Oberflächenadhäsion

Oberflächenadhäsion bezeichnet die Anhaftung zweier Materialien aneinander an der Grenzfläche. Sie entsteht durch intermolekulare Kräfte, chemische Bindungen oder mechanisches Verankern in Mikrorauheiten. Die Adhäsion beeinflusst die Festigkeit von Klebstoffverbindungen, Beschichtungen, Laminaten und vielen biologischen Prozessen, und sie hängt stark von der Oberflächenenergie, der Kontaktfläche und dem Umgebungsmedium ab.

Die zugrunde liegenden Mechanismen umfassen physikalische und chemische Beiträge. Physikalische Adhäsion beruht auf van der Waals-Kräften, Capillarkräften und elektrostatischen Wechselwirkungen sowie auf mechanischem Interlocking durch Oberflächenrauheit. Chemische Adhäsion entsteht durch kovalente, ionische oder Wasserstoffbrückenbindungen an der Grenzfläche. Die Benetzung der Oberflächen spielt eine zentrale Rolle: eine gute Benetzung erhöht die reale Kontaktfläche und damit die Adhäsionsarbeit; der Kontaktwinkel dient als Indikator für die Benetzbarkeit.

Theoretisch werden Adhäsionseffekte durch Größen wie Oberflächenenergie, Arbeit der Adhäsion und, bei Festkörper-Festkörper-Verbindungen, durch Modelle wie JKR oder DMT beschrieben, die die Kontaktmechanik und die Verformung des Bindemittels berücksichtigen. In der Praxis spielen auch Temperatur, Feuchtigkeit, Oberflächenreinigung und chemische Funktionalisierung eine wichtige Rolle.

Messungen der Oberflächenadhäsion erfolgen häufig durch Pull-off-Tests, Schub- oder Blässertests; Ergebnisse unterscheiden zwischen kohäsivem Versagen innerhalb des Materials und adhäsivem Versagen an der Grenzfläche. Anwendungen finden sich in Klebstofftechnik, Beschichtungstechnik, Halbleiter- und Biomedical-Bereich sowie in biologischen Systemen, wie der Zelladhäsion oder gecko-ähnlichen Haftstoffen.

Um die Adhäsion zu steuern, werden Oberflächenvorbehandlung (Plasma, Ätzen), chemische Funktionsalisierung, Primer und Kopplungsstoffe eingesetzt, ebenso wie die gezielte Gestaltung von Oberflächenrauheit.