Klebestoff: Zwei neue Erfindungen

Anwendungsbereiche moderner Klebstoffe. Kleben ist eine Fügetechnik, die immer mehr an Bedeutung gewinnt. Innovative Klebstoffe werden in der Industrie, im Handwerk aber auch in der Medizin verwendet.

Moderne Klebstoffe: Produktinnovationen mit großem Potential

Mit der Fügetechnik des Klebens werden verschiedene Stoffe durch Adhäsion und Kohäsion dauerhaft miteinander verbunden. Innovative Klebstoffe sind aus der industriellen sowie der handwerklichen Fertigung nicht mehr wegzudenken und ersetzen dort Verfahren wie das Löten oder Schweißen. Werkstoffe mit Hilfe dieser Verbindungstechnik zu bearbeiten, bietet wirtschaftliche und technische Vorteile.

Die Vielfalt professioneller Industrieklebstoffe ist beeindruckend und spiegelt das breite Anwendungsspektrum der Klebetechnik wider. Ein Blick in einen Online-Shop für Industrieklebstoffe wie Klebetechnik-online.com zeigt die unterschiedlichen Einsatzmöglichkeiten moderner Klebstoffe. Industrieklebstoffe werden zum Verbinden von Werkstoffen und als effiziente Dichtungsmittel verwendet. Darüber hinaus ermöglichen Klebstoffe im medizinischen Bereich verbesserte Behandlungsverfahren.

Diese Verbindungstechnik weist eine Reihe entscheidender Vorteile auf:

• Verbindung fast aller Werkstoffe möglich
• gleichmäßige Kraftverteilung auf der gesamten Klebefläche
• große Klebeflächen möglich und damit perfekt für den Leichtbau geeignet
• elastische Klebstoffe ermöglichen Ausgleich von Temperaturschwankungen
• elastische Klebstoffe schonen das Material bei physischer Beanspruchung
• Werkstoffe werden nicht durch Bohrlöcher beschädigt
• keine Wärmebelastung und deshalb kein Wärmeverzug
• Klebstoffe gleichen Spalten zwischen Fügeteilen aus
• für winzig kleine Anwendungen geeignet (Mikroelektronik)
• für riesige Bauteile geeignet (Windkraftanlagen)

Darüber hinaus werden mit Klebstoffen nicht nur Materialien verbunden. Kleber können die thermische Leitfähigkeit in gewünschter Weise verändern, eine akustische Dämpfung erreichen oder Verbindungen abdichten sowie elektrisch isolieren oder aber die thermische und elektrische Leitfähigkeit verbessern.

In welchen Bereichen werden moderne Klebstoffe eingesetzt?

Klebstoffe ersetzen in Industrie und Handwerk andere Fügetechniken wie das Schweißen, Löten oder Schrauben und verdrängen diese Techniken in vielen Bereichen. In der Medizin bieten Klebstoffe völlig neue Behandlungsmöglichkeiten. Interessante Anwendungsbereiche sind:

• Maschinenbau
• Automobilindustrie
• Elektrotechnik
• Holzhandwerk
• Verpackungsindustrie
• Medizin

Maschinenbau

Im Maschinenbau werden Hochleistungsklebstoffe eingesetzt, um Metallteile dauerhaft zu verbinden, ohne dabei das Material durch Bohren oder Schweißen zu beschädigen. Der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) bezeichnet Kleben als zentrale Fügetechnologie des 21. Jahrhunderts, denn Klebstoffe passen sich fast allen Materialien an und ermöglichen damit die Realisierung besonderer Designs sowie effizienter Produktionsprozesse.

