Warum lösen sich manche Klebstoffe sofort ab, wenn man sie abreißt, während andere Klebstoffe so stark sind wie Schweißnähte? Verschiedene Kräfte

Warum kann man Dinge mit Klebstoff zusammenkleben? Natürlich liegt es an der „Klebrigkeit“, aber warum ist es klebrig?

Obwohl es sich bei allen um Klebstoffe handelt, weisen die verschiedenen Klebstoffe eine sehr unterschiedliche Viskosität auf. Manche Klebstoffe lösen sich ab, wenn sie zerrissen werden, wie etwa das transparente Klebeband, das wir häufig verwenden, während die Viskosität mancher Klebstoffe mit der von Schweißnähten vergleichbar ist. Wenn sie einmal festkleben, können sie nicht mehr entfernt werden, egal wie man es mit 502, Schweißmittel oder starkem Klebeband zum Abdichten von Lecks versucht. Der Grund, warum man Dinge mit „Kleber“ zusammenkleben kann, liegt im Wesentlichen darin, dass eine bestimmte Kraft wirkt. Der Grund, warum verschiedene Klebstoffe unterschiedliche Viskositäten haben, liegt darin, dass die Klebrigkeit nicht durch dieselbe Kraft verursacht wird. Um dieses Problem einfach und leicht verständlich zu machen, müssen wir dennoch mit der Natur der Materie beginnen. Aus makroskopischer Sicht haben unterschiedliche Substanzen völlig unterschiedliche Strukturen, aus mikroskopischer Sicht sind jedoch alle Substanzen aus einzelnen Atomen aufgebaut.

Ein Atom ist eine sehr kleine mikroskopische Struktur, die hauptsächlich aus zwei Teilen besteht, nämlich dem Kern und den Elektronen außerhalb des Kerns.

Elektronen sind negativ geladen, während der Atomkern positiv geladen ist. Wenn beide kombiniert werden, weist das Atom elektrische Neutralität auf. Eine materielle Struktur, die größer als ein Atom ist, ist ein Molekül, das aus Atomen besteht. Welche Kraft verbindet also zwei verschiedene Atome zu einem Molekül? Es ist eine „chemische Bindung“. Die sogenannte chemische Bindung ist, vereinfacht ausgedrückt, eine durch den Austausch von Elektronen erzeugte Bindungskraft zwischen zwei Atomen. Egal ob es sich um ein Atom oder ein Molekül handelt, ein Faktor ist für die Aufrechterhaltung der Stabilität entscheidend: das elektrostatische Gleichgewicht. Das heißt, der positiv geladene Kern und die negativ geladenen Elektronen in einem Molekül sollten ein perfektes Gleichgewicht erreichen können, sodass ein ungeladenes Atom oder Molekül entstehen kann.

Obwohl Moleküle im Allgemeinen elektrisch neutral sind, ist dies nicht immer der Fall.

Die Elektronen in den Molekülen sind nicht statisch, sie bewegen sich immer zufällig, und diese Bewegung führt dazu, dass sich in einem Teil des Moleküls mehr Elektronen befinden und in einem anderen Teil weniger. Zu diesem Zeitpunkt wird das Molekül zu einem Magneten mit ausgeprägten magnetischen Eigenschaften: Ein Teil ist positiv und der andere Teil negativ geladen. Daher zieht der positiv geladene Teil eines Moleküls den negativ geladenen Teil eines anderen Moleküls an und die beiden werden aneinander adsorbiert oder verbinden sich. Diese intermolekulare Wechselwirkungskraft wurde 1857 vom Physiker Van der Waals erstmals entdeckt, weshalb sie auch „van der Waals-Kraft“ genannt wird.

Obwohl Van-der-Waals-Kräfte zwei Moleküle miteinander verbinden können, gelten hierfür harte Bedingungen, d. h. die beiden Substanzen müssen nahe genug beieinander liegen, um vollständig zusammenzupassen.

Wie kann dies erreicht werden? Selbst wenn wir zwei scheinbar extrem flache Substanzen zusammenlegen und fest zusammendrücken, sind sie auf mikroskopischer Ebene immer noch sehr weit voneinander entfernt. Damit sie vollständig zusammenpassen, benötigen wir ein Medium, nämlich „Kleber“. Selbst die glattesten Objekte sind auf mikroskopischer Ebene tatsächlich uneben. Klebstoff ist im Wesentlichen eine weiche, viskoelastische Flüssigkeit. Wenn es mit einem Objekt in Kontakt kommt, fließt es schnell in die verschiedenen Löcher und Risse auf der Oberfläche des Objekts, um sie zu füllen. An diesem Punkt kann man sagen, dass der Klebstoff und die Oberfläche des Objekts vollständig zusammenpassen, sodass die Van-der-Waals-Kraft zu wirken beginnt und die Moleküle fest aneinander haften. Dies ist das innere Prinzip, warum Klebstoff an Dingen haften kann.

Bei dem hier erwähnten Kleber handelt es sich um einen ganz normalen Kleber, beispielsweise durchsichtiges Klebeband. Obwohl diese Art von Klebstoff an Dingen haften kann, wissen wir alle, dass er abfällt, sobald er abgerissen wird. Warum?

Da es sich bei der Van-der-Waals-Kraft um eine schwache Wechselwirkung handelt, ist diese Kraft selbst nicht sehr stark. Warum haben dann manche Klebstoffe eine sehr hohe Viskosität, vergleichbar mit Schweißnähten? Bei diesen Superklebern sind es nicht die Van-der-Waals-Kräfte, die am Werk sind, sondern eine andere, noch mächtigere Kraft: Wasserstoffbrücken. Die sogenannte Wasserstoffbrücke ist die Anziehungskraft zwischen den Wasserstoffatomen eines Moleküls und den Sauerstoffatomen eines anderen Moleküls. Obwohl sich verschiedene Atome in einem Molekül Elektronen teilen, nehmen manche Atome immer gerne mehr auf, wie etwa Sauerstoffatome, die alle Elektronen auf ihre Seite ziehen, während Wasserstoffatome leicht Elektronen verlieren.

Sauerstoffatome monopolisieren gerne Elektronen, während Wasserstoffatome leicht Elektronen verlieren. Daher tragen Sauerstoffatome negative Ladungen und Wasserstoffatome positive Ladungen.

Wenn also zwei Moleküle aufeinandertreffen, adsorbiert das positiv geladene Wasserstoffatom in einem Molekül zusammen mit dem negativ geladenen Sauerstoffatom im anderen Molekül. Diese Kraft ist extrem stark und es handelt sich um die Wasserstoffbrücke. Oberflächlich betrachtet ähneln Wasserstoffbrücken den Van-der-Waals-Kräften, im Grunde handelt es sich bei Wasserstoffbrücken jedoch um starke Wechselwirkungskräfte, sodass ihre Stärke viel größer ist als die der Van-der-Waals-Kräfte. Hauptbestandteile dieser extrem klebrigen Klebstoffe sind hochmolekulare Substanzen mit Wasserstoffbrückenbindungen. Wenn sie an der Oberfläche eines Objekts haften und erstarren, können die beiden Objekte fest miteinander verbunden werden und sind nur schwer zu trennen. Verschiedene Klebstoffe härten unterschiedlich schnell aus. Manche Klebstoffe härten schnell aus, während andere eine längere Wartezeit erfordern.

Für weitere Informationen folgen Sie bitte dem offiziellen Account: sunmonarch