Im Falle eines Falles, kleben kann man ALLES Sara Metten.

Im Falle eines Falles,Im Falle eines Falles,

kleben kann man ALLESkleben kann man ALLES

Sara MettenSara Metten

GliederungGliederung1. Definition1. Definition2. Geschichte2. Geschichte3. Physikalische Hintergründe3. Physikalische Hintergründe

AdhäsionAdhäsion KohäsionKohäsion

4. Verfestigungsmechanismen4. Verfestigungsmechanismen physikalischphysikalisch chemischchemisch

5. Einsatz5. Einsatz6. Lehrplan6. Lehrplan7. Didaktische Aspekte7. Didaktische Aspekte

Definition Verfestigungsmech.Physik. Hintergrund Geschichte Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

Definition Definition Nach DIN-Norm 16921Nach DIN-Norm 16921

„ „ Ein Klebstoff ist ein Ein Klebstoff ist ein nichtmetallischer Werkstoff, der nichtmetallischer Werkstoff, der Werkstücke (Fügeteile) durch Werkstücke (Fügeteile) durch Oberflächenhaftung (Adhäsion) Oberflächenhaftung (Adhäsion) und innere Festigkeit (Kohäsion) und innere Festigkeit (Kohäsion) verbinden kann, ohne dass sich verbinden kann, ohne dass sich das Gefüge der Werkstoffe das Gefüge der Werkstoffe wesentlich verändert hat.“wesentlich verändert hat.“

Definition


Geschichte der KlebstoffeGeschichte der Klebstoffe

8000 v. Chr.8000 v. Chr.

Naturkleber Naturkleber

15001500

Kautschuk nach EuropaKautschuk nach Europa

1700 erste Leimfabrik in Holland1700 erste Leimfabrik in Holland

Geschichte

Demo 1

Stärkekleister


Geschichte der KlebstoffeGeschichte der Klebstoffe

1905 "Bakelite" auf dem Markt1905 "Bakelite" auf dem Markt

1932 erster Alleskleber1932 erster Alleskleber

1934 erster Klebefilmstreifen1934 erster Klebefilmstreifen

1960 erster Sekundenkleber1960 erster Sekundenkleber

1969 erster Klebestift1969 erster Klebestift

bis heute neue Entwicklungenbis heute neue Entwicklungen

Geschichte


Adhäsion Adhäsion (lat. adhaerere = anhaften)(lat. adhaerere = anhaften)

Aneinanderhaften von 2 Körpern aus Aneinanderhaften von 2 Körpern aus versch. Stoffenversch. Stoffen

bedingt durchbedingt durch elektrostatische Kräfte elektrostatische Kräfte van-der-Waals Kräftevan-der-Waals Kräfte chemische Bindungchemische Bindung

Adhäsionskräfte wirken nur über sehr Adhäsionskräfte wirken nur über sehr kleine Entfernungenkleine Entfernungen

Physik. Hintergrund

Demo 2

Adhäsionskräfte


die Fügeteile müssendie Fügeteile müssen Fettfrei seinFettfrei sein Staubfrei seinStaubfrei sein

Klebstoff muss auf dem Fügeteil Klebstoff muss auf dem Fügeteil haftenhaften

Abstand der zu verbindenden Phasen Abstand der zu verbindenden Phasen < 0,5 nm < 0,5 nm

Kontaktfläche muss groß seinKontaktfläche muss groß sein

genügend zwischenmolekulare WWgenügend zwischenmolekulare WW

Voraussetzungen für eine Voraussetzungen für eine KlebungKlebung

Physik. Hintergrund


KohäsionKohäsion (lat. cohaerere = zusammenhängen)(lat. cohaerere = zusammenhängen)

innerer Zusammenhalt eines Stoffes durchinnerer Zusammenhalt eines Stoffes durch

chemische Bindungchemische Bindung

zwischenmolekulare Kräftezwischenmolekulare Kräfte

Sonderfall der AdhäsionSonderfall der Adhäsion

wirkt nur über sehr geringe Entfernungenwirkt nur über sehr geringe Entfernungen

Physik. Hintergrund


Kräfte beim Kleben

Physik. Hintergrund


Lösungsmittel (LM)Lösungsmittel (LM) Aufgabe:Aufgabe:

bringt Klebstoff in flüssige Form bringt Klebstoff in flüssige Form

löst die Bindung zwischen löst die Bindung zwischen

KlebstoffmolekülenKlebstoffmolekülen

Kohäsion ganz oder teilweise aufgehobenKohäsion ganz oder teilweise aufgehoben

Physik. Hintergrund

Demo 3

Kleben durch Anlösen


Klebstoffe

chemisch abbindendphysikalisch abbindend

Schmelz-klebstoffe

Kontakt-klebstoffeNassklebstoffe

LM-haltig

Einkomponentenkleber

Verfestigungsmech.


Physikalisch abbindender Physikalisch abbindender KlebstoffKlebstoff

Polymere beim Klebstoffauftrag Polymere beim Klebstoffauftrag bereits vorhandenbereits vorhanden

Polymergehalt von 40-70%Polymergehalt von 40-70%

Klebewirkungen auf Grund von Klebewirkungen auf Grund von physikalischen Vorgängenphysikalischen Vorgängen

Abbinden erfolgt durch EntweichenAbbinden erfolgt durch Entweichen des Lösemittels des Lösemittels

Verfestigungsmech.

Versuch 1

Darstellung eines Heißsiegelklebstoffes


O

O

O

O

O

OH

OH

O

RO

OH

+ H

O

O

OH

OH

OH OH

O

O

OH

ROH

HO

R

~ H- H

OH

O

OR

O

= ROH

Veresterung von Phthalsäureanhydrid mit Glycerin

Verfestigungsmech.

Phthalsäureglycerinester

Phthalsäureanhydrid Glycerin


OH

O

O

O

OH

OH

+ HOH

OH

O

O

OH

OH

OH

OH

O

O

OH

OH

O OHO

O

HO

HO

Kondensation

Kondensationsreaktion

Verfestigungsmech.


O OO O

HO

HO O OHOO

HO

O O

O O

OH

n

linearer Polyester

Verfestigungsmech.

Polykondensation


Physikalisch abbindender Physikalisch abbindender KlebstoffKlebstoff

KontaktklebstoffKontaktklebstoff

Lösungsmittel muss vor dem Fügen fast Lösungsmittel muss vor dem Fügen fast verdampft seinverdampft sein

Kräftiges Zusammenpressen notwendigKräftiges Zusammenpressen notwendig

Rohstoffe:Rohstoffe:

Chlorbutadien mit Phenolharzen oder Chlorbutadien mit Phenolharzen oder elastomeren Polyurethanenelastomeren Polyurethanen

Verfestigungsmech.

Versuch 2

Nachweis von Doppelbindungen

in Pattex


Addition von Brom an die Doppelbindung

CH2

H2C

Cl

H n

n Br2

CH2

H2C

Cl

H nBr

BrKI-Stärke Lsg.

CH2

H2C

Cl

H n

BrBr

Polychlorbutadien

Bromoniumion

Trans-bromiertes Polychlorbutadien

Verfestigungsmech.

Definition Verfestigungsmech.Physik. Hintergrund Geschichte Einsatz Lehrplan Didakt. AspekteVerfestigungsmech.

Br2 + 2 K+ + 2 I - I2 + 2 K+ + 2 Br -

I2 + K+ I - + Stärke K+ + I3 -/Stärke


Klebstoffe

chemisch abbindendphysikalisch abbindend

Schmelz-klebstoffe

Kontakt-klebstoffeNassklebstoffe

LM-haltig

Poly-addition

Polykon-densation

Polymeri-sation

Einkomponentenkleber

Ein- oder Zwei-komponentenkleber

Verfestigungsmech.


Chemisch abbindende Chemisch abbindende KlebstoffeKlebstoffe

es liegen keine fertigen Polymere es liegen keine fertigen Polymere vorvor

nur Monomere oder Vorstufen von nur Monomere oder Vorstufen von PolymerenPolymeren

zweite Komponente notwendigzweite Komponente notwendig

Verfestigungsmech.

