Das Bindekraftmaximum wird nach 6 Stunden erreicht.
• Presszeit: Das Verleimen ungespannter Holzteile verlangt 1 bis 1½ Stunden Presszeit. Gespannte Fugen 3 bis 6 Stunden.
• Pressdruck: Da Kaseinleimfugen zähelastisch bleiben und auch dicke Fugen nicht verspröden, sind hohe Pressdrücke vorteilhaft, aber nicht unbedingt nötig.
• Bindefestigkeit: Höher als beim Glutinleim und in der Regel höher als die Holzfestigkeit.
• Versprödung: Auch dicke Fugen werden beim Abbinden zusammengezogen und verspröden nicht. Dies macht den Kaseinleim zu einem hervorragenden Konstruktions- und Montageleim.
• Wasserfestigkeit: Besser als beim Glutinleim, schlechter als bei vielen modernen Leimen. Abgebundener Kaseinleim lässt sich durch Wasser nicht mehr verflüssigen, quillt aber bis zum sulzigen Zustand auf. Die Bindefestigkeit vermindert sich dann auf etwa die Hälfte. Beim anschließenden Trocknen erreicht die Fuge nicht mehr die frühere Festigkeit, da der Pressdruck fehlt. Gespannte Fugen können ganz auseinanderfallen. Auch Pilze können Kaseinleim in feuchtem Zustand besiedeln.
• Fleckenbildung: Durch die enthaltenen Alkalien kann Kaseinleim auf Holz dunkle Flecken verursachen. Aus diesem Grund wird Kaseinleim wird darum meist überstrichen oder an verdeckten Stellen eingesetzt.
• Werkzeugverschleiß bei Bearbeitung des ausgehärteten Leims: Größer als beim Glutinleim, kleiner als bei vielen Kunstharz-Leimen.

Harnstoff-Formaldehydharzleim (auch Polykondensationsleim oder UF-Leim)

Diese Leimart besteht aus Kunstharzen in Verbindung mit Formaldehyd. Er wird in drei Handelsformen angeboten:

• Einkomponentenleim: Härter ist bereits untergemischt.
• Zweikomponentenleim: Leim und Härter als Pulver oder Flüssigkeit erhältlich. Je nach Verarbeitung muss der richtige Härter verwendet werden.
• Leimfolie: Beimischung von Streckmitteln (z. B. Roggenmehl, um die Leimfuge fugenfüllender zu machen).

Markant ist der unangenehme, stechende und auffallende Formaldehydgeruch (daher ist eine gute Entlüftung des Raumes ratsam). Es gibt ihn in den Beanspruchungsgruppen D3 bis D4.

Phenol-Formaldehydharzleim (PF-Leim)

Phenol-Formaldehydharzleime bzw. Harnstoff-Formaldehydharzleime sind dunkel, witterungsbeständig, kochfest und fugenfüllend. Verwendung in der Bautischlerbranche, Herstellung von Spanplatten und Sperrholz.

Resorzin-Formaldehydharzleim (RF-Leim)

Er besteht aus flüssigem Leim und pulverförmigem Härter. Dieser Leim ist kochfest, hat sehr gute witterungs- und hitzebeständige Eigenschaften und wird hauptsächlich im Bootsbau, im Segelflugzeugbau und bei der Herstellung von wasserfesten Plattenmaterialien verwendet.

Formaldehydarmer Polykondensationsleim

Formaldehyd wird zur Härtung der Leimharze benötigt. In den meisten Fällen ist der Formaldehydanteil höher als der der Harze, damit eine gute Aushärtung gegeben ist. Jedoch wird bei diesem Polykondensationsleim die Reduktion von freiem Formaldehyd durch Zusatz von Formaldehydfänger bzw. Verringerung des Formaldehydanteils erreicht. Somit weist der Leim eine geringere Bindefestigkeit auf.

Dispersionsleim (PVAc- oder Weißleim)

Der bekannte PVAc (PolyVinylAcetatleim oder einfach: Weißleim) ist ein formaldehydarmer Dispersionsleim. Aufgrund des Herstellungsverfahrens und der genutzten Rohstoffe enthalten Dispersionsleime geringe Mengen an Formaldehyd. Diese liegen mit bis zu 50 ppm im Bereich der von der natürlichen Abgabe von unbehandelten Hölzern. Vernetzende Systeme können bis zu 600 ppm Formaldehyd enthalten, liegen damit aber noch weit unter den Bereichen von UF oder MUF Harzsystemen. Nach der Klebung liegt die Formaldehydabgabe nahe der Nachweisgrenze.

Das Bindemittel bei diesem Leim ist das Polyvinylacetat, eine kristallklare, saubere Masse. Dieser Leim wird bereits gebrauchsfertig geliefert und ist als Kaltleim, Schnellbinder, Furnierleim, Härterleim und Lackleim erhältlich. Es gibt ihn in den Beanspruchungsgruppen D2–D4.

Für D4-Verleimungen bedarf es eines D3-Leimes, dem vor dem Verbrauch Isocyanat-Vernetzer (in der Regel eine HDI) zugesetzt wird. Solche Zweikomponentenklebstoffe haben eine Topfzeit von mehreren Stunden. Weiterhin gibt es Systeme, die auf einem D2-Leim beruhen, welchem zur Vernetzung ein Härter (eine Lewis-Säure wie z. B. Aluminiumchlorid) zugesetzt wird. Ein Vorteil dieser Mischung ist die wesentlich längere Topfzeit. Speziell bei Leimauftragsmaschinen wird diese Art des D4-Leimes oft bevorzugt. Speziell für kleinere Verbrauchsmengen gibt es seit einiger Zeit Einkomponenten-D4-Leime am Markt.

Daten:

• Basis: Dispersion in Wasser
• Farbe: weiß, ausgehärtet: durchsichtig, bei gefüllten Systemen beige
• pH-Wert: ca. 3–7
• Lagerung: bei 20 °C ca. 4–12 Monate; vor Frost schützen

Die Verarbeitungstemperatur (von Leim und Holz) geben die Hersteller mit 3 bis 7 °C an. Bei Temperaturen unter 8 °C kann der Weißleim jedoch auch nach dem Trocknen weiß bleiben („Weißpunkt“) und nicht mehr ausreichend abbinden.

Teakholz und andere Hölzer mit färbenden Inhaltsstoffen können vor dem Verarbeiten mit Aceton abgerieben werden, um eine Verfärbung der Leimfuge zu verhindern.

Gerbsäurehaltige Hölzer wie Eiche können bei gleichzeitigem Kontakt mit Weißleim und Eisen dunkel verfärben. Verfärbungen lassen sich teilweise mit einer 2-3%igen Oxalsäurelösung entfernen. Insbesondere wasserfeste Weißleime mit saurem pH-Wert (unter 7) können im Kontakt mit manchen Holzinhaltsstoffen zu Verfärbungen führen, auch zeitverzögert. Neben Eichenholz sind etwa Ahorn, Buche, Birnbaum oder Kirschbaum betroffen. Für kritische Fälle wie etwa Furnierarbeiten werden spezielle Weiß- bzw. Flächenleime angeboten, die weniger zu Verfärbungen neigen.

Polyurethan-Klebstoff (PUR- oder PU-Leim)

Die modernsten Leime für den Holzbereich sind einkomponentige Klebstoffe auf Polyurethan-Basis. Sie werden meist als PU- oder PUR-Leim bezeichnet. Wie der im Bauwesen verwendete PU-Schaum sind sie wasserfest und kleben nicht nur Holz, sondern nahezu alle klebbaren Materialien. Die erreichbaren Festigkeiten entsprechen den D4-Anforderungen nach DIN EN 204/205 oder auch der höheren Anforderung nach DIN EN 15425 bzw. 302-1. Es handelt sich um lösungsmittelfreie Reaktionsklebstoffe, die mit Hilfe der aus der Umgebung aufgenommenen Feuchtigkeit aushärten. Dabei kommt es in vielen Fällen zu einem leichten Aufschäumen durch die Freisetzung von Kohlenstoffdioxid. Dies führt einerseits zum (erwünschten) Auffüllen von verbleibenden Spalten und Hohlräumen, andererseits reduziert die Schaumbildung die Endfestigkeit der Klebung. Ein ausreichender Pressdruck ist notwendig, damit der aufschäumende Klebstoff die Teile nicht auseinandertreibt.

Die Haltbarkeit von PU-Klebern ist begrenzt, da Wassermoleküle durch Spalten in die verschlossene Verpackung einwandern, sofern diese nicht hermetisch luft- und dampfdicht versiegelt ist.

Polyurethane sind im nicht ausgehärteten Zustand beim Einatmen und bei Hautkontakt wegen der enthaltenen Isocyanate allergieauslösend. Die Klebstoffe sollen daher nach Herstelleranweisung nur mit Schutzausrüstung (Schutzhandschuhe und bei unzureichender Lüftung mit Atemschutzmaske) verarbeitet werden.

Epoxidharz (EP-Leim) und ungesättigtes Polyesterharz (UP-Leim)

Epoxid- und Polyesterharze werden in der Regel als 2-Komponenten-Klebstoffe für wasserfeste Verklebungen eingesetzt. Sie können fast alle Materialien miteinander verbinden. Die hohe Festigkeit dieser Harze ist zur Verklebung von Weichholz meist nicht notwendig, so dass sie hier selten zum Einsatz kommen. Da 2-Komponenten-Harze kein Lösungsmittel benötigen, verlieren diese Klebstoffe beim Aushärten nahezu kein Volumen und können daher auch spaltfüllend eingesetzt werden.

