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Klebstoffe Typisch Klebstoff? Kontaminationen als Ursache für intensiven Klebergeruch

Autor / Redakteur: Guido Deußing* / Dr. Ilka Ottleben

Klebstoffe riechen halt! Dieser Sachverhalt wird gemeinhin als Tatsache akzeptiert und nur selten hinterfragt. Zu Unrecht, wie sich zeigt. Wissenschaftler haben sich auf die Suche nach den Ursachen dieses oft als typisch wahr- genommenen Geruchs gemacht und herausgefunden: Schuld tragen nicht allein Lösungsmittel.

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Abb. 1: Klebstoffe, mitunter auch solche, die lösemittelfrei sind, besitzen häufig einen mehr oder weniger intensiven Eigengeruch.
Abb. 1: Klebstoffe, mitunter auch solche, die lösemittelfrei sind, besitzen häufig einen mehr oder weniger intensiven Eigengeruch.
(Bild: ©Alexandr Makarov - stock.adobe.com)

Klebstoffe sind nicht nur ein wichtiges Utensil in Kitas und Grundschulen bei der gegenwärtig anstehenden Herstellung von St.-Martins-Fackeln. Klebstoffe finden zuhauf Anwendung in allen Lebensbereichen: etwa bei der Herstellung von Schuhsohlen, Teppichbodenbelägen, Verpackungen, Dichtungen, Pflasterverbänden, Etiketten, Verpackungen, Werkstoffverbünde – hier wie dort werden Klebstoffe ihrer buchstäblich bindenden Wirkungen wegen verwendet.

Klebstoffe besitzen in der Regel einen mehr oder weniger intensiven Eigengeruch, dessen Art von sensorischen Panels mit Attributen von intensiv bis scharf, von akzeptabel bis unangenehm beschrieben wird. Manchem Kleber entströmt ein Geruch, der ihm eine geradezu charakterisierende beziehungsweise spezifische Note verleiht. In Verdacht geraten und für den Klebergeruch ursächlich gehalten wurden bislang immer die verwendeten Lösungsmittel. Doch auch lösemittelfreie Kleber neigen dazu, streng und scharf zu riechen.

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Obgleich weitläufig bekannt ist, dass olfaktorische Parameter nicht nur eine wichtige Rolle für die Akzeptanz eines Produkts auf Seiten der Verbraucher spielen, sondern ein intensiver, scharfer Geruch auch auf ein gesundheitsbedenkliches Potenzial hindeuten kann, sei bislang wenig in die Erforschung der Geruchswirkung von Klebstoffen investiert worden. Das zu ändern, haben sich Prof. Dr. Andrea Büttner und ihr Mitarbeiter Philipp Denk vom Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV) im bayerischen Freising auf die Fahne geschrieben. Im Rahmen einer Studie analysierten sie unterschiedliche Acryl-, Methacryl- und Benzylacryl-Klebstoffe und berichten darüber im „International Journal of Adhesion and Adhesives“ [1].

Geruchsprofil von Klebstoffen im Fokus

Eines ihrer vorrangigen Ziele sei es gewesen, Aufschluss darüber zu erlangen, welche Komponenten in den verschiedenen Acryl-basierten Klebstoffen störende Gerüche zu verantworten haben. Spanische Forscher hatten vor einigen Jahren schon olfaktorisch relevante Komponenten u.a. in Acrylklebstoffen identifiziert [2], darunter Methylmethacrylat (scharf, fruchtig), Butylpropionat (erdig, süß), 1-Butanol (medizinisch), Butylacrylat (scharf, fruchtig), ein nicht identifizierter pilzartiger Geruch, Styrol (Benzin, Balsamico), 2-Ethylhexylacetat (scharf), Essigsäure (sauer, essigartig), 2-Ethyl-1-hexanol (grün), Kampfer (kampferartig), 1-Octanol (moosartig, pilzartig), Butansäure (ranzig, käseartig) und Naphthalin (teerartig, Mottenkugeln).

Mehr Informationen über die Analyse und Identifizierung von Geruchsbestandteilen in Acryl-basierten Klebstoffen habe man allerdings in der Fachliteratur nicht finden können, schreiben die Geruchsforscher. Diese Lücke wollten sie schließen.

In der am Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung durchgeführten Studie ging es darum, die geruchsverursachenden Bestandteile in einer repräsentativen Auswahl handelsüblicher Acrylklebstoffe möglichst umfangreich chemisch zu identifizieren und sensorisch zu charakterisieren. Davon ausgehend, dass nicht alle in der Klebermatrix enthaltenen flüchtigen Verbindungen (VOC) an der Geruchsbildung beteiligt sind, wählten Büttner und Denk ein Versuchsdesign, mit dem sich sowohl uninteressante Matrixkomponenten abtrennen lassen sowie klar zwischen Geruchsverursachern und nichtgeruchsrelevanten Verbindungen unterschieden werden kann.

Gersuchsprofil von Klebstoffen – Sensorik und Technik gehen Hand in Hand

Zur Bewertung der Klebstoffe kombinierten Büttner und Denk die klassische panelbasierte sensorische Prüfung unter Einsatz von sensorisch geschultem Personal mit instrumentell-chemisch-analytischen Methoden: Eine zentrale Rolle spielte hierbei die Gaschromatographie (GC) in Verbindung mit der Olfaktometrie (O) bzw. der olfaktorischen Detektion, die es ermöglicht, unter realen Lebensbedingungen simulierte Freisetzungsstudien durchzuführen, um die geruchsrelevanten Substanzen zu erkennen. Im Anschluss an die GC/O-Analyse erfolgte eine weitere hochauflösende gaschromatographische Analyse (2D), an deren Ende die aufgetrennten flüchtigen Verbindungen simultan sowohl mittels Massenspektrometrie (MS) als auch olfaktorisch – vermittels eines parallel zum MS geschalteten Sniffing- bzw. Olfactory-Detection-Ports (Gerstel-ODP) – sensorisch, sprich mit der Nase, bewertet und charakterisiert wurden, um geruchsaktive von geruchsinaktiven Substanzen zu unterscheiden.

