Synthesekautschuk
Als Synthesekautschuk (indian. cao = Baum und ochu = Träne) bezeichnet man elastische Polymere, aus denen Gummi hergestellt werden und die auf der Basis petrochemischer Rohstoffe hergestellt werden. Den wichtigsten Synthesekautschuk stellt dabei Styrol-Butadien-Kautschuk dar.
Neben Synthesekautschuk existieren Naturkautschuktypen, vor allem auf der Basis des Milchsafts (Latex) des Kautschukbaumes (Hevea brasiliensis)
Geschichte
Um 1860 konnte Greville Williams aus Naturkautschuk Isopren destillieren und die Summenformel C5H8 bestimmen. Damit ermöglichte er Gustave Bouchardat 1879, synthetischen Kautschuk in einem mehrere Monate dauernden Prozess erstmals herzustellen, indem er aus Kautschuk gewonnenes Isopren mit Salzsäure zusammen erhitzte und eine gummiartige Substanz erhielt. Um 1900 stellte J. Kondakow aus Dimethylbutadien den ersten vollsynthetischen Kautschuk her und bereits 1909 konnte das erste Patent zur Herstellung von synthetischem Kautschuk an Fritz Hofmann erteilt werden. Von ihm wurden bei Bayer in Leverkusen von 1915 bis 1918 2.500 Tonnen hergestellt.
Während beider Weltkriege verlor Deutschland den Zugang zu seinen Kautschuk-Quellen und die Suche nach Alternativen wurde gefördert. Im Ersten Weltkrieg wurde von Fritz Hofmann aus Dimethyl-Butadien sogenanntes Methyl-Kautschuk, ein Gummiersatz, hergestellt. Der erste wirtschaftlich nutzbare synthetische Kautschuk war Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), ein 1929 von Walter Bock entwickeltes Emulsionspolymerisat von 1,3-Butadien und Styrol. 1930 entwickelten Erich Konrad und Eduard Tschunkