Kleber

Es gibt ihn noch, den klassischen Alleskleber, aber wer hohe Anforderungen an die Verklebung stellt, sollte bei bestimmten Materialien auch spezielle Klebstoffe verwenden. Dass man Holz mit Leim verklebt, ist vielen klar, aber auch hier muss man beispielsweise darauf achten, draußen einen wasserfesten Leim einzusetzen. Bei flexiblen Materialien wie Gummi, Leder oder Textilien halten nur flexible Klebstoffe Belastungen stand. Metall und Glas wiederum verlangen nach schnell anziehenden Klebern, die im Fall von Glas auch glasklar sein müssen, um nicht sichtbar zu sein. Das und vieles mehr erfahren Sie in unserem Grundwissen Klebstoffe.

Klebstoffe finden heute nicht nur im Haushalt (als Bastelkleber, Alleskleber, Sekundenkleber, ...) oder der Werkstatt (Holzleim, Montagekleber, Polymerkleber, Bausilikone, ...) Anwendung, sondern sind auch in nahezu jedem Industrieprodukt enthalten: Ob Aufkleber auf Verpackungen, Preisetiketten, Zweischeiben-Sicherheitsglas für den Hausbau oder in der Autoindustrie bis zu medizinischen Anwendungen – überall wird Kleber verwendet, um zwei Teile dauerhaft und fest miteinander zu verbinden. Den Ur-Kleber vermutet man in einem einfachen Naturprodukt, dem sogenannten Birkenpech: Bereits vor 220.000 Jahren haben die Menschen aus Birkenringen einen klebrigen Stoff destilliert, der zur Herstellung von Waffen und Werkzeugen genutzt wurde. Klassische Leime, die immernoch mithilfe von Proteinen (Casein), Kohlenhydraten (Stärke), Harzen oder dem Holzklebstoff Lignin für Haftung sorgen, sind die direkten nachfahren des Birkenpechs.

Moderne Kleber haben damit nicht mehr viel gemeinsam – die überwiegende Mehrzahl der heute eingesetzten (industriellen) Klebstoffe basiert auf organischen Verbindungen (Kohlenwasserstoff-Verbindungen) und werden synthetisch hergestellt.

Womit kleben? Die haltbarsten Verbindungen gelingen, wenn die Stärken und Schwächen verschiedener Klebstofftypen berücksichtigt werden. Damit Sie diese kennen, haben wir hier eine nützliche Liste:

• Alleskleber: Er kann alle zufriedenstellend, ist aber nicht die erste Wahl, wenn es um hohe Haltekräfte geht. Alleskleber ermöglichen aufgrund ihres Lösemittelgehalts auf fast allen Materialien (Ausnahme: einige Kunststoffe und Silikone) eine passable Haftung. Gut geeignet zum Beispiel für Bastelarbeiten. Vorteile: Verklebung sehr unterschiedlicher Materialien untereinander möglich,  Verwendung ohne besondere Vorbereitung möglich. Nachteile: Klebekraft und Stabilität begrenzt, Relativ geringe Beständigkei gegen chemische Belastungen, Nicht hitzeresistent
• Holzleim: Der Begriff wird für verschiedene Leime und Klebstoffe angewandt, mit denen Holz verklebt werden kann. Meist ist Weißleim gemeint, ein formaldehydfreier Dispersionskleber. Dabei ist Polyvinylacetat das Bindemittel, eine kristallklare, saubere Masse. Ferner werden mehrere Beanspruchungsklassen unterschieden. Vorteile: Einfache Verarbeitung, schnelle Aushärtung, Dispersionsleim trocknet farblos und damit unauffällig auf Nachteile: Aushärtung nur unter Druck, meist begrenzte Dauerhaftigkeit bei Feuchtebelastung, nicht spaltfüllend
• Kontaktkleber: Kontaktklebstoffe (auch Kraftkleber) werden im Kontaktklebeverfahren verarbeitet – die Werkstücke werden erst nach einer Ablüftzeit zusammengepresst. Als Bindemittel für diesen Klebstofftyp werden Polymere verwendet, die nach Verdunsten des Lösemittels vom amorphen in den kristallinen Zustand übergehen, wobei sich ihre Festigkeit stark erhöht. Vorteile: Sehr hohe Klebkraft möglich, volle Haftung schon nach kurzer Anpresszeit – sofort belastbar Nachteile: Klebevorgang dauert aufgrund der Ablüftzeit relativ lang, nicht spaltfüllend
• 2K-Klebstoff: Zweikomponenten-Klebstoffe härten durch eine chemischen Reaktion zweier erst zum Klebezeitpunkt zusammengeführter Komponenten aus. Die beiden Stoffe werden entweder manuell mechanisch vermischt oder durch einen Zwangsmischer beim Austritt aus den Vorratsgebinden zusammengeführt. Vorteile: sehr hohe Klebkraft möglich, aushärten ohne Verdunsten oder, Umgebungsluft möglich (auch z. B. unter Wasser), spaltfüllend, modellierbar, spätere Nachbearbeitung möglich Nachteile: Klebstoff muss angemischt werden, meist kurze Verarbeitungszeit

• Sekundenklebstoff: Cyanacrylat-Kleber – so die technische Bezeichnung – härten in der Klebefuge mit dem Wasseranteil der Umgebung blitzartig aus. Die Polymerisation beschleunigt beim Zusammendrücken der Fügeteile, sodass eine längere Offenzeit möglich wird. Auch die Verklebung kleiner Teile ist möglich. Allerdings sind die Verklebungen nicht wasserfest. Vorteile: sehr hohe Klebkraft möglich, sehr schnelle Haftung, sofort belastbar, auch an flexiblen Kunststoffen nutzbar (je nach Typ) Nachteile: nicht wasser- und hitzefest, nicht spaltfüllend
• Heißkleber: Schmelzklebstoff basiert auf lösemittelfreien Polymeren, die bei Zimmertemperatur fest sind, aber bei Temperaturen über rund 150 °C verflüssigt werden können. Heißkleber werden üblicherweise in Granulatform, als Pulver, Folie oder als Stangen angeboten. Typisch ist die Verarbeitung in einer elektrisch betriebenen Heißklebepistole. Vorteile: Aushärten ohne Freisetzung von Lösemitteln, gut kontrollierbarer Klebevorgang, schnelle Aushärtung, Klebestelle mit Hitze reversibel, spaltfüllend, modellierbar Nachteile: Verbindung nicht Wasser- und Hitzefest, Verklebung trägt auf.

