Chemie ist… klebrig!

Bild: Babi Hijau [Public Domain] / Wikimedia Commons

Kann ein Klebstoff eigentlich auch Gase kleben? Das fragte Leoni R. einigen Wochen und ich muss zugeben, dass ich lange darüber nachdenken musste. Die kurze Antwort lautet: Nein. Die lange Antwort geht bis in die Steinzeit zurück.

Die EU-Norm 923 ist präzise, aber sehr umständlich. Sie definiert Klebstoff als „nichtmetallischen Stoff, der Werkstoffe durch Oberflächenhaftung (Adhäsion) so verbinden kann, dass die Verbindung eine ausreichende innere Festigkeit (Kohäsion) besitzt.“ Kurz gesagt: Ein Klebstoff nutzt die Oberflächenhaftung von Objekten. Wenn etwas keine feste Oberfläche hat, kann es auch nicht geklebt werden. Deshalb kleben Gase nicht fest.

Moleküle halten zusammen

Adhäsion und Kohäsion sind Begriffe, die manche vielleicht noch aus dem Schulunterricht kennen. Kohäsion bedeutet, dass ein Stoff sich selbst zusammenhält. Zum Beispiel ein Wassertropfen, der auf einer wasserabweisenden Oberfläche nicht zerfließt.

Kohäsion hält einen Wassertropfen in seiner runden Form.
Kohäsion hält einen Wassertropfen in seiner runden Form. Bild: Brocken Inaglory [CC BY-SA 3.0] / Wikimedia Commons
Adhäsion bedeutet, dass die Oberflächen zwei verschiedener Stoffe aneinander haften. Im Falle des Wassertropfens passiert das auf Oberflächen, wenn sie nicht wasserabweisend sind. Auf diese Weise haften auch Klebstoffe.

Wassertropfen haften an Oberflächen durch Adhäsion.
Wassertropfen haften an Oberflächen durch Adhäsion. Bild: Amada44 [Public domain] / Wikimedia Commons
Die Kleber halten aber auch zusätzlich durch andere Mechanismen. Bei rauen Oberflächen, wie beispielsweise Holz, kann sich der Klebstoff zwischen den vielen winzigen Unebenheiten verteilen. Wenn er dann trocknet, halten die tausenden Verzahnungen auf den Oberflächen den Kleber von beiden Seiten fest. Je größer die verklebte Fläche ist, umso besser hält es.

Aber auch glatte Oberflächen können sehr gut verklebt werden. Die Kleber verbinden sich auch chemisch mit den beiden Flächen, denn durch die sogenannten Van-der-Waals-Kräfte werden selbst Moleküle klebrig. Je größer die Oberfläche eines Moleküls ist, umso stärker haftet es an andere Moleküle. Auch deshalb kleben Gase nicht, denn Gasmoleküle sind vergleichsweise klein und haben nur schwache Van-der-Waals-Kräfte.

Geckos zeigen sehr eindrucksvoll wie das funktioniert. Sie haben an der Unterseite ihrer Füße tausende winzige Härchen. Die einzelnen Härchen haften nur sehr schwach an Oberflächen. Aber zusammen sind sie so stark, dass ein Gecko problemlos an einer glatten Glasscheibe hochlaufen kann.

Gute Bodenhaftung: Dank der Adäsion klettern Geckos problemlos selbst an Glasscheiben hoch.
Gute Bodenhaftung: Dank der Adäsion klettern Geckos problemlos selbst an Glasscheiben hoch. Bild: TimVickers [Public domain] / Wikimedia Commons

Eins plus Eins gleich Eins

Damit ein Klebstoff dauerhaft hält, muss er selbst fest werden. Denn sonst kann er keine Kräfte zwischen den beiden verbundenen Teilen übertragen. Deshalb müssen wir beim Kleben immer warten, bis der Klebstoff gut durchgetrocknet oder ausgehärtet ist.

Das kann passieren weil er einfach an der Luft trocknet, oder aber weil eine chemische Reaktion stattfindet. Die kann zum Beispiel durch Feuchtigkeit, Licht oder durch Abkühlen passieren. Es gibt aber auch Klebstoffe, bei denen die Härtung durch zweite Substanz gestartet wird, wie es beim Zweikomponentenkleber passiert.

Zweikomponentenkleber härtet aus, sobald die beiden Substanzen zusammenkommen.
Zweikomponentenkleber härtet aus, sobald die beiden Substanzen zusammenkommen. Bild: Simon A. Eugster [CC BY-SA 3.0] / via Wikimedia Commons

Klebstoff gibt es seit der Steinzeit

In Ötzis nachgebauter Axt wurde Birkenteer als Klebstoff benutzt.
In Ötzis nachgebauter Axt wurde Birkenteer als Klebstoff benutzt. Bild: Bullenwächter [CC BY 3.0] / Wikimedia Commons
Kleben ist eine der ältesten Techniken der Menschheit. Schon vor 200.000 Jahren nutzen die Menschen klebriges Birkenpech, um Objekte aneinanderzukleben. Auch bei Ötzi, der vor 5.000 Jahren lebte, fand man die Überreste von Pfeilen und einer Axt. An allen hafteten organische Reste von Klebstoffen.

Die Griechen und Römer entwickelten zwischen den Jahren 1 und 500 neue Klebstoffe und erfanden dabei auch den Mörtel. Die Römer sind die erste bekannte Kultur, die Teer und Bienenwachs nutzten um die Planken ihrer Schiffe wasserdicht zu versiegeln.

In Europa wurden Klebstoffe später nicht mehr benutzt, bis in der Renaissance die ersten Möbelmacher wieder Leim benutzen. Ein wichtiger Startschuss für neue Klebstoffe war eine Entdeckung von Charles Goodyear im Jahr 1839. Er fand heraus, dass eine Mischung aus Gummi und Schwefel weich wird, wenn man sie erhitzt. Dieser Prozess wurde „Vulkanisierung“ genannt und war besonders wichtig bei der Entwicklung des Automobils.

Als zu Beginn des 20. Jahrhunderts die Kunststoffe erfunden wurden, entstanden auch die ersten synthetischen Klebstoffe und Kunstharze. Der große Vorteil am Kleben ist nämlich, dass es zerstörungsfrei funktioniert. Man muss keine Löcher in die Objekte bohren oder hämmern, um sie zu verbinden. Wenn man große Flächen verklebt, ist die Bindung auch wesentlich stärker als beim Schrauben oder Nageln. Denn Klebstoffe wirken über die gesamte verklebte Fläche.

Heute sind Klebstoffe überall. Sie halten Flugzeugteile genauso zusammen wie Autos oder Smartphones. Selbst Operationswunden werden nicht immer genäht, sondern können auch einfach zugeklebt werden. Das ist gar nicht mal so schlecht für eine chemische Technik, die es schon seit der Steinzeit gibt.

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