Ein weiterer Vorteil ist die Entwicklung extremer Kräfte, die es sogar erlaubt, die tonnenschweren Rotorblätter von Windkraftanlagen mit Industrieklebern zusammenzufügen. Mit Klebstoffen verbundene Bauteile sind leichter und verfügen dennoch über eine höhere Strukturfestigkeit. Ein typischer Anwendungsbereich im Maschinenbau ist die Herstellung von Welle-Nabe-Verbindungen. Die Größe der Verbindung ist unerheblich, sogar die Welle-Nabe-Verbindungen in Kraftwerksturbinen, die mehr als 50 Tonnen wiegen, können mit Hochleistungsklebstoffen zuverlässig hergestellt werden.

Automobilindustrie

Innovative Klebstoffe finden schon seit einiger Zeit in der Automobilindustrie Verwendung und werden auch in Zukunft die Automobilkonstruktion entscheidend verändern. Eines der wichtigsten Themen in diesem Zusammenhang ist die Leichtbauweise. Je leichter ein Fahrzeug ist, desto weniger Energie wird für den Antrieb benötigt. Die Verwendung von Aluminium, das mit Epoxidharzklebstoffen verbunden wird, bringt im Vergleich zu Stahlkonstruktionen eine Gewichtsersparnis von einem Drittel, ohne dass darunter die Stabilität der Konstruktion leidet. Ganz im Gegenteil: Die Torsion (Steifigkeit) der Fahrzeuge konnte auf diese Weise um mehr als 60 Prozent gesteigert werden.

Auch moderne Windschutzscheiben wären ohne Industrieklebstoffe nicht mehr denkbar, denn sie bestehen aus mehreren Glasscheiben, die wiederum mit Schmelzklebstoff-Folien verbunden werden. Außerdem werden die Windschutzscheiben fest in die Karosserie eingeklebt und sind somit ein stabilitätsverstärkender Bestandteil des Fahrzeugs. Im Falle einer Zerstörung der Scheibe wird verhindert, dass einzelne Splitter zu gefährlichen Geschossen werden, denn die Klebstoff-Folie hält die Einzelteile der Scheibe zusammen.

Elektrotechnik

Klebstoffe überzeugen nicht nur bei der Verbindung großer Bauteile, sondern bieten auch im Bereich der Elektrotechnik entscheidende Vorteile. Hier geht es darum, winzige Bauteile dauerhaft miteinander zu verbinden. Je kleiner die elektrotechnischen Komponenten werden, umso mehr stoßen andere Fügetechniken an ihre Grenzen. Mikroskopisch kleine Verbindungen mittels Löten oder Schrauben herzustellen, ist unmöglich, sodass auch in diesem Bereich die Klebetechnik überlegen ist. Klebstoffe haben außerdem den Vorteil, dass sie elektromagnetische Störungen zwischen einzelnen Komponenten verhindern, weil sie isolierend wirken.

Da der Trend hin zur Verkleinerung von Modulen unaufhaltsam ist, werden Industrieklebstoffe in der elektrotechnischen Industrie weiter an Bedeutung gewinnen und andere Verbindungstechniken wie das Löten ersetzen. Für die Chip-Herstellung sind Klebstoffe schon heute unverzichtbar.

Holzhandwerk

Nicht nur die Industrie schätzt die Entwicklung innovativer Klebstoffe. Auch im Holzhandwerk finden moderne Kleber Anwendung. Für die Herstellung von Möbeln mit runden Kanten oder Intarsien werden Klebstoffe benötigt, die Spannungen aufnehmen und kompensieren. Fenster und Türen im Außenbereich werden mit Klebstoffen produziert, die einen Temperaturausgleich bieten. Mit leistungsstarken Klebstoffen kann Holz dauerhaft und stabil mit anderen Werkstoffen wie Glas, Dämmstoffen, Gummi oder Metall verbunden werden. Die holzverarbeitende Industrie nutzt ebenfalls Klebstoffe, beispielsweise zur Herstellung von MDF- und Spanholzplatten.

