Klebstoffe Kleben ein alltgliches Phnomen Gliederung 1 Definition

Klebstoffe

Kleben – ein alltägliches Phänomen

Gliederung 1. Definition „Klebstoff“ 2. Adhäsion und Kohäsion 3. Aufbau eines Klebstoffes 4. Einteilung der Klebstoffe nach ihrem Abbindemechanismus a) Physikalisch abbindende Klebstoffe b) Chemisch abbindende Klebstoffe 5. Einsatz von Klebstoffen

Definition: Klebstoff nach DIN-NORM 16920 Klebstoff ist ein nicht metallischer Werkstoff, der Körper durch Oberflächenhaftung und innere Festigkeit (Adhäsion und Kohäsion) verbinden kann, ohne dass sich das Gefüge der Körper wesentlich ändert.

Adhäsionskräfte • Haftung am Werkstoff • Geringe Reichweite (1 µm) • An Grenzflächen von festen Stoffen • Mechanische Adhäsion: Verankerung des Klebstoffs in Oberflächenporen • Spezifische Adhäsion: zwischenmolekulare oder chemische Bindungskräfte

Kohäsionskräfte • Intermolekulare Kräfte zwischen einzelnen Klebstoffmolekülen • Beeinflussung durch: – Molekulargewicht – Anzahl und Größe der Seitengruppen – Polarität

Steckbrief: Klebstoff • Muss flüssig sein • Geringe Oberflächenspannung • Nach dem Trocknen ein Feststoff • Dünn und gleichmäßig auftragen

Aufbau eines Klebstoffes Demonstration 1: Klebstoff aus Styropor Demonstration 2: Klebstoff auf „Stärkebasis“

Aufbau eines Klebstoffes Grundstoff, d. h. Bindemittel Natürliche und synthetische Polymere Lösungs- oder Dispersionsmittel Schnell verdunstende organische Lösungsmittel oder Wasser Zusatzstoffe Konservierungsmittel, Härter, Weichmacher, Erhöhung der Wasserbeständigkeit, Farbgebung, Alterungsschutz, Schutz vor Oxidation

Klebstoffe physikalisch abbindend chemisch abbindend • „Lösungsmittelfrei“ • Polymerisation • Lösungs- / Dispersions- / Emulsionsmittel entweicht – Vor dem Kleben – Nach dem Kleben • Polyaddition • Schmelzklebstoffe Einkomponentensysteme • Polykondensation Ein- oder Zweikomponentensysteme

Wasserbasierte Klebstoffe Glutinleim Pflanzliche Naturprodukte Caseinleim Polyvinylalkoholklebstoff Papier, Tapeten Flaschenetikettierung Papier, Pappe, Holz

Versuch 1: Darstellung und Analyse von Stärkekleister Kleister: • Klebstoff auf Stärkebasis • Muss aufquellen

Stärke Amylose • Lösliche Stärke • 20 % • Einige hundert Glucoseeinheiten Amylopektin • Unlösliche Stärke • 80 % • Einige tausend Glucoseeinheiten

Amylose 4 1

Amylopektin 6 4 1

Säurekatalysierte Acetalspaltung

Fehling-Probe Cu 2+(aq) + 2 OH-(aq) + 2 C 4 H 4 O 62 -(aq) [Cu(C 4 H 3 O 6)2]4 -(aq) + 2 H 2 O +2 +1 2 Cu 2+(kompl) + 2 e- + 2 OH-(aq) Cu 2 O(s) + H 2 O RCHO + 2 Cu 2+(kompl) + 4 OH-(aq) RCOOH + Cu 2 O(s) + 2 H 2 O

Dispersionsklebstoffe Polyvinylacetat Polyacrylat Papier, Holz Fliesen-, Boden-, Wandbeläge, Haftklebstoff Polyurethan, Polychloropren Kautschuk Schuhindustrie Alternative zu lösungsmittelhaltigem Kontaktklebstoff

Versuch 2: Analyse von Holzleim Leim: • Wässrige Lösung eines Klebstoffs • Ursprünglich: Klebstoff auf Basis tierischer Eiweiße (z. B. Knochenleim) • Nachweis von Wasser als Lösungsmittel: Cu. SO 4(s) + 5 H 2 O Cu. SO 4 5 H 2 O(s) weiß blau • Analyse von Polyvinylacetat als Bindemittel:

Verseifung von Polyvinylacetat Acetation Polyvinylalkohol

Nachweis der Verseifungsprodukte • Nachweis des Polyvinylalkohols: [Ce(NO 3)6]2 -(aq) + ROH [Ce(OR)(NO 3)5]2 -(aq) + HNO 3(aq) gelb rot • Nachweis des Acetations: 3 Fe 3+(aq) + 5 OAc-(aq) + H 2 O [Fe 3 O(OAc)6]+(aq) + 2 HOAc(aq) gelb rot

Lösungsmittelhaltige Nassklebstoffe Polyester Polyacrylat Metall Kunststoff, Haftklebstoff

Versuch 3: Herstellung eines Polyesterharzes Harz: • Kondensationsprodukt aus mehrwertigen Alkoholen und Dicarbonsäuren bzw. Anhydriden Mechanismus der Veresterung: Glycerin Phtalsäureanhydrid

Polykondensation des Phtalsäuremonoesters:

Weitere physikalisch abbindende Klebstoffe Kontaktklebstoff Haftklebstoff Schmelzklebstoff

Klebstoffe physikalisch abbindend chemisch abbindend • „Lösungsmittelfrei“ • Polymerisation • Lösungs-, Dispersions-, Emulsionsmittel entweicht – Vor dem Kleben – Nach dem Kleben • Polyaddition • Schmelzklebstoffe Einkomponentensysteme • Polykondensation Ein- oder Zweikomponentensysteme

Polymerisationsklebstoffe Cyanacrylate Methylmethacrylate Phenolformaldehydharze Strahlenhärtende Klebstoffe Kleinteile, Glas, Gewebe, Sprühverband Kunststoff Holz, Aluminium Glas, Kunststoff, Dentaltechnik

Versuch 4: Schnellpolymerisation von Sekundenkleber Cyanacrylat

Polyadditionsklebstoffe Polyurethan Karosserie, Glasscheiben Epoxidharz Fahrzeug-, Flugzeugbau, Karosserie, Elektrotechnik

Versuch 6: Reaktivklebstoff auf Ricinusölbasis Ricinusöl

Wirkungsweise des Aktivators + Diazabicyclo[2. 2. 2]octan Diphenylmethan-4, 4‘diisocyanat +

Bildung des Urethans

Bildung des Polyaddukts

Polyadditionsklebstoffe Polyimide Metall Silicone Dichtungen, Automobilbau, Elektrotechnik, Luft-, Raumfahrt

Einsatz von Klebstoffen • Büro und Haushalt (pro Kopfverbrauch: 6 kg / Jahr) • Nahrungsmittelverpackungen • Medizin • Handwerk • Automobilindustrie • Flugzeugbau und Raumfahrt • Elektrotechnik