Polystyrol kleben

Polystyrol (PS) ist im Alltag einer der am meisten vertretenen Massenkunststoffe. Dieser findet sich in Lebensmittelverpackungen /-dosen oder CD-Hüllen ebenso, wie in Steckdosen. Als lösungsmittellöslicher und polarer Kunststoff ist Polystyrol zwar prinzipiell eher gut zu kleben, doch kommt es bei Klebstoffauswahl und -verfahren immer auf den zweiten Werkstoff an, mit dem PS verbunden werden soll.

Polystyrol (Kurzzeichen PS) ist ein transparenter, geschäumt weißer, amorpher bzw.  teilkristalliner Thermoplast. Der Berliner Apotheker Eduard Simon stellte bereits 1839 fest, dass Styrol über einen längeren Zeitraum zu einer dickflüssigen, gallertartigen Masse eindickt. Er vermutete eine Oxidation und gab dem Gel den Namen „Styroloxyd“. Im Ludwigshafener I.G.-Farben-Werk begann man 1931 mit der großtechnischen Produktion von Polystyrol. Inzwischen zählt Polystyrol zu den Massenkunststoffen und nimmt die vierte Stelle in der Produktionsrangfolge der Standardkunststoffe nach Polyvinylchlorid, Polypropylen und Polyethylen ein.

Styrol weist außergewöhnliche Polymerisationseigenschaften auf. Deswegen lässt sich Polystyrol leicht durch die Polymerisation von Styrol gewinnen. Das Rohpolymerisat liegt zunächst in flüssiger Form vor und härtet dann aus. So kommt der fertige Kunststoff als Granulat auf den Markt, um zu Behältern und anderen Plastikteilen verarbeitet zu werden.

PS ist nur bedingt wärmebeständig und daher nur bis maximal 70 °C einsetzbar. Gegenüber Mineralsäuren und wässrigen Laugen ist Polystyrol hingegen beständig. Zu unpolaren Lösungsmitteln wie Aldehyden, Ketonen und Benzin jedoch nicht. Festes amorphes Polystyrol ist hart, schlagempfindlich und glasklar. Beim Beklopfen erzeugt es den typischen z.B. von Butterdosen bekannten scheppernden, beinahe glasartigen Klang. Biegt oder bricht man es, riecht es merklich nach Styrol.

Das von Hause aus transparente Thermoplast Polystyrol kommt in zahlreichen Bereichen des Alltags vor. Seine Verbreitung in Industrie und Haushalt verdankt der Werkstoff seiner leichten Verarbeitbarkeit (sowie auch seinem niedrigen Preis). Polystyrol wird z.B. für Massenartikel wie Joghurtbecher oder Blister-Verpackungen eingesetzt. Polystyrol ist hier wegen seiner physiologischen Unbedenklichkeit für Lebensmittelverpackungen unbegrenzt zugelassen. Es findet sich aber auch in der klassischen CD-Verpackung, ebenso wie im Gehäuse eines Mixers oder im Modellbau. Aufgrund der positiven Isolationseigenschaften ist Polystyrol auch in der Elektrotechnik recht verbreitet: Es wird nicht nur in Schaltern, Spulenkörpern und Gehäusen (High Impact Polystyrene, HIPS) für Elektrogeräte, sondern auch zur Isolation von Kabeln eingesetzt. Das weiße, eher grobporige expandierte Polystyrol (EPS) ist als Schaumstoff, u.a. unter dem Handelsnamen Styropor bekannt und im Bauwesen als Dämmstoff verbreitet. Und das feinporigere extrudierte Polystyrol (XPS) als geschlossenzelliger, harter Dämmstoff.

Generell ist es wichtig, beim Plastik kleben zwischen thermoplastischen sowie duroplastischen Kunststoffen zu unterscheiden. Diese verfügen über jeweils verschiedene Klebeeigenschaften. Im Gegensatz zu duroplastischen Kunststoffen werden thermoplastische Kunststoffe wie Polystyrol bei Hitze weich oder flüssig. Außerdem sind thermoplastische Kunststoffe nicht lösungsmittelbeständig. Als polarer und lösungsmittellöslicher Kunststoff ist Polystyrol daher prinzipiell ganz gut zu kleben.

Beim Verkleben von Polystyrol mit anderen Materialien kommt es darauf an, ob es sich um eine großflächige oder eher kleine Verklebung handelt und mit welchen Materialien ein Polystyrol-Teil verklebt werden soll.

