Die Klebstoffklasse der Cyanacrylate, besser bekannt als Sekundenkleber, härtet durch Feuchtigkeit aus und erreicht innerhalb von wenigen Sekunden eine ausreichende Handfestigkeit. Während die Aushärtungsreaktion über Hydroxid-Ionen bereits vielfach beschrieben wurde, ist der genaue Anbindungsmechanismus zu den Oberflächen der Fügepartner nahezu unbekannt. Auch der Einfluss von verschiedenen Prozessatmosphären auf die Adhäsion ist unerforscht.
Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs „Sauerstofffreie Produktion“ hat ein Team um Philipp Moritz vom Institut für Energieforschung und Physikalische Technologien an der TU Clausthal nun mit oberflächenanalytischen Methoden die Grenzfläche zwischen Cyanacrylat und den Substraten Gold und Siliziumdioxid untersucht. Diese dienen als Modellsubstrate für spätere Untersuchungen an oxidierten und desoxidierten Metalloberflächen. Durch Spin Coating (Rotationsbeschichten) konnten extrem dünne, lediglich wenige Nanometer starke Filme des Cyanacrylats auf die Oberflächen aufgebracht werden. Mithilfe von spektroskopischen und mikroskopischen Methoden war es so möglich, die Wechselwirkung zwischen dem Klebstoff und dem Metall(oxid) zu untersuchen.
Die Untersuchungen zeigten eine deutliche Wechselwirkung des Cyanacrylats mit der oxidierten Silizium-Oberfläche über Wasserstoffbrückenbindungen und ionische Interaktionen. Mit dem metallischen Gold konnten hingegen keine starken Interaktionen beobachtet wurden. Das experimentelle Vorgehen ist also zielführend und es besteht der Verdacht, dass der Sauerstoff an der Oberfläche für eine Wechselwirkung hilfreich ist. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler im Fachmagazin Journal of Physical Chemistry C veröffentlicht.
In weiteren Experimenten soll das Vorgehen nun auf andere Substrate übertragen und die Interaktion mit technisch relevanten Metall(oxiden) wie beispielsweise Aluminium und Titan untersucht werden. Aber auch der Einfluss einer neuartigen Argon/Silanatmosphäre auf die Anbindung wird erforscht.
Weitere Informationen zum Projekt: Besser Kleben in sauerstofffreier Atmosphäre
Originalpublikation:
Bonding Mechanism of Cyanoacrylates on SiO2 and Au: Spectroscopic Studies of the Interface
Philipp Moritz, Friedrich Bürger, Oliver Höfft, Lienhard Wegewitz, and Wolfgang Maus-Friedrichs
J. Phys. Chem. C 2021, 125, 42, 23409–23417
https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.1c06477