Zwei Voraussetzungen müssen für eine gute Klebeverbindung erfüllt sein: Der Klebstoff sollte die bei naher Betrachtung rauen Oberflächen der Werkstoffe intensiv benetzen – man nennt dies Adhäsion. Zum anderen muss der Klebstoff nach der Aushärtung eine hohe innere Stabilität ausbilden, um die Werkstücke auch dauerhaft zusammenhalten zu können – dies nennt man Kohäsion. Die Kraft der Adhäsion kann man sich verdeutlichen, wenn man zwei glatte Oberflächen, zum Beispiel zwei Glasscheiben, unter Zugabe von etwas Wasser verbindet. Das Wasser gleicht die geringen Unebenheiten der Glasoberflächen aus und sorgt für eine recht gute Anhaftung. Trocknet die Wasserschicht jedoch aus oder wirken etwas höhere Kräfte, löst sich die Verbindung wieder. Nun kommt die Kohäsion ins Spiel:

Gefriert man nämlich das Wasser zwischen den Glasscheiben, wird die Verbindung fest. Klebstoffe verhalten sich ähnlich wie das Wasser in diesem Denkmodell: Sie sind zunächst flüssig oder zumindest pastenartig, um möglichst intensiv an den zu verbindenden Oberflächen zu haften. Unter Umständen sind auch Vorarbeiten nötig, um die Oberflächenhaftung zu verbessern – etwa ein Glätten oder die Behandlung mit sogenannten Primern, die auf chemischem Wege für bessere Haftungsbedingungen sorgen können. Beim Zusammenpressen der Verbindungsteile härtet dann der Klebstoff in der Klebefuge aus und schafft eine dauerhafte Materialverbindung.

Klebstoffe werden nach zwei grundsätzlichen Wirkmechanismen unterschieden:

• Physikalisch abbindende Kleber enthalten bereits den fertigen Klebstoff, der allerdings für die Verarbeitung in eine geeignete Form gebracht worden ist. So sind in Dispersionsklebstoffen die klebenden Polymerpartikel mit Wasser in einer Dispersion vermengt – bei der Aushärtung verdunstet das enthaltene Wasser, die Klebstoffpartikel erhärten dabei zu einer festen Klebeschicht.
• Bei chemischen Klebern – sie werden auch als Reaktionsklebstoffe bezeichnet – kommen die am Klebevorgang beteiligten Stoffe erst beim Klebevorgang zueinander, die Verfestigung erfolgt dann im Zuge einer chemischen Reaktion direkt in der Klebefuge. In dieser Klebstoffgruppe gibt es auch Produkte, die in Umgebungen ohne Luftsauerstoff, Feuchtigkeit oder sogar nur unter Einwirkung bestimmter Strahlen (zum Beispiel UV) aushärten.
• Die meisten modernen Klebstoffe bestehen aus organischen Verbindungen auf synthetischer Basis – dazu gehören übrigens auch Weißleime für Holzverbindungen, die zu den Dispersionsklebstoffen gehören. Nur wenige verbreitete Produkte basieren auf natürlicher Basis – zum Beispiel Tapetenkleister.

In aller Regel ist es empfehlenswert, die Spezialisten den Universalisten unter den Klebstoffen vorzuziehen. So lassen sich mit den bekannten Allesklebern tatsächlich sehr viele verschiedene Materialien untereinander verkleben – doch die universelle Eignung hat den Nachteil, dass die Bindungskräfte im Zuge der einsetzenden Kohäsion vergleichsweise eher schwach ausgebildet sind.

Ob eine Klebeverbindung hält, hängt ganz wesentlich davon ab, welche Kräfte auf die Klebefuge einwirken. Zug- und vor allem Druckbelastungen sind dabei nur selten ein Problem, wenn die Klebefläche nicht zu klein ist. Hält’s trotzdem nicht, wurde vielleicht der falsche Klebstoff gewählt oder die Klebefuge war nicht optimal vorbereitet.

• Trennt die Spreu vom Weizen: Die Scherlast Querbelastungen – der Fachmann spricht von Scherlast – sind für Klebeverbindungen eine größere Herausforderung. Denn hier wirken die Kräfte ungleichmäßig und es kann daher zum Bruch kommen. Eine höhere Festigkeit kann durch eine Vergrößerung der Klebefläche erzielt werden – eventuell auch durch zusätzlich im Verbindungsbereich angeklebte Verstärkungsmaterialien.
• Das hält kein Kleber aus: Die Schälbelastung Wirkt die Belastung nur auf einen kleinen Teil der Klebung, so ist die Bruchgefahr am größten. Werden verklebte flexible Werkstücke an einer Seite auseinandergezogen, so wird die Klebefuge Stück für Stück nur in einem schmalen Bereich belastet – und wird fast immer aufreißen. Bei Klebebändern ist dieser Effekt übrigens ja erwünscht.

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