Klebstoffe - Chemie und ihre Didaktik, Universität Wuppertal

Chemie
Nr.7
Klebstoffe
Andreas Hirth
Dieter Wöhrle
ISSN 1610-8558

Zum Titelbild
Die Seepocke
Die Seepocke, eine Krebsart, die in Küstengewässern heimisch ist,
kann sich als frei schwimmende Larve an praktisch alle marinen
Hartsubstanzen heften. Die Anheftung erfolgt dabei mit einem
Sekret der so genannten „Zementdrüsen“. Bei diesem Sekret handelt
es sich um einen 2-Komponenten-Reaktionsklebstoff mit hoher
Resistenz gegen Wasser und enormer Langzeitbeständigkeit. Bei der
Anheftung ist die Beschaffenheit des Untergrundes völlig
unerheblich. Auch während des Wachstums und bei den
verschiedenen Häutungen bleibt der Krebs stets fest mit dem
Untergrund verbunden, weil eine ständige Neusekretion von
Klebstoffen die Haftung garantiert.
Dr. Andreas Hirth
Prof. Dr. Dieter Wöhrle
Institut für Organische und
Makromolekulare Chemie
U niversität Bremen
woehrle@chemie.uni - bremen.de
dr.hirth@uni - bremen.de
ISSN 1610- 8558

INHALT
Allgemeiner Teil
1. Kleben – alte Kunst und junge Wissenschaft 1
2. Kleben – die Natur macht es vor! 2
2.1 Beispiel Feldwespe 2
2.2 Beispiel Gummibaum 3
2.3 Beispiel Honigbiene 3
3. Geschichte des Klebens 4
4. Wie „klebt“ ein „Klebstoff“ 5
4.1 Adhäsionskräfte 6
4.2 Kohäsionskräfte 7
5. Definition von Kleben / Klebstoff 7
6. Einteilung der Klebstoffe 8
7. Vorteile und Nachteile der Klebstoffe 9
8. Einsatz von Klebstoffen 9
9. Art und Anwendungsgebiete einiger wichtiger Klebstoff-Typen 10
Experimenteller Teil
Versuche zu Adhäsion und Kohäsion
1. Wasser und Glycerin als Klebstoff 17
2. Benetzung unterschiedlicher Werkstoffe 18
3. Kamm-Modell 19
4. Schälung einer Papierklebung 20
Thermie eines Reaktionsklebstoffs
5. Wärmefreisetzung beim Aushärten von Reaktionsklebstoffen 21
Klebeversuche
6. Klebeversuch mit Schmelzkleber 22
7. Lösemittel als Klebstoff 23
Herstellung einiger Klebstoffe
8. Papierleim aus Milch 24
9. Herstellung eines Metallklebers 25
10. Herstellung eines „Allesklebers“ 27
Kurzzeichen wichtiger Kunststoffe 28
Literatur 29
Regeln für die praktische Arbeit im Laboratorium 30

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1. KLEBEN – ALTE KUNST
UND JUNGE WISSENSCHAFT
Schon in der jüngeren
Steinzeit, also ca. 8000 v. Chr.
bedienten sich die Menschen
eines Birkenharzes zum
Befestigen von Speer- und
Beilspitzen (siehe Abbildung).
Bei der Entdeckung des
Gletschermannes „Ötzi“
wurden Ausrüstungs- und
Kleidungsstücke gefunden,
wie zum Beispiel ein aus
einem Eibenstämmchen
gefertigtes Beil, dessen Klinge mit dem Klebstoff Birkenpech sowie Lederstreifen
befestigt ist.
Um 5000 v. Chr. benutzte man in Babylon tierisches Blut, Eiweiß, verschiedene
Pflanzenharze oder Asphalt als Klebstoffe. Beim Bau vor ca. 3500 Jahren wurde das
Kleben sogar „professionalisiert“:
Der Beruf des Leimkochers (Kellopsos) entstand. Die Kunst des Leimsiedens, wurde
später von den Griechen und Römern übernommen. Ein Indiz dafür, dass die Kunst des
Klebens zur Zeit der Römer schon recht weit entwickelt war, mag ein Eichenholzkästchen
aus der Römerzeit sein, das um 1886 in Breslau gefunden wurde: Auf dem Deckel dieses
Eichenholzkästchens waren fünf metallische Münzen aufgeklebt. Der vermutlich auf einer
Eiweiß-Kalk-Verbindung basierende Klebstoff muss eine für damalige Verhältnisse
extreme Haftkraft besessen haben, da vier der fünf aufgeklebten Münzen noch nach fast
zwei Jahrtausenden auf der Holzunterlage haften.
Mitte des 14. Jahrhunderts bedienten sich die Azteken beim Bauen der Klebwirkung des
Blutes, die auf das Blutalbumin zurückzuführen ist. Sie mischten Tierblut unter den
„Zement“. Noch heute sind diese Werke der aztekischen Baukunst recht gut erhalten und
zeugen von der Qualität des Bindemittels.
Um 1830 wurde Naturkautschuk als Klebrohstoff eingesetzt. Mit der Erfindung der
Vulkanisierbarkeit von Kautschuk 1841 durch Goodyear setzt die Geschichte der
synthetisch hergestellten Kunststoffe und somit der synthetischen Klebstoffe ein. Damit
wurde erstmals in der Geschichte der Menschheit ein Naturstoff chemisch verändert und
so ein halb-synthetischer Werkstoff mit neuen mechanischen bzw. technologischen
Eigenschaften hergestellt (Kunststoff). 1864 gelang es W. Parks, das halb-synthetische
Celluloid herzustellen. Die ersten „echten“ Kunststoffe, die aus den Laboratorien der

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Chemiker stammten und zu denen es in der Natur keine Parallelen mehr gab, waren die
Phenolharze. Ihre technische Nutzung begann 1902 und ist eng mit dem Namen
Baekeland verbunden, der 1905 das erste Phenolharz unter dem Produktnamen Bakelite
vertrieb. Mit der Herstellung dieser Werkstoffe war der entscheidende Schritt in der
Kunststoffentwicklung getan: von der Nutzung von Naturstoffen über die chemische
Modifizierung hin zu den vollsynthetischen Kunststoffen. In den folgenden Jahrzehnten
nahm die Entwicklung der synthetischen Kunststoffe und Klebstoffe einen rasanten
Aufschwung. Kunstkautschuke wie Polychloropren, Buna (Polybutadien) und Siliconkautschuk
wurden synthetisiert. Es folgten die Epoxidharze und die Polyurethane, nach
dem zweiten Weltkrieg die Methacrylat- und Cyanacrylat-Klebstoffe
(Sekundenklebstoffe).
Etwas Etymologie zum Abschluss: Der Begriff „kleben“ stammt aus dem
althochdeutschen „kliban“ (norddeutsch „Klei“ = toniger Schlick) und „leimen“ aus dem
indogermanischen „leimo“ = Lehm.
2. KLEBEN – DIE NATUR MACHT ES VOR!
Die Geschichte der Menschheit bietet so viele Beispiele klebtechnischer Anwendungen in
den unterschiedlichsten Entwicklungsstadien, dass man das Kleben für eine Erfindung des
Homo sapiens halten könnte, wobei die Natur immer wieder Ausgangspunkt und Vorbild
für die Anwendung der Fügetechnik Kleben durch den Menschen war. Die folgenden
Beispiele einiger klebtechnischer Lösungen aus dem Tier- und Pflanzenreich zeigen, wie
der Mensch von der Natur lernen und so die Technologie des Klebens weiterentwickeln
konnte und kann.
2.1 Beispiel Feldwespe
Streift man mit „klebtechnischem Blick“ durch das Reich der Insekten, stößt man auf die
in Mitteleuropa heimische Feldwespe: Mit ihren Kauwerkzeugen zerkleinert sie Holz,
wobei sie die langen Fasern der Cellulose des Holzes durch Schabbewegungen
mechanisch grob zerkleinert. Anschließend frisst sie diese Späne, fügt wässriges
Verdauungssekret hinzu und verkürzt damit chemisch nochmals die Faserlänge der
Cellulose. Der Nestbauklebstoff ist jetzt fertig zur Weiterverarbeitung. Beim Trocknen
verdunstet das Wasser aus der Masse, die Cellulosefasern verfilzen und der Klebstoff wird
fest. Mit dieser Klebtechnik kann die Feldwespe recht beständige Nester konstruieren.
Diese Technik hat sich der Mensch bei der Verschönerung seiner Wohnungen zu Nutze
gemacht: Die Klebfähigkeit von Tapetenkleister beruht auf demselben Prinzip.

2.2 Beispiel Gummibaum
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Beim Lösungs- bzw. Dispersionsmittel Wasser kann die Langzeitbeständigkeit der
Klebungen ein Problem werden. Auch hier bietet die Natur wieder eine Lösung an,
diesmal aus dem Pflanzenreich: Die Gummimilch der Gummibaum-Gewächse ist eine
Dispersion von Polymeren (Naturlatex) in Wasser. Die Dispersion ist also eine
Möglichkeit, das umweltfreundliche Lösungsmittel Wasser zu benutzen und trotzdem eine
langzeitbeständige Klebung zu erreichen. In der Holz verarbeitenden Industrie wird dieser
„Trick“ der Natur schon lange genutzt.
2.3 Beispiel Honigbiene
Während die Feldwespe sich also eines Klebstoffs bedient, dessen Wirkprinzip auf dem
Lösungsmittel Wasser beruht, verwendet die Honigbiene dagegen einen Nestklebstoff, der
völlig ohne Lösungsmittel auskommt: Wachs, das bei Körpertemperatur der Biene flüssig
ist. Erst nach Abkühlung erstarrt der Klebstoff in seiner beständigen Form. So erfüllt der
Bienenklebstoff die Idealforderung an moderne Klebstoffe (Schmelzklebstoffe):
lösungsmittelfrei und trotzdem zum Auftrag flüssig.

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3. GESCHICHTE DES KLEBENS
vor
3 Mrd.
Jahren
Vor
8000
Jahren
Vor
3500
Jahren
8000
v. Chr.
5000
v. Chr.
2000
v. Chr.
1000
v. Chr.
1500
Klebähnliche Vorgänge bei Urzellen: Sie erwerben eine klebrige
Außenhülle, wodurch sie sich mit Nachbarzellen zu Klumpen und
Kolonien verbinden. Muscheln stellen hochfeste Verbindungen zu
unterschiedlichsten Untergründen her; Sonnentau und Spinnen
produzieren klebrige Sekrete; Bienen verarbeiten Wachsplättchen;
Vögel stellen die ersten „geklebten“ Verbundwerkstoffe beim
Nestbau her.
Ab dieser Zeit sind Klebanwendungen durch den Menschen
bekannt: Kollagen wird von Höhlenmenschen am Toten Meer
benutzt. Bei Ausgrabungen wird es als Zierrat auf Schädeln, als
Dichtmasse für Behälter und als Klebstoff identifiziert.
Tierblut und Eiweiß als Bindemittel zum Untergrund bei
Höhlenmalereien; Hüttenbauten aus Holz, Reisig und Schilf, die
mit Lehm verstärkt werden.
Waffen bei fortgeschrittenen Jägerkulturen: Baumharze dienen der
verstärkenden Klebwirkung beim Befestigen von Feuerstein- oder
Knochenspitzen in Holzschäften; „Kleister“ durch Verkochen
pflanzlicher Bestandteile; „Leime“ durch Verkochen tierischer
Bestandteile.
In Mesopotamien und Ägypten: Nutzung von Asphalt (natürliche
Vorkommen) als Klebstoff (Mosaike) und in Verbindung mit
Harzen als Dichtstoff zur Bootsabdichtung.
1937
1940
1941
1943
Auf den Forschungsarbeiten von 0. Bayer, Leverkusen, basieren
die Polyaddition von Polyurethanen (PUR) aus Diisocyanaten und
Polyolen.
IG Farben erhält Patent für Methacrylat-Klebstoffe (heute
„Agomet“ der Degussa, Hanau).
Großtechnische Produktion gesättigter und ungesättigter
Polyester-Harze
Herstellung temperaturbeständiger Siliconkautschuke; in den USA
erste Verwendung von Phenolharz-Polyvinylacetaten mit
Formulierungen für Metall-Holz-Verklebungen im englischen
Flugzeugbau; Epoxidharz-Formulierungen für Metall/Metall-
Verbindungen im deutschen Flugzeugbau.
1946 Industrielle Herstellung von Epoxidharzen.
Vorderasien: Gelatineleim zur Möbelherstellung. 1953 V. Kneble (USA) führt anaerob härtende Klebstoffe auf
Dimethylacrylat-Basis unter dem Namen „Loctite“ ein.
China: Hautleime bei Lackarbeiten: Saft des Lackbaums verbindet
bei Verdunstung bis zu 30 verschiedene Schichten.
Kautschuk wird von den Spaniern aus Mittelamerika, wo es
Azteken und Mayas schon lange verwenden, nach Europa
gebracht; Casein, schon bei den Römern bekannt, wird als erster
„Kunststoff“ bei der Papierbeschichtung und Buchbinderei
verwendet.
1958
1967
1700 Leimsiedereien. 1968
1841 Vulkanisierbarkeit des Kautschuks wird entdeckt (Goodyear). 1970
1905
1921
1922
1928
1930
1931
1936
Baekeland bringt unter dem Namen „Bakelite“ das erste
Phenolharz auf den Markt.
Grundlagen der makromolekularen Chemie durch Max
Staudinger.
BASF erhält Patent zur Herstellung von in organischen
Lösungsmitteln löslichen Harnstoff-Formaldehyd-Harzen.
In den USA erstmals Produktion von Polyvinylchlorid (PVC);
Produktion von Polymethylmethacrylat (PMMA) als „Plexiglas“
bei Röhm & Haas.
Erste technische Herstellung von Polyvinylacetat (PVAC),
Polystyrol (PS) und Polyacrylnitril (PAN).
Erste stabile Kunststoff-Dispersion auf Basis von Acrylsäureestern
(BASF, Röhm & Haas) und Vinylacetat (Wacker, Hoechst);
Produktionsaufnahme von Polychloroprenen.
P.Castan (de Tre Fröres, Schweiz) benutzt die Polyaddition zum
Aufbau von Kunststoffen und erfindet Epoxidharze, die ihm 1939
patentiert werden.
C.Ellis (Ellis-Foster Comp. USA) entdeckt die rasche
Härtbarkeit ungesättigter Polyester mit Styrol durch Peroxide.
Erste Cyanacrylat-Klebstoffe „Eastman 910“ in den USA und
1960 „Sicomet“ in Deutschland auf dem Markt.
Erste temperaturfeste Polyimid-Klebstoffe (bis 300 °C) in den
USA.
Beginn der feuchtigkeitshärtenden Polyurethan Entwicklungen
~Sikaflex“ und „Betaseal“ zum Klebdichten von Kfz-Front- und
Heckscheiben.
Rasche Weiterentwicklung der Polyurethan-Chemie mit
vielfältigen 1- und 2-K-Formulierungen; erste UVIichthärtende
Acrylat-Formulierungen; Entwicklung von MS-Polymeren in
Japan, Anwendung bei erdbebensicheren Bauweisen.
1980 Reaktive Schmelzklebstoffe.
1984
1988
ab
1990
1993
1995
2000
Entwicklung anisotrop leitfähiger Klebstoffe. Die Leitfähigkeit
entsteht durch einen direkten Kontakt der Fügeteile über einzelne,
sich in der Klebstoffmatrix nicht berührende Füllstoffpartikel (z.B.
goldbeschichtete Polystyrolkugeln/Durchmesser 5 mm), die
elektrisch leitfähig sind.
Entwicklung von hochfesten Klebstoffen zum Kleben beölter
Stahlbleche unter Großserienbedingungen (z.B. Automobilbau).
Hierbei handelt es sich um spezielle heißhärtende 1 -K-
Epoxidharzklebstoffe.
Entwicklung von diversen Klebstoffen mit multiplen
Härtungsmechanismen. Z.B. Cyanacrylate, die zunächst durch
UV-Bestrahlung an- und dann über Luftfeuchtigkeit aushärten.
Entwicklung aerob härtender Klebstoffe, deren Härtung durch
Sauerstoffzutritt eingeleitet wird. Diesen Klebstoffen sind
Hydroperoxidbildner wie z.B. Hydrazon beigefügt, die oxidativ
Peroxide bilden und die Polymerisation starten.
Entwicklung von silanvernetzenden PolyurethanPrepolymeren (S-
PUR), die die Palette der 1-K-feuchtigkeitshärtenden
gummielastischen Klebstoffe ergänzen. Sie zeigen eine
verbesserte Balance zwischen Reaktivität und Lagerstabilität, ein
Ausbleiben der Blasenbildung und besitzen keinen isocyanatbasierten
Reaktionsmechanismus mehr.
Entwicklung wiederlösbarer Klebstoffsysteme für Reparatur und
Recycling basierend auf den Methoden Temperatur-, Spannung-,
Strom- und/oder pH-Wert-Anderung.

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4. WIE „KLEBT“ EIN „KLEBSTOFF“
Egal, ob man sich darüber ärgert, dass ein Kaugummi an der Schuhsohle sein Unwesen
treibt und den schönen Teppich ruiniert, oder ob du deine Jacke mit Hilfe eines „power
strips-Hakens“ an der Tür aufhängen – alles klebt.
Der Pritt-Stift zum Kleben von Papier, der Kleister, mit dem man Tapeten an die Wand
klebt, der Sekundenkleber, mit dem man einen abgebrochen Henkel wieder an die Tasse
kleben kann, sind heute genauso alltäglich, wie das Kleben (anstelle des Schweißens) von
Flugzeugrümpfen und Flügeln.
Zurück zu unserem anfänglichem Ärgernis dem Kaugummi. Kaugummi ist auch eine Art
von Klebstoff, der mit der Zeit aushärtet –und dann nur noch sehr aufwendig und teuer
mit Hochdruckreinigern von der Straße entfernt werden kann. Die Frage, die uns hier
interessiert ist, wieso Kaugummi und andere Substanzen kleben und worin die
Unterschiede im Klebvermögen begründet sind. Am Kaugummi kann man erkennen,
welche Bedingungen ein Klebstoff erfüllen muss:
Er muss an fremden Oberflächen kleben bleiben.
Der Kaugummi besteht nicht nur aus einer einzigen Klebstoffteilchenschicht
(monomolekularen Schicht) und muss deshalb auch in sich kleben.
Die Fachbegriffe hierfür lauten Adhäsion für die Haftung an dem Werkstoff und
Kohäsion für die Haftung in sich. Um den Vorgang des Klebens verstehen zu können,
musst Du Dich nun kurz mit der Adhäsion und der Kohäsion beschäftigen. Die unten
stehende Abbildung zeigt schematisch, welche Kräfte wirken, wenn zwei Werkstoffe
miteinander verklebt werden.
Kohäsionskräfte
Adhäsionskräfte
Werkstück 1
Klebstoff
(Klebstoffteilchen)
Werkstück 2

4.1 Adhäsionskräfte
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Dies sind Anziehungskräfte mit geringer Reichweite (1µm), die immer an Grenzflächen
von festen Stoffen auftreten. Sie treten aber meist nicht sichtbar in Erscheinung (wenn
man zwei Holzstücke aneinander hält, wirken keine spürbaren Kräfte), da die meisten
Oberflächen so uneben sind, dass der Abstand der Moleküle, der zum Ausbilden dieser
Kräfte nötig wäre, zu groß ist (Deshalb haften zwei Holzstücke nicht aneinander).
Man unterscheidet:
Mechanische Adhäsion Spezifische Adhäsion
Mechanische Verankerung des
Klebstoffs in Oberflächenporen
vergleichbar einem Puzzle
(schwache Kräfte)
Zwischenmolekulare oder
chemische Bindungskräfte
(Van-der-Waals-Kräfte, Dipol-
Dipol-Wechselwirkungen usw.).
Die Adhäsionskräfte sind zwischen Klebstoff und Werkstoffoberfläche wirksam. Damit
die Kräfte auch wirksam werden können, muss sich der Klebstoff der Oberfläche
anpassen können, um den Abstand zwischen Klebstoff- und Werkstoffoberfläche gering
zu halten.
Voraussetzungen für Klebstoffe:
1. Er muss flüssig sein, um in alle Spalten zu gelangen (Schmelze, Lösung)
2. Die Oberflächen müssen gut gesäubert werden und eventuell zur
Oberflächenvergrößerung aufgeraut werden, damit sich möglichst viele
Adhäsionsbindungen ausbilden können.
Die Qualität einer Verklebung hängt somit nicht nur von der Qualität des Klebstoffs ab,
sondern u.a. auch von der Oberflächenbeschaffenheit der zu verklebenden Materialien. Da
man aber keine monomolekulare Klebstoffschicht auftragen kann, muss der Klebstoff
noch eine innere Festigkeit besitzen, die sogenannten Kohäsionskräfte.

4.2 Kohäsionskräfte
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Das sind zwischenmolekulare Kräfte, die innerhalb des Klebstoffs wirken und ihm die
innere Festigkeit verleihen. Diese Kräfte werden beeinflusst durch:
1. Molekulargewicht (Je größer das Molekulargewicht, desto stärker sind die
Kohäsionskräfte und desto höher die Klebstofffestigkeit)
2. Anzahl und Größe der Seitengruppen
3. Polarität (Je polarer der Klebstoff ist, desto höher ist die Festigkeit)
Diese Kräfte können sich optimal ausbilden, wenn der Klebstoff dünn und gleichmäßig
aufgetragen wird. Da sowohl Adhäsions- als auch Kohäsionskräfte erst während des
Klebens ausgebildet werden, kann die Festigkeit der Klebung beeinflusst werden durch
Werkstoffoberflächenbehandlung, Art der Klebstoffauftragung, Aushärtetemperatur,
Aushärtezeit. Bei guten Klebstoffen sind die Kohäsionskräfte mindesten so groß wie die
Adhäsionskräfte. Wenn sich im Laufe der Zeit die Adhäsionskräfte lösen, spricht man von
einem Adhäsionsbruch, der Klebstoff löst sich von der Werkstoffoberfläche ab.
5. DEFINITION VON KLEBEN / KLEBSTOFF
Herstellung einer festen Verbindung zweier Teile durch einen synthetischen Werkstoff
(Klebstoff), der durch physikalisches Abbinden oder chemische Reaktion verfestigt wird
(Aushärten) und die Teile infolge der Oberflächenhaftung (Adhäsion) sowie der
zwischenmolekularen Kräfte (Kohäsion) miteinander verbindet.
Definition eines Klebstoffs (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.

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6. EINTEILUNG DER KLEBSTOFFE
Klebstoffe lassen sich nach zwei Kriterien klassifizieren, zum Einen nach ihrem
Verfestigungsmechanismus (Kap.11) und zum Anderen nach ihrer chemischen Basis. Die
beiden nachstehenden Abbildungen geben hierzu einen Überblick. Im Weiteren werden in
diesem Skript Klebstoffe auf organischer Basis betrachtet.

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7. VORTEILE UND NACHTEILE DER KLEBSTOFFE
Einige Vorteile:
Kleben verbindet die unterschiedlichsten Materialien miteinander.
Klebungen ersetzen Bohrungen und die dadurch entstehenden Schäden.
Kleben verhindert Flüssigkeitsansammlungen zwischen den Fügeteilen und verhindert
so die Korrosion.
Einige Nachteile:
Klebebindungen sind thermisch nicht sehr stabil.
Klebstoffe können altern d.h. Klebebindungen sind nicht für unsere Kindeskinder
geschaffen.
8. EINSATZ VON KLEBSTOFFEN
Nur einige Beispiele
Medizin: Pflaster, Zahnarzt, Knochenkleben, Wundverklebung …
Handwerk: Schuhe, Möbel, Fußboden, Verpackung, Buchbinden, …
Büro/Haushalt: Papier, Tapete, Klebehaken, Reparaturen, …
Automobilindustrie: Karosserieteile, Motorteile, Scheiben, …
Flugzeugbau/Raumfahrt: Fügeverbindungen, Hitzeschutzkacheln, Innenausbau, …
Bei Flugzeugen wie Airbus sind 30 % aller Teile per
Klebetechnik verbunden.
Nahrungsmittel: Klebeetiketten, Verpackung, …
Elektrotechnik: Haushaltsgeräte, Montage elektrischer Schaltungen, …
�
�
�
Der Pro Kopf Verbrauch in Büro und Haushalt an Klebstoffen beträgt 6 kg pro Jahr ! !

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9. ART UND ANWENDUNGSGEBIETE
EINIGER WICHTIGER KLEBSTOFF-TYPEN
physikal.
abbindende
Klebstoffe
Klebstoff-Typ mit Beispiel und
Reaktionsbedingungen
*
Lösungs-
/Dispersionsmittel
Anwendung für
Schmelz-K.:
SB, PA, EVA, Polyester
1 w ohne
Papier, Textilien, Leder,
Kunststoffe
Plastisol-K.:
PVC+Weichmacher+
Haftvermittler
1 w ohne Metalle, Keramik
Haft-K.:
Kautschuke, Polyacrylate
1 k
verdunsten vor dem
Kleben
Bänder, Folien,
Etiketten
Kontakt-K.:
PUR, SB, Polychloropren
1 k
verdunsten vor dem
Kleben
Holz, Gummi,
Kunststoffe, Metalle
Dispersions-K.:
PUR, VA-, VC-,
VDC-Copolymere
1 w
verdunsten vor dem
Kleben
Papier, Kunststoffe,
Metalle
Nass-K.:
PVAC, EVA, Polyacrylate
1 k
verdunsten beim
Kleben
Papier, Holz, Kunststoffe,
Keramik
Leime:
Glutin
1 w
verdunsten beim
Kleben
Holz, Papier, Pappe
Leime:
Stärke, Dextrin, Casein, PVAL,
PVP, Celluloseether
1 k
verdunsten beim
Kleben
Papier, Pappe
Reaktions-K. Reaktionsprodukte
chem.
abbindende
EP+Säureanhydride 2 w
Klebstoffe EP+Polyamine 2 k
Polyisocyanate+Polyole 2 k
Cyanacrylate 1 k
Metalle, Keramik,
Kunststoffe
Metalle, Keramik,
Kunststoffe
Metalle, Keramik,
Kunststoffe
Metalle, Keramik,
Kunststoffe, Gummi
Methacrylate 1 k Metalle
UP+Styrol od. Methacrylate 2 k
SI-Harze+Feuchtigkeit 1 k
PI, Polybenzimidazole 2 w
UF-, MF-, PF-Harze 2 wk
bleiben in der
Klebschicht
verdunsten beim
Kleben
verdunsten beim
Kleben
verdunsten beim
Kleben
Legende: *=Zahl der Kompenten u. Abbindetemperatur (w=warm, k=kalt)
Metalle, Keramik,
Kunststoffe
Keramik
Metalle
Holz

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Einteilung nach der Art des Abbindens, d.h. durch welche Reaktion der Klebstoff hart
wird:
Physikalisch abbindende
Klebstoffe
Das Polymer liegt schon vor der
Anwendung vor.
a) Nassklebstoffe
Einige Klebstofftypen:
Chemisch abbindende
Klebstoffe
Reaktionsklebstoffe
a) Nassklebstoffe d) Haftklebstoffe
Erst bei der Anwendung des Klebstoffs
wird durch chemische Reaktionen das
Polymer hergestellt. Die niedermole -
kularen, reaktionsfähigen Stoffe gehen
in hochmolekulare Polymere über.
b) Kontaktklebstoffe e) Einkomponentenklebstoffe
c) Schmelzklebstoffe f) Zweikomponentenklebstoffe
Sie enthalten Lösungs- oder Dispersionmittel (ca. 75-85%). Der Klebstoff wird auf eine
Werkstückoberfläche aufgetragen, das andere Werkstück wird in das Klebstoffbett gelegt.
Wenn das Lösungsmittel verdunstet ist, hat der Klebstoff abgebunden. Nachteile: Es
können nur kleine Oberflächen verklebt werden, oder die Werkstücke müssen
lösungsmitteldurchlässig sein, da sonst die Aushärtung sehr lange dauert.
Bsp.: Klebstifte, Alleskleber extra, Holzkleber.
Lösemittelhaltige Klebstoffe enthalten z.B. Polyvinylacetat (PVAC),
Polyacrylate oder Copolymere aus Ethylen und Vinylacetat (EVA)
CH2 CH
O
C O
CH2 CH
C
O
O
CH2 CH2
CH2 CH
CH3
n
CH3
n
CH3
Polyvinylacetat Polymethylacrylat Copolymer aus Ethylen
und Vinylacetat
x y
In auf Wasser basierenden Klebstoffen wie Leimen findet man Stärke, Celloloseether oder
Casein.
O
C O
n

O
CH2OH
OH
E X P E R I M E N T E M I T K L E B S T O F F E N 12
CH2OH
OH
O
O O
O
OH
O
OH
CH2OH
O
RO
OH
O
OH
ROCH 2
CH2OH
O
OH
O
O
OR
H O
4
6
O
CH2
5
OH
3
O
OH
Stärke
RO
O
2
O
CH2OH
OH
O
1 Amylose
ROCH 2
OR
Celluloseether z.B. R= –CH 3
O
OH
O
O
n
Amylopektin
Casein ist wichtigster Eiweiß-Bestandteil (Protein: -NH-CH(R)-CO-, R sind
unterschiedliche Reste an den a-Aminocarbonsäuren) der Milch. Kuhmilch enthält etwa
3% Casein in kolloidaler, milchig opaleszierender Lsg., u. zwar als Calciumcaseinat mit
weiteren Begleit-Ionen (Calcium, Magnesium, Phosphat, Citrat). Zur Isolierung von
Casein entrahmt man Milch bis auf einen Fettgehalt von 0,05–0,2%, mischt die
auf 45 °C vorgewärmte Milch mit Säuren (Schwefelsäure, Milchsäure,
Salzsäure, Essigsäure) u. stellt auf pH 4,6 – den isoelektr. Punkt des Caseins–
ein, worauf das Casein gerinnt. Bei der Herst. von Käse nimmt man die
Ausflockung des Casein dagegen mit Lab vor. Nach Trennung der festen von
den flüssigen Bestandteilen (Molke) wird das Casein verschiedenen Wasch- u.
Trocknungsvorgängen durch Abpressen unterworfen u. schließlich bei
50–80°C getrocknet, bis der Wassergehalt auf weniger als 10% abgesunken ist.
Aus 30 L Magermilch erhält man ca. 1 kg Casein.

