Kleber

Hintergrund

Es wird geschätzt, dass jeder Mensch in Amerika etwa 40 lb (18,2 kg) Klebstoff pro Jahr verbraucht, und es ist leicht zu erkennen, wie und warum, wenn man sich das Ausmaß der Verwendung ansieht. Möbel, Klempnerarbeiten, Schuhe, Bücher, Gebäude und Autos verwenden alle in einem Teil ihrer Konstruktion Klebstoff.

Klebstoffe gehören zu einer größeren Familie namens Klebstoffe. Die beiden Klassen unterscheiden sich dadurch, dass Klebstoffe aus organischen Verbindungen stammen, Klebstoffe hingegen auf chemischer Basis. Klebstoffe, sogenannte Epoxide, Dichtungsmassen oder Dichtstoffe, sind ebenfalls chemische Verbindungen, die durch spezielle Zusätze Eigenschaften erhalten, die für bestimmte Aufgaben oder Anwendungen geeignet sind.

Kleber entstand, als alte Stämme entdeckten, dass Knochen, Häute, Haut, Sehnen und anderes Bindegewebe von Tieren verarbeitet werden können, um Kollagen, das Protein in diesen Geweben, zu entfernen. Das Kollagen war klebrig und war nützlich, um Dinge zusammenzuhalten. Als Leimgrundlage können auch Milchfeststoffe, sogenanntes Casein, und Blutalbumin verwendet werden. Getrocknetes Serum aus Kuhblut ergibt Albumin, das beim Erhitzen gerinnt (verklumpt) und in Wasser unlöslich wird.

Fischleim wurde auch aus den Köpfen, Gräten und der Haut von Fischen hergestellt, aber dieser Leim war tendenziell zu dünn und weniger klebrig. Durch Experimente entdeckten die frühen Menschen, dass die Luftblasen verschiedener Fische einen viel zufriedenstellenderen Kleber produzierten, der weiß und geschmacklos war. Es wurde schließlich Hausenblase oder Ichthocol genannt.

Es gibt drei Stoffklassen, die als Klebstoffe bezeichnet werden und keine Chemikalien, Verbindungen oder Hightech-Zusätze enthalten; dies sind Knochenleim, Haut- oder Hautleim und Fischleim. Technisch gesehen sind andere klebrige Substanzen Klebstoffe, Gummis oder Zemente, obwohl Verbraucher diese Begriffe tendenziell synonym verwenden.

Pflanzen wurden auch verwendet, um Leime herzustellen, die kollektiv als Pflanzenkleber bezeichnet werden. Diese Materialien sind in Wasser dispergierbar oder löslich und werden normalerweise aus den Stärken hergestellt, aus denen viele Getreidearten und Gemüse bestehen. Zu den natürlichen Gummis gehören Agar, aus Kolloiden in Meerespflanzen, Algin, das aus Algen gewonnen wird, und Gummi Arabicum, ein Extrakt des Akazienbaums (auch Gummibaum genannt). Der sogenannte Schiffsleim wird zum Abdichten von Nähten verwendet, besteht jedoch aus Teer oder Pech und ist kein wirklicher Klebstoff.

Verlauf

Die frühesten Hinweise auf die Verwendung von Leim können noch in den Höhlenmalereien unserer Neandertaler-Vorfahren in Lascaux, Frankreich, beobachtet werden. Diese frühen Künstler wollten, dass ihre Arbeit lange hält und mischten Leim mit der Farbe, die sie verwendeten, um den Farben zu helfen, der Feuchtigkeit der Höhlenwände zu widerstehen. Ägyptische Artefakte, die in ihren Gräbern ausgegraben wurden, zeigen viele Verwendungen von Klebstoffen; Am auffälligsten sind vielleicht die Furniere und Intarsien in Holzmöbeln, die bereits 3.000 v. Chr. mit Leim hergestellt wurden. Auch die Ägypter verwendeten Leim zur Herstellung von Papyrus. Griechische und römische Künstler verwendeten häufig Klebstoffe; Mosaikböden und geflieste Wände und Bäder sind auch nach Tausenden von Jahren noch intakt.