Verpackungsindustrie

Die Verpackungsindustrie ist ein klassisches Anwendungsfeld moderner Klebstoffe, das von Papierverpackungen bis hin zur Verpackung von Fertiggerichten in biologisch abbaubaren Folienverbunden reicht. Diese Verbundfolien werden mit Kaschierklebstoffen hergestellt und weisen eine hohe Temperaturbeständigkeit sowohl bei Hitze (Mikrowellenverpackungen) als auch bei Kälte (Tiefkühlverpackungen) auf. Die industriellen Klebstoffe müssen außerdem die extrem strengen Vorgaben der Lebensmittelindustrie erfüllen.

Hergestellt werden diese Klebstoffe aus Molekülen, die ähnliche Strukturen aufweisen wie beispielsweise Stärke. Resultat sind biologisch abbaubare Verbundklebestoffe, die durch Enzyme in die Bestandteile Wasser, Biomasse und Kohlendioxid zerlegt und somit abgebaut werden.

Medizin

Auch für medizinische Anwendungen werden moderne Klebstoffe immer wichtiger. Das beginnt bei der Herstellung von Pflastern, die hervorragend haften und dabei wasserfest und luftdurchlässig sind. Ein weiterer Anwendungsbereich sind transdermale Pflaster, die kontinuierlich bestimmte Wirkstoffe über die Haut an den Organismus abgeben.

Darüber hinaus finden Klebstoffe in der Chirurgie Verwendung, wo sie zum Verschließen von Operationswunden genutzt werden. Derartige Klebstoffe werden auf Basis des körpereigenen Wirkstoffs Fibrin hergestellt. Fibrin sorgt für die Blutgerinnung und dafür, dass der Körper in der Lage ist, kleine Wunden selbst zu schließen. Wird ein derartiger Klebstoff bei Operationen eingesetzt, baut er sich nach Heilung der Wunde automatisch ab, sodass dem Patienten Nachbehandlungen erspart bleiben. Medizinische Klebstoffe sind sogar in der Lage, Risse in Blutgefäßen zu verkleben und innere Blutungen schnell zu stoppen.

Interessante Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich bei Gelenkprothesen, die direkt in den vorhandenen Knochen geklebt werden. Dort stellen sie eine stabile Verbindung zwischen dem körpereigenen Gewebe und dem Metall sowie dem Kunststoff der Prothese her. Des Weiteren finden Klebstoffe in der Zahnmedizin Anwendung, um Kronen, Brücken oder Inlays dauerhaft zu befestigen.

Klebstoffe: Innovationen bieten neue Einsatzmöglichkeiten

Aufgrund der vielen Vorteile der Klebetechnik wird ständig an der Entwicklung von Produktinnovationen in diesem Bereich gearbeitet. Zwei besonders eindrucksvolle Beispiele sind:

• Medinik: Klebstoff für Nierensteinoperationen
• Bioklebstoff aus Pflanzenmolekülen

Medinik: Klebstoff für Nierensteinoperationen

Dem Bremer Start-up „Purenum“ ist es gelungen, einen Klebstoff zu entwickeln, der die operative Entfernung von Nierensteinen revolutionieren könnte. Nierensteine sind ein weit verbreitetes, extrem schmerzhaftes Leiden. Überschreitet die Größe der Nierensteine ein bestimmte Grenze, kann nur eine operative Entfernung das Problem beseitigen. Dann werden die Nierensteine mit einem Laserstrahl zertrümmert und danach die Bruchstücke mit einer winzigen Kralle entfernt.

Sehr häufig bleiben dabei jedoch winzige Bruchteile, die nicht von der Kralle erfasst werden können, in der Niere zurück. Dort verursachen sie zunächst zwar keine Beschwerden, der hohe Anteil an Rezidiven lässt aber darauf schließen, dass sich aus diesen winzigen Bruchstücken neue Nierensteine entwickeln. 50 Prozent aller Patienten müssen deshalb später erneut operiert werden.