Melaminleim (MUPF-Leim)

Melamin-Urea-Phenol-Formaldehyd-Leim besteht aus einer Mischung von Melamin, Harnstoff, Phenol und Formaldehyd; in der Variante ohne Phenolbeimischung wird er auch als MUF-Leim genutzt.

PMDI-Leim

pMDI wird als Bindemittel in Holzwerkstoffplatten, insbesondere bei OSB-Platten eingesetzt und ist ein Ausgangsstoff zur Herstellung von Polyurethanen.

Verarbeitung

Die Verarbeitung ist je nach Hersteller unterschiedlich. Auch sagen die Beanspruchungsgruppen allein nichts über die Leimbasis, also den Leimgrundstoff, aus.

Weißleim wird je nach Saugfähigkeit der zu leimenden Flächen ein- oder beidseitig aufgetragen, bei stark saugfähigen Flächen ist ein doppelter Leimauftrag mit einer Ablüftzeit von ~10 Minuten notwendig. Weißleime können mit Wasser verdünnt werden, wenn die Anzugszeit (die Zeit, bis der Leim die Werkstücke nach dem Zusammenfügen miteinander verbindet) verlängert werden muss; das ist z. B. bei Formverleimungen oder schwierigen Press-Situationen erforderlich. Weißleime (PVAc) sind aufgrund ihrer Basis Thermoplaste. Das wird z. B. in der Kantenbeschichtung ausgenutzt, indem beide Kontaktflächen mit Weißleim benetzt, getrocknet und anschließend heiß zusammengefügt werden.

Heißleim, z. B. Kaurit, wird vorrangig zum Aufleimen von Furnieren verwendet. Der Kauritleim liegt in der Regel als Pulver vor, das sowohl den eigentlichen Leim als auch eine chemische Härterkomponente enthält. Die Zugabe von Wasser aktiviert den Kauritleim, der dann einseitig auf die Trägerfläche aufgetragen wird. Die Flächen werden kurzzeitig, etwa 3–5 Minuten lang, mit hohem Druck (0,5 N/mm², entspr. 50 t/m²) und Temperaturen zwischen 70 und 120 °C gepresst. Nach dem Pressen werden die (dampfenden) Werkstücke stehend ausgelüftet.

Bei Holzarten mit Gerbsäure, z. B. Eiche, oder bei Einsatz eisenhaltiger Auftragsgeräte kann es zur Verfärbung des Holzes kommen. Kauritleime können zu unerwünschten Reaktionen mit Holzbeizen führen. Können Flächen nicht mit genügend Pressdruck zusammengefügt werden, sind spaltfüllende, aber nicht expandierende Klebstoffe wie Polyester- und Epoxydharz empfehlenswert.

Raum-, Material- und Leim-Temperatur sollten 18–20 °C, die relative Luftfeuchtigkeit 50–70 % und die Holzfeuchtigkeit 8–10 % betragen.

• Weißpunkt: +3 °C bis +8 °C ist die Grenztemperatur, unterhalb derer Leime beim Trocknen nicht wie vorgesehen abbinden und zu einer weißen, gummiartigen Schicht auftrocknen. Optimal sind etwa 15 °C.
• Offene Zeit: 8–10 min (bei ca. 200 g/m²) die Fugenteile innerhalb der offenen Zeit zusammenbringen und pressen.
• Topfzeit: Lagerfähigkeit oder nach Zugabe von Härter; das ist die Zeit, die ein Leim von seiner Gebrauchsfähigkeit bis zum Beginn des Abbindens im Leimgefäß verbleiben kann. Am Ende der Topfzeit ist der Leim unbrauchbar.
• Leimauftragungsmenge: bei Flächenverleimung 80–140 g/m², bei Montage 150–180 g/m²
• Pressdruck: 0,1–0,5 N/mm² (entspr. 10–50 t/m²)
• Mindestpresszeit: Flächenverleimung von Schichtstoffen in Kurztaktpressen (+70 °C) ab 1 min, Montageverleimung 8–15 min, Brettfugen- und Blockverleimung 20–40 min.

Literatur

• Industrieverband Klebstoffe: Merkblatt TKH-3 „Dispersions-Holzleime“ (PDF, 93 kB) (Memento vom 7. März 2017 im Internet Archive)
• Gesamtverband Deutscher Holzhandel e.V. „GDHolz“: „Leime für die Holzwerkstoffherstellung“ (Memento vom 7. März 2017 im Internet Archive)
• Technisches Merkblatt PVAC-Holzleim „Ponal Classic“ (Memento vom 18. Oktober 2014 im Internet Archive) (PDF, 47 kB)