Der Möbelbau ist stark auf Leime angewiesen. Obwohl es viele Techniken zum Verbinden von Teilen gibt, wird Klebstoff oft entweder dauerhaft oder zum Ausrichten von Teilen verwendet, während andere Verbindungen hergestellt werden. Alle großen Tischler des 16. bis 19. Jahrhunderts verwendeten Leim im Möbelbau, darunter Chippendale, Hepplewhite, Duncan Phyfe, die Adams-Brüder und Sheraton. Die von diesen Tischlern verwendeten Leime wurden aus Tierhäuten, Hufen und anderen Teilen hergestellt, die zu Gelee zerkleinert und dann getrocknet wurden. Das Gelee wurde zu Pulver oder Flocken gemahlen. Es wurde erneut mit Wasser vermischt und in einem Leimtopf vorsichtig erhitzt. Dieses Produkt war braun, spröde, hart und nicht wasserdicht. Doch dieser Leim war bis zum Ersten Weltkrieg der einzige Leim, der zur Verfügung stand. Damals wurden erstmals Kaseinleime aus Milch- und Nitrozelluloseleimen hergestellt.

In den 1930er Jahren führten Fortschritte in der Chemie- und Kunststoffindustrie zur Entwicklung einer breiten Palette von Materialien, die als Klebstoffe und Kunststoff- oder Kunstharzkleber bezeichnet werden. Der Zweite Weltkrieg führte zu einer weiteren Blüte dieser Industrie, als Neoprene, Epoxide und Acrylnitrile erfunden wurden. Diese wurden vom Militär genutzt und waren erst Ende der 1940er oder 1950er Jahre für den kommerziellen Gebrauch verfügbar. Seitdem wurden hochspezialisierte, wasserfeste Klebstoffe für viele Branchen und einzigartige Anwendungen entwickelt, unter anderem für den Bau des Space Shuttle. Leime werden immer noch in der Holzbearbeitung und der Herstellung von Schleifmitteln wie Sandpapier verwendet. Sie werden auch als Kolloid in industriellen Prozessen verwendet; Kolloide werden Flüssigkeiten zugesetzt, um Feststoffpartikel, die in der Flüssigkeit suspendiert sind, abzuscheiden, damit sie zurückgewonnen werden können, entweder um die Flüssigkeit zu reinigen oder die Feststoffe zu verarbeiten.

Peter Cooper

Peter Cooper, der vor allem als Philanthrop in Erinnerung geblieben ist, war ein produktives Erfindergenie und ein äußerst erfolgreicher Hersteller. Cooper wurde in New York City als Sohn eines Soldaten der Revolutionsarmee geboren, der in zahlreichen Unternehmen tätig war und den jungen Peter in alle einbezog. Obwohl Cooper nur eine einjährige formale Ausbildung hinter sich hatte, bereiteten ihn seine frühen Erfahrungen mit seinem Vater auf den Erfolg in seiner abwechslungsreichen Geschäftskarriere vor. Als 17-Jähriger bei einem Kutscher in die Lehre gegangen, schnitt Cooper so gut ab, dass sein Arbeitgeber ihm ein Gehalt zahlte und ihm anbot, ihn in seinem eigenen Unternehmen zu unterstützen. Stattdessen stieg Cooper in das Tuchscherengeschäft ein, in dem er erfolgreich war. Dann kaufte er die Rechte an einem Leimherstellungsverfahren, verbesserte es mit seiner eigenen Erfindung, begann mit dem Betrieb einer Leimfabrik und sicherte sich praktisch das Monopol des amerikanischen Leimgeschäfts.

Im Jahr 1828 wechselte Cooper in die Eisenherstellung und baute die Canton Iron Works in Baltimore, Maryland, um die Baltimore &Ohio Railroad zu beliefern. Die Eisenbahn stand jedoch kurz vor dem Versagen, da ihre Gleise aufgrund der kurvenreichen und hügeligen Strecke folgten. Die meisten Ingenieure waren damals der Meinung, dass Lokomotiven auf solchem ​​Terrain nicht fahren könnten. Cooper baute prompt Amerikas erste Dampflokomotive, die klein, aber leistungsstark war. 1830 zog dieser "Tom Thumb" 40 Passagiere mit einer Geschwindigkeit von 10 Meilen pro Stunde und bewies, dass Eisenbahnen auf gekrümmten Gleisen fahren konnten.

