Präparationswerkzeug

Kleine Klebstoffkunde für Fossilienfreunde

Am Markt gibt es Hunderte von Klebern für alle möglichen Anwendungen – da kann man schon leicht den Überblick verlieren. Dabei sind es eigentlich gar nicht so viele verschiedene Klebersysteme, die für Fossilien verwendbar sind.
Hier wird versucht, eine kleine Übersicht nach chemischem Aufbau und Verfestigungsmechanismus der Kleber zu geben.
Vorweg aber ein paar allgemeine Hinweise zur Handhabung von Klebern - mit Klebern muss vorsichtig umgegangen werden:
Eine vernünftige Schutzbrille mit Seitenschutz kostet nur ein paar Euro – ins Auge gekommener Kleber kostet möglicherweise aber das Augenlicht!
Handschuhe mögen unbequem und lästig sein, aber eine Hautschädigung oder gar eine Allergie durch Kleberkontakt kann man so leicht vermeiden.
Klebstoffe können leicht entflammbar sein, also keinesfalls beim Kleben rauchen (ist eh gesünder…)
Klebstoffe können flüchtige und gesundheitsschädliche Stoffe enthalten, deshalb unbedingt für eine gute Lüftung sorgen. Kellerräume sind für Klebearbeiten natürlich nicht der ideale Arbeitsraum. Ist eine ausreichende Lüftung nicht gewährleistet, dann besser zur Not in die Garage oder auch mal ins Freie umziehen.
Gut vorbereitet sein! Vorher genau die Schritte und die Reihen der Verklebungen gedanklich durchspielen und ev. „trocken“ üben. Nichts ist schlimmer als unter Zeitdruck improvisieren zu müssen! Mal ehrlich - wer hat diese Situation noch nicht erlebt: „Hilfe, der Kleber wird schon zäh“ oder „jetzt presse ich die beiden Stücke schon eine gefühlte Stunde zusammen und der Kleber wird immer noch nicht fest“.
(Tätige) Hilfe und Rat bei einem Sammlerkollegen oder im Forum einzuholen ist keine Schande – man kann nur vom anderen lernen. Zu zweit geht es besser!
Jetzt aber zum eigentlichen Thema –  zu  Aufbau, Eigenschaften und Verwendung von Klebern.

Lösungsmittelkleber bestehen aus einem Polymer, welches in einem leicht flüchtigen Lösungsmittel gelöst ist. Nach Abdampfen des Lösungsmittels verbleibt das Polymer.
Damit eine verarbeitungsfähige Konsistenz erreicht wird, enthält der Kleber etwa 70% Lösungsmittel; es handelt sich häufig um leichtflüchtige Substanzgemische (z.B. Ethylacetat - ein auch natürlich in Früchten vorkommender Ester mit „fruchtigem“ Geruch - in Kombination mit Aceton und Alkohol). In bestimmten Formulierungen kann auch Wasser als „Lösungsmittel“ verwendet werden – leider erhöhen sich dadurch die Trocknungszeiten; dafür sind die Kleber natürlich angenehmer und sicherer zu handhaben.
Durch den hohen Lösungsmittelanteil „schrumpft“ der Kleber stark und ist zum „Auffüllen“ von Hohlräumen und Fehlstellen normalerweise ungeeignet.
Damit der Kleber Festigkeit aufbaut, muss das Lösungsmittel abdampfen; das Substrat muss entsprechend porös sein, ansonsten kann das Lösungsmittel nicht entweichen. Der Festigkeitsaufbau erfolgt langsam; es dauert eine geraume Zeit, bis das ganze Lösungsmittel entweicht. Das zurückbleibende Polymer bleibt häufig relativ elastisch (ein gängiges Polymer ist Polyvinylacetat). Eine chemische Aushärtung oder Vernetzung erfolgt nicht; Klebefuge und Kleberreste können leicht reversibel durch Lösungsmittel (z.B. Aceton) gelöst bzw. entfernt werden.
Ein Beispiel für diese Kleber-Klasse ist der beliebte „UHU Alleskleber“; zum Kleben von Versteinerungen ist diese Klasse von Klebern normalerweise aber wenig geeignet.
Die Kleber
- sind relativ viskos
- besitzen einen starken Schrumpf (70% verdampfendes Lösungsmittel)
- funktionieren nur auf porösen Substraten
In der Vergangenheit habe ich das UHU Alleskleber manchmal stark mit Aceton verdünnt als reversibles „Verfestigungsmittel“ bei porösen, trockenen Materialien verwendet. Aber wegen der geringeren Verschmutzungsneigung sind dazu Polyvinylbutyrale (z.B. Butvar B-76, Pioloform BL-16) oder Polyacrylate (z.B. Paraloid B-72) besser geeignet.
Ein Direktkontakt mit dem Kleber ist zu vermeiden; der Kleber kann bei wiederholtem Kontakt die Haut schädigen. Das im Kleber verwendete Lösungsmittel(gemisch) kann leicht entflammbar sein (rauchen, aber auch Heizlüfter etc. vermeiden); für eine gute Belüftung ist zu sorgen. Das Polymer selber ist physiologisch unbedenklich.

