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Im Falle eines Falles, Im Falle eines Falles, kleben kann man ALLES kleben kann man ALLES

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Im Falle eines Falles, Im Falle eines Falles,

kleben kann man ALLES kleben kann man ALLES

Sara Metten

Sara Metten

(2)

Gliederung Gliederung

1. Definition 1. Definition

2. Geschichte 2. Geschichte

3. Physikalische Hintergründe 3. Physikalische Hintergründe

 Adhäsion Adhäsion

 Kohäsion Kohäsion

4. Verfestigungsmechanismen 4. Verfestigungsmechanismen

 physikalisch physikalisch

 chemisch chemisch

5. Einsatz 5. Einsatz

6. Lehrplan 6. Lehrplan

7. Didaktische Aspekte

7. Didaktische Aspekte

(3)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

Definition Definition

Nach DIN-Norm 16921 Nach DIN-Norm 16921

„ „ Ein Klebstoff ist ein nichtmetallischer Ein Klebstoff ist ein nichtmetallischer Werkstoff, der Werkstücke (Fügeteile) Werkstoff, der Werkstücke (Fügeteile)

durch Oberflächenhaftung (Adhäsion) durch Oberflächenhaftung (Adhäsion)

und innere Festigkeit (Kohäsion) und innere Festigkeit (Kohäsion)

verbinden kann, ohne dass sich das verbinden kann, ohne dass sich das

Gefüge der Werkstoffe wesentlich Gefüge der Werkstoffe wesentlich

verändert hat.“

verändert hat.“

Definition

(4)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

Geschichte der Klebstoffe Geschichte der Klebstoffe

 8000 v. Chr. 8000 v. Chr.

 Naturkleber Naturkleber

 1500 1500

 Kautschuk nach Europa Kautschuk nach Europa

 1700 erste Leimfabrik in Holland 1700 erste Leimfabrik in Holland

Geschichte

(5)

Demo 1

Stärkekleister

(6)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

Geschichte der Klebstoffe Geschichte der Klebstoffe

 1905 "Bakelite" auf dem Markt 1905 "Bakelite" auf dem Markt

 1932 erster Alleskleber 1932 erster Alleskleber

 1934 erster Klebefilmstreifen 1934 erster Klebefilmstreifen

 1960 erster Sekundenkleber 1960 erster Sekundenkleber

 1969 erster Klebestift 1969 erster Klebestift

 bis heute neue Entwicklungen bis heute neue Entwicklungen

Geschichte

(7)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

Adhäsion Adhäsion

(lat. adhaerere = anhaften) (lat. adhaerere = anhaften)

 Aneinanderhaften von 2 Körpern aus versch. Aneinanderhaften von 2 Körpern aus versch.

Stoffen Stoffen

 bedingt durch bedingt durch

 elektrostatische Kräfte elektrostatische Kräfte

 van-der-Waals Kräfte van-der-Waals Kräfte

 chemische Bindung chemische Bindung

 Adhäsionskräfte wirken nur über sehr kleine Adhäsionskräfte wirken nur über sehr kleine Entfernungen

Entfernungen

Physik. Hintergrund

(8)

Demo 2

Adhäsionskräfte

(9)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

 die Fügeteile müssen die Fügeteile müssen

 Fettfrei sein Fettfrei sein

 Staubfrei sein Staubfrei sein

 Klebstoff muss auf dem Fügeteil haften Klebstoff muss auf dem Fügeteil haften

 Abstand der zu verbindenden Phasen Abstand der zu verbindenden Phasen

< 0,5 nm

< 0,5 nm

 Kontaktfläche muss groß sein Kontaktfläche muss groß sein

genügend zwischenmolekulare WW genügend zwischenmolekulare WW

Voraussetzungen für eine Klebung Voraussetzungen für eine Klebung

Physik. Hintergrund

(10)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

Kohäsion Kohäsion

(lat. cohaerere = zusammenhängen) (lat. cohaerere = zusammenhängen)

 innerer Zusammenhalt eines Stoffes durch innerer Zusammenhalt eines Stoffes durch

 chemische Bindung chemische Bindung

 zwischenmolekulare Kräfte zwischenmolekulare Kräfte

 Sonderfall der Adhäsion Sonderfall der Adhäsion

 wirkt nur über sehr geringe Entfernungen wirkt nur über sehr geringe Entfernungen