Der neue Klebstoff Medinik (Medizinischer Nierenstein-Klebstoff) schafft Abhilfe. Medinik besteht aus zwei Flüssigkeiten. Diese werden nach dem Entfernen der groben Trümmer in das Operationsgebiet gegeben und bilden dort ein transparent-bläuliches Gel, das die Nierenstein-Trümmer umhüllt. Die so einkapselten Stein-Reste können ebenfalls entfernt werden. Vorteil von Medinik ist die selektive Adhäsion, der Klebstoff haftet nur an den Nierenstein-Trümmern und nicht an der Niere oder den Operationsgeräten. Darüber hinaus funktioniert Medinik unter Wasser, was Bedingung für den Einsatz bei einer Nieren-OP ist, weil die Nierensteine von Wasser umhüllt werden.

Video: Teilchenmodell I Atome I Moleküle I musstewissen Chemie

Bioklebstoff aus Pflanzenmolekülen

Der Bioklebstoff wurde vom Chemie-Professor Klaus-Uwe Koch in Zusammenarbeit mit dem „Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik“ in Oberhausen entwickelt. Die Industriepartner Henkel, Logo Tape und Jowat unterstützten den Entwicklungsprozess. Resultat der Forschung ist ein Bioklebstoff, der überwiegend aus pflanzlichen Stärkemolekülen gewonnen wird. Die Verwendung nachwachsender Rohstoffe fördert nachhaltige Produktionsverfahren und ist ein Ausdruck des wachsenden Umweltbewusstseins der Industrie.

Die Zusammenarbeit mit Industriepartnern führte dazu, dass von Anfang an auf die spätere wirtschaftliche Nutzbarkeit geachtet wurde. Der biobasierte Hartschmelzklebstoff kann beispielsweise für Haftetiketten verwendet werden, die man nach Gebrauch rückstandslos entfernen kann. Die bisher genutzten Klebstoffe dieser Art werden überwiegend auf Basis fossiler Rohstoffe hergestellt. Das Forscherteam hat die Innovation bereits zum Patent angemeldet.

Klebstoffe sind die dominierende Fügetechnologie des 21. Jahrhunderts

Klebstoffe bieten eine Reihe von Vorteilen und aus diesem Grund wird permanent an der Entwicklung von innovativen neuen Lösungen geforscht. Dank moderner Klebstoffe kann man Teile verbinden, ohne sie durch Erhitzen, Verschmelzen oder das Bohren und Einstanzen von Löchern zu verändern. Es werden Bindungen zur Oberfläche des Materials hergestellt, die ebenso haltbar sind und in vielen Fällen sogar wesentlich bessere Eigenschaften aufweisen als mit anderen Fügetechniken erzeugte Verbindungen. Weltweit gibt es mehr als 250.000 verschiedene Klebstoffe.

Durch die Verwendung neuer innovativer Materialien in der industriellen Produktion ist es notwendig, dazu passende Klebstoffe zu entwickeln. Es gibt mittlerweile sogar Klebstoffe, die in gewissem Umfang radioaktive Strahlung abhalten. Ein sehr interessanter Ansatz ist die Entwicklung von Klebstoffen, deren Klebewirkung sich an- und abschalten lässt. Dabei handelt es sich um einen Schmelzklebstoff, dessen Klebewirkung erlischt, wenn er auf eine Temperatur von 65 Grad Celsius erwärmt wird und gleichzeitig einer Spannung von 48 Volt ausgesetzt wird.

Weitere Produktinnovationen betreffen das Kleben unter Wasser, das lange Zeit als unmöglich galt. Mittlerweile gibt es unter Wasser funktionierende Klebebänder, die auch im Privatbereich eingesetzt werden, um beispielsweise ein Planschbecken zu reparieren oder Rohre wasserfest abzudichten. In Zukunft wird der Trend zur Leichtbauweise und die Verwendung von Werkstoffen wie Glasfaser und Karbon dazu führen, dass die Bedeutung von Klebstoffen in der industriellen Produktion weiter zunehmen wird. Einen Nachteil hat das Kleben jedoch im Vergleich zu anderen Fügetechniken: Das Demontieren ist schwieriger.

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