Kontakt- oder Zweiseiten-Kleber bestehen ebenfalls aus einem Polymer, welches in einem leicht flüchtigen Lösungsmittel gelöst ist. Ein bekannter Vertreter dieser Klasse ist zum Beispiel Pattex Kraftkleber Classic.
Im Unterschied zu einem Lösungsmittelkleber werden Kontaktkleber zweiseitig auf das Substrat aufgetragen und erst nach dem Ablüften zusammengepresst und verklebt. Zum Zusammenfügen von Versteinerungen sind Kontakt-Kleber aus meiner Sicht völlig ungeeignet. Die Verklebungen bleiben relativ elastisch, der Kleberauftrag kann schlecht dosiert werden – es entstehen breite Klebefugen. Teilweise dunkeln die Klebefugen stark nach.

Schmelzkleber bestehen aus (teilkristallinen) Polymeren, die bei Raumtemperatur fest sind und zähe bis elastische Eigenschaften aufweisen; bei höheren Temperaturen schmelzen die Polymere auf und werden dünnflüssig. Dieser Vorgang ist reversibel.
Beim Aufdoppeln von Solnhofen-Versteinerungen benutze ich manchmal Schmelzkleber, um die Abstandshalter / Türmchen zu fixieren; für das Kleben von Versteinerungen sind Schmelzkleber aus meiner Sicht ansonsten völlig ungeeignet.
Super geeignet sind Schmelzkleber aber, wenn man schnell Teile vorübergehend fixieren will oder kleinere Stücke auf einem Sockel befestigen möchte.  Auch widerspenstige Etiketten lassen sich mit einem Schmelzkleber bändigen.
Die Schmelzkleber sind relativ gefahrlos zu handhaben (ich schaffe es aber regelmäßig mir Brandblasen zu holen).

Dispersionskleber bestehen aus winzig kleinen Polymerkügelchen (etwa 1µm Durchmesser), die in Wasser dispergiert, aber nicht darin gelöst sind. Dampft das Wasser ab oder wird es vom Untergrund aufgesaugt, kommen sich die Polymerteilchen immer näher, deformieren sich dabei und „verschmelzen“ schließlich miteinander – es bildet sich ein Polymerfilm aus. Eine chemische Vernetzung erfolgt nicht. Nach Trocknung und Filmbildung bleibt der Kleber wasserbeständig. Typische Vertreter dieser Klasse sind sogenannte Weißleime, die üblicherweise als Holzkleber verwendet werden (eine bekannte Handelsmarke ist Ponal).
Mit Wasser verdünnte Dispersionskleber können gut verwendet werden um erdfeuchte, poröse Fundstücke vor Ort zu festigen.
Ich persönlich rate aber davon ab, trockene und wenig poröse Fundstücke mit verdünntem Holzleim-Wasser zu festigen. Die Polymerkügelchen können auf Grund ihrer Größe nicht sonderlich tief in das Substrat eindringen; häufig entsteht dadurch ein speckiger Glanz an der Oberfläche. Durch den Wasserverlust bei der Filmbildung schrumpft der Polymerfilm erheblich; im Film entstehen mechanische Spannungen. Insektenreste auf einem Diatomeenschiefer, den ich zur Verfestigung mittels verdünntem Holzleim behandelt habe, pellten sich nach Jahren zusammen mit dem Polymer vollständig ab; die Insektenreste ließen sich nicht mehr retten.

