Wie Klebeband funktioniert

Masking Tape, diese Kreation von 1925, sollte ein ganz bestimmtes Problem lösen: die damals beliebte zweifarbige Lackierung von Autos.

Vor dem Abdecken von Klebeband haben Autowerkstätten jeden Farbauftrag mit Klebstoff und Papier "abgeklebt". Das Abziehen des Papiers ruinierte unzählige Lackierungen. Richard Drew, ein junger 3M-Forschungsassistent, war Zeuge eines solchen ruinierten Jobs und der darauf folgenden wütenden Flüche. Drew, der absolut keine Erfahrung mit Klebstoffen hatte, entschied sich anscheinend vor Ort, einen Klebstoff zu entwickeln, der von trockener Farbe entfernt werden konnte, ohne ihn abzuziehen [Quelle: ACS ]. Zwei Jahre später wurde Abdeckband eingeführt.

Als nächstes erfand er durchsichtiges Zellophanband, das später Scotch® Magic Tape genannt wurde. Geschenkverpackung wäre nie mehr dasselbe.

Auch nicht die alltäglichen Haushaltsreparaturen. Während der Weltwirtschaftskrise , als die meisten Menschen Dinge wie Tischdecken und Polster reparieren mussten, anstatt sie zu ersetzen, bot transparentes Klebeband eine schnelle, billige und ästhetisch zufriedenstellende Lösung. Während viele Unternehmen ihre Türen schlossen oder kaum durchkamen, hielt Magic Tape 3M nicht nur über Wasser, sondern florierte [Quelle: ACS ].

Heute gibt es Klebeband in Cellophan-Ausführung zum Verpacken und in matter Ausführung zum Etikettieren. Kräftiges Klebeband ist ein Grundnahrungsmittel für viele Reparaturen zu Hause, während doppelseitiges Klebeband Poster anheftet. Braunes Band umwickelt Pakete und dehnbare Klebstoffe dienen zum Bandagieren. Das Verbinden von zwei Materialien mit Klebeband ist schon so lange so üblich, dass die Leute fast nie daran denken, zu fragen: "Wie macht es das?"

Es stellt sich heraus, dass Band ziemlich bemerkenswert ist. Es ist nicht die Haftung an sich, sondern die spezielle Art des Klebstoffs, der auf Klebeband verwendet wird, was es im täglichen Leben unverzichtbar macht. Das in Klebeband verwendete "klebrige" unterscheidet sich darin, dass es hauptsächlich auf physikalischen Prozessen und nicht auf chemischen beruht, um zu haften.

Die Haftung begann sicherlich nicht mit Klebeband. Holzarbeiter im alten Ägypten verwendeten natürlichen Leim aus tierischem Kollagen. Natürliche, viskose Substanzen wie Bienenwachs und Harz haben Materialien schon immer effektiv zusammengehalten [Quelle: THToC ].

In der Neuzeit vor Klebeband erledigten Klebstoffe und Epoxidharze die meiste klebrige Arbeit. Aber sie hatten gravierende Nachteile, insbesondere im Haushalt. Unordnung, Dauerhaftigkeit und Trocknung zu einem harten Finish haben traditionelle Klebstoffe , die normalerweise auf chemischem Wege haften, für kleine, schnelle Alltagsarbeiten weniger als großartig gemacht.

Die in Klebeband verwendeten Klebstoffe funktionieren unterschiedlich. Sie werden als Haftklebstoffe ( PSA ) bezeichnet und umfassen Materialien wie Silikone, Acryle und Kautschuke – alles Polymere, denen ein klebriges Harz zugesetzt wird, um die Klebrigkeit zu erhöhen [Quelle: ThomasNet ]. Diese PSAs beruhen auf physikalischen Reaktionen, nicht auf chemischen, um zu haften. Dies trägt zu Eigenschaften wie Entfernbarkeit und Flexibilität bei – einige der Dinge, die wir an Klebeband am meisten lieben.

Bei einer druckempfindlichen Bindung sind zwei Hauptprozesse am Werk: Benetzung und Van-der-Waal-Kräfte. Ersteres stellt Haftung her. Letzteres macht es stärker [Quelle: Hyperphysics ].

Das Benetzen ist ziemlich einfach. In diesem Fall bezieht es sich auf die Art und Weise, wie ein fester Klebstoff in ein Substrat eindringt (das Material, auf das das Klebeband aufgebracht wird). Der in Klebeband verwendete feste Klebstoff ist gut benetzbar, da er eine niedrige Oberflächenenergie hat , was bedeutet, dass sich seine Oberflächenmoleküle viel bewegen oder mit Energie versorgt werden, was zu lockereren Verbindungen führt. Diese Eigenschaft ermöglicht es den Molekülen des Klebstoffs, obwohl er in fester Form vorliegt, relativ leicht in die Poren des Trägermaterials zu fließen. Alles, was es braucht, ist ein wenig Druck. Und je besser das Fließvermögen in den Untergrund, desto stärker die physikalische Bindung.

Einige Klebstoffe bilden mit der Zeit stärkere Bindungen, wenn Moleküle tiefer in das Substratmaterial eindringen. Zur Stärke der Haftklebung trägt jedoch von vornherein ein anderes physikalisches Phänomen bei. Molekulare Anziehungen, sogenannte Van-der-Waal-Kräfte, wirken bereits, bevor Druck auf das Band ausgeübt wird.