) Kontaktklebstoffe
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Der Klebstoff wird auf beide Werkstoffoberflächen gegeben und getrocknet, danach fügt
man die beiden Oberflächen mit Druck zusammen. Prinzip der Autoadhäsion: Die
Klebung erfolgt durch die gegenseitige Diffusion der Polymere in die jeweils andere
Werkstückoberfläche hinein. Die Eindringtiefe in die Klebschicht kann so groß werden,
dass beim Zerreißen einer auf Diffusion beruhenden Verklebung die Moleküle nicht mehr
aus der Klebschicht herausgezogen werden, sondern ihre Ketten zerreißen.
Bsp. Polyurethane, UHU Alleskleber Kraft, Flicken von Fahrradschläuchen,
selbstklebende Briefumschläge. Chemische Bestandteile sind Copolymere aus Styrol und
Butadien (SB), Polychlorpren oder Polyurethan (PUR)
CH2 CH CH2 CH CH
x
Copolymer aus Styrol und Butadien
c) Schmelzklebstoffe
Heissklebepistole
Erweichungs-
bereich in o C:
Verarbeitungs-
temperatur in o C:
O O
CH2 CH2 C CH CH2
y
Cl
Vorteil: Lösungsmittelfrei und fest.
n
Polychloropren
Nachteil: Nicht für wärmeempfindliche Gegenstände geeignet.
Beispiele sind Polyamide (PA), Polyester, Copolymere aus
Styrol und Butadien bzw. Ethylen und Vinylacetat.
O O
C (CH2)x C N (CH2)y N
C (CH2)x C O (CH2)y O
H H
n
Polyamid Polyester
95-175
120-240
50-230
150-240
n
n

d) Haftklebstoffe
E X P E R I M E N T E M I T K L E B S T O F F E N 14
Dauerklebrige Substanzen, die schon nach leichtem Andruck haften.
CH 3
Zum Beispiel: Klebefolien, Aufkleber, Klebehaken UHU fix & film, Tesafilm,
Haftnotizen.
CH 2 C CH 2 C CH
CH3
CH2 x y
CH3
Butylkautschuk
e) Einkomponentenklebstoff
CH 2
CH 3
C
CH3
x
n
H 3C
CH 2
C CH
Naturkautschuk
Die „zweite“ Reaktionskomponente, die das Abbinden des Klebstoffs einleitet ist z.B. die
Luftfeuchtigkeit beim Sekundenkleber oder das UV Licht bei Zahnarztklebstoffen.
Kautschuke und Polyacrylate sind Vertreter dieser Gruppe
Cyanacrylate, die auch als Sekundenklebstoffe bezeichnet werden, sind Vertreter dieser
Klebstoffgruppe. Die stark elektronenziehende Cyan-Gruppe bewirkt eine positive
Polarisierung der Doppelbindung der Ester-Gruppe. Aus der umgebenden
Luftfeuchtigkeit kann Wasser als Nucleophil die Polymerisation, d.h. die
Härtungsreaktion zur festen Klebung, initiieren. Die Endfestigkeit wird allerdings erst
nach Stunden erreicht.
H 3 C
CN
H2C C
C O
H2C O
f) Zweikomponentenklebstoff
H 2 C
HC
CN
H2C C
C O
H2C O
Cyanacrylsäureethylester Cyanacrylsäureallylester
CH 2
n

E X P E R I M E N T E M I T K L E B S T O F F E N 15
Zwei Reaktionskomponenten werden in einem bestimmten Verhältnis gemischt, oft dient
als zweite Komponente ein Härter der zur Vernetzung des linearen Polymers der ersten
Komponente führt.
Ein Beispiel hierfür ist das Fibrinogen-Thrombin-Zweikomponentensystem. Es wird in
der Medizin verwendet. Dabei werden Fibrinogen und Thrombin mit Hilfe einer
Doppelspritze auf die Wunde gegeben und bilden dort Fibrin (Gerüst für neue
Haut/Gewebe). Nach 24 Std. wird dies fest, bleibt aber elastisch und wird deshalb
hauptsächlich bei Organbluten eingesetzt.
Als synthetische 2-K-Kleber sind Epoxidharze (EP) bekannt geworden. Die eine
Komponente ist ein Prepolymer auf der Basis von Bisphenol-A. Die zweite Komponente,
der Härter ist ein Polyamin und wird durch Mischen dazu gegeben. Je nach Art der beiden
Komponenten erfolgt die Härtung nach dem Zusammenfügen der Werkstücke innerhalb
wenigen Stunden bis einigen Tagen. Durch Erwärmen wird die Härtung beschleunigt.
CH 2 O C
N
CH3
CH 3
Prepolymer Diepoxid
Symbol:
CH 2
CH 2
N N
O CH2 CH
OH
CH2 O
+ Polyamin z.B.
n
CH 3
C
CH 3
O CH 2
H 2N CH 2 CH 2 NH CH 2 CH 2 NH CH 2 CH 2 NH 2
N CH 2 CH 2 N CH 2 CH 2 N
N
N
N
N N
N N
Fazit:
Es gibt keine Alleskleber, sondern man muss immer den
geeigneten Klebstoff für das jeweilige Werkstück auswählen.

EXPERIMENTE
E X P E R I M E N T E M I T K L E B S T O F F E N 16
Wasser und Glycerin als Klebstoff (V1) 17
Benetzung unterschiedlicher Werkstoffe (V2) 18
Kamm-Modell (V3) 19
Schälung einer Papierklebung (V4) 20
Wärmefreisetzung beim Aushärten von Reaktionsklebstoffen (V5) 21
Klebeversuch mit Schmelzkleber (V6) 22
Lösemittel als Klebstoff (V7) 23
Papierleim aus Milch (V8) 24
Herstellung eines Metallklebers (V9) 25
Herstellung eines „Allesklebers“ (V10) 27

E X P E R I M E N T E M I T K L E B S T O F F E N
„Wasser und Glycerin als Klebstoff“
Auch Wasser und Glycerin kann man als Klebstoff verwenden. Sie werden hierfür
jedoch in der Praxis nicht eingesetzt. Überlege warum!
Zeitbedarf: ca. 15 min
Geräte/Chemikalien:
2 Objektträger aus Glas. Glycerin (wasserfrei)
2 Stäbchen aus Polyethen. Leitungswasser
2 Stäbchen aus Polyamid.
Kristallisierschale, Pasteur-Pipetten.
Versuchsdurchführung:
Versuch 1:
Man gibt etwas Wasser auf einen Objektträger, verteilt es auf der Oberfläche, legt
einen zweiten Objektträger etwas versetzt auf die nasse Seite und drückt die beiden
Glasscheiben fest aneinander (Vorsicht Glas!!)
Anschließend versucht man die beiden Objektträger voneinander zu trennen, indem man
sie senkrecht auseinander zieht.
Versuch 2:
Wiederhole Versuch 1 und versuche diesmal die beiden Scheiben voneinander zu
trennen, indem Du sie gegeneinander verschiebst.
Versuch 3:
Wiederhole Versuch 1 und verwende diesmal an Stelle der Objektträger
Kunststoffstäbchen aus Polyethen und Polyamid.
Versuch 4:
Wiederhole Versuch 1 und 2 und verwende jedoch an Stelle des Wassers Glycerin.
Versuch 5:
Wiederhole Versuch 1, tauche die beiden Objektträger jedoch in einer
Kristallisierschale unter Wasser und versuche sie erst dann voneinander zu trennen.
Beobachtung: Notiere!!
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-17-
V1

