Die meisten heute verwendeten Klebstoffe werden aus Erdöl hergestellt. Doch der fossile Rohstoff belastet die Umwelt und viele der daraus erzeugten Substanzen sind gesundheitsschädlich und nicht biologisch abbaubar. Deshalb suchen Forschende nach Alternativen aus biologischen Materialien. „Viele biobasierte Klebstoffe sind allerdings entweder nicht leistungsfähig genug oder ihre Herstellung erfordert aufwendige chemische Schritte“, sagt Ufuk Gürer von der Technischen Universität München.
Klebriges Gemisch natürlicher Zutaten
Gemeinsam mit seinem Team hat Gürer nun einen Klebstoff entwickelt, dessen Haftfähigkeit die der meisten erdölbasierten Klebstoffe übertrifft und der mit einfachen biobasierten Zutaten auskommt. „Unser Klebstoff besteht hauptsächlich aus einem Extrakt aus Mistelbeeren“, berichten die Forschenden. „Dieser Extrakt wird ohne weitere chemische Behandlung mit Gerbsäure und Apfelsäure ergänzt.“
Mistelbeeren enthalten von Natur aus stark klebrige Verbindungen aus Einfach- und Mehrfachzuckern. Damit haften die Samen der halbparasitischen Pflanze an Wirtsbäumen, um diese zu besiedeln. Für den neuen Klebstoff extrahierten Gürer und sein Team zunächst die Kohlenhydrate aus den Mistelbeeren mit destilliertem Wasser. „In Kombination mit Gerbsäure und Apfelsäure ergibt sich daraus eine bernsteinfarbene, zähflüssige Masse“, beschreiben sie. Diese wird anschließend für 18 Stunden auf 80 Grad erhitzt. Durch diesen Schritt wird das Gemisch nicht nur dunkler und fester, sondern vervielfacht auch seine Klebekraft.
Aus den Mistelbeeren (links) wird ein Extrakt gewonnen (2.v.l.), das die Basis für den neuen Klebstoff bildet. Gemeinsam mit Gerbsäure und Apfelsäure bildet es eine bernsteinfarbene Masse (2. v.r.), die durch Erhitzen fester, dunkler und klebriger wird (rechts). — © Gürer et al. / Advanced Materials, CC-by 4.0
Starke Haftkraft
„Der Klebstoff haftet auf verschiedenen Substraten, darunter Holz, Metall, Glas und sogar Teflon“, berichten die Forschenden. Um die Haftwirkung zu erzielen, wird der erhitzte Klebstoff einfach auf die zu verklebenden Flächen aufgetragen, die anschließend per Hand zusammengedrückt werden. Innerhalb weniger Minuten härtet die Verbindung aus und verklebt die Teile miteinander – und zwar wesentlich stärker als die meisten handelsüblichen Klebstoffe: Eine Klebefläche von nur einem Quadratzentimeter kann bis zu 100 Kilogramm halten, wie Gürer und sein Team in Tests herausfanden.
Erhitzt man den Klebstoff erneut, lässt er sich einfach lösen und anschließend wiederverwenden. Damit bietet er vielversprechende Möglichkeiten für Reparatur und Recycling. Sogar in der Raumfahrt könnte der Mistelklebstoff zum Einsatz kommen, denn er bewahrt seine Festigkeit auch bei extrem niedrigen Temperaturen von -150 Grad Celsius, wie Tests ergaben. Denkbar wären auch medizinische Anwendungen. Erste Versuche in der Petrischale ergaben, dass der Klebstoff antibakterielle Eigenschaften aufweist.
Noch keine industrielle Erzeugung
Bisher lässt sich der Superklebstoff allerdings noch nicht in großem Stil produzieren, da die Herstellung direkt auf der Verarbeitung von Mistelbeeren basiert. „Die Mistelbeere verwendet molekulare Bausteine und Mechanismen, die zusammen mit den von uns gewählten Zusätzen eine sehr starke Haftung ergeben“, sagt Gürers Kollege Oliver Lieleg. „Langfristig wollen wir diese Prinzipien auf industrielle Herstellungsverfahren übertragen. Dann könnten wir die entscheidenden Klebstoffbestandteile künftig unabhängig von der Pflanze herstellen und damit den Kleber skalierbar machen.“
Quelle: Ufuk Gürer (Technische Universität München) et al., Advanced Materials, doi: 10.1002/adma.74322