Für Weißleime wird Polyvinylacetat verwendet – ein zäh-elastisches Polymer, welches im Laufe der Jahre allerdings etwas zur Verschmutzung neigt.

Eine Entfernung von verfilmtem Dispersionskleber durch Lösungsmittel (z.B. Aceton) ist kaum mehr möglich; der Kleber wird zwar angelöst, quillt und wird weich, ist aber nicht mehr vollständig löslich. Empfindliche Fossilien können dabei beschädigt werden.

Dispersionskleber enthalten üblicherweise keine brennbaren Lösungsmittel und können beliebig mit Wasser verdünnt werden; das Polymer selber ist physiologisch unbedenklich (Polyvinylacetat). Bestimmte Inhaltsstoffe können allerdings bei wiederholtem Kontakt die Haut schädigen und in seltenen Fällen Allergien hervorrufen.
Im Gegensatz zu den bisher genannten Klebern härten Reaktionsklebstoffe durch eine chemische Reaktion aus. Üblicherweise handelt es sich um Kleber, die aus zwei Komponenten bestehen und in einem bestimmten Verhältnis gemischt werden müssen.

Bei Polyesterklebern handelt es sich um ungesättigte Polyester, die in Styrol (etwa 50%) gelöst sind. Das verwendete Styrol erlaubt es einerseits, den Kleber dünnflüssig einzustellen – ist aber auch eine reaktive Komponente, die zur Polymerisation dient. Nach Zugabe einer kleinen Menge an Härter (Peroxid, etwa 1 % Zugabe) wird die Polymerisation des Polyesters und des Styrols gestartet. Während der Polymerisation werden dann aus dem Styrol und dem Polyester neue Polymerketten gebildet; das Styrol reagiert ab (und kann nicht mehr abdampfen). Es wird ein vernetztes Polymer gebildet. Durch Lösungsmittel wie Aceton kann der Kleber zwar anquellen und die Klebfugen werden weich und schwabbelig (und können so getrennt werden), der Kleber selbst ist aber nicht mehr vollständig löslich.

Auch diese Systeme schrumpfen bei der Polymerisation merklich, aber deutlich weniger als Lösungsmittelsysteme. Während bei Lösungsmittelsystemen ein Volumenschrumpf von rund 70% durch das verdampfende Lösungsmittel auftritt, wird bei Gießharz „nur“ noch ein Volumenschrumpf von 5% beobachtet. Speziell formulierte, faserverstärkte Gießharze besitzen immer noch einen Längenschrumpf von 1%. Würde man in einer Form einen Polyesterharz-Stab von einem Meter herstellen wollen, wäre er nach der Polymerisation nur 99cm lang – ein ganzer cm kürzer als die Form! Bei Klebfugen ist das normalerweise kein Problem – bei ausgedehnten Spachtelarbeiten können sich aber auch mit diesen Systemen Risse durch Schrumpfvorgänge auftreten. Präpariert man große Messel-Fossilien nach der Transfermethode mit Polyesterharz (und verwendet dabei zu schnell reagierende Massen) kann der Schrumpf zu Problemen führen – nicht von ungefähr sieht man ab und zu Messel-Platten, die Risse aufweisen. Versucht man dünne Fossilienplatten rückseitig durch Polyesterauftrag zu verstärken, können sich durch die auftretenden Schrumpfspannungen große Platten sogar schüsselförmig verbiegen. Auf diese Art habe ich vor etwa 40 Jahren mal einen Aspidorhynchus geschrottet (deshalb Verstärkungen immer als Sandwich Aufbau mit Gegenplatte durchführen und ev. weniger schrumpfende Epoxid-Kleber verwenden).