Physik. Hintergrund

(11)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

Kräfte beim Kleben

Physik. Hintergrund

(12)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

Lösungsmittel (LM) Lösungsmittel (LM)

Aufgabe: Aufgabe:

 bringt Klebstoff in flüssige Form bringt Klebstoff in flüssige Form

 löst die Bindung zwischen löst die Bindung zwischen Klebstoffmolekülen

Klebstoffmolekülen

 Kohäsion ganz oder teilweise aufgehoben Kohäsion ganz oder teilweise aufgehoben

Physik. Hintergrund

(13)

Demo 3

Kleben durch

Anlösen

(14)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

Klebstoffe

chemisch abbindend physikalisch abbindend

Schmelz-

klebstoffe Kontakt- klebstoffe Nassklebstoffe

LM-haltig

Einkomponentenkleber

Verfestigungsmech.

(15)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

Physikalisch abbindender Klebstoff Physikalisch abbindender Klebstoff

 Polymere beim Klebstoffauftrag bereits Polymere beim Klebstoffauftrag bereits vorhanden

vorhanden

 Polymergehalt von 40-70% Polymergehalt von 40-70%

 Klebewirkungen auf Grund von Klebewirkungen auf Grund von physikalischen Vorgängen

physikalischen Vorgängen

 Abbinden erfolgt durch Entweichen Abbinden erfolgt durch Entweichen des Lösemittels

des Lösemittels

Verfestigungsmech.

(16)

Versuch 1

Darstellung eines

Heißsiegelklebstoffes

(17)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

O O

O

O O

OH

OH O

RO OH + H

O O

OH

OH

OH OH

O O

OH ROH

HO R

~ H - H

OH O

OR O

= ROH

Veresterung von Phthalsäureanhydrid mit Glycerin

Verfestigungsmech.

Phthalsäureglycerinester

Phthalsäureanhydrid

Glycerin

(18)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

OH O

O O

OH

OH

+ H OH

OH

O O

OH

OH

OH OH

O O

OH OH

O OH O O

HO

HO

Kondensation

Kondensationsreaktion

Verfestigungsmech.

(19)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

O O O O

HO

HO O O OH

HO O

O O

O O

OH

n

linearer Polyester Verfestigungsmech.

Polykondensation

(20)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

Physikalisch abbindender Klebstoff Physikalisch abbindender Klebstoff

Kontaktklebstoff Kontaktklebstoff

 Lösungsmittel muss vor dem Fügen fast Lösungsmittel muss vor dem Fügen fast verdampft sein

verdampft sein

 Kräftiges Zusammenpressen notwendig Kräftiges Zusammenpressen notwendig

 Rohstoffe: Rohstoffe:

 Chlorbutadien mit Phenolharzen oder Chlorbutadien mit Phenolharzen oder elastomeren Polyurethanen

elastomeren Polyurethanen

Verfestigungsmech.

(21)

Versuch 2

Nachweis von

Doppelbindungen in

Pattex

(22)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

Addition von Brom an die Doppelbindung

C H 2

H 2 C Cl

H n

n Br 2

C H 2

H 2 C Cl

H n

Br

Br KI-Stärke Lsg.

C H 2

H 2 C Cl

H n

Br Br

Polychlorbutadien Bromoniumion

Trans-bromiertes Polychlorbutadien

Verfestigungsmech.

(23)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

Br 2 + 2 K + + 2 I - I 2 + 2 K + + 2 Br -

I 2 + K + I - + Stärke K + + I 3 - /Stärke

(24)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

Klebstoffe

chemisch abbindend physikalisch abbindend

Schmelz-

klebstoffe Kontakt- klebstoffe Nassklebstoffe

LM-haltig

Poly-

addition

Polykon- densation

Polymeri- sation

Einkomponentenkleber

Ein- oder Zwei-

komponentenkleber

Verfestigungsmech.

(25)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

Chemisch abbindende Klebstoffe Chemisch abbindende Klebstoffe

 es liegen keine fertigen Polymere vor es liegen keine fertigen Polymere vor

 nur Monomere oder Vorstufen von nur Monomere oder Vorstufen von Polymeren

Polymeren

 zweite Komponente notwendig zweite Komponente notwendig

Verfestigungsmech.