Für die Extraktion der Kleberproben setzten die Wissenschaftler nicht auf klassische Headspace-Techniken oder Adsorbens-basierte Ansätze, die dazu neigten, Substanzen nach ihrer Flüchtigkeit und Polarität zu unterscheiden, wie Büttner und Denk in ihrer Studie schreiben. Die Fraunhofer-Forscher isolierten und reinigten die Geruchsstoffe mittels Hochvakuumdestillation (Solvent Assisted Flavor Evaporation, SAFE), wie sie zur Aromaanalytik im Bereich der Lebensmittelanalytik häufig zum Einsatz kommt. Die SAFE-Extrakte wurden nach Aufkonzentrierung mittels Vigreux- und Mikrodestillation für die hochauflösenden GC-Verfahren eingesetzt.

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Die Trennung der Analyten erfolgte auf Gaschromatographen unterschiedlicher Hersteller, die jeweils mit einem Multi-Purpose-Sampler (MPS, Gerstel) ausgestattet waren, der die Probenaufgabe in das Kaltaufgabe-System (Gerstel KAS) automatisiert durchführte. Der Transfer der Probe auf die Säule erfolgte temperaturprogrammiert. Ausgestattet waren die GC-Systeme mit zwei Säulen unterschiedlicher Polarität (2D-GC). Die Identifizierung der geruchsaktiven Verbindungen erfolgte letztlich durch Kombination verschiedener Ansätze: Durch Vergleich der Geruchsqualität, der Retentionsindizes sowie mithilfe einer Massenspektrendatenbank unter Bezugnahme auf Referenzverbindungen.

Geruchsverbindungen erstmals entdeckt

Bei ihren Analysen konnten die Wissenschaftler 27 Geruchsstoffe von chemisch unterschiedlicher Natur identifizieren, die für Fehlgerüche ursächlich sind. Über 20 davon habe man erstmals berichten können, schreiben Büttner und Denk. Die potenten, neu entdeckten Geruchsstoffe sind: 2-Bromphenol, 2-Ethyl-(E)-2-hexenal, 2,3,5-Trimethylpyrazin, 3-Ethylphenol, Acetophenon, Benzylmethacrylat, Borneol, Butylbenzoat, Cumarin, Cumol, Decanal, Ethylbenzoat, Guajakol, Isobornylmethacrylat, o-Kresol, Phenol, Phenylessigsäure, Phenylessigsäuremethylester, Propylbenzoat und Sotolon. Andere, bereits zuvor in Klebstoffen beschriebene geruchsaktive Verbindungen, namentlich n-Butanol, Nonanal, Essigsäure, p-Kresol, Vanillin, trans-4,5-Epoxy-(E)-2-decenal und Methylmethacrylat, wurden ebenfalls im Rahmen der Studie von Büttner und Denk identifiziert. Ebenso variantenreich wie die nachgewiesenen Geruchsstoffe seien die Geruchseindrücke gewesen, die von stechend und fruchtig über lederartig und rauchig bis schimmelig reichten. „Wenn Produkte besonders stark riechen, kann das darauf hinweisen, dass bedenkliche Substanzen enthalten sind“, sagt Prof. Andrea Büttner: In einigen Proben wiesen die Wissenschaftler u.a. phenolische Verbindungen nach, die im Verdacht stehen, erbgutverändernd zu sein.

Aus dem Resultat ihrer Arbeit leitet Prof. Büttner einen deutlichen Handlungsbedarf ab, was die Verbesserung und Optimierung der Produktentwicklung von Klebstoffen betrifft: „Unsere Analysen zeigen, dass eine Reihe der gefundenen Substanzen eliminiert werden sollten – nicht nur im Hinblick auf die Geruchsbelästigung. Die starken Gerüche können durchaus Kopfschmerzen und Schwindel hervorrufen.“ Grundlegend sollte – auch von Verbraucherseite – stets in Frage gestellt werden, wenn ein Kleber riecht, vor allem, wenn es sich um ein lösemittelfreies Produkt handelt. Insbesondere dann sei davon auszugehen, dass unerwünschte Kontaminationen oder Kreuzreaktionen im Produkt ursächlich sind, über deren Gefährdungspotenzial Aufschluss zu erlangen versucht werden sollte.

„Unsere Studie zeigt, dass weitere Untersuchungen erforderlich sind, um zu klären, ob diese Geruchsstoffe gemeinsame Bestandteile verschiedener Arten von Produkten sind und wie sie gebildet werden. Auf diese Weise lassen sich gezielt Vermeidungsstrategien entwickeln, die helfen, Geruchsprobleme in Klebstoffen zu lösen“, schlussfolgern die Geruchsforscher.

Literatur:

[1] Philipp Denk, Andrea Büttner, Sensory characterization and identification of odorous constituents in acrylic adhesives, International Journal of Adhesion and Adhesives 78 (2017) 182-188, https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2017.06.020

[2] Paula Vera, Blanca Uliaque. Elena Canellas, Ana Escudero, Cristina Nerín, Identification and quantification of odorous compounds from adhesives used in food packaging materials by headspace solid phase extraction and headspace solid phase microextraction coupled to gas chromatography–olfactometry–mass spectrometry, Analytica Chimica Acta 745 (2012) 53-63, https://doi.org/ 10.1016/j.aca.2012.07.045

* G. Deußing: Redaktionsbüro Guido Deußing, 41464 Neuss

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