Coopers Unternehmen wuchsen nach diesem Erfolg schnell. Sein Eisengeschäft weitete sich auf Bergwerke, Gießereien, Drahtmanufakturen und Walzwerke aus. Im Jahr 1854 produzierte Coopers Fabrik in Trenton die ersten tragenden Eisenträger für den Bau feuerfester Gebäude. Cooper wurde ein Hauptunterstützer und unerschütterlicher Unterstützer von Cyrus Fields (1819-1892) Projekt zur Verlegung des atlantischen Telegraphenkabels. Als Präsident der North American Telegraph Company besaß und kontrollierte Cooper die Hälfte der Telegrafenleitungen in den Vereinigten Staaten. Als Erfinder entwarf Cooper eine frühe Waschmaschine und verschiedene Motoren für den Antrieb von Wasserfahrzeugen.

Rohstoffe

Leimhersteller beziehen Knochen und Gewebe von Tieren von Schlachthöfen, Gerbereien und Fleischverpackungsunternehmen; Es ist kein Zufall, dass der weltgrößte Leimhersteller die Molkerei Borden Company ist. Die tierischen Überreste, die das Rohmaterial für den Leim darstellen, können Ohren, Schwänze, Häute oder Hautreste, Abschürfungen von den fleischigen Seiten von Häuten, Sehnen, Knochen und Füße sein. Ebenso beziehen Hersteller von Fischleim Gräten, Köpfe, Schuppen und Häute von Fischen aus Konservenfabriken und anderen Verarbeitungsbetrieben.

Mit nur geringfügigen Abweichungen werden die gleichen grundlegenden Verfahren zur Herstellung von Knochenleim, Haut- oder Hautleim und Fisch verwendet Kleber. Die Häute und andere Abfälle werden gewaschen, um Schmutz zu entfernen, und sie werden eingeweicht, um sie aufzuweichen. Dieses Material wird als Brühe bezeichnet und wird entweder durch Kochen in offenen Tanks oder durch Kochen unter Druck in Autoklaven gekocht. Die dabei entstehende Flüssigkeit, „Kleberflüssigkeit“ genannt, wird extrahiert und erneut erhitzt, um den Leim zu verdicken. Nach dem Abkühlen sieht dieses Material wie Gelee aus und ist fest. Um die Verunreinigungen zu entfernen und den Kleber klar zu machen, können Chemikalien wie Alaun oder Säure gefolgt von Eialbumin hinzugefügt werden. Diese Chemikalien führen dazu, dass die Verunreinigungen aus dem Klebstoff ausfallen oder herausfallen. Der Leim wird im Vakuum konzentrierter

Der Herstellungsprozess
Prozess

Haut- oder Hautkleber herstellen

1. Mit nur geringen Abweichungen werden dieselben grundlegenden Verfahren verwendet, um Knochenleim, Haut- oder Hautleim und Fischleim herzustellen. Die Häute und andere Abfälle werden gewaschen, um Schmutz zu entfernen, und sie werden eingeweicht, um sie aufzuweichen. Dieses Material wird als Stock bezeichnet und durchläuft eine Reihe von Wasserbädern, in denen immer mehr Kalk zugesetzt wird, um die Häute und Felle aufquellen und zersetzen zu lassen. Die gequollenen Häute werden in einer großen Waschmaschine gespült, um den Kalk zu entfernen. Die letzten Kalkspuren werden entfernt, indem man den Stock mit schwachen Säuren wie Essig- oder Salzsäure behandelt. Schließlich wird die Brühe entweder durch Kochen, in offenen Tanks oder unter Druck in Autoklaven gekocht.
2. Kochen bei der richtigen Temperatur und für die richtige Zeitdauer spaltet das Kollagen auf und wandelt es in Leim um. Wenn die Temperatur oder das Timing nicht stimmt, wird die Qualität des Klebers ruiniert. Große Dampfschlangen in den offenen Tanks erhitzen das Wasser und das Produkt auf 160°F (70°C). Drei oder vier Behandlungen mit sauberem Wasser werden bei steigenden Temperaturen (oder Drücken, wenn ein Drucksystem verwendet wird) durchgeführt. Die dabei entstehende Flüssigkeit, „Kleberflüssigkeit“ genannt, wird abgesaugt und erneut erhitzt, um den Leim zu verdicken.
3. Nach dem Abkühlen sieht dieses Material wie Gelee aus und ist fest; Obwohl es wie die in Lebensmitteln verwendete Gelatine aussieht, enthält es Verunreinigungen. Um die Verunreinigungen zu entfernen und den Kleber klar zu machen, können Chemikalien wie Alaun oder Säure gefolgt von Eialbumin hinzugefügt werden. Diese Chemikalien führen dazu, dass die Verunreinigungen aus dem Klebstoff ausfallen oder herausfallen. Zur Reinigung des Leims können auch mechanische Verfahren verwendet werden. Dazu gehört das Durchleiten des Klebers durch eine Reihe von mechanischen Filtern oder durch Papierfilter oder gemahlenen Knochen, der als Knochenkohle bezeichnet wird.
4. Der Leimflotte werden verschiedene Zusätze beigemischt, um Braun-, Klar- oder Weißleim herzustellen. Zu diesen Zusatzstoffen zählen schweflige Säure, Phosphorsäure oder Alaun. Zinkoxid wird hinzugefügt, um weißen "Schulkleber" herzustellen.
5. Bis jetzt ist der Kleber eine schwache, flüssige Flüssigkeit. Es wird in Vakuumverdampfern aufkonzentriert und nach einem von mehreren Verfahren getrocknet. Der Leim kann entweder zu Platten oder Blöcken gekühlt werden, dann auf Netzen aufgehängt, um zu trocknen und noch konzentrierter zu werden. Der Kleber kann auch als Perlen oder "Perlen" in eine nicht wasserhaltige Flüssigkeit getropft werden, die die konzentrierten Perlen weiter trocknet. Die Perlen, Blöcke oder Blätter werden dann auf die richtige Konsistenz gemischt und zum Verkauf in Flaschen oder Gläser gepumpt.

