Kleben wie die Meister: Mit Akryl, Silikon und Polyurethan

Klack und Klirr, so fallen die Dinge von der Wand. Mühsam geklebt, akribisch gereinigt und vorbereitet, sauber angedrückt. Warum hält das Zeug also nicht? Hätte man doch lieber die Bohrmaschine und die Schrauben ausgepackt. Oder gibt es nicht stärkere Klebstoffe? Härteren Stoff? Besseren Kleister? Vielleicht etwas von NASA? Aus einem der industriellen Labore, das ewige Verbindungen erzeugt? Wie im Cartoon, wo zwei Freunde zusammen geleimt werden und den Rest des Abenteuers als Siamesische Zwillinge bestreiten müssen. Zumindest bis sie feststellen, dass ein Glas Wasser sie jederzeit hätte lösen können.

 

Nun, die gute Nachricht ist: Die gibt es tatsächlich!

Die schlechte ist: Sie funktionieren nicht so, wie man sich das vorstellen mag.

Kleber lassen sich nicht, wie andere Werkstoffe und Materialien auch, strickt nach schwach, stark und stärker einteilen. Stattdessen bringen sie eigene, spezifische Eigenschaften mit sich. Vorzüge und Nachteile nach denen man seine Auswahl richten kann und auch sollte. Zum Beispiel verfügen einige Klebstoffe über besonders hohe Rissfestigkeit, das bedeutet die Klebenaht reißt nicht so leicht durch bei Querbelastungen. Andere dafür härten besonders schnell aus oder sind beständiger unter besonderen Bedingungen, wie etwa UV-Licht.

Nun also was sind die Geheimnisse der Profis? Mir nach in den Bastelkeller!

 

Akryl-Klebstoffe

 

Akryle, bzw. Polyacrylate, werden am häufigsten in Lacken oder Farben, sowie in Fugenfüllmassen verwendet. Es gibt aber auch Harze und Klebstoffe auf Polyacrylatbasis.

Ihre vorteilhaftesten Eigenschaften sind die Möglichkeit sie in Wasserdispersion zu halten, was den Verzicht von schädlichen oder schwierig zu handhabenden Lösemitteln erlaubt. Außerdem härten sie rasch und farbecht aus, was sie zu idealen Trägern für Pigmente und Farben macht.

Polyacrylate zählen zu den strahlenhärtbaren Stoffen. Das heißt unter Einfluss einer hochenergetischen Strahlung, wie beispielsweise konzentriertem UV-Laserlicht, formen sich sehr schnell sehr lange Molekylketten.

Die Nachteile sind ihre geringe Zähigkeit und der Bedarf an Sauerstoff und Wasser beim Härtungsprozess, was dazu führt, dass der Akrylkleber zwischen zwei luftdichten Materialien nicht aushärtet. Das bedeutet sie eignen sich nur bedingt zum Ausfüllen breiter Spalten oder tiefer Fuge, besonders bei luftundurchlässigen Werkstoffen.

Mit Akryl lassen sich also schnelle, simple Klebenähte ziehen und sogar mit zum Werkstück passenden Farben vermengen. Jedoch sollten große Dehnungskräfte auf der Naht vermieden werden, da das Akryl hierbei mit der Zeit brüchig werden kann.

 

Silikon

 

Silikone sind ein gutes Gegenstück zu Akrylaten. In vielen Eigenschaften stehen sich die beiden Klebstoffe gegenüber.

Ihre hervorstechenden Eigenschaften sind ihre hohe Elastizität und ihre wasserabweisende Struktur.

Auf der anderen Hand gibt es einige schwere Nachteile. Zum einen entsteht während des Aushärtungsprozesses Essigsäure aus den Restprodukten der sich verbindenden Siliziumketten. Beim verkleben von Metallen führt diese Essigsäure rasch zu unschönen Rost- und Salzkrusten. Außerdem bedeutet das, dass die verklebten Werkstoffe die Diffusion von Essigsäure und Wasser nicht behindern dürfen, da sonst das Silikon nicht vollständig aushärten kann.

Zum zweiten besitzen Silikonkleber keine Risshemmung. Die Kettenstrucktur reißt, sobald ein die initiale Spannung für das Anreißen überschritten ist, entlang der kompletten Naht ein. Die Klebung schält sich einfach auf. Am besten eignen sich Silikonkleber für steife und reaktionsträge Materialien, wie Glasscheiben oder Keramikkacheln. Diese widerstehen der Essigsäure und sind im Regelfall fest verbaut, sodass keine Scher- und Schälkräfte auf der Klebung auftreten können.

Als letzter Punkt: Silikonnähte sind strickt wasserabweisend, was auch bedeutet, dass sie die meisten handelsüblichen Pigmente und Farben ebenfalls abweisen. Eine Verwendung in kreativen Werkstücken wird also nicht empfohlen, es sei denn man will die weißen Linien.

 

(Anmerkung: seit neustem gibt es auch bestreichbare Silikone, die die Farbe nicht abweisen. Jedoch gilt das nicht für alle und muss auf der Packung explizit ausgewiesen sein.)

 

Polyurethan

 

Nun hier haben wir tatsächlich unseren Superkleber! Mehr oder weniger. Zumindest weisen Polyurethane die höchste Belastbarkeit aller Klebstoffe auf, was pure Krafteinwirkung anbelangt.

Leider sind sie in ihrer ursprünglichen Zusammensetzung nicht UV-beständig, sie verspröden unter direktem Sonnenlicht, und nicht schockfest. Plötzliche hohe Krafteinwirkungen führen zu Mikrorissen in der Klebenaht, die sich durch die gesamte Schicht verbinden und die Klebung aufbrechen können. In neuen Mischungen wurden diese Probleme aber durch Beimengung von Kohlenstoff unterbunden. Bei Schockbelastungen bilden sich zwar noch immer Mikrorisse, diese enden nun jedoch am nächsten Kohlenstoffatom, wo zuerst wieder eine wesentlich höhere Spannungsenergie aufgebaut werden muss, um die Kohlenstoffbindung zu zerreißen.

Der größte Nachteil ist die aufwendige Bearbeitung vor und während der Klebung mit Polyurethanen.

Da Polyurethane nicht selbstständig auf den meisten Oberflächen haften, ist die Verwendung eines Haftvermittlers notwendig. In einfacheren Ausführungen ist dieser bereits beigemischt, was zwar die Verwendung erleichtert die Effizienz jedoch mindert. Deshalb wird in industriellen Glas- und Scheibensystemen ein Drei-Stoff-System angewandt. Ein Aktivator, der Haftvermittler oder "Primer" und schließlich der Kleber selbst.

Nach der Reinigung der Oberflächen wird der Aktivator aufgetragen, dieser löst je nach Material einige Atome der Oberfläche und bildet so Andockpunkte. Danach wird der Primer deckend auf den Aktivator gestrichen, er besetzt die vom Aktivator gebildeten Andockpunkte und bildet so die Brücke zwischen zu klebendem Material und Klebstoff. Zuletzt folgt der Klebstoff, der sich an die Ketten des Primers anbindet.

Zwischen jedem der Schritte ist, je nach genauer Ausführung, eine mehr oder minder lange Ruhepause einzuhalten, um die Chemie wirken zu lassen, was die Gesamtarbeitszeit an einer Klebung bedeutsam strecken kann. Natürlich ist ein paralleles arbeiten an mehreren identischen Klebungen möglich, jedoch darf die Ruhepause auch nicht zu lang sein, da sonst die einzelnen Komponenten frühzeitig aushärten und keine Bindung zur nächsten Schicht aufgebaut werden kann.

Der Aufwand ist beträchtlich, definitiv übertrieben für einen einfachen Badspiegel, wenn gleich dieser danach sicher nicht mehr abfallen würde. Bei Zug- und Autoscheiben, die starke Fahrtwinde und Turbolenzen aushalten müssen, wird standartmäßig mit Polyurethan gearbeitet.

 

Silanmodifizierte Polymere

 

Silane sind die neuste Entwicklung auf dem Markt der Klebemittel. Ähnlich wie Silikon basieren sie auf Silizium. Nur während beim Silikon die Siliziumatome über Sauerstoffbrücken verknüpft werden, sind sie bei Silanen über Wasserstoffatome vernetzt.

Das hat einige interessante Effekte. Zum einen reagieren sie bedeutend schneller, schon mit in der Luft gelöstem Wasser. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist dabei umgekehrt proportional zur Länge der verwendeten Silanketten. Das heißt je kürzer die Silankette desto explosiver die Reaktion und desto schneller das Aushärten. Da jedoch Luftfeuchtigkeit für den Härtprozess benötigt wird können auch hier keine luftdichten Materialien aufeinander geklebt werden.

Die im Handel erhältlichen Konstruktionskleber auf Silanbasis sind meist gebrauchsfertig angemischt und können ohne größere Vorbehandlung der Oberflächen aufgetragen werden. Die erste Standfestigkeit ergibt sich dabei verhältnismäßig rasch, schon nach kurzer Zeit hält die Klebenaht ohne zusätzliche Sicherung. Die Endfestigkeit wird jedoch erst nach einigen Stunden erreicht.

Außerdem ist zu bedenken, dass bei dauerhaft belasteter, dicke Klebenaht der Klebstoff zu "kriechen" beginnen kann. Das heißt die Klebemasse verformt sich elastisch und die Naht weitet sich, bis hin zur Rissbildung.

 

Dies ist nur eine kurze und grobe Übersicht über die zurzeit üblichen Klebstoffe und ihre Vor- sowie Nachteile. Es sollte offensichtlich werden, dass es nicht "den perfekten Kleber" für alle Lebenslagen gibt, stattdessen gilt es den passenden Kleber für die passende Aufgabe zu finden.

Etwa Silikon und Silane für feuchte Bedingungen mit nur gelegentlichen Belastungen. Akryle für farbige Werkstoffe und sonnenbeschienene Flächen. Und Polyurethan für stark belastete Klebungen.

Und wenn es wirklich halten soll sind die besten Klebstoffe immer noch Schrauben und Nägel.

 

Ich hoffe euch einen kleinen Einblick in die Welt des Klebens gegeben haben zu können und wünsche noch viel Erfolg bei euren Klebungen.

Bis zum nächsten Mal!

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Haken fallen von der Wand, Post-It`s fliegen davon, die neuen Aufkleber im Fenster oder auf dem Auto überleben nicht einmal die erste Sommerbrise?
Hier erfahrt ihr warum das so ist und wie es in Zukunft anders wird! Ich stelle euch die gängigsten Klebe- und Fügetechniken für Industrie- und Heimbedarf vor und erkläre euch sogar warum sie funktionieren (oder eben nicht funktionieren)!

 

Und nebenbei, wenn der Kleber mal wieder trocknen muss, beschäftige ich mich mit Metallbearbeitung, Messerfertigung und Mineralien.

 

Hier gibt es immer was zu tun!