(26)

Versuch 3

Polymerisation von

Sekundenkleber

(27)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

C C

COOR

H CN H

HO C C

COOR

H CN H 

C C

COOR

H CN H 

n

C C

COOR

H NC H

HO C C

COOR

CN

C H

H

C

COOR

CN H

H n

Anionische Polymerisation

2. Kettenwachstum

C C

COOR

CN H

H

OH 

C C

COOR

CN H

H HO

1. Startreaktion

Cyanacrylsäureester

Verfestigungsmech.

(28)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

 - Cyanarylsäureester - Polymer

3. Kettenabbruch

C C

COOR

H NC H

HO C C

COOR

CN

C H

H

C

COOR

CN H

H n

H 2 O

C C

COOR

H NC H

HO C C

COOR

CN

C H

H

C

COOR

CN H

H n

H OH

(29)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

Chemisch abbindende Klebstoffe Chemisch abbindende Klebstoffe

Zweikomponenten Klebstoff Zweikomponenten Klebstoff

 chemische Reaktion muss bis zur Klebung chemische Reaktion muss bis zur Klebung blockiert sein

blockiert sein

 mechanische Blockierung mechanische Blockierung

 chemische Blockierung chemische Blockierung

Verfestigungsmech.

(30)

Versuch 4

Darstellung eines Resorcin-

Harzklebers

(31)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

OH

CH 2 OH

OH

OH H

HO

- H 2 O

OH

CH 2

HO OH

OH

Resorcin-Formaldehyd Kondensat

Kondensationsreaktion von Resorcin mit Formaldehyd

OH

C O

H H

HO

OH

CH

2

OH

HO H

Resorcin Formaldehyd

Verfestigungsmech.

(32)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

Aushärtereaktion

Verfestigungsmech.

OH

CH 2

HO OH

OH

N

OH

OH HO

OH

CH 2

HO OH

O

N

OH

OH HO

H

Triethanolamin

(33)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

OH

CH

2

HO OH

O

O C

H H

OH

CH

2

HO OH

O O

H H

N

OH

OH HO

H

OH

CH

2

HO OH

O O

H H

Halbacetal

2

H H

Halbacetal

(34)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

OH

CH

2

HO OH

O O

H H

Halbacetal

H H

OH

HO OH

O

H 2 O

OH

CH

2

HO OH

O

OH C H

2

HO OH

O

Vollacetal

Phenoplast

Polykondensation

(35)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

Phenoplast Phenoplast

 entsteht durch Kondensation von entsteht durch Kondensation von Phenolen und Aldehyden

Phenolen und Aldehyden

 mit basischen Kondensationsmitteln mit basischen Kondensationsmitteln erfolgt dreidimensionale Vernetzung erfolgt dreidimensionale Vernetzung

 mit sauren Kondensationsmitteln mit sauren Kondensationsmitteln entstehen Novolake

entstehen Novolake

Verfestigungsmech.

(36)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

Einsatzgebiete Einsatzgebiete

 Haushalt (6,5 kg pro Person und Jahr) Haushalt (6,5 kg pro Person und Jahr)

 Nahrungsmittelverpackung Nahrungsmittelverpackung

 Luft- und Raumfahrttechnik Luft- und Raumfahrttechnik

 Industrie Industrie

 Medizin Medizin

Einsatz

(37)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

Lehrplan (G8) Lehrplan (G8)

 12.2 Kohlenstoffchemie II 12.2 Kohlenstoffchemie II

 Abdeckung folgender Themen Abdeckung folgender Themen

 Polymerisation Polymerisation

 Polyaddition Polyaddition

 Polykondensation Polykondensation

 Synthetische Makromoleküle Synthetische Makromoleküle

Lehrplan

(38)

Definition Geschichte Physik. Hintergrund Verfestigungsmech. Einsatz Lehrplan Didakt. Aspekte

Didaktische Aspekte Didaktische Aspekte

 Fächerübergreifender Unterricht Fächerübergreifender Unterricht

 Fach Physik Fach Physik

 Komplexes Denken Komplexes Denken

 Einfach durchführbare Experimente Einfach durchführbare Experimente

 Alltagsbezug Alltagsbezug

Didakt. Aspekte

(39)

Vielen Dank für Ihre Vielen Dank für Ihre

Aufmerksamkeit !

Aufmerksamkeit !

Referenzen

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