Klebstoff-Design leichtgemacht
Mit neuem Modell lässt sich von molekularen Eigenschaften auf großflächige Adhäsion schließen.
Klebstoffe spielen sowohl im alltäglichen Leben als auch in technischen Anwendungen eine zentrale Rolle. Forschern am Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) ist es erstmals gelungen, das komplexe Phänomen der Haftung von Klebstoffen auf Basis der Wechselwirkung einzelner Moleküle zu entschlüsseln.
Abb.: Modelldarstellung der Enthaftung zweier Oberflächen bei Versagen des Klebstoffs (Bild: M. Valtiner, MPIE)
Sei es zur Gewichtsreduktion durch Kleben von Bauteilen im Flugzeugbau, die unerwünschte Haftung von Bioorganismen auf Schiffsrümpfen oder das Kleben von Gewebe bei medizinischen Operationen: Klebstoffe vermitteln Haftung und Stabilität. Die molekularen Mechanismen von Haftung sind aber auf Grund der zahlreichen zeitgleichen Wechselwirkungen bis heute nicht tiefgehend verstanden. Markus Valtiner, Gruppenleiter am MPIE, ist es zusammen mit seinem Team gelungen, das molekulare Verständnis von Adhäsion, also der Haftkraft und Stabilität von Klebstoffen, einen großen Schritt voranzubringen.
Mit theoretischen Ansätzen und neuen Versuchsaufbauten konnten die Chemiker und Materialwissenschaftler erstmals experimentell nachweisen, wie das komplexe Phänomen der Adhäsion aus der Wechselwirkung einzelner Moleküle hervorgeht. Während die Entwicklung neuer Klebstoffe aufgrund der Vielzahl an Einflussfaktoren bisher keiner bestimmten Systematik folgte, gelang es den Forschern nun, Adhäsion auf einer makroskopischen, und somit technisch relevanten Skala auf Basis einzelner molekularer Bindungen zu verstehen „Wir konnten eine Gleichung entwickeln, die die Wechselwirkung von einzelnen Molekülen beschreibt und diese direkt auf makroskopische Wechselwirkungen überträgt. Diese theoretische Gleichung haben wir auch experimentell bewiesen“, so Sangeetha Raman, Wissenschaftlerin in der Gruppe von Valtiner am MPIE.
Abb.: Thomas Utzig und Sangeetha Raman bei ihrem Versuchsaufbau zur Messung von Enthaftungsprozessen mit einem Rasterkraftmikroskop. (Bild: M. Valtiner, MPIE)
„Auf Basis unserer Ergebnisse können wir aus der Messung einzelner Moleküle auf die makroskopischen Eigenschaften eines Klebstoffes schließen und somit dessen Eigenschaften direkt aus den molekularen Details bestimmen. Wir können somit die Komplexität der makroskopischen Welt auf Grundlage der Messung von einzelnen Molekülen ein Stück weit vorhersagen. Dies ist ein erster Schritt zu einem umfassenden molekularen Verständnis von Haftung“, so Valtiner.
Die neuen Ergebnisse ebnen den Weg für die gezielte Entwicklung neuartiger Klebstoffe für den technischen und biomedizinischen Bereich. Einerseits lassen sich Klebstoffe so gezielt hinsichtlich ihrer Stabilität verbessern. Anderseits kann man unerwünschte Haftungen, wie jene von marinen Organismen auf Schiffsrümpfen, verstehen und minimieren. Mit Hilfe von molekularem Design sind die Forscher nun in der Lage, Haftung in verschiedensten Anwendungen nicht nur zu optimieren, sondern in Zukunft gezielt mit einem molekularen Baukasten zu entwickeln.
MPIE / DE
