Kleberhärtung mit Magnetkraft
Forscher aus Singapur entwickeln einen neuen, nachhaltigeren Klebstoff. Zur Aktivierung muss keinerlei Hitze, Licht oder Dampf eingesetzt werden.
Der Bonding-Effekt ist sehr stark.
(Bild: NTU Singapore)
Egal ob Möbel, Kleidung, Elektronik oder mittlerweile auch Fahrzeuge: Vieles wird von Spezialklebern zusammengehalten. Das Problem dabei: Konventionelle Klebstoffe wie beispielsweise Epoxidharze entfalten ihre Wirkung erst unter Hinzugabe jeder Menge Energie, die in der industriellen Herstellung aufgebracht werden muss: Dampf, Hitze oder Licht gehören dazu. Die Aushärtung ist notwendig, um den Kleber kristallisieren zu lassen und haltbar zu machen.
Forscher der Nanyang Technological University Singapur (NTU Singapore) haben nun einen Klebstoff entwickelt, der durch Magnetfelder aushärtet. Diese sogenannte "Magnetocuring"-Methode – also Magnethärtung – ist damit auf keinerlei externe Hitze, Licht oder Dampf angewiesen. Damit soll das Verfahren deutlich nachhaltiger und CO2-sparender sein.
120 Mal weniger Energieverbrauch
Anders als herkömmliche Härtungsverfahren können Magnetfelder den Klebstoff einfacher erreichen, wenn er zwischen Isoliermaterial eingelegt ist. Die NTU-Forscher mischten die Klebeflüssigkeit an, indem sie handelsübliche Epoxidklebstoff mit magnetischen Nanopartikeln mischten, die aus einer chemischen Kombination aus Mangan, Zink und Eisen bestehen (MnxZn1-xFe204). Diese erwärmen sich, wenn elektromagnetische Energie zugeführt wird. Der Härtungsprozess dauert nur einige Minuten und benötigt rund 120 Mal weniger Energie als ein geläufiger Industrie-Ofen, der dafür Stunden braucht.
Als Vergleich gibt das Forscherteam an, dass ein "Magnetcuring"-Klebstoff von einem elektromagnetischen Gerät mit 200-Watt-Leistung in fünf Minuten (16,6 Wattstunden) ausgehärtet werden kann. Ein industrieüblicher 2000-Watt-Ofen hingegen benötigt eine Stunde (2000 Wattstunden), um Epoxidharz auszuhärten. "Schlüssel unserer Entwicklung ist, dass wir eine Möglichkeit gefunden haben, Klebstoff innerhalb von Minuten nach Einwirkung eines Magnetfelds zu härten und gleichzeitige eine Überhitzung der Oberflächen, auf die sie aufgetragen werden, zu verhindern", sagt Associate Professor Terry Steele, der die Methode gemeinsam mit Professor Raju V. Ramanujan und Dr. Richa Chaudhary entwickelt hat.
Beschleunigung in der Produktion
Das sei wichtig, da einige der zu verbindenden Oberflächen extrem wärmeempfindlich sind, beispielsweise flexible Elektronik und biologisch abbaubare Kunststoffe. Die Maximaltemperatur und Erhitzungsrate können von der Menge der Nanopartikel im Klebstoff kontrolliert werden.
Die Klebkraft beträgt bis zu sieben Megapascal und entspricht damit Leistungen kommerzieller Klebstoffe. Diese sollen sich durch Ergänzung der Nanopartikel weiterverwenden lassen. Das hat auch Vorteile bei der Herstellung zahlreicher Produkte. Beispielsweise könnte der Produktionsablauf durch den Verzicht von Öfen beschleunigt werden. Klebstoff würde dann beinah wie nebenbei entlang der Fertigungslinie gehärtet werden. (bsc)
