Forscher entwickeln wasserbasierten Klebstoff, der durch Änderung des pH-Werts recycelt werden kann

Ein Forschungsteam hat einen reversiblen, wasserbasierten Kleber entwickelt, der im neutralen pH-Bereich eine gute Haftung aufweist, sich aber in stark saurer oder alkalischer Umgebung wieder ablösen lässt. Wie das Team im Journal schreibt Angewandte Chemie Internationale AusgabeDas neuartige, auf elektrostatischen Wechselwirkungen basierende Klebstoffsystem weist Klebkräfte auf, die zwischen denen von Strukturklebstoffen und Haftklebstoffen liegen. Der neue Kleber verklebt auch „schwierige“ Oberflächen wie wasserabweisendes Polypropylen.

Strukturklebstoffsysteme, wie z. B. Zweikomponentenklebstoffe, gehen bei der Reaktion chemische Bindungen ein und können entlang der Klebegrenzfläche nicht wieder getrennt werden. Haftklebstoffe wie Klebeband hingegen lassen sich durch Abziehen sauber entfernen. Adriana Sierra Romero, Katarina Novakovic und Mark Geoghegan von der Newcastle University in Großbritannien haben nun einen alternativen Weg zur Adhäsion und Trennung gefunden: Ladungswechselwirkungen fördern strukturelle Bindungen entlang der Grenzfläche, die neutralisiert und so wieder aufgelöst werden können.

Um die Ladungswechselwirkung zu erhalten, entwickelte das Team zwei separate wasserbasierte Polymerdispersionen, die auf Oberflächen aufgetragen werden. In beiden Dispersionen war das Basispolymer ein Copolymer aus den preiswerten, kommerziell erhältlichen Komponenten Styrol und Butylacrylat.

Für eine Dispersion beschichteten die Forscher die Partikel mit dem Tensid Laurylsulfat und polymerisierter Acrylsäure, die zusammen für eine negative Ladung im neutralen bis alkalischen pH-Bereich sorgen. Für die andere Dispersion beschichteten sie die Partikel mit dem Polysaccharid Chitosan, das in neutraler oder saurer Umgebung positiv geladene Aminogruppen enthält.

Beide Polymerdispersionen bildeten klebrige Beschichtungen auf verschiedenen Oberflächen. Die Forscher beobachteten dann, dass die beschichteten Oberflächen bei Kontakt aufgrund der elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen den positiven und negativen Ladungen innerhalb der Filme fest zusammenklebten.

Dies galt sogar in feuchten oder nassen Umgebungen, die sich normalerweise nachteilig auf wasserbasierte Klebstoffe auswirken. Wenn der pH-Wert jedoch durch Zugabe einer starken Säure oder Base auf das eine oder andere Extrem eingestellt wurde, wurden die negativen oder positiven Ladungen im Kleber neutralisiert und die Haftung verschwand.

Das Team sagt, dass das pH-empfindliche Klebstoffsystem als neuartiger und recycelbarer Mittelweg zwischen Strukturklebstoffen mit festen chemischen Bindungen und abziehbaren Klebefilmen dienen könnte, die durch physikalische Wechselwirkungen haften. Sie betonen außerdem, dass ihr neuartiger elektrostatischer Kleber gut auf stark wasserabweisenden Polypropylenoberflächen haftet, die sonst mit wässrigen Klebstoffsystemen nur schwer zu behandeln sind.

Schließlich schlägt das Team vor, ein biobasiertes Material aus Sojaöl in das Basispolymer zu integrieren und damit einen weiteren Schritt in Richtung umweltfreundlicher, recycelbarer Bindungssysteme zu machen.