Versuch 3

Polymerisation von Sekundenkleber


C C

COOR

CNH

H

HO C C

COOR

CNH

H

C C

COOR

CNH

H

n

C C

COOR

NCH

H

HO C C

COOR

CN

C

H

H

C

COOR

CN

H

Hn

Anionische Polymerisation

2. Kettenwachstum

C C

COOR

CNH

H

OH

C C

COOR

CNH

H

HO

1. Startreaktion

Cyanacrylsäureester

Verfestigungsmech.


- Cyanarylsäureester - Polymer

3. Kettenabbruch

C C

COOR

NCH

H

HO C C

COOR

CN

C

H

H

C

COOR

CN

H

Hn

H2O

C C

COOR

NCH

H

HO C C

COOR

CN

C

H

H

C

COOR

CN

H

Hn

H OH


Chemisch abbindende Chemisch abbindende KlebstoffeKlebstoffe

Zweikomponenten KlebstoffZweikomponenten Klebstoff

chemische Reaktion muss bis zur chemische Reaktion muss bis zur Klebung blockiert seinKlebung blockiert sein

mechanische Blockierungmechanische Blockierung

chemische Blockierungchemische Blockierung

Verfestigungsmech.

Versuch 4

Darstellung eines Resorcin-Harzklebers


OH

CH2OH

OH

OH

H

HO

- H2O

OH

CH2

HO OH

OH

Resorcin-Formaldehyd Kondensat

Kondensationsreaktion von Resorcin mit Formaldehyd

OH

C

O

H H

HO

OH

CH2OH

HO

H

Resorcin Formaldehyd

Verfestigungsmech.


Aushärtereaktion

Verfestigungsmech.

OH

CH2

HO OH

OH

N

OH

OH

HO

OH

CH2

HO OH

O

N

OH

OH

HO

H

Triethanolamin


OH

CH2

HO OH

O

O

C

H H

OH

CH2

HO OH

O

O

H

H

N

OH

OH

HO

H

OH

CH2

HO OH

O

O

H

H

Halbacetal

2

H

H

Halbacetal


OH

CH2

HO OH

O

O

H

H

Halbacetal

H

H

OH

HO OH

O

H2O

OH

CH2

HO OH

O

OH

CH2

OHHO

O

Vollacetal

PhenoplastPolykondensation


PhenoplastPhenoplast

entsteht durch Kondensation von entsteht durch Kondensation von

Phenolen und AldehydenPhenolen und Aldehyden

mit basischen mit basischen

Kondensationsmitteln erfolgt Kondensationsmitteln erfolgt

dreidimensionale Vernetzungdreidimensionale Vernetzung

mit sauren Kondensationsmitteln mit sauren Kondensationsmitteln

entstehen Novolakeentstehen Novolake

Verfestigungsmech.


EinsatzgebieteEinsatzgebiete

Haushalt (6,5 kg pro Person und Haushalt (6,5 kg pro Person und Jahr)Jahr)

NahrungsmittelverpackungNahrungsmittelverpackung

Luft- und RaumfahrttechnikLuft- und Raumfahrttechnik

IndustrieIndustrie

MedizinMedizin

Einsatz


Lehrplan (G8)Lehrplan (G8)

12.2 Kohlenstoffchemie II12.2 Kohlenstoffchemie II

Abdeckung folgender ThemenAbdeckung folgender Themen PolymerisationPolymerisation PolyadditionPolyaddition PolykondensationPolykondensation Synthetische Synthetische MakromoleküleMakromoleküle

Lehrplan


Didaktische AspekteDidaktische Aspekte

Fächerübergreifender UnterrichtFächerübergreifender Unterricht

Fach PhysikFach Physik

Komplexes DenkenKomplexes Denken

Einfach durchführbare Einfach durchführbare ExperimenteExperimente

AlltagsbezugAlltagsbezug

Didakt. Aspekte

Vielen Dank für Ihre Vielen Dank für Ihre

Aufmerksamkeit !Aufmerksamkeit !

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