Die Polymerisationsreaktion wird durch Zugabe eines Härters – eines Peroxids - gestartet. Je höher die Temperatur ist, umso schneller wird die Polymerisation gestartet. Während der Polymerisation wird wiederum Wärme erzeugt – und die Reaktion verläuft noch schneller (schaukelt sich hoch)! Es ist deshalb unbedingt notwendig, das exakte Mischungsverhältnis einzuhalten. Um die Verarbeitungszeit zu verlängern, können Kleber und die zu klebenden Stücke im Kühlschrank auf 10° abgekühlt werden (nicht zu tief abkühlen, Wasser darf nicht kondensieren!).
Polyesterkleber sind auf Grund des verwendeten Styrols als „Reizt die Augen und die Haut“, „Entzündlich“ und „Gesundheitsschädlich beim Einatmen“ eingestuft – entsprechend vorsichtig sollte mit ihnen umgegangen werden (Schutzbrille, Styrol-beständige Handschuhe, arbeiten in einem gut belüfteten Raum, Vermeidung von Zündquellen). Umfangreiche Hinweise zur sicheren Handhabung können den Sicherheitsdatenblättern entnommen werden.
Ein allseits bekanntes Produkt ist Akemi.


Acrylat-Kleber basieren (ähnlich wie die Polyesterkleber) auf einem Polymer, welches in einem Monomer gelöst ist. Als Polymer wird ein Poly-Methylmethylacrylat verwendet, das in etwa 50% eines Monomergemisches (hauptsächlich Methylmethacrylat) gelöst ist. Der in kleiner Menge zugegebene Härter (ebenfalls ein Peroxid) startet die Polymerisation. Auch diese Systeme schrumpfen merklich – vergleichbar mit den Polyesterklebern.
Mit Acrylat-Kleber muss ebenfalls entsprechend vorsichtig umgegangen werden; sie sind als „Flüssigkeit und Dampf leicht entzündbar“, „Verursacht Hautreizungen“, „Kann allergische Hautreaktionen verursachen“, „Verursacht schwere Augenreizung“ und „Kann die Atemwege reizen“ eingestuft.
Ein typischer Vertreter ist Stabilit.

 

sekundenkleber soe

Quer gebrochener Ammonit aus den Green Ammonite Beds von Dorset (GB) vor dem Kleben mit Sekundenkleber. Foto: Sönke Simonsen

 

Sekundenkleber oder Superkleber sind eigentlich ebenfalls Acrylatkleber – auch hier ist ein Acrylat-Polymer in Monomer gelöst. Während aber die typischen Acrylatkleber erst nach Zugabe einer kleinen Härtermenge – eines Peroxids - aushärten (die Polymerisation gestartet wird), wird bei Sekundenklebern die Polymerisation bereits durch Spuren von Alkali oder Wasser gestartet, die sich ja auf fast jeder Oberfläche befinden. Die Polymerisationsgeschwindigkeit dieser Systeme ist extrem hoch – in sehr kurzer Zeit werden lange Polymerketten gebildet und die Korrekturzeit entsprechend kurz (die heißen nicht umsonst Sekundenkleber!). Besonders bei hoher Luftfeuchtigkeit oder einem Wasserfilm auf den zu verklebenden Materialien kann der Kleber schlagartig abreagieren – die Korrekturzeit geht gegen Null. Der an sich schon spröde Kleber weist dann hohe innere Spannungen auf; die Verklebung wird weiß und kann regelrecht „zerbröseln“. Eine ausreichende Korrekturzeit kann man erreichen, wenn der Sekundenkleber weniger Monomer, aber dafür mehr Polymer enthält – diese Kleber sind als vorgelierte Systeme erhältlich.
Ausgehärteter Sekundenkleber ist normalerweise unvernetzt und kann durch ein geeignetes Lösungsmittel (Aceton) aufgelöst werden. Im ausgehärteten Zustand ist er sehr spröde; Klebstellen lassen sich mit viel Glück manchmal schon durch eine einfache Kältebehandlung trennen (für einige Stunden ins Tiefkühlfach bei -20°C legen). Auch durch eine Hitzebehandlung (Fön, besser Heißluftgebläse oder Backofen) kann notfalls eine Verklebung gelöst werden. Da hierfür  aber Temperaturen von etwa 250°C benötigt werden, besteht die Gefahr von Verfärbungen.
Sekundenkleber sollte wenn möglich kühl gelagert werden (aber bitte nicht im Kühlschrank zusammen mit Lebensmitteln). Zu tiefe Temperaturen sollten aber auch vermieden werden; kondensiert Wasser an der Tubenspitze und kommt mit dem Sekundenkleber in Kontakt härtet die Masse schlagartig aus.  Also besser nicht im Gefrierfach lagern.

