Chemisches Klettband

Forscher von General Motors haben einen starken Klebstoff auf Basis eines Formgedächtnis-Polymers entwickelt, der sich durch Erwärmen wieder lösen lässt.

Auch Klebstoffe sind längst zu einem Hightech-Gebiet geworden. Einen potenziellen Superkleber, der sich durch Erwärmen wieder lösen lässt, hat jetzt der Autohersteller General Motors entwickelt. Das neue Material klebt zehnmal besser als Klettband sowie die von Gecko-Härchen inspirierten Klebematerialien. Erst beim dritten Mal lasse die Klebekraft um etwa ein Drittel nach, schreiben die Forscher um Tao Xie, Chemiker und Leiter des Projekts im Forschungs- und Entwicklungszentrum von General Motors in Warren, Michigan, im Journal Langmuir .

Im Prinzip sei das Material ein „chemisches Klettband“, sagt Xie. „Der Vorteil ist, dass die Verbindung fast so gut ist wie aushärtende Klebstoffe, mit denen wir reichlich Erfahrung haben.“

Im Automobilbau werden heute bereits etliche Komponenten verklebt – bis zu 18 Kilogramm Kleber können in einem Wagen stecken. Das neue Material könnte Modelle ermöglichen, die in Teilen umkonfigurierbar sind. Xie denkt etwa an auswechselbare Stoßstangen oder Zierleisten. Die Kunden könnten dann Autoradio, Navigationsgerät oder Flaschenhalter an Stellen ihrer Wahl anbringen lassen.

Hauptbestandteil des Materials ist ein so genanntes Formgedächtnis-Polymer. Bei Zimmertemperatur ein Hartplastik, nimmt es bei über 68 Grad Celsius eine gummiartige Konsistenz an. Über diesem Kern befindet sich eine einzelne Schicht aus anderen verzweigten Polymeren. Deren Molekülgruppen können sich über Wasserstoffbrücken miteinander verbinden.

Normalerweise hätten diese Molekülschichten nur einen schwachen Kontakt miteinander, wenn man zwei Flächen mit dem Formgedächtnis-Polymer im festen Zustand zusammenpresse, erläutert Xie. „Wenn wir sie aber erhitzen und dann im gummiartigen Zustand zusammenpressen, erhöht sich der molekulare Kontakt drastisch.“ Dann verbinden sich die unzähligen Molekülgruppen der verzweigten Polymere miteinander und halten beide Klebstoffteile zusammen. Kühlt man das Ganze wieder ab, bleiben die Bindungen bestehen.

Die Zugfestigkeit beträgt 700 Newton pro Quadratzentimeter. Zum Vegleich: Der derzeit beste „Gecko-Kleber“ schafft nur 100 Newton pro Quadratzentimeter. „Die Adhäsionskraft ist ziemlich stark und die Umkehrbarkeit des Klebevorgangs beeindruckend“, findet der MIT-Bioingenieur Jeffrey Karp, der selbst einen Gecko-Kleber für die Medizintechnik entwickelt hat. Die Temperatur zum Ablösen sei aber so hoch, dass sie die möglichen Anwendungen einschränke.

Für Mark Geoghegan, Klebstoffexperte an der Universität Sheffield in Großbritannien, könnte der Kleber aber unter anderem das Recycling von Rechnern und anderen Elektronikgeräten erleichtern. „Es ist mit einem gewissen Aufwand verbunden, komplizierte Strukturen auseinander zu nehmen, wenn sie geschweißt sind.“

Auch für Möbel oder Büroräume könnte sich der Kleber eignen, etwa um eine Einrichtung für Behinderte umzukonfigurieren. „Oder nehmen Sie die Tournee einer Rockband wie U2“, nennt Geoghegan ein weiteres Beispiel. „Da müssen Sie die Bühnenaufbauten täglich zusammen- und abmontieren. Das ginge mit einem wieder ablösbaren Hochleistungskleber einfacher als mit Metallbolzen.“

Auch wenn der neue Klebstoff für das Recycling und eine umweltfreundliche Produktion vielversprechend sei, erfüllt er für Anand Jagota, Chemieingenieur an der Lehigh University, noch nicht alle Voraussetzungen eines wirklich wiederverwendbaren Klebers. „Dazu muss er sich Hunderte Male ablösen und wieder zusammenfügen lassen, ohne an Stärke zu verlieren.“ (nbo)