E X P E R I M E N T E M I T K L E B S T O F F E N
„Benetzung unterschiedlicher Werkstoffe“
Klebstoffe können nur dann Adhäsion zu einer Oberfläche ausbilden, wenn sie diese Oberfläche
freiwillig benetzen. Dazu muss die Oberfläche natürlich sauber sein, also frei von Fettrückständen,
Fingerabdrücken oder sonstigen Verunreinigungen. Ob eine Flüssigkeit eine saubere Oberfläche
benetzt oder nicht, lässt sich oft schon mit dem bloßen Auge entscheiden. Bei einer optimalen
Benetzung spreitet die Flüssigkeit auf der Oberfläche, verteilt sich also in einer dünner werdenden
Schicht selbstständig über immer größere Flächen. Bei guter Benetzung erhält man einen relativ
flachen Tropfen mit großer Berührungsfläche zur Oberfläche. Bei schlechter Benetzung besitzt der
Tropfen die Form einer mehr oder weniger abgeflachten Kugel und perlt von der Oberfläche ab.
Zeitbedarf: 20 min
Geräte/Chemikalien:
Glaspipette, Gummihütchen, Glasplatte Aceton
Aluminiumstreifen, Stahlstreifen gefärbtes Wasser
PTFE-Streifen (Teflon), PVC-Streifen
Versuchsdurchführung:
Die verschiedenen Materialstreifen werden mit einem Papiertuch und etwas Lösungsmittel
gereinigt (Vorsicht, Lösungsmittel nicht auf die Haut bringen, Schutzhandschuhe!).
Auf die gereinigten Oberflächen aller Werkstoffe werden mit einer Pipette Wassertropfen
unterschiedlicher Größe aufgetragen. Es soll die Form und das Verhalten der Wassertropfen
beobachtet werden.
Beobachtung: Notiere!!
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Erklärung:
Alle Stoffe besitzen gegenüber Wasser eine unterschiedliche Grenzflächenspannung. Das bedeutet,
die Wassermoleküle werden von den jeweiligen Molekülen im Feststoff unterschiedlich stark
angezogen. Ist die Anziehung zwischen Wassermolekülen und Feststoffmolekülen größer als die
Anziehungkräfte der Wassermoleküle untereinander, wechselwirken die Wassermoleküle bevorzugt mit
der Feststoffoberfläche und der Tropfen bildet eine große Berührungsfläche aus bzw. das Wasser
spreitet sogar.
Im umgekehrten Fall, wenn also die Anziehungskräft zwischen den Wassermolekülen größer sind als
zwischen Wasser- und Feststoffmolekül, wechselwirken bevorzugt die Wassermoleküle untereinander
und der Tropfen behält seine runde Form.
-18-
V2

E X P E R I M E N T E M I T K L E B S T O F F E N
„Kamm-Modell“
Veranschaulichung zur Wirkungsweise eines Klebstoffs-
Die Klebewirkung eines Allesklebers lässt sich durch einen Modellversuch mit zwei
Kämmen und etwas Wasser verdeutlichen.
Zeitbedarf: 10 min
Geräte/Chemikalien:
Zwei Kämme, Petrischale, Pasteur-Pipetten, OHP, Leitungswasser
Versuchsdurchführung:
Lege die zwei Kämme gemäß der Abbildung in eine Petrischale und stelle die Petrischale auf
einen Overhead-Projektor. Gib nun wenige Tropfen Wasser in den schmalen (ca. 5 mm)
Zwischenraum zwischen den beiden Kämmen und beobachte das Verhalten des Wassers.
Diskutiere die Versuchsbeobachtung. Verwende die Begriffe Adhäsion und Kohäsion!
-19-
V3

E X P E R I M E N T E M I T K L E B S T O F F E N
„Schälung einer Papierklebung
„Leuchtende Briefumschläge“
Experiment zu Adhäsion
Beim Kontakt eines Feststoffes mit einem anderen Feststoff, einer Flüssigkeit oder
einem Gas treten an der Grenzfläche der beiden Stoffe automatisch anziehende
Wechselwirkungen zwischen den Teilchen auf, aus denen diese Stoffe bestehen. Diese
Anziehungskraft zwischen den beiden Stoffen wird Adhäsion genannt und ist das
Wirkprinzip aller Klebstoffe.
Eine Ursache für das Auftreten von Adhäsion (es gibt darüber hinaus noch andere
Ursachen) ist die elektrostatische Anziehungskraft zwischen den beiden Grenzflächen.
Diese wird hervorgerufen, indem geladene Teilchen aus dem einen Stoff durch die
Kontaktfläche in den anderen Stoff wandern. So kommt es auf einer Seite der
Grenzfläche zur Verarmung an Ladungsträgern, auf der anderen Seite zu einer
Anreicherung. Beide Grenzflächen laden also entgegengesetzt auf und ziehen sich an.
Dieses Phänomen nennt man elektrische Doppelschicht.
Zeitbedarf: 10 min
Geräte/Chemikalien:
Papierstreifen
Versuchsdurchführung:
Aus zwei bereitgestellten Kartons nimmt man je einen vorbeschichteten,
selbstklebenden Papierstreifen und klebt die beiden Streifen vollflächig
aufeinander. Danach wird die Klebung im Dunkeln aufgerissen (geschält).
Beobachten Sie dabei die Schälfront und notieren Sie Ihre Beobachtung.
Beobachtung: Notiere!!
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Erklärung:
Beim Schälen der Klebung werden die Grenzflächen der beiden geklebten Stoffe wieder
voneinander getrennt. Der Überschuss an Ladungsträgern in der einen Grenzfläche baut
sich ab, indem die Ladungsträger durch die Luft in die andere Grenzschicht übertreten.
Beim Durchgang durch die Luft kommt es zum Zusammenstoss mit Gasatomen aus der
Luft, die so zum Leuchten angeregt werden (gleiches Prinzip wie bei
Leuchtstofflampen).
-20-
V4

E X P E R I M E N T E M I T K L E B S T O F F E N
Wärmefreisetzung beim
Aushärten von Reaktionsklebstoffen
Experiment zum Aushärten von Klebstoffen
Beim Aushärten von Reaktionsklebstoffen kommt es zu einer chemischen Reaktion
zwischen Harzteilchen und Härterteilchen. Dabei entstehen große, fadenförmige
Moleküle oder vernetzte Strukturen, die sog. Polymere. Bei jeder chemischen Reaktion
zwischen Harz und Härterteilchen wird eine chemische Bindung gebildet und dabei eine
bestimmte Wärmemenge freigesetzt. Man spricht von einer exothermen Reaktion.
Zeitbedarf: 50 min
Geräte/Chemikalien:
50 ml Mischbecher aus PE
Holzspatel
Waage (auf 0,1 g genau)
kleines Reagenzglas
Thermometer
Millimeterpapier
Papiertücher
Versuchsdurchführung:
2-Komponenten-Epoxidharzklebstoff mit kurzer
Aushärtungszeit (Weicon Minutenklebstoff, oder
Araldit 2012)
2-Komponenten-Epoxidharzklebstoff mit langer
Aushärtungszeit (Scotchweld 2216 B/A oder
Teromix 6700)
Wasser von Raumtemperatur
Nach Anweisung aus den Datenblättern mischt man in den
Kunststoffmischbechern jeweils 20 g der beiden Epoxidharzklebstoffe an. Nach
ausreichendem Vermischen mit dem Holzspatel (ca. 2 min) stellt man in jede
Mischung ein Reagenzgläschen, welches zu etwa ¼ mit Wasser gefüllt ist. In
jedes Reagenzgläschen wird ein Thermometer gestellt (Vorsicht, Kippgefahr, an
Stativstange befestigen) und im Abstand von 3 min die Temperatur notiert. Die
Messung erfolgt über einen Zeitraum von 30 min
-21-
V5

