Die Exoskelette von Insekten, die durch Knochenverdichtung gebildet werden, haben oft eine sehr große Stabilität. Forscher am Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) und an der Yonsei University in Korea konnten diesen sogenannten Sklerotisierungsprozess mit Phenol- und Polyamin-Molekülen nachbilden und haben hierbei völlig unerwartet einen 100%ig umweltfreundlichen und biokompatiblen Superkleber auf Wasserbasis herstellen können.

In der Natur werden hierbei aminreiche Polymere über Phenol/Chinon Verbindungen durch oxidative Reaktionen vernetzt. Der in Wasser gelöste Sauerstoff aus der Luft reicht völlig aus, diesen Superkleber über Phenolradikale/Chinon auszuhärten. Dieser Kleber ist in seiner Haftfestigkeit gut vergleichbar mit kommerziellen Epoxidklebern und zeigt eine Scherfestigkeit von über 6 MPa. Er bindet sich an unterschiedliche Substrate wie z.B. Keramiken, Holz, Stoffe, Kunststoffe, Metalle und besonders gut an biologische Gewebe.

Hier versiegelt der Kleber z. B. Wunden innerhalb weniger Sekunden und gibt aufgrund seiner Wasserbasis keinerlei flüchtige organische Verbindungen ab. Diese hohe Klebestärke wird durch eine Mischung aus Pyrogallol, Polyethylenimin und Silika erzielt.

Das Pyrogallol (Phenol) wird durch den gelösten Sauerstoff teilweise zu einem Chinon oxidiert und dann sukzessive mit dem Polyethylenimin (Amin) verlinkt. Gleichzeitig verwickeln sich diese Strukturen mit agglomeriertem Silika auf den Oberflächen von Nanopartikeln und unterstützen so die Aushärtung. Nanopartikel werden hier eingesetzt, um die mechanischen Eigenschaften der Polymere zu verbessern, indem sie die Verwicklung von Polymer und Partikeln unterstützen.

Da dieser PPS genannte Superkleber zu 100 % wasserbasiert ist, entstehen keinerlei flüchtige organische Verbindungen und er ist somit nicht toxisch, was bei Klebstoffen in organischen Lösungsmitteln sonst unvermeidlich ist. Damit eignet er sich in hohem Maße in der Medizin als Klebstoff für den Wundverschluss bei verletztem Knochengewebe oder eben auch als sehr vielseitiger Klebstoff bei industriellen Anwendungen.

Autor: Dr. Ronald Hinz, Market Intelligence Senior Expert, SVP Deutschland AG
Quelle: „A Phenol-Amine Superglue Inspired by Insect Sclerotization Process“ by Younseon Wang, Eun Je Jeon, Jeehee Lee, Honggu Hwang, Seung-Woo Cho, and Haeshin Lee; Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), Department of Biotechnology, Department of Biomaterials Science and Engineering at Yonsei University, Korea; DOI: 10.1002/adma.202002118, Adv. Mater. 2020)