Auf Kommando ablösbare Klebstoffe
Moderne integrierte mikroelektronische Geräte sind oft schlecht reparierbar und nur schwer zu recyceln.
Auf dem Weg zu einer Kreislaufwirtschaft mit nachhaltigen Ressourcen, weniger Abfall und intelligenten Reparatur- und Recyclingstrategien kommt ablösbaren Klebstoffen eine Schlüsselrolle zu. Einen Ansatz für Klebstoffe, die sich „auf Kommando“ deaktivieren lassen, stellt ein Forschungsteam jetzt in der Wiley-VCH-Zeitschrift Angewandte Chemie vor.
Inspirationsquelle waren Muscheln, die Meister des Unterwasserklebens. Schon früher wurden Muschel-inspirierte Klebstoffe entwickelt. Diese basieren auf der Thiol-Chinon-Polyaddition, bei der Polymere mit adhäsiven Thiol-Catechol-Verknüpfungen entstehen (TCC), die für die starken Haftungseigenschaften verantwortlich sind. Werden die Catechol-Gruppen der Klebstoffpolymere oxidiert, nimmt die Klebkraft dramatisch ab.
Idealisierter Syntheseweg zu TCC-PSAs. a) Thiol-Chinon-Michael-Addition zur Bildung von TCCs. b) TCC-Polymersynthese durch Reaktion eines Thiol-Sternpolyesters mit BQA oder BY*Q (+AcDAQ) einschließlich Ethanthiol-Quenching unreagierter Chinone. Quelle: Angewandte Chemie, First published: 27 July 2024, DOI: (10.1002/ange.202408441)
Über das Grundgerüst der Monomere lassen sich die Eigenschaften solcher Polymere einstellen. Kannan Balasubramanian, Hans Börner und ihr Team von der Humboldt-Universität zu Berlin, dem Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften (ISAS, Berlin), der Universidad Nacional de General San Martín (Buenos Aires), dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (Potsdam-Golm) sowie von Henkel haben zwei verschiedene Typen von TCC-Klebstoffen mit hoher Klebkraft und Scherfestigkeit hergestellt.
Dabei wurden biobasierte, peptidische Biscatechol-Ausgangsstoffe des DiDOPAs, das ähnlich in den Muscheln vorkommt, mit ihrem Analogon auf fossiler Basis verglichen. Beide Klebstoffe funktionieren auch unter Wasser und sind unempfindlich gegenüber Luftsauerstoff sowie schwachen Oxidationsmitteln. Durch Oxidation mit dem stark oxidierenden Natriumperiodat (NaIO4) verlieren sie jedoch ihre Klebrigkeit, sodass sich die Klebstoffreste leicht in einem Stück vom Substrat abziehen oder abwischen lassen.
Produktanalyse mittels Gelpermeationschromatographie (GPC, links) und schematische Darstellung der Netzwerkstrukturen entsprechend den angegebenen Verhältnissen (rechts). Die Molekulargewichtsverteilung der TCC-Polymere zeigt eine Abhängigkeit vom verwendeten Thiol:Chinon-Verhältnis (T : Q-Verhältnis) der Monomere PCL4MP und a) BQA oder b) BY*Q (vgl. Tabelle S1für extrahierte Werte). Quelle: Angewandte Chemie, First published: 27 July 2024, DOI: (10.1002/ange.202408441)
Während die Oxidation des fossilen Klebstoffs die Catechole inaktiviert, den Klebstoff aber gleichzeitig wasserabweisender macht, zeigt der biobasierte Typ aufgrund anderer Peptidfunktionalitäten die Abschaltung, ohne signifikant hydrophober zu werden.
Längerfristig arbeitet das Konsortium daran, die chemische Oxidation durch eine direkte elektrochemische Oxidation zu ersetzen, was bspw. für die Reparatur von Mobiltelefonen interessant sein könnte.
