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Deutschland ist Weltmarktführer bei der Herstellung von Klebstoffen

Eine unglaublich vielseitige Verbindungstechnik Kleben - was das Zeug hält

Geklebt haben schon die Neandertaler. Mit Pech aus Birkenrinden fügten sie Holz und Stein zu Werkzeugen und Waffen zusammen. Heute stehen uns hunderte verschiedener Spezialklebstoffe zur Verfügung, zum Basteln, Reparieren, vor allem aber auch in der industriellen Fertigung. Und sogar Wunden kann man einfach verkleben.

Die BMW-Werke in München. Hier gehen täglich durchschnittlich 1000 Autos vom Band. Hier wird geschnitten, gepresst, geschweißt, lackiert - und geklebt. Zwischen 50 und 150 Meter Klebstoff pro Auto. Insgesamt können in einem einzigen Wagen bis zu 100 Kilogramm Klebstoff stecken. Da unterschiedliche Kleber auch unterschiedliche Eigenschaften besitzen, ist es sehr aufwändig, die Abläufe in der Fertigungsstraße zu koordinieren: Manche härten sehr langsam aus, andere sehr schnell. Am Ende muss jede Klebefuge haargenau kontrolliert werden.

Arbeiter am Fließband in der Autoproduktion

Insgesamt können in einem einzigen Wagen bis zu 100 Kilogramm Klebstoff stecken

Man kann alles kleben

Ein Riesenaufwand also. Trotzdem hat sich das Kleben in der Autoindustrie durchgesetzt. Ein maßgeblicher Pluspunkt ist, dass man verschieden Substrate fügen kann. Schweißen kann man nur Stahl, Nieten mit Aluminium, doch mit Kleben kann man jeden Werkstoff miteinander verbinden. Also Glas mit Metall, Metall mit Plastik, Plastik mit Glas. Außerdem nutzt die Industrie immer mehr neue Materialien, allen voran Kohlefasern. Da sie besonders leicht sind, werden in vielen Autofirmen Karosserien von Elektroautos daraus gebaut - mit Nieten und Schweißen kommen die Ingenieurinnen und Ingenieure hier nicht besonders weit. In solchen Fahrzeugen ist quasi alles geklebt.

Damit die Verbindung zwischen zwei Teilen dauerhaft hält, muss die Klebefläche möglichst groß sein. Denn ein Schweißpunkt überträgt punktuell die Kräfte, Klebstoff überträgt die Kraft flächig. Und deshalb dienen die alten Techniken - Schweißen und Nieten - auch oft einfach dazu, die Karosserie in die richtige Position zu bringen. Quasi wie die Stecknadeln, die der Schneider in den Hosensaum steckt, bevor er alles festnäht. Klebstoff kann die Autoteile nicht sofort zusammen halten, aber dafür umso besser und länger, wenn er erst einmal fest ist.

Eine von innen beschlagenes Seitenfenster eines Autos.

Windschutzscheiben sind beispielsweise nicht nur wasserdicht, sondern auch elastisch verklebt, damit Vibrationen abgedämpft werden können

Zusatzfähigkeiten der Kleber

Klebstoffe müssen aber mehr leisten als zwei Oberflächen miteinander zu verbinden, erzählt Matthias Popp. Er entwickelt und prüft am Fraunhofer-Institut in Bremen Klebstoffe für die verschiedensten Industriezweige. Sehr häufig gehen bei ihm Anfragen von Autoherstellern ein. Denn das Besondere an Klebstoffen ist, dass sie neben der Fähigkeit, zwei Teile zu fügen, auch immer noch eine zusätzliche Funktion integrieren können. Wie zum Beispiel Dämpfung oder Korrosionsschutz.

Auch die Natur kommt nicht ohne Klebstoffe aus. Seepocken kleben bombenfest an Bootswänden. Efeu heftet sich an Hauswände und klettert senkrecht Wände hoch, ebenso geschickt sind Geckos. Die Echsen überwinden die Gravitation mit mikroskopisch kleinen Härchen an ihren Fußsohlen.

Der Zoll hat 23 artengeschützte Geckos beschlagnahmt

Geckos nutzen zufällige Ladungsunterschiede – sowohl in den Härchen der Geckos, als auch auf der Oberfläche auf der sie haften - um die Gravitation auszutricksen

Matthias Popp erklärt, dass es sich hierbei um so genannte van-der-Waals-Wechselwirkungen handelt. Das sind zufällige Ladungsunterschiede – sowohl in den Härchen der Geckos, als auch auf der Oberfläche auf der sie haften. Und das Besondere ist, dass diese Härchen so geformt sind, dass die Geckos auch auf rauen Oberflächen ganz viel von diesen Strukturen in einen ganz geringen Abstand zur Oberfläche bringen können, der kleiner als einen Nanometer ist.

Kleben über dem Lagerfeuer

Vielleicht haben sich die frühen Menschen von Echsen oder Efeu inspirieren lassen? Mit großer Wahrscheinlichkeit war der erste Klebstoff von Menschenhand jedoch einfach Zufall. Man braucht nur Birkenrinde eng zusammenrollen, auf die glühenden Scheite eines Lagerfeuers legen, eine Haube an Ästen und Blättern darüber und die Feuerstelle so unter Luftausschluss eine Weile stehen zu lassen.

