Ursprünglich für die Dentaltechnik hergestellte Klebstoffe haben sich als potenzielle Verbindungslösung für die Elektronikindustrie erwiesen, um Bauteile leichter trennen und recyclen zu können.

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High-Tech-Produkte leichter zerlegen Zahn-Kleber findet Anwendung in Elektronikgeräten

24.10.2018

Klebstoffe für das Fügen von Bauteilen sind aus der Industrie nicht mehr wegzudenken. Dass sie diese zuverlässig verbinden, reicht aber nicht. Die von der EU forcierte Kreislaufwirtschaft erfordert, dass auch High-Tech-Produkte wie Handys bei Reparaturen oder beim Recycling sauber in ihre Ausgangsmaterialien zerlegt werden können. Ein am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelter Kleber soll dies möglich machen.

Mit steigenden Recyclingquoten treibt die Europäische Union eine Kreislaufwirtschaft voran, die Produkte, Materialien und Ressourcen möglichst lange erhält. Ziel ist es nicht nur, Abfälle weiter zu reduzieren, sondern auch Produkte herzustellen, die reparierbar, weiterverwendbar und recyclingfähig sind.

Gleichzeitig sinkt beispielsweise bei Elektrogeräten die Lebensdauer. Ein Smartphone wird heute nach ein bis zwei Jahren ausgemustert. Es fachgerecht und ohne Rückstände zu recyclen, bleibt jedoch eine Herausforderung.

Verklebung meist irreversibel

„Die Bauteile vieler Produkte aus unserem alltäglichen Leben, zum Beispiel Handys oder Tablets, werden in der Regel an bestimmten Stellen verklebt“, erklärt Professor Christopher Barner-Kowollik, Leiter der Arbeitsgruppe Makromolekulare Architekturen am Institut für Technische Chemie und Polychemie (ICTP) des KIT. Das Kleben ersetzt beim industriellen Fügen zunehmend das Schweißen, Nieten oder Verschrauben. Klebstoffe reduzieren das Gesamtgewicht und erfüllen zusätzliche Funktionen wie Isolierung oder Dämpfung.

Der Nachteil: Sind sie einmal ausgehärtet, lassen sich die Verbindungen höchstens unter großem Zeit- oder Energieaufwand wieder lösen. Wird ein geklebtes Produkt zu Reparaturzwecken oder für das Recycling zerlegt, endet dies oft in der Beschädigung oder Zerstörung einzelner Komponenten.

Sollbruchstellen, die auf Temperatur reagieren

Der neue thermolabile Klebstoff, den Barner-Kowollik und sein Forschungsteam am KIT entwickelt haben, kann dieses Problem lösen. Er ist bei Raumtemperatur stabil, soll sich aber auf den Punkt genau, schnell und schon bei vergleichsweise geringen Temperaturen wieder abbauen lassen. Ist der Prozess beendet, zeigt sich dies unmittelbar, weil die entsprechende Stelle sich einfärbt.

Für dieses sogenannte Debonding on Demand (DoD) haben die Forscher Sollbruchstellen in das Netzwerk aus langkettigen Polymermolekülen eingebaut, aus dem ein typischer Klebstoff besteht. An diesen Stellen öffnen sich schon bei mäßigen Temperaturen unter 100 °C die chemischen Verbindungen wieder und der Klebstoff löst sich auf. Seine Zusammensetzung und die genaue für das Ablösen notwendige Temperatur können der individuellen Anwendung angepasst werden. „Diese beiden Stellschrauben bewegen wir, indem wir die Moleküle modifizieren“, sagt Barner-Kowollik.

Zahnkronen schonend ausbauen

Für den cleveren Klebstoff, den die Experten ursprünglich für die Dentaltechnik entwickelt haben, um etwa verklebte Kronen oder Klammern schonend wieder auszubauen, haben sich mittlerweile vielfältige Anwendungsfelder geöffnet. Neben dem Elektronikbereich sind Einsätze in der Produktion denkbar, etwa um Werkstoffe vorübergehend auf einer Werkbank zu fixieren, oder auch auf Baustellen, um zum Beispiel Industriedübel wieder zu entfernen. Der thermolabile Klebstoff ist patentiert und soll jetzt in Kooperation mit Partnern aus verschiedenen Industriebereichen weiterentwickelt werden.

Bildergalerie

  • Elektroschrott beim Recycling wieder in seine Ausgangsmaterialien zerlegen zu können, schont Ressourcen.

    Bild: Amadeus Bramsiepe, KIT

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