Die Verklebung kleinerer Flächen kommt typischerweise im Modellbau vor. Hier wird der Kleber normalerweise aus der Tube oder mit dem Pinsel aufgetragen. Es wird mit lösungsmittelhaltigem Kleber gearbeitet, der ein schnelles Arbeiten erfordert. Der Kapillareffekt zieht den Kleber in die Poren des Polystyrols und sorgt damit für einen intensiven Kontakt mit dem Material.

Zur Verklebung größerer Flächen von Polystyrol ist auch Sprühkleber geeignet. Da es sich auch hier um einen lösungsmittelhaltigen Kleber handelt, ist auch hier ein rasches Arbeiten erforderlich. Wichtig sind hier, dass die Oberflächen glatt sind und damit einen möglichst großflächigen direkten Kontakt erlauben. Eine ungleichmäßige Oberfläche führt lediglich zu einer partiellen Verklebung, was keine dauerhafte Verbindung zwischen beiden Flächen gewährleistet.

Vorgehen beim Kleben mit Polystyrol und Spachtelkleber

Die beste Möglichkeit, um Polystyrol-Platten auf eine eher raue Oberfläche zu kleben, sind Spachtelkleber, die sich mit einem Spachtel aufbringen lassen. Diese Methode wird zum Beispiel zur Befestigung von EPS-Dämmplatten auf Mauerwerk verwendet. Der Kleber bildet hier eine Ausgleichsschicht zwischen beiden Klebeflächen, die vorhandene Unebenheiten ausgleicht.

Die Vorgehensweise sollte sich hier nachfolgendem Prinzip richten: Im ersten Schritt wird eine Klebewulst entlang der Außenkante der zu verklebenden Fläche aufgebracht. Danach werden gleichzeitig mehrere einzelne Klebstoff-Batzen im inneren Bereich der Fläche verteilt. Anschließend wird das Polystyrol-Bauteil fest angedrückt. Dabei wird der Spachtelkleber flach gedrückt und sollte am Ende mindestens 40% der Gesamtfläche ausmachen.

Bei der Verklebung von Dämmplatten ist es wichtig, dass vor der Verklebung ein Fugendichtband seitlich und unterhalb der Fensterbänke angebracht wird. Damit wird die Bildung von Rissen in diesem Bereich vermieden, durch die Feuchtigkeit unter die Dämmschicht gelangen könnte.

Vor allem im Innenraum kann anstelle von Spachtelkleber auch Montageschaum eingesetzt werden. Er wird direkt aus der Kartusche auf die Klebefläche aufgebracht und ist ebenfalls geeignet, um in einem bestimmten Umfang Unebenheiten der Oberfläche zu überbrücken. Auch hier wird der Schaum zuerst entlang der Außenkanten aufgebracht, um dann durch mehrere Schaumstreifen im Inneren ergänzt zu werden. Der Anteil von Kleber an der Gesamtfläche sollte auch hier mindestens 40% betragen.

Polystyrol kann mit Polystyrol gut mit reinen Lösungsmitteln (z. B. Dichlormethan) angelöst werden. Nach der Fügung sind beide Teile nahezu nahtlos miteinander verschweißt. Hierzu braucht man nur die passenden Fügeteile zusammenhalten und das Lösungsmittel etwa mit einem Pinsel in die Fuge oder auf die Klebfläche zu streichen und kurz abwarten. Das Lösungsmittel kriecht meist sogar von alleine in die Fuge. Hier löst Polystyrol das Material an und klebt die Teile. Da das Lösungsmittel jedoch schnell verdunstet, ist diese Technik nicht geeignet für großflächige Klebungen. Aber Vorsicht: Dichlormethan ist Gesundheitsschädlich – daher nicht einatmen und Hautkontakt vermeiden! Nach ein paar Stunden ist die Verbindung oft sogar so stabil, dass bei einer Zerstörung des Bauteils eher das Plastikmaterial daneben als die Klebestelle nachgibt.

Mit anderen Kunststoffen wie Polycarbonat, ABS oder Acrylglas kann Polystyrol ebenfalls mit Hilfe von Dichlormethan verbunden werden.

Auch Handelsüblicher Nitroverdünner, der größtenteils aus Xylol besteht, löst Polystyrol sehr gut an und verfügt hier über eine brauchbare Klebewirkung. Das gilt auch für Tetrahydrofuran (THF), das etliche Kunststoffsorten anlöst: neben Polystyrol auch PVC und Polyurethan.  Es gibt natürlich auch fertige Lösemittelklebstoffe im Handel: Zu ihnen zählt etwa der Kunststoffklebstoff Scotch Weld 4693 von 3M, der sich nicht nur zum Kleben von Polystyrol mit sich selbst, sondern auch mit vielen anderen Kunststoffen wie Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Acrylglas, Hart-PVC, Polycarbonat oder ABS eignet.