E X P E R I M E N T E M I T K L E B S T O F F E N
Klebeversuche mit Schmelzkleber
Zeitbedarf: 5-10 min
Geräte/Chemikalien:
Brenner, Schmelzklebepatrone, Papierstreifen, 2 Holzbrettchen
Versuchsdurchführung:
Versuch 1
Mit dem Brenner wird ein Stück Schmelzklebepatrone erhitzt. Der flüssige Kleber wird
auf einen Papierstreifen aufgetragen, welcher zu einem Ring zusammengeklebt wird. An
den Ring werden solange Gewichte gehängt, bis der Ring reißt.
Was zerreist und was nicht?
Versuch 2
Der Schmelzklebstoff wird in der Brennerflamme angeschmolzen und dann etwas von
der Flüssigkeit auf die Holzbrettchen getropft. Beide Holzbrettchen werden zusammen
gepresst.
Modell
Modellzeichnung einer Klebefuge Atomare Struktur einer Klebefuge im
Beispiel für einen Schmelzklebstoff: Polyester, Erweichungsbereich zwischen 50 und
200 °C, Verarbeitungsbereich zwischen 150 und 250 °C.
Diskutiere die Besonderheiten in der Klebefuge
-22-
V6

E X P E R I M E N T E M I T K L E B S T O F F E N
Lösemittel als Klebstoff
Kunststoffe können durch Erhitzen oder Schmelzen in einen diffusionsfähigen Zustand
überführt werden. In diesem Zustand können zwei Werkstücke durch einfaches
Zusammenpressen verkleben, da die Grenzflächen der Stoffe durch Diffusion der
Makromoleküle ineinander übergehen. Bei anderen Kunststoffen ist es möglich, durch
geeignete Lösemittel die Oberfläche anzulösen oder aufzuquellen. Die Kunststoff-
Moleküle werden dabei so beweglich, dass sie, wenn Teile mit einer solchen angelösten
Oberfläche zusammengepresst werden, ineinander diffundieren können. Verdampft das
Lösemittel, entsteht eine feste Verklebung. Bei einigen Kunststoffen ist diese Art der
Verklebung die einzige Möglichkeit, Werkstücke dauerhaft zu verbinden. Beispielsweise
ist es nicht möglich, Polyvinylchlorid mit handelsüblichen Allesklebern oder mit den
meisten Zwei-Komponenten-Klebern zu verbinden.
Zeitbedarf: 10 min
Geräte/Chemikalien:
Styropor, Aceton (Lösemittel)
Versuchsdurchführung:
Die Oberflächen zweier Werkstücke aus Styropor werden mit etwas Aceton angelöst.
Die zu verklebenden Teile werden dann einige Minuten zusammengepresst.
Beobachtung:
Nach dem Verdunsten des Lösemittels haften die Werkstücke aneinander. Versucht
man, die Stücke wieder voneinander zu trennen, hält meist die Klebestelle und die
Werkstücke brechen an einer anderen Stelle.
Auswertung und Interpretation:
Durch das Anlösen der Werkstück-Oberflächen erhalten die Kunststoff-Moleküle die
Möglichkeit, sich gegen- und ineinander verschieben zu können. Presst man die
Werkstücke aneinander, diffundieren die Moleküle ineinander. Der Anpressdruck muss
solange aufrechterhalten werden, bis das Lösemittel verdunstet ist, was bei großen
Klebeflächen auch durch die eingeschränkte Diffusion des Lösemittels
verfahrenstechnische Probleme mit sich bringen kann. Weiterhin besteht hier, wie bei
allen anderen Klebungen mit organischen Lösemitteln, eine Umweltbelastung durch
Lösemitteldämpfe.
-23-
V7

Zeitbedarf: ca. 45 min
Geräte/Chemikalien:
E X P E R I M E N T E M I T K L E B S T O F F E N
„Papierleim aus Milch“
2 Bechergläser (500ml / 250 ml) Magermilch (1,5% Fett)
Glas Essig oder Zitronensaft
Kaffeefilter Salmiakgeist (10%-ig) [ACHTUNG: ÄTZEND]
Thermometer
Große Schnappdeckelgläser
Versuchsdurchführung:
1. Erwärme 250 ml Milch in einem 500 ml Becherglas auf genau 50 °C. Kontrolliere
die Temperatur mit dem Thermometer(nicht mit dem Thermometer rühren).
2. Gib unter Rühren langsam ca. 50 ml Essig zu der Milch.
3. Filtriere den flockigen, festen, weißen Niederschlag (Säurecasein = Milcheiweiß)
mit einem Kaffeefilter ab.
4. Fülle in ein Schnappdeckelglas ca. 2 cm hoch Caseinbruch (der feste Rückstand
aus 3). Hierzu gibst Du vorsichtig unter Rühren soviel Salmiakgeist, bis er sich
zu einer leimigen, zähen Flüssigkeit gelöst hat.
5. Verschließe das Schnappdeckelglas und schüttle kräftig, bis schaumiger Leim
entsteht.
Klebetest: (Protokollier deine Ergebnisse!)
Material: Leim, Pritt-Stift, Papier, Holzstücke, Filmdosen, Sand, Bleigewichte
a. Ein Blatt Papier halbieren und auf jedem Blatt einen 1 cm breiten Streifen mit
Deinem Leim bestreichen, zusammendrücken und trocknen lassen, eventuell mit
einem Fön nachhelfen. Verfahre mi t einem zweiten Blatt unter Verwendung des
Pritt-Stifts genauso.
b. Loche die verleimten Blätter (vier Löcher) (Klebestelle in der Mitte / Lochung unten)
Klebe auf die Löcher zu Stabilisierung „Lochverstärker“.
c. Hänge die Filmdosen mit Hilfe einer Büroklammer in die Löcher und erhöhe das
Gewicht nach und nach.
d. Verfahre ebenso mit einem Blatt, das Du mit dem Pritt-Stift verklebt hast
Wiederhole mit anderem Material, das verklebt werden soll.
-24-
V8

Zeitbedarf: 30 min
Geräte/Chemikalien:
E X P E R I M E N T E M I T K L E B S T O F F E N
Herstellung eines Metallklebers
„Glyptal-Harz“
100 ml-Weithals-Erlenmeyerkolben, Glasstab Glycerin
Handschuhe, Dreibein, Asbestnetz, Brenner Phthalsäureanhydrid
Becherglas ( oder besser elektr. Heizplatte) Aceton (Lösemittel)
Tiegelzange, 50 ml-Becherglas, Pinsel
Werkstückproben
Versuchsdurchführung:
In einen 100 ml Weithals-Erlenmeyerkolben gibt man zu 2,3 g Glycerin 3,7 g
Phthalsäureanhydrid und mischt diese gut durch.
Nun erhitzt man mit dem Brenner (nicht auf voll aufdrehen - geradeso zwischen blauer und
gelber Flamme) oder Heizplatte auf ca. 250 bis 280 °C, dann setzt die Reaktion unter
Rauchbildung und Bildung von weißen Nadeln am oberen Rand des Gefäßes ein.
Das Ende der Reaktion erkennt man daran, dass nur noch wenig Blasen aufsteigen und die
Flüssigkeit viskoser wird (nicht zu lange warten, da sonst das Harz schon fest wird).
Kurz vor Ende des Erkaltens muss das Lösemittel Aceton (10 ml) zugeben, da das Harz sich
sonst zu schnell verfestigt. Man darf das Aceton aber auch nicht zu früh zugeben, da es
sonst schlagartig verdampft.
Überprüfe die Klebeigenschaften deines Klebers an verschiedenen Materialien
Ergebnisse:
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-25-
V9