Birkenpech, Steinmehl und Käse sind die Vorfahren der heutigen Klebstoffe

Birkenpech, Steinmehl und Käse sind die Vorfahren der heutigen Klebstoffe

Das ist ein steinzeitliches Rezept für den ältesten Klebstoff der Menschheitsgeschichte: Birkenpech. Ob unsere Vorfahren den Kleber wirklich so hergestellt haben, können Archäologinnen und Archäologen nicht mit letzter Gewissheit sagen - aber nach vielen verschiedenen Experimenten mit Birkenrinden und Feuer scheint dieser Produktionsweg der Naheliegendste. Wahrscheinlich entstand Birkenpech zufällig im verglühenden Lagerfeuer. Da die schwarze, teerige Masse wunderbar klebte, haben die Menschen es schließlich gezielt produziert.

Knorpel, Käse, Steinmehl

Der älteste Klebstoff ist mindestens 180 Tausend Jahre alt - er klebte an Steinwerkzeugen in Italien. In Deutschland wurden 80 Tausend Jahre alte Waffen gefunden, die mit Birkenpech zusammengehalten wurden. Und auch Ötzi benutzte vor 5000 Jahren den gleichen Kleber, um seine Pfeile zusammenzuhalten.

Die Goldmaske des Tutanchamun hinter Glas

Die Ägypter kochten früher Sehnen und Knorpel auf und benutzten die resultierende Masse für Holzfurniere, dieser Kleber hielt zum Teil über Jahrtausende

Die Menschen experimentierten weiter. Die alten Ägypter und Ägypterinnen vermischten beispielsweise Bienenwachs mit Steinmehl um damit Metallklingen mit Stielen zu verbinden. Und sie versuchten es auch mit Schlachtabfällen: Sie kochten Sehnen und Knorpel auf und benutzten die resultierende, klebrige Masse für Holzfurniere. Der Kleber hielt zum Teil über Jahrtausende. Das zeigte sich zum Beispiel bei einer Tafel, die der Archäologe Howard Carter im Grab von Tutanchamun fand.

Auch die Griechen und Römer kannten Kleber. Die Griechen arbeiteten in ägyptischer Tradition eher mit eiweißhaltigen Klebern, also aus Tierresten. Im alten Rom klebten die Menschen lieber mit Mixturen aus Mehlkleister oder Brot. Und mit heute nahezu absurd erscheinenden Mischungen aus Käse und Kalk.

Ein Spitzenhöschen kleben

Anders als in der Autoindustrie, wo das Kleben nicht mehr wegzudenken ist, schätzt Hans Bauer, Geschäftsführer der Balinger Firma New Textile Technologies GmbH, den Marktanteil von geklebten Textilien auf unter zehn Prozent. Geklebt wird vor allem in den Nischen der Textilindustrie, bei eher hochwertigeren Produkten. Also neben Dessous und Outdoorbekleidung auch bei spezielleren Designerkreationen.

Kleidung hängt auf Bügeln in einem Geschäft

Silikone oder Polyurethane sind Klebstoffe in Textilien und unbedenklich beim Tragen auf der Haut

Diese unsichtbaren Nähte machen nicht nur Dessous feiner, sondern können auch bei medizinischen Produkten helfen. So hat New Textile Technologies auf Anfrage nahtlose Prothesenstrümpfe hergestellt, die nur noch minimale Druckstellen hervorrufen. Oder auch nicht scheuernde, geklebte Stoffgürtel, in die Elektroden für Langzeit-EKGs eingearbeitet sind. Natürlich sind Silikone oder Polyurethane keine Naturprodukte und schrecken möglicherweise manche Kunden ab. Doch Hans Bauer versichert, dass die Klebstoffe absolut unbedenklich sind.

Haut verkleben

Heike Heckroth ist Chemikerin und hat vor einigen Jahren einen vielversprechenden Wundklebstoff entwickelt. Eine kleine Plastikspritze liegt vor ihr auf dem Schreibtisch. Darin sind zwei Komponenten getrennt voneinander gelagert - sie vereinen sich erst an der Spitze und härten innerhalb einer knappen Minute aus.

Eine der Komponenten ist den Bausteinen von Eiweißen ähnlich und für die Quervernetzung während des Aushärtens zuständig. Die zweite Komponente ist ein Polyurethan - also ein langes Molekül, das sowohl in der Autoindustrie als auch beispielsweise von Hans Bauer in der Textilindustrie eingesetzt wird. Polyurethane sind unglaublich flexibel.

Knie eines Kindes mit Wunde

Die Narbenbildung ist beim Kleben der Wunden geringer als beim Nähen

Der Körper baut den Kleber selbst ab

Je nachdem, wo und wie sie ihren Kleber einsetzen wollen, können die Chemikerinnen und Chemiker den Wundkleber variieren: Mal soll er mehr Feuchtigkeit aufnehmen, mal weniger, mal soll er luftdurchlässiger sein. Im Gegensatz zu Sprühpflastern oder Sekundenklebern bleibt der Kleber für die äußere Anwendung elastisch, spannt nicht, wird nicht spröde. Daher kann er auch länger getragen werden.

Heckroth und ihre Kollegen haben in Aachen ein Start-Up-Unternehmen gegründet, MAR - kurz für Medical Adhesive Revolution, auf Deutsch die "Medizinische Klebstoff Revolution". Für die äußere Anwendung ist der Wundkleber kurz davor auf den Markt zu kommen. Ein großer Vorteil: die Narbenbildung ist geringer als beim Nähen.

Auch das Fäden ziehen gehört durch solche Wundklebstoffe der Vergangenheit an, denn der Klebstoff wird durch das Wasser im Körper abgebaut, die Feuchtigkeit spaltet so genannte Esthergruppen im Klebstoff und die Bruchstücke werden dann über den Urin ausgeschieden. Um auch im Körper, also beispielsweise auch Organe kleben zu dürfen, muss der Klebstoff noch einige Versuchsstufen durchlaufen. Doch eines scheint jetzt schon klar: dem Nähen ist der Kleber in vielen Dingen bereits überlegen.

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