Holzleime sind Klebstoffe aus natürlichen oder synthetischen Grundstoffen zum Verbinden von Holz und Holzwerkstoffen.
Pulverleim bezeichnet heute meist Harnstoff-Formaldehyd-Leime. Aber auch traditionelle Leime wie Heißleim und Kaseinleim wurden in der Regel als Pulver oder Granulat (Perlleim) geliefert. Pulverleime reagieren meist mit der Luftfeuchtigkeit und sind darum nicht unbegrenzt lagerfähig.
Alle modernen Leime sind Kaltleime. Heiß- bzw. Warmleime werden aus Kollagen hergestellt (Glutinleim, Knochenleim, Hautleim, Hasenleim). Leim aus anderen (tierischen) Eiweissen wie Kaseinleim, Blutalbuminleim und Fischleim kann hingegen kalt verarbeitet werden. Siehe auch den Abschnitt Verarbeitung.
Fast alle Holzleime erreichen bei dünnen Fugen bessere Festigkeitswerte. Die Verleimung sollte bis zur Aushärtung des Leims verpresst werden, um die Fugenstärke zu minimieren, z. B. mit Schraubzwingen. Bei aufschäumenden Leimen wird dadurch zugleich vermieden, dass der Leim die Teile auseinandertreibt. Der aus den Fugen quellende Leim wird später mit dem Stechbeitel abgestoßen. Sichtflächen müssen anschließend meist abgeschliffen werden, um Leimreste zu entfernen.
Mit einkomponentigen Holzleimen können nicht ausschließlich dampfdichte Stoffe verleimt werden. Zumindest eines der verleimten Werkstücke muss porös und saugfähig sein, um das aus dem Leim austretende Lösemittel aufzunehmen oder die zur Aushärtung benötigte Luftfeuchte passieren zu lassen.
Mit 2-komponentige Leimen ohne Wasseranteil können auch Materialien verklebt werden, die weder saugfähig noch diffusionsoffen sind. Im Gegensatz zu anderen Leimen reduziert sich das Volumen von wasserfreien 2-Komponenten-Klebstoffen beim Aushärten kaum, so dass diese auch für spaltfüllende Verleimungen verwendet werden können, wenn die Werkstücke nicht plan zugerichtet werden können oder sich nicht verpressen lassen.
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:
| Klasse | alt | geeignet für Innen | für Außen |
|---|---|---|---|
| D1 | B1 | Holzfeuchte unter 15 % | |
| D2 | B2 | gelegentlich kurzzeitige Wasser- bzw. Kondenswassereinwirkung, die Holzfeuchte darf dabei maximal 18 % erreichen | |
| D3 | B3 | häufig kurzzeitige Wassereinwirkung oder höhere Luftfeuchte | ohne direkte Bewitterung |
| D4 | B4 | häufig und lang anhaltende Einwirkung von abfließendem Wasser bzw. Kondenswasser | der Witterung ausgesetzt mit angemessenem Oberflächenschutz |
Auch wasserfeste Verleimungen verlieren unter dem Einfluss von Feuchtigkeit teils deutlich an Festigkeit. Die Festigkeit trockener D4-Verleimungen liegt meist deutlich über 10 N/mm². Nach einer 4-tägigen Lagerung in kaltem Wasser fordert die DIN EN 204 nur noch eine Festigkeit von 4 N/mm². Bei einer spröden Verleimung löst sich das unter Feuchtigkeitseinfluss quellende und schwindende Holz nach einiger Zeit von der Leimfuge.
Es gibt unterschiedliche Leimarten, die sich in ihren Eigenschaften, ihrer Verarbeitung und ihrer Zusammensetzung voneinander unterscheiden. Alle modernen Leime sind höher belastbar als Nadelholz quer zur Faser. Beim Versagen einer gut ausgeführten Klebestelle reißt dementsprechend das Holz auf und nicht die Klebefuge.
Der heute häufig verwendete Weißleim (PVAc, PolyVinylAcetatleim) ist ein formaldehydarmer Dispersionsleim. Das Bindemittel Polyvinylacetat (PVAc) trocknet klar auf. Dünne Leimschichten sind nach dem Aushärten auf dem Holz nicht mehr zu erkennen.
Mit gewöhnlichem Weißleim zusammengefügte Teile sollten je nach Temperatur eine Stunde oder länger zusammengepresst werden. Bei schnellabbindendem Expressleim genügen meist Presszeiten unter einer halben Stunde.
Weißleim ist in den Beanspruchungsgruppen D2 bis D4 erhältlich. Für D4-Verleimungen wird ein D3-Leim vor dem Gebrauch mit Isocyanat-Vernetzer (in der Regel eine HDI) vermischt. Der angemischte Zweikomponentenklebstoff hat eine Topfzeit von einigen Stunden. Weiterhin gibt es Systeme, die auf einem D2-Leim beruhen, welchem zur Vernetzung ein Härter (eine Lewis-Säure wie Aluminiumchlorid) zugesetzt wird. Ein Vorteil dieser Mischung ist die wesentlich längere Topfzeit. Speziell bei Leimauftragsmaschinen wird diese Art des D4-Leimes oft bevorzugt. Seit einiger Zeit sind auch Einkomponenten-D4-Leime am Markt.
Eigenschaften:
Vorteilhaft ist insbesondere die einfache und komplikationsfreie Handhabung:
Nachteile:
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 niedrigem („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 Furnierarbeiten werden neutrale Weiß- bzw. Flächenleime mit pH-Wert 7 angeboten, die weniger zu Verfärbungen neigen.
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.
Holzleim auf Polyurethan-Basis wird meist als PU- oder PUR-Leim bezeichnet. Wie der im Bauwesen verwendete PU-Schaum sind PU-Klebstoffe relativ 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 meist zu einem leichten Aufschäumen durch die Freisetzung von Kohlenstoffdioxid. Dadurch füllt der Klebstoff Spalten und Hohlräume aus. Durch die Bildung von Schaum reduziert sich aber die Endfestigkeit der Klebung. Auch bei PU-Leim erfordert eine tragfähige Verleimung darum eine paßgenaue Fuge. Ein ausreichender Pressdruck sorgt für eine enge Leimfuge und verhindert, dass der aufschäumende Klebstoff die Werkstücke auseinandertreibt.
Die Haltbarkeit von PU-Klebern ist begrenzt, da Wassermoleküle auch in die verschlossene Verpackung einwandern (sofern diese nicht völlig dampfdicht versiegelt ist).
Vorteile:
Nachteile:
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.
Der neuentwickelte STP-Leim enthält silanterminierte Polymere als Bindemittel und wird auch als Hybridklebstoff bezeichnet. Er verhält sich ähnlich wie PU-Leim, schäumt jedoch nicht auf.
Vorteile:
Nachteile:
Acrylatklebstoffe sind wasserhaltige Dispersionsklebstoffe, die frostfrei gelagert werden müssen und meist in Auspresskartuschen in dickflüssiger Einstellung angeboten werden.
Vorteil ist die einfache und komplikationsfreie Handhabung:
Nachteile:
Gerbsäurehaltige Hölzer wie Eiche können bei gleichzeitigem Kontakt mit Dispersionsklebstoff und Eisen dunkel verfärben.
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.
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, ein Protein. 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), flexibel (Hautleim) 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.
Dieser Leim besteht aus Kasein und Kalk als alkalischem Aufschlussmittel (selten werden auch Borax oder Ammoniak verwendet). 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. Er kann auch durch das Verrühren von Magerquark mit gelöschtem Kalk (Verhältnis ca. 4–5:1) hergestellt werden.
Harnstoff-Formaldehyd-Leime sind reaktive Klebstoffe aus Kunstharzen in Verbindung mit Formaldehyd, die mit der Luftfeuchtigkeit oder einem zugemischten Härter reagieren. Es gibt ihn in den Beanspruchungsgruppen D3 bis D4. Markant ist der unangenehme, stechende und auffallende Formaldehydgeruch. Harnstoffleime können zu unerwünschten Reaktionen mit Holzbeizen führen.
Handelsformen:
Es ist üblich, Harnstoffleim mit ca. 10 % Roggenmehl zu vermischen, um ihn weniger spröde und spaltfüllend einzustellen.
Im deutschen Sprachraum wir Harnstoffleim nach dem Handelsnamen von BASF auch als Kauritleim bezeichnet. Kauritleim wird heute vorrangig zum Aufleimen von Furnieren verwendet. Kaurit in Pulverform enthält bereits eine chemische Härterkomponente. Die Zugabe von Wasser aktiviert den Kauritleim, der dann einseitig auf die Trägerfläche aufgetragen wird. Beim Heißverfahren werden die Flächen für etwa 3–5 Minuten mit hohem Druck (0,5 N/mm², entspr. 50 t/m²) und einer Temperatur von 70 bis 120 °C gepresst, um die Polymerisation zu beschleunigen. Nach dem Pressen werden die (dampfenden) Werkstücke stehend ausgelüftet. Beim Kaltverfahren wird ein anderer Härter verwendet als beim Heißpressen.
Phenol-Formaldehydharzleime bzw. Harnstoff-Formaldehydharzleime sind dunkel, witterungsbeständig, kochfest und fugenfüllend. Verwendung in der Bautischlerbranche, Herstellung von Spanplatten und Sperrholz.
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.
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.
Melamin-Urea-Phenol-Formaldehyd-Leim besteht aus einer Mischung von Melamin, Harnstoff, Phenol und Formaldehyd. Ohne Phenolbeimischung wird er auch als MUF-Leim bezeichnet.
pMDI wird als Bindemittel in Holzwerkstoffplatten, insbesondere bei OSB-Platten eingesetzt und ist ein Ausgangsstoff zur Herstellung von Polyurethanen.
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. Dies ist z. B. bei Formverleimungen oder schwierigen Press-Situationen erforderlich. Weißleime (PVAc) sind aufgrund ihrer Basis Thermoplaste. Dies wird z. B. zur Kantenbeschichtung genutzt, indem beide Kontaktflächen mit Weißleim benetzt, getrocknet und anschließend heiß zusammengefügt werden.
Leim in Pulverform wird nach Gewicht abgemessen, da das Volumen schwanken kann.
Bei Holzarten mit Gerbsäure, z. B. Eiche, oder bei Einsatz eisenhaltiger Auftragsgeräte kann es zur Verfärbung des Holzes kommen.
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.