Knochenleim herstellen

Die Herstellung von Knochenleim ist etwas komplizierter. Knochen werden am häufigsten in Drucktanks verarbeitet, aber es ist eine zusätzliche Verarbeitung erforderlich, um die Mineralien zu entfernen. Die Knochen werden mit Lösungsmitteln entfettet, dann wird Salzsäure in einer 8%igen Lösung auf die Knochen aufgetragen. Die Säure entfernt Kalziumphosphat und andere Mineralien und hinterlässt das Kollagen in der gleichen Form wie das Knochenstück. Die Säure wird aus dem Kollagen entfernt und getrocknet, um handelsübliches Ossein oder Knochenprotein (auch als angesäuerter Knochen bezeichnet) zu produzieren, das die Grundlage für Knochenkleber ist. Nach der Herstellung des Osseins kann es dann im Open-Tank-Verfahren verarbeitet und die nachfolgenden Schritte zur Herstellung von Leim aus Häuten, wie oben beschrieben, verwendet werden.

Qualitätskontrolle

Alle Prozesse bei der Leimherstellung werden mit Instrumenten, computergestützten Kontrollen und Beobachtungen sorgfältig überwacht. Ungeeignete Temperaturen oder Drücke zerstören große Lagerbestände, die dann verschwendet werden müssen; Hersteller werden solche Fehler nicht riskieren.

Sicherheit und Hygiene sind ebenfalls wichtige Anliegen. Klebstoffhersteller befinden sich in der Regel in unmittelbarer Nähe von Häuten und anderen Rohstoffen, um Krankheiten, Ungeziefer, Kontamination und hohe Kosten wie den Transport zu vermeiden. Die Arbeitssicherheit wird ebenso sorgfältig überwacht wie die Herstellung eines reinen Leims.

Nebenprodukte/Abfälle

Leim selbst ist ein Nebenprodukt von Molkereien, Fleischverarbeitungsbetrieben und anderen Einrichtungen, die die für die Leimherstellung benötigten Rohstoffe erzeugen.

Die Zukunft

Klebstoffe sind für unsere Zukunft unverzichtbar. Immer mehr Herstellungsverfahren verwenden verschiedene Formen von Klebstoff (einschließlich Klebstoffen), um das Nähen, Heften und teurere (und weniger effektive) Befestigungsformen zu ersetzen. Experimente mit medizinischen Klebstoffen deuten darauf hin, dass in den nächsten Jahren ein Drittel aller Wunden mit Klebstoffen „vernäht“ werden könnten. Klebstoffe haben sich als so vielseitig erwiesen, dass Wissenschaftler ständig nach neuen Anwendungen Ausschau halten, die unser Leben einfacher machen.