Entwicklung eines Klebstoffverbundes mit einer Schaumstruktur nach Vorbild des Phragmatopoma californica

Der Sandburgenwurm Phragmatopoma californica aus der Familie der Sabellariiden weist eine interessante Baustrategie seines Schutzrohres auf, bei der zufällig gesammelte Mineralphasenmit nur ein paar Tropfen des proteinhaltigen und schnellaushärtenden Klebstoffes unter Wasser verbunden werden. Der Einfluss von Feuchtigkeit stellt bei Klebstoffverbunden nach wie vor eine große technologische Herausforderung dar. Die vorliegende Arbeit konnte mittels Bio-Push Strategie ein potentielles Herstellungsverfahren für eine von P. californica inspiriere leistungsstarke mechanische Struktur zeigen, ohne dabei die Zusammensetzung und die mit der Applikation verbundene Koazervation des Klebstoffes zu adressieren. Für die Realisierung wurden unterschiedliche Substrate hinsichtlich ihrer Belegung mit Luftfeuchte(LF) konditioniert und anschließend in einen 2-Komponenten Polyurethan (PUR) Klebstoffeingebettet. Die NCO-Gruppen reagieren mit der Feuchtigkeit unter Gasbildung und Ausbildung eines Harnstoffderivates, welches die gewünschten Gaseinschlüsse auslösten. Der erhaltene Verbundwerkstoff zeigte je nach Substrat und LF unterschiedliche Aushärtungen und Qualitäten in den Gaseinschlüssen. Es bedarf weiterführender Grundlagenforschung, unter Einbezug des biologischen Vorbildes, um ein besseres Verständnis der mechanischen Funktionsweise zu erhalten. Die gewonnenen Erkenntnisse können bionische Anwendungen in z.B. der Architektur finden.

The sandcastle worm Phragmatopoma californica from the Sabellariidae family has an interesting construction strategy for its protective tubes. Randomly collected mineral phases are connected with a few drops of their protein-containing and fast-setting adhesive underwater. For the realization, different substrates were conditioned with regard to their coverage with air humidity (LF) and then embedded in a 2-component polyurethane (PUR) adhesive. The NCO groups react with the moisture to form gas and form an urea derivative, which triggered the desired gas inclusions. The composite material obtained showed different hardening and qualities in the gas inclusions depending on the substrate and LF. Further basic research, including the biological model, is required in order to obtain a better understanding of the mechanical functioning. The knowledge gained can be applied biomimetically in the architecture for example.