Clever kombiniert
Auf dem Weg zum intelligenten Wundverschluss
Damit das Haften auch auf rauen Oberflächen verlässlich klappt, haben Wissenschaftler Leibniz-Institut für Neue Materialien eine neue Haftstruktur entwickelt: Darin kombinierten sie harte und weiche Materialien. Diese eignen sich unter anderem für selbsthaftende Wundverschlüsse oder Wearables.
Die Ergebnisse stellten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Applied Materials & Interfaces vor. Für diese Publikation erhielt nun der Co-Autor René Hensel den Adhesion Innovation Award der EURADH (European Adhesion Conference) und FEICA (Association of the European Adhesive & Sealant Industry).
Für ihre Untersuchungen entwickelten die Forscher zwei Millimeter große Säulen als Modellsystem und brachten diese mit rauen Oberflächen in Kontakt. Die gemessene Kraft, die benötigt wird, um die Säule wieder abzulösen, ist das Maß für die Haftung. »Wir verwendeten Säulen, die aus einem harten Material bestehen und deren Ende mit einem weichen Kunststoff überzogen ist. Für das Ablösen dieser Säule benötigten wir die fünffache Kraft im Vergleich zu einer Säule, die nur aus dem weichen Material besteht. Sie haftet also deutlich besser«, erklärt René Hensel, stellvertretender Leiter des Programmbereichs Funktionelle Mikrostrukturen.
Bei den Untersuchungen stellten die Forscher fest, dass die Haftung umso besser ist, je weicher und dünner der Überzug am Säulenende ist. Dass die Haftung stärker ist je dünner der Überzug ist, hängt mit der verzögerten Rissbildung im Kontakt zusammen: Wenn ein Riss entsteht, löst sich die Haftstruktur von der Oberfläche ab. Diese Rissbildung verzögert sich, weil Spannungsspitzen verringert werden. Deshalb treten der Riss und das Ablösen erst bei höherer Belastung auf. »Dieser Effekt ist erstaunlicherweise umso stärker, je dünner der Überzug ist«, sagt Hensel. Auch die Form, wie die beiden unterschiedlich harten Materialien kombiniert werden hat einen Einfluss auf das Haftvermögen: Eine abgerundete Grenzfläche zwischen beiden sorgt für eine bessere Haftung. Dabei verändere sich die Rissbildung ebenfalls.
Gleichzeitig müsse die Dicke des weichen Überzugs zur Größe der Rauigkeit passen: Bei einer Raufaser-Tapete ist die Rauigkeit zum Beispiel viel gröber als bei Hautoberflächen. »Damit die Haftung auf Raufaser funktioniert, muss der weiche Überzug also viel dicker gewählt werden, als für die Haftung auf Haut«, sagt Hensel. Dabei interessieren sich die Forscher gerade für die Haftung auf Haut ganz besonders. Sie spiele vor allem eine bedeutende Rolle bei der Entwicklung von Wearables oder auch bei der Wundversorgung und steht deshalb im Mittelpunkt der zukünftigen Forschung. (me)
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