Kleben von PS mit anderen Kunststoffen wie PMMA, PC, PE, PP oder Polyester gelingt mit reaktiven PUR-Schmelzklebstoffen (Polyurethan). Dabei handelt es sich um einkomponentige, lösemittelfreie, feuchtigkeitsvernetzende Klebstoffe. Sie verfügen durch den schnellen Festigkeitsaufbau über eine hohe Soforthaftung – vergleichbar mit konventionellen Schmelzklebstoffen – sowie bedingt durch die Nachvernetzung des Polyurethananteils über eine große strukturelle Endfestigkeit. Beispielhaft erwähnt sei hier der 3M Hot-Melt-Schmelzklebstoff Scotch Weld 3764.

Beim Kleben von Metallen sollte zuvor stets beachtet werden, dass hier immer die Oberflächenveredelung (z.B. Eloxierung etc.) geklebt wird. Für Anwendungen mit sichtbaren Fugen kommt hier etwa 3M Scotch-Weld DP 610 in Frage, ein schnellhärtender, glasklarer 2-Komponenten-PUR Konstruktionsklebstoff, mit dem sich viele Kunststoffe wie PS mit geprimerten und auch lackierten Metalloberflächen kleben lassen. Der Klebstoff eignet sich aber auch für das Kleben von PS mit anderen transparenten  Kunststoffen wie PMMA (z. B. Plexiglas, Acrylglas), PC (Polycarbonat, z. B. Makrolon) und PVC. Ebenso wie für Verbindungen mit Holz – ob grundiert, lackiert oder mit Kunststoff beschichtet.

Sekundenkleber werden in der Fachsprache auch als Cyancrylat-Klebstoffe bezeichnet. Es handelt sich dabei um Einkomponenten-Kleber, die bereits innerhalb von Sekunden schlagartig härten und eine hohe Anfangsfestigkeit erreichen. Die maximal belastbare Endfestigkeit wird jedoch erst nach mehreren Stunden erreicht.

Bedingt durch ihre schnelle Härtung eignen sich Sekundenkleber vor allem zum Verkleben von Kleinteilen aus Polystyrol. Typische Anwendungsbereiche finden sich im Modellbau, aber auch in der Optik und Mikroelektronik.

Geeignete Oberflächen sind hier zum Beispiel ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol), PPE, Holz, Glas oder Keramik. Für eine bestmögliche Haftung sollten diese Oberflächen vorher mit Methanol gereinigt und entfettet werden. Vor der Verklebung muss das Methanol Gelegenheit haben, zu verdunsten, was in der Regel nach wenigen Minuten erreicht ist.

Der dünnflüssige Klebstoff wird nur auf eine Klebefläche aufgetragen. Danach müssen beide Teile sofort fest zusammengedrückt werden, bis sich die Anfangshaftung einstellt. Der Klebstoff sollte tropfenförmig aufgetragen werden. Es sollte nur soviel Klebstoff verwendet werden, um die Klebefuge zu füllen. Mehr Klebstoff führt nicht zu einer besseren Klebewirkung. Er tritt lediglich seitlich aus und behindert damit die eine zuverlässige Aushärtung.

Chemisch gesehen wird die Härtung von Cyanacrylat durch Luftfeuchtigkeit und den auf den Fügeflächen natürlich vorhandenen Wasserfilm ausgelöst. Dieser Vorgang funktioniert jedoch nur bis zu einer Schichtdicke von 0,2 mm. Bei Auftrag von mehr Klebstoff wird keine vollständige Polymerisierung erreicht, was zu einer deutlich verringerten Festigkeit führt.

Oberflächen anlösen und verbinden mit Aceton/ Ethylacetat

Aceton wird eigentlich nur im Modellbau eingesetzt. Dabei handelt es sich im eigentlich gar nicht um einen Kleber, sondern um ein Lösungsmittel. Aceton ist sehr dünnflüssig und läuft durch die Kapillarwirkung schnell in das Material, das dabei angelöst und dickflüssig wird.

Werden zwei mit Aceton bestrichene Oberflächen zusammengedrückt, entsteht nach dem Verdunsten des Lösungsmittels eine nahezu homogene Verbindung zwischen beiden Teilen. Durch die schnelle Klebewirkung von Aceton ist diese Verbindungstechnik lediglich zur dauerhaften Verklebung von relativ kleinen und ebenen Flächen geeignet.