Durch die extrem hohe Reaktivität muss mit äußerster Vorsicht gearbeitet werden. Kontakt mit den Augen muss unter allen Umstanden vermieden werden – unbedingt eine Schutzbrille verwenden! Aber das sollte eigentlich bei allen Arbeiten mit Klebern selbstverständlich sein. Bei verklebten Augenlidern muss sofort ein Arzt konsultiert werden, da Cyanacrylatklebstoffe bei unmittelbarem Kontakt mit dem Auge schwere Schäden an der Hornhaut anrichten können. Ein verklebtes Auge darf auf keinen Fall mit Gewalt geöffnet werden, da dadurch schwere Augenschäden entstehen können.
Sekundenkleber sind üblicherweise als „Reizt die Augen, Atmungsorgane und die Haut“ und „Cyanacrylat. Gefahr! Klebt innerhalb von Sekunden Haut und Augenlider zusammen“ gekennzeichnet. Die jeweils für den verwendeten Kleber zutreffenden Gefahrstoffhinweise und Handhabungsempfehlungen müssen dem Sicherheitsdatenblatt entnommen werden.

 

Bei Epoxyklebern handelt es sich um 2-komponentige Systeme. Komponente A muss in einem ganz bestimmten Mischungsverhältnis mit Komponente B abgemischt werden; beide Komponenten reagieren miteinander ab (ein Polymerisationsstarter muss nicht zugegeben werden). Beide Ausgangskomponenten bestehen aus relativ kleinen Molekülen; während der Polymerisation werden lange Ketten gebildet, die abwechselnd aus Molekül A und Molekül B bestehen (ABABABAB...). Wird das Mischungsverhältnis nicht korrekt eingehalten (liegt nicht genau die gleiche Menge an Molekülen von A und B vor) können sich nur kurze anstatt langer Polymerketten bilden und der Kleber erreicht nur geringe Festigkeiten. Die Komponenten A und B eines Epoxyklebers sollten abgewogen und nicht nach „Augenmaß“ dosiert werden – leider ist das Mischungsverhältnis häufig nur nach „Stranglänge“ und nicht nach Gewicht angegeben. Auch diese Systeme schrumpfen bei der Polymerisation merklich, aber deutlich weniger als Lösungsmittelsysteme und sogar etwas weniger als Polyesterkleber oder Acrylatkleber. Will der Hersteller einen schrumpfarmen Kleber entwickeln, verwendet er große Ausgangsbausteine (Moleküle)  A und B; entsprechend ist die Viskosität der Kleber häufig höher als die von Polyester- oder Acrylatklebern; „dünne“ Klebefugen zu erzielen kann Schwierigkeiten bereiten.
Epoxy-basierte Knetmassen eignen sich hervorragend (durch die geringe Schrumpfneigung) auch für größere Ergänzungen. Das ausgehärtete Material lässt sich sehr gut mechanisch bearbeiten, besitzt eine hohe Stabilität und kann leicht farblich angepasst werden.

Beim Handhaben und beim Modellieren mag das Tragen von Handschuhen lästig und störend sein, ist aber durch die allergisierende Wirkung von Epoxidklebern unbedingt angebracht.
Epoxidkleber sind üblicherweise eingestuft als „verursacht Hautreizung“, „verursacht schwere Augenreizung“, „kann allergische Hautreaktionen verursachen“ und „giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung“. Die gültigen Sicherheitshinweise sind dem Sicherheitsdatenblatt zu entnehmen.