Van-der-Waals-Kräfte sind schwache Anziehungen zwischen Molekülen, die normalerweise keine positiven oder negativen Ladungen haben. Einige hauptsächlich neutrale Moleküle, deren Protonen und Elektronen nicht gleichmäßig verteilt sind, können manchmal Ladungen aufweisen, die als Dipolmomente bekannt sind [Quelle: Hyperphysics ]. Diese Ladungen oder Polaritäten ermöglichen es ihnen, physikalische Bindungen mit anderen geladenen Molekülen einzugehen; Tatsächlich können sie durch bloße Nähe Ladungen in anderen, meist neutralen Molekülen induzieren [Quelle: Hyperphysics ].

Moleküle in einem Haftklebstoff 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, wodurch die Stärke der auf Benetzung basierenden Haftung erhöht wird.

Haftung ist jedoch nur ein Teil der Gleichung. Die Schönheit von Klebeband liegt ebenso in seinem Design wie in seiner Bindung.

Jedes Mal, wenn wir etwas Klebeband von einer Rolle abziehen – um ein Geschenk einzupacken, Makkaroni-Kunst aufzuhängen, vorübergehend ein undichtes Rohr zu reparieren oder ein Paket für den Versand zu versiegeln – übersehen wir wahrscheinlich das Genie der Rolle selbst. Vor allem, warum klebt der Klebstoff auf dem Träger und auf dem Substrat, aber nicht auf sich selbst?

Wäre Klebeband nicht in Rollenform, wäre es wahrscheinlich etwas schwierig, es in eine Müllschublade zu werfen. Und "Klebstoff", der kein Klebeband ist, ist normalerweise Klebstoff - tropfend und dauerhaft. Es ist das Bandteil, das das Produkt so ordentlich, so kompakt und so einfach macht.

Der Prozess der Herstellung von Klebeband ist ziemlich einheitlich. Jedes Klebeband besteht aus vier Komponenten [Quelle: ACS ].

Die Schichten werden in großen Bahnen aufgetragen, die schließlich aufgerollt und in die 1, 2 oder 3 Zoll breiten Klebebandrollen geschnitten werden, die Sie im Geschäft kaufen.

Die endgültige Beschichtung – das Trennen – betont einen interessanten Unterschied in der Welt der Klebrigkeit: Adhäsion versus Kohäsion. Bei der Adhäsion haftet ein Molekültyp an einem anderen Molekültyp; Bei der Kohäsion haftet eine Art von Molekül an sich selbst. Tape verwendet beides [Quelle: Scientific American ]. Die Moleküle des Klebstoffs haften an den Molekülen des Substrats oder haften, aber sie haften auch aneinander oder haften aneinander. Wäre dies nicht der Fall, würde die Klebemasse nicht zusammenhalten. Die Trennbeschichtung verhindert die Kohäsion an der Oberfläche des Klebebands, sodass es leicht abgerollt werden kann.

Was als Klebeband und einige sehr glückliche Autolackierer begann, ist heute eine Industrie für sich. Klebebänder haben die Metallskelette von Zeppelinen umwickelt, um Korrosion zu verhindern. Sie haben mindestens eine Mondlandefähre isoliert und Astronauten von Apollo 11 geholfen, einige Reparaturen am Kotflügel ihrer Mondlandefähre auf dem Mond durchzuführen [Quellen: ACS , NASA ]. Sie halten Rückspiegel an Autos und halten Millionen von Scrapbookern davon ab, sich die Haare auszureißen, wenn ihre Platzierung einen Millimeter daneben liegt [Quelle: 3M ].

Haftklebstoffe geben uns sogar Post-It-Zettel. Es ist kein fließendes Wasser. Aber es ist nah.

Anmerkung des Autors: Wie Klebeband funktioniert

Bei der Suche nach weiteren Informationen über das Klebeband, das von der NASA verwendet wird, um eine Mondlandefähre zu isolieren (speziell für diesen Zweck entwickelt, mit der Fähigkeit, über einen enormen Temperaturbereich hinweg klebrig zu bleiben), fand ich auch Bilder der Apollo-Landefähre, die mit einem einfachen alten Kanal zusammengeflickt waren Klebeband und stieß auf ein interessantes Phänomen: Verschwörungstheoretiker haben entschieden, dass das Vorhandensein von Klebeband auf dem Apollo-Lander bestätigt, dass die Mondlandung ein Schwindel war.

Es ist eine wahrscheinlich weit verbreitete Ansicht, dass Werkzeuge, die wir im Haus herumliegen haben, unmöglich verwendet werden können, um Menschen zum Mond zu bringen. Und in diesem Fall war es eigentlich nur eine schnelle Reparatur des Kotflügels des Landers, der während der Mission abgefallen war. Aber Klebeband spielte auch eine bedeutende Rolle dabei, die unglückseligen Astronauten von Apollo 13 zurück zur Erde zu bringen, und mein Punkt ist einfach folgender: Ich habe in meiner Forschung gelernt, dass Klebeband wirklich eine revolutionäre Entwicklung war [Quelle: Universe Today ]. Allen Berichten zufolge gibt es einen Grund, warum das New Yorker Museum of Modern Art in einer Ausstellung mit dem Titel „Humble Masterpieces“ Klebeband zeigte und Richard Drew in die National Inventors Hall of Fame aufgenommen wurde.

Zur Verteidigung von Haftklebstoffen: Wenn die Mondlandung gefälscht war, ist Klebeband wahrscheinlich kein Beweis dafür.

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