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Voltaglue: Superkleber härtet dank elektrischer Spannung

Es ist gar nicht so leicht, ein feucht gewordenes Klebeband auf einer glatten Fläche zu befestigen. Der Streifen verbindet sich lieber mit den Wassermolekülen und fällt deshalb schnell wieder ab. Auch viele Spezialbinder lassen sich nicht unter Wasser verwenden: Sekundenkleber härten extrem schnell aus, wenn sie mit nur etwas Feuchtigkeit in Berührung kommen, andere müssen auf über 150 Grad Celsius erhitzt werden, um zu binden.

Terry Steele hat deshalb an der Nanyang Technological University in Singapur nach einem Klebstoff gesucht, der von solchen Umweltbedingungen komplett unabhängig ist. Der von ihm und seinem Team entwickelte Voltaglue benötigt lediglich eine niedrige elektrische Spannung, um auszuhärten. Das funktioniert dann auch unter Wasser – sogar in den Tiefen des Ozeans.

Superkleber für extreme Anwendungen

Spannung verbindet Carbene zur festen Matrix

Die Bindekraft des Voltaglue stammt von äußerst instabilen Kohlenstoff-Verbindungen mit zwei nichtbindenden Elektronen. Diese Carbene sitzen auf Polyamidoamin-Dendrimeren, die sich zu einer festen Matrix verbinden, wenn eine Spannung angelegt wird und Elektronen zwischen den Carbenen überspringen. Die gleichen Verbindungen werden aber auch mit den Materialien hergestellt, die miteinander verklebt werden sollen. Eine besondere Beschaffenheit müssen deren Oberflächen dafür nicht aufweisen.

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Je länger dabei die Spannung anliegt, desto mehr Verbindungen werden gebildet. Gleichzeitig ändert sich auch die Konsistenz des Voltaglue. Wenn zwei Materialien dauerhaft verbunden werden sollen, kann er sehr fest werden. Soll die Verbindung jedoch flexibel bleiben, kann er auch weich wie Gummi bleiben. Um etwa in vibrierenden Umgebungen eingesetzt zu werden, lässt sich das Hydrogel auch schon vor dem Klebevorgang in eine gummiartige Konsistenz bringen.

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Mit dem Voltaglue können auch unter Wasser Metallteile miteinander verklebt werden – beispielsweise um ein Schiff oder eine Pipeline zu reparieren oder um etwas an ihnen zu befestigen. Der Voltaglue könnte aber auch bei einer Operation im menschlichen Körper eingesetzt werden, um Gewebeteile miteinander zu verkleben, anstatt sie zu vernähen. Der Vorteil hier wäre unter anderem eine Zeitersparnis von bis zu zwanzig Minuten.

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Klebewirkung lässt sich wieder aufheben

Recycling wird erheblich vereinfacht

Steele und sein elfköpfiges Team wollen den Prozess aber noch weiter beschleunigen. In Zukunft soll es statt einer halben Minute nur wenige Sekunden dauern, bis der Klebstoff ausgehärtet ist. Spätestens dann soll mit einem eigenen Startup oder in einer Partnerschaft mit einem großen Unternehmen ein Produkt entwickelt werden, das auch kommerziell vermarktet werden kann. Ein Patent wurde bereits beantragt.

Die Forscher wollen auch einen praktikablen Weg finden, mit Voltaglue geklebte Verbindungen wieder aufzulösen. Wo jetzt Bolzen, Nuten und Schrauben eingesetzt werden, um das Recycling zu erleichtern, muss in Zukunft vielleicht nur wieder eine Spannung angelegt werden, um die einzelnen Bauteile voneinander zu trennen. Der neue Klebstoff könnte so beispielsweise das Auseinandernehmen und Wiederverwerten von Autos und Schiffen erheblich erleichtern.

Cover-Foto: NTU – Terry Steele
Bild 1: Nature Communications – Terry Steele
Bild 2:
NTU – Randal Mc Kenzie
Bild 3: Nature Communications – Terry Steele
Bild 4: NTU –
Terry Steele & Gao Feng

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