E X P E R I M E N T E M I T K L E B S T O F F E N
Herstellung eines Metallklebers
-Chemischer Hintergrund-
Die Hydroxid-Gruppe des Glycerins greift das C-Atom des Anhydrids nucleophil an. Es
bildet sich ein Zwischenprodukt aus. Durch die Spaltung einer Kohlenstoff-Sauerstoff-
Bindung wird der Ring aufgebrochen. Im nächsten Schritt wandert das Proton an die
Carboxylat-Gruppe. Es entsteht ein Phthalsäuremonoester (A), welcher noch weiter
verestert wird. Durch Polykondensation, d.h. unter Abspaltung von Wasser und weiterem
Verbrauch von Phthalsäureanhydrid entsteht ein Polyesterharz, das sog. Glypthalharz.
Dieses bildet lineare Ketten, kann aber bei einem Überschuß von Phthalsäureanhydrid auch
dreidimensional vernetzte Gebilde ergeben.
H 2C
H 2C
=
OH
CH
OH
R OH
Polykondensation
HO
O
HO
HO
Glycerin
O
O
O
O
OH + O
O
-H 2O
O
COOH
O
Phthalsäreanhydrid
Phthalsäureanhydrid
-H 2 O
-26-
HO
HO
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
Glyptalharz
O
O
O
COOH
Phthalsäuremonoester
V9

E X P E R I M E N T E M I T K L E B S T O F F E N
Herstellung eines Allesklebers
Hier wird ein Klebstoff auf Kunststoffbasis hergestellt, der zu den
Nassklebstoffen zählt. Es ist ein gebräuchlicher „Vielzweckkleber“, der auch
als „UHU-Alleskleber“ bekannt ist.
Zeitbedarf: 40 min
Geräte/Chemikalien:
Becherglas Essigsäureethylester
Glasstab Polyvinylacetat
Heizplatte Pipette
Versuchsdurchführung:
2g Polyvinylacetat und 7,5 ml Essigsäureethylester werden in ein 100 ml Becherglas
gegeben.
Das Becherglas wird nun auf eine Heizplatte gestellt und unter Rühren mit dem Glassstab
ca. 20 min erhitzt.
Das Polyvinylacetat löst sich langsam in dem Essigsäureethylester, es entsteht eine zähe
Flüssigkeit.
Aufgabe:
Führe nun einige Klebeversuche mit Papier, Kunststoff, Styropor und Deinem „UHU“ durch.
Wie sind die Klebeeigenschaften des Klebstoffs bei den verschiedenen Materialien?
Ergebnisse:
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-27-
V10

EP Epoxid
E X P E R I M E N T E M I T K L E B S T O F F E N
Kurzzeichen wichtiger Kunststoffe
EVA Ethylen-Vinylacetat
EVAL Ethylen-Vinylalkohol
MC Methylcellulose
MF Melamin-Formaldehyd
PA Polyamid
PA 6 Polymeres aus e-Caprolactam
PA 66 Polykondensat aus Hexamethylendiamin u. Adipinsäure
PC Polycarbonat
PE Polyethylen
PET Polyethylenterephthalat
PF Phenol-Formaldehyd
PI Polyimid
PMMA Polymethylmethacrylat
PP Polypropylen
PS Polystyrol
PTFE Polytetrafluorethylen
PUR Polyurethan
PVAC Polyvinylacetat
PVAL Polyvinylalkohol
PVC Polyvinylchlorid
SB
SI Silicon
Polystyrol mit Elastomer auf der Basis von Butadien
modifiziert
SMS Styrol – a-Methylstyrol
UF Harnstoff-Formaldehyd
UP ungesätt. Polyester
-28-

E X P E R I M E N T E M I T K L E B S T O F F E N
Literatur
Zur Erstellung des Scripts verwendete Literatur:
� Produktinformationen von UHU GmbH, 77815 Bühl/Baden.
� "Die Kunst des Klebens", Videomitschnitt von Quarks & Co., WDR 2000.
� "Praxis der Naturwissenschaften" Heft 7, 1989, S. 1-32 (Themenheft).
� "Chemie in unserer Zeit" Heft 4, 1980, 124 - 133.
� "Nachrichten aus Chemie, Technik und Laboratorium" Heft 12, 1995.
� Falbe, J.; Regitz, M.; Römpp Chemielexikon, Georg Thieme Verlag,
Stuttgart,1989.
� Informationen des Fonds der Chemischen Industrie, 27 Kleben / Klebstoffe
(Zu beziehen unter www.vci.de/fonds)
-29-

E X P E R I M E N T E M I T K L E B S T O F F E N
Regeln für die praktische Arbeit im Laboratorium
Vor Beginn der praktischen Tätigkeit wird eine kurze Sicherheitsbelehrung durchgeführt. Dabei wird u.
a. über den Standort des Verbandskastens, der Feuerlöschgeräte, der Not- und Augenduschen sowie
über die dem Arbeitsplatz nächstgelegenen Fluchtwege informiert. Jeder Praktikant bestätigt mit seiner
Unterschrift die Teilnahme an der Sicherheitsbelehrung. Zur Sicherheitsbelehrung gehören auch die
Kenntnis der Regeln für die praktische Tätigkeit im Laboratorium, sowie die Kenntnis des
Notfallmeldeplans der Universität Bremen.
1. Jeder hat seine experimentellen Arbeiten mit solcher Sorgfalt auszuführen, dass niemand gefährdet
wird.
2. Das Tragen einer ordnungsgemäßen Schutzbrille sowie eines einwandfreien Laborkittels ist in
den Praktikumsräumen Pflicht.
3. Rauchen, Essen und Trinken ist in den Praktikumsräumen nicht gestattet.
4. Die praktische Tätigkeit darf erst nach erfolgter und bestätigter Sicherheitseinweisung erfolgen. Die
Betreuer sind über einen Unfall unverzüglich zu informieren.
5. Vor Beginn der praktischen Arbeit sind die Arbeitsanweisungen genau zu studieren.
Bei Unklarheiten stehen die Betreuer bereit. Die Chemikalien und die Ausrüstung dürfen nur für
den im Script angegebenen Zweck verwendet werden. Es dürfen keine Chemikalien oder
Ausrüstungsgegenstände mitgenommen werden.
6. Versuche, insbesondere solche mit stark riechenden oder giftigen Substanzen sowie konzentrierten
Säuren werden nur im Abzug durchgeführt. Man beachte: Nur geschlossene Abzüge garantieren
ein einwandfreies Funktionieren!
7. Alle Gefäße, die Chemikalien und/oder Lösemittel enthalten, müssen eindeutig gekennzeichnet
sein.
8. Chemikalienabfälle werden in den dafür vorgesehenen Behältern gesammelt.
Verantwortungslos handelt, wer organische Lösungsmittel oder Sonderabfälle in den Ausguss gießt.
9. Halogenierte und halogenfreie Lösungsmittel werden getrennt gesammelt.
10. Unnötiger Verbrauch von Wasser, Strom und Chemikalien ist zu vermeiden.
11. Waagen, und andere allgemeine Geräte sind sorgfältig zu behandeln und nach Gebrauch zu
reinigen.
12. Arbeitsplätze und Abzüge sind stets sauber zu halten und nach Beendigung des Praktikums wieder
richtig einzuräumen.
13. Jeder Arbeitsplatz enthält z.T. sehr teure Geräte. Um auch zukünftigen Praktikanten ein optimales
Arbeiten im Praktikum zu gewährleisten, ist die Glasausrüstung mit äußerster Sorgfalt zu
behandeln. Sollte es trotzdem einmal zum Glasbruch kommen, so ist der Betreuer zu informieren,
damit das Gerät nachgerüstet werden kann. Kosten entstehen dabei in keinem Fall.
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