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Klettverschluss-Prinzip

Bioverträglicher Unterwasser-Kleber entwickelt

Wissenschaftler aus Südkorea haben einen neues Verfahren entwickelt, mit dem sich unter Wasser reversibel kleben lässt. Dazu nutzen die Forscher die wasserabweisenden Eigenschaften zweier Moleküle, die sich klettverschlussartig verbinden und wieder trennen lassen.

Gyeongsangbuk-do (Südkorea). Um zwei Objekte zu verkleben, sollten die Oberflächen sauber, trocken und fettfrei sein, da der Kleber sonst die Oberflächen nicht oder nur schlecht verkleben kann. Das Kleben auf nassen Oberflächen oder sogar direkt unter Wasser stellte bisher viele Wissenschaftler vor eine Herausforderung. Einigen Wissenschaftler ist es gelungen, die Haftmoleküle von Muscheln nachzuahmen. Dieser Klebstoff klebt zwar effektiv unter Wasser, jedoch lässt sich die Haftung auf Wunsch nicht lösen.

Kimoon Kim und seine Kollegen von der Pohang University of Science and Technology in Südkorea haben bei der Entwicklung eines reversiblen Kleber einen ganz anderen Ansatz verfolgt. Das Grundproblem konventioneller Klebstoffe, die unter Wasser kleben sollen, sind die Wassermoleküle, die sich zwischen Klebstoff und Klebefläche bewegen und somit ein chemisches Reagieren beider Komponenten verhindert. Bisherige Forschungsarbeiten versuchten die Wassermoleküle zwischen Kleber und Klebefläche zu verdrängen.

Das Verfahren von Kim und seine Kollegen nutzt dagegen das notwendige Vertreiben des Wassers als Schubkraft für die Bindung zwischen Kleber und Klebefläche. Auf einer Seite sind wasserlösliche Wirtsmoleküle (in der Grafik orange dargestellt), sogenannte Cucurbiturile. Hierbei handelt es sich um Moleküle, die aus mehreren Einheiten bestehen und andere Moleküle in einem wasserabweisenden Hohlraum binden können. Auf der anderen Seite sind sogenannten Ferrocene (in der Grafik grau dargestellt), eine wasserabweisende Verbindung aus zwei Ringen mit einem Eisenatom.

Für den molekularen Klettverschluss fertigen die Forscher zwei verschiedene Silikonstreifen an. Auf den einen befestigten sie die Cucurbiturile und auf der anderen Seite die Ferrocene. Unter Druck schieben sich die Moleküle leicht in die Hohlräume der anderen Moleküle. Weil beide Stoffe an dieser Stelle wasserabweisend sind, können diese eine sehr feste, aber nicht kovalente - also eine leicht reversible - Verbindung miteinander eingehen. Da die Verbindung für beide Seiten energetisch günstiger ist, fördert die Bindung die Klebewirkung. Ein Versuch mit dem Silikonklebeband mit einer Fläche von 1x1 Zentimeter kann unter Wasser ein Gewicht von zwei Kilogramm tragen. An der Luft getrocknet erhöht sich die Tragfähigkeit von zwei auf vier Kilogramm. Damit ist der chemische Klettverschluss-Kleber stärker als ein doppelseitiges Klebeband.

Um die verklebten Flächen zu trennen, genügt ein kräftiges Auseinanderziehen. Möglich ist auch die chemische Behandlung mit einer Hypochlorit-Lösung, die Eisenatome der Ferrocene oxidieren lässt und damit die Haftung aufhebt. Nach dem Auseinanderziehen sind die Silikonstreifen, genau wie der Klettverschluss, sofort wieder einsetzbar.

Die chemischen Stoffe, die bei dem Klebevorgang zum Einsatz kommen, sind alle bioverträglich. So halten die Forscher einen Einsatz in der Medizin, beispielsweise zum Verschließen von Operationswunden, für denkbar.

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