Wie Klebeband funktioniert

Haftung hat sicher nicht mit Klebeband begonnen. Die Holzhandwerker im alten Ägypten verwendeten natürlichen Klebstoff aus tierischem Kollagen. Natürliche, zähflüssige Substanzen wie Bienenwachs und Harz haben schon immer Materialien wirksam zusammengehalten.

In der modernen Zeit vor dem Klebeband übernahmen Leime und Epoxidharze den größten Teil der klebenden Arbeit. Aber sie hatten schwerwiegende Nachteile, vor allem im Hausgebrauch. Unordentlichkeit, Dauerhaftigkeit und hartes Trocknen machten herkömmliche Klebstoffe, die in der Regel auf chemischem Wege kleben, für kleine, schnelle Alltagsarbeiten weniger geeignet.

Die in Klebebändern verwendeten Klebstoffe funktionieren anders. Sie werden als druckempfindliche Klebstoffe (PSA) bezeichnet und umfassen Materialien wie Silikone, Acrylate und Kautschuk – alles Polymere, denen ein klebriges Harz hinzugefügt wird, um die Klebekraft zu erhöhen. Diese PSAs beruhen auf physikalischen Reaktionen, nicht auf chemischen, um zu haften. Dies trägt zu Eigenschaften wie Ablösbarkeit und Flexibilität bei – einige der Dinge, die wir an Klebebändern am meisten schätzen.

Bei einer druckempfindlichen Verklebung sind zwei Hauptprozesse am Werk: Benetzung und van der Waal-Kräfte. Erstere sorgen für die Adhäsion. Letztere machen sie stärker.

Die Benetzung ist ziemlich einfach. In diesem Fall bezieht sie sich auf die Art und Weise, wie ein fester Klebstoff in ein Substrat (das Material, auf das das Klebeband aufgetragen wird) eindringt. Der in Klebebändern verwendete feste Klebstoff ist gut im Benetzen, weil er eine niedrige Oberflächenenergie hat, d. h. seine Oberflächenmoleküle bewegen sich viel oder sind angeregt, was zu lockeren Bindungen führt. Dank dieser Eigenschaft können die Moleküle des Klebstoffs relativ leicht in die Poren des Trägermaterials fließen, auch wenn er in fester Form vorliegt. Alles, was es braucht, ist ein wenig Druck. Und je besser die Fähigkeit, in das Substrat zu fließen, desto stärker ist die physikalische Verbindung.

Einige Klebstoffe bilden mit der Zeit stärkere Verbindungen, wenn die Moleküle tiefer in das Substratmaterial eindringen. Von Anfang an trägt jedoch ein anderes physikalisches Phänomen zur Stärke der druckempfindlichen Haftung bei. Molekulare Anziehungskräfte, die so genannten Van-der-Waal-Kräfte, wirken bereits, bevor Druck auf das Klebeband ausgeübt wird.

Van-der-Waal-Kräfte sind schwache Anziehungskräfte zwischen Molekülen, die normalerweise weder positive noch negative Ladungen haben. Einige primär neutrale Moleküle, deren Protonen und Elektronen nicht gleichmäßig verteilt sind, können zuweilen Ladungen aufweisen, die als Dipolmomente bezeichnet werden. Diese Ladungen oder Polaritäten ermöglichen es ihnen, physikalische Bindungen mit anderen geladenen Molekülen einzugehen; sie können sogar durch bloße Nähe Ladungen in anderen, meist neutralen Molekülen induzieren.

Moleküle in einem druckempfindlichen Klebstoff können Dipolmomente aufweisen, und sie induzieren entsprechende Dipolmomente, wenn sie sich den Oberflächenmolekülen des Substrats nähern. Die entgegengesetzt geladenen Moleküle des Klebstoffs und des Substrats bilden bei Kontakt physikalische Bindungen, die die Stärke der auf der Benetzung beruhenden Adhäsion erhöhen.

Adhäsion ist jedoch nur ein Teil der Gleichung. Die Schönheit des Klebebandes liegt sowohl in seinem Design als auch in seiner Verbindung.