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!

Badhaken ankleben

jeder kommt mal in die Lage umzuziehen und das Bad neu einrichten zu müssen.

Dann steht die Frage bohren wir Löcher in die Fliesen oder kleben wir. Wir kleben, Fliesen reparieren ist aufwendig und teuer. Die Vermieter sind auch nicht begeistert wenn Löcher da sind.

Die Badausrüstung kann man fertig mit Klebepads bestückt kaufen.  So wird schnell die Packung aufgerissen und Bauteil raus geholt, Wachspapier ab, schnell mal mit dem Handballen über die Fliese gewischt, passt schon. Positioniert, wum dran.  Schnell noch das Handtuch dran gehängt fertig ,wann gibts Kaffee.  Morgens liegt das Handtuch mit dem Haken unten und es wird auf die Hersteller geschimpft.

 

Das wichtigste ist die Vorbereitung des Klebuntergrunds. Viele Badreiniger enthalten Silikon oder Wachse um das anlegen von Kalk an die Fliese zu minimieren. So sieht das Bad immer schön sauber und glänzend aus. Kleben wir auf die unvorbereitete Fliese, fällt alles ab. Selbst wenn man sicher ist nur mit natürlichen Reinigern zu arbeiten, hilft nichts. Die Druckereien von Hochglanzzeitschriften besprühen das Glanzpapier mit Silikon, damit man es leichter umblättern kann, dafür rutschen auch immer die Zeitschriftenstapel zu Boden.

Leider ist Silikon sehr hartnäckig, es muß ein Silikonentferner aus dem Baumarkt rann oder ein Klebecleaner vom einem Kleberhersteller wie S.. oder 3…

Für beide zumindest Latexhandschuhe anziehen, die Silikonentferner entfettet sogar die Unterhaut.

 

Das Kleben selber ist dann einfach, ist die Zielfläche nach dem reinigen abgelüftet , so 5 Minuten mindestens, Wachspapier abziehen, positionieren, wum dran, fest drücken. Dann mit einem temporären Klebeband stützen oder den Schrubber drunter stellen. Jetzt 72 h die Pads aushärten lassen, dann kann das Handtuch angehängt werden.

ist es sehr kalt, dann lagern Glas und Fliesen, also SiO2 immer Wasser an. dann heißt es mit der Heißluftpistole erst alles trocken blasen.

Bei kalten Wänden kann das ablüften der Reinigerlösemittel auch länger dauern. Aber nicht länger als 24 Stunden warten wenn man Cleaner von Klebstoffherstellern verwendet, die haben Oberflächenaktivatoren enthalten. Solche Aktivierungen muß man nach 24 h wiederholen. Der hier abgebildete Haken klebt seit 3 Jahren unter freien Himmel im Garten.

Leder kleben

Lederkleber

Gerade die Beschreibung auf denn Schuh und Lederklebern ist nicht vollständig aussagefähig wie man damit umgeht. die Kleber egal von welchen Hersteller werden alle gleich verarbeitet. Man

trägt sie auf die zu klebenden Flächen auf und lässt das Lösemittel 5 bis 10 Minuten ablüften, bis wirklich kein flüssiger Kleber mehr da ist und es nicht mehr nach Lösemittel riecht.

Auf der Packung steht fest zusammendrücken. Das ist richtig, aber mit einem kleinen Hammer. Der Kleber vernetzt durch eine Schockwelle. Die erzeugt man am besten mit einem Schon- oder Gummihammer. Ihr braucht danach auch nicht mehr festklammern oder einspannen, draufhauen und fertig.

Löseklebung von PVC und andere Kunststoffe

Einige Kunststoffe werden bevorzugt durch Löse- und wieder Aushärtprozesse geklebt. Ein Lösemittel weitet die Vernetzung auf und vermittelt, das die Klebeflächen in einander übergehen. Verdampft das Lösemittel so sind die Klebeflächen verbunden weil sich die Moleküle verhakt haben. Üblicherweise werden damit nur gleiche Kunststoffe miteinander verbunden. Acryl ist ein solches Beispiel. Acryl kann in Nitroverdünnung gelöst werden. Damit kann dann eine fehlerhafte Oberfläche ausgebessert, oder sogar zwei Acrylteile zusammengefügt werden.

Der klassischen Kunststoff dafür ist aber PVC. Dachrinnen vor allem, werden mit dem Löseklebeverfahren gefügt. Ein Hauptgrund dafür sind aber die Weichmacher im PVC die den Kunststoff biegbar machen. Diese Weichmacher treten über die Zeit aus der Oberfläche aus. Dadurch versprödet PVC im Sonnenlicht. Die Weichmacher treten aber auch in einer Klebeschicht aus und entkleben dabei die Verbindung. Aus diesem Grund ist PVC beim Kleben recht unbeliebt.

Kleben von Kunststoffen

Gerade Kunststoffe lassen sich nicht so einfach kleben. Solche Zwischenlagen wie Mikarta, oder ähnliches das auf Epoxidharzlaminat oder Polyakryllaminat besteht, lässt sich meist problemlos mit Epoxitharzen oder Polyurethan kleben. Alle Folien wie PVC, Polyethylen und Polypropylen oder gar Teflon sind schwer zu kleben. In der genannten Reihenfolge werden die Moleküle unpolarer und bieten immer weniger Van der Waalskräften Potential. Die abgeschlossenen Ketten und das Fluor ziehen die Kräfte nach innen und lassen nach außen kaum Klebepotential.

Üblicherweise wird Potential geschaffen, indem in einer Plasmaanlage die Moleküle der Oberfläche verändert werden. Es werden einzelne Atome ausgetauscht oder Verbindungen aufgetrennt. damit entstehen offene Brücken für die Klebstoffe. Wir haben keine Plasmaanlage, aber es geht auch mit Feuer. Die gereinigte Oberfläche mit einer Gasflamme überstreichen. Keine Kerze, die gibt zu viel Ruß ab. Dazu muss die Oberfläche weder aufschmelzen noch verkohlen, es muss nur die erste Atomlage teilweise ausgebrannt werden. Der dabei angelagerte Sauerstoff ist meist nur unvollständig gebunden. Ebenso bleiben OH Brücken offen die als Kontaktpunkte dienen. Noch besser kleben Kunststoffe mit einem Aktivator der Brücken zum Kunststoff bildet.

Klebetechniken

Dort wird aber vor allem Aluminium geklebt und das ist schon ein problematisches Metall,weil es oxydiert und sich damit von einem Metall mit Elektronenwolke in eine Keramik mit Ionenbindung ändert.

Wie schon gesagt, beruht kleben normalerweise auf den Nebenvalenzbindungskräften. Diese werden um so stärker, je dichter die ungleichen Stoffe aneinander liegen. Dabei reden wir von Ångström, so was wie Atomradien oder auch 100pm. Um diese Werte zu erreichen, dreht sich beim Kleben alles um Benetzung, Viskosität und Reinigung. Jede Schicht dazwischen stört und verhindert eine gute Klebung. Klassisch gehen die Klebepartner keine chemische Bindung ein. Im bestreben nach höheren Haltekräften wird diese Schwelle auch mal übersprungen. Durch chemische Aktivatoren wird eine chemische Bindung mit der Materialoberfläche erzeugt. Der Rest des Aktivators ist eine länger Molekülkette die chemisch mit dem Klebstoff reagieren kann.  Damit hat man den Angelhaken der nur noch festgebunden werden muss. Damit steht aber auch fest, das die Schichtdicke nur eine Moleküllage dick sein sollte. Den Aktivator schützt man mit einem  Primer, der die eine Lage schützt und den Kontakt herstellt, meist enthält er verdünnten Klebstoff auf den dann der richtige Kleber kommt..

Bastelblog. Ich bastele gern, um die Hände zu beschäftigen, allerdings mehr Abseits der ausgetretenen Wege.

Kleben.

Leider ist das Wissen über die Funktion von Klebern nur schwach verbreitet. Die Anleitungen der Hersteller helfen leider auch nicht immer weiter.

Kleben ist Materialkuscheln auf atomarer Ebene. Die Haftung beruht auf den Van der Wals Kräften, nachzulesen auf der Wikipedia. Auf alle Fälle ist jede Atomlage zwischen den zu verbindenden Teilen nachteilig. Gewöhnlich wird ein Anschleifen empfohlen. Durch den mechanischen Abtrag werden Fremdschichten recht sicher entfernt. Eine mechanische Vergrößerung der Oberfläche bringt meist nichts, da die Spalten breiter werden und die Kleber sind oft schlechte Spaltüberbrücker. schmale Fugen sind von Vorteil.  Die Kleber müssen die Fläche benetzen können. Alle Trennmittel wie Wachse, Silikon, Öl und Fette müssen weg. entweder durch abschleifen oder durch ablösen mit einem Lösemittel.

Die Profis nehmen außer Silikonentferner vor allem Isopropanol das Öle und Fette sehr gut ablöst. Für uns reicht Bremsenreiniger. Brennspiritus ist leider nicht geeignet, das Vergällungsmittel bleibt auf der Oberfläche zurück. Bei stark ölhaltigen Hölzern ebenfalls die Oberfläche entölen, das Lösemittel entfernt die Öle in den obersten Zellulosefasern und verbessert die Benetzung und damit die Haftung.