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Die Zukunft ist klebrig

Kleben statt Bohren Die Zukunft ist klebrig

Kaum eine Technologie macht derzeit so viele Fortschritte wie das Kleben. Immer neue Klebstoffe verlassen die Labore, nahezu kein Gegenstand des modernen Lebens hält ohne die haftenden Substanzen zusammen.

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Verbindung der Zukunft: Materialforscher suchen nach dem Superkleber.

Quelle: Fotolia

Kleben ist das halbe Leben – so ist  auf einer Pinnwand zu lesen. Und wenn es nach den hier forschenden Wissenschaftlern geht, sogar noch mehr. Das Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) in Bremen ist eines der weltweit führenden Klebstoff-Forschungszentren. Hier untersuchen 360 Wissenschaftler die Eigenschaften von klebenden Stoffen. Und sie müssen gegen Vorurteile kämpfen. Denn noch vertrauen wir Schrauben und Nieten mehr als jedem Kleber. Doch die Forscher sind angetreten, das zu ändern.

Längst ist Klebstoff überall. Ob in Automobilen oder Türdichtungen, ob in Verpackungen, Kleidung oder Mobiltelefonen: Was unsere moderne Welt im Innersten zusammenhält sind Klebstoffe. Sie zählen zu den wichtigsten Materialien der Moderne. Denn kaum ein Gegenstand kommt noch ohne haftende Klebchemie aus. In den Baumärkten finden Tuben mit der Aufschrift "Kleben statt Bohren" reißenden Absatz. Und der Siegeszug ist noch nicht vorbei: Flugzeuge und gebrochene Knochen gehören zu den nächsten Herausforderungen.

Jeder Schraube überlegen

Dazu erforschen die Bremer Forscher die Oberflächen der modernen Werkstoffe, auf denen Kleber halten soll: Dabei hilft ihnen ein "Dual-Beam" genanntes Gerät. Es kombiniert ein Rasterelektronen-Mikroskop mit einer Ionen-Feinstrahlanlage. Es zerlegt jedes Material in dünnste Schichten. Dabei sehen die Forscher Erstaunliches: In Wirklichkeit ist keine Oberfläche so glatt wie sie scheint. Poren, Rillen und Gänge überziehen die Materialien. Und genau in diese Unebenheiten müssen die Teilchen des Klebers passen.

Wenn es passt, dann sind moderne Klebstoffe jeder Schraube überlegen. Denn dann hängen sie sich wie Puzzleteile an die Einkerbungen der Oberfläche. Belastungstests haben gezeigt: Ein geklebtes Auto ist viel stabiler als ein konventionell montiertes. Bei einem Zusammenstoß treffen die Kräfte nicht auf den Punkt, an dem sonst eine Schraube sitzen würde. Sie verteilen sich stattdessen über die gesamte Klebfläche. Deshalb hält eine Karosserie mit Klebenähten beim Aufprall fester zusammen. Dazu tüfteln die Forscher an Spezialklebern, in denen kleine Styroporkugeln sind. Sie sollen den Aufprall zusätzlich dämpfen.

Haftkraft mit Schattenseiten

Die gute Haftung hat natürlich auch eine Schattenseite: Was einmal verklebt ist, lässt sich schwerlich wieder auseinanderbringen. Doch auch dafür haben die Bremer Forscher eine Lösung parat: entkleben per Knopfdruck. Der neue Kleber löst sich, wenn er auf 65 Grad erwärmt und von 48 Volt Strom durchflossen wird. Diese beiden Faktoren treffen nicht zufällig zusammen. Nur Strom oder nur Wärme ändern an der Haftkraft nichts. Doch zusammen führen sie dazu, dass sich der Klebstoff ganz leicht abziehen lässt, was etwa einer noch effektiveren Materialtrennung beim Recycling förderlich wäre.

Doch gleich, woraus die Hightech-Klebmassen der Zukunft bestehen, gleich, wo sie zur Anwendung kommen: Alle Kleber arbeiten nach identischen Prinzipien. Im Rohzustand ist jeder Kleber flüssig. Nur so lässt er sich auftragen und kann die Materialien benetzen. Bliebe die klebrige Masse allerdings flüssig, würde niemals etwas aneinander haften bleiben. Alle Klebstoffe müssen daher aushärten. Das geht bei einigen in Sekunden, bei anderen verstreichen Tage. Entsprechend scheitert die Haftkraft zumeist an der Ungeduld des Benutzers, sagen die Forscher.

Die meisten Haftmassen bestehen aus kleinen Molekülen, sogenannten Monomeren. Diese können sich frei umeinander bewegen, sind also flüssig. Durch Energie ändert sich das. Durch UV-Licht, Wärme oder Luftfeuchtigkeit werden die Kugeln angeregt, miteinander zu reagieren. Beim Zwei-Komponenten-Kleber erledigt das der Härter. Die Kugelteilchen verbinden sich zu netzartigen Strukturen: zu Polymeren. Während der Verkettung geschieht das Wunder des Klebens: Die Anziehungskraft zwischen den Monomeren wächst immer weiter an. Sie verhaken, verknäulen und verwickeln sich. Sie können sich nicht mehr frei umher bewegen.

Lernen von der Natur: Miesmuscheln sind Meister im Kleben.

Vorbild Miesmuschel: Die Weichtiere sondern eine Substanz ab, die selbst an Teflon haftet – und damit den meisten synthetischen Klebstoffen überlegen ist.

Quelle: Fraunhofer IFAM

Auf ganz anderen Spuren bewegen sich die Forscher, wenn sie Miesmuscheln untersuchen. Die Muscheln halten sich im brandenen Meer mit ihren Byssusfäden bombenfest. Dafür haben sie eine natürliche Haftsubstanz entwickelt, von der Klebstoffforscher nur träumen können: Denn Muscheln können damit an einer Vielzahl von Materialien haften. Selbst eine Antihaft-Beschichtung mit Teflon bereitet ihnen keine Schwierigkeiten. Seit Jahrzehnten versuchen die Forscher, dem Geheimnis des Muschelklebers auf die Spur zu kommen.

Sie haben herausgefunden, dass die Weichtiere sechs verschiedene Eiweiße kombinieren. Ein Molekül sorgt dafür, dass der Muschelkleber stabil ist und gleichzeitig elastisch, gleich drei Proteine verbinden die Masse mit dem Untergrund. Und dann hat die Muschel noch einen Spezialtrick: Der sechste Stoff legt sich um die Klebnaht wie ein Schutzlack. Leider ist es aufwendig, den Muscheln ihren Klebstoff abzutrotzen: Aus 10 000 Miesmuscheln lässt sich ein Gramm davon gewinnen.

Wenn es gelänge, den Muschelkleber künstlich nachzubauen, könnte er in der Medizin zum Einsatz kommen. Denn auch hier ist es oft feucht, was normale Kleber vor Probleme stellt. Der Bio-Kleber könnte dann gebrochene Knochen oder Wunden kleben. Doch noch ist er eine Vision, der Superkleber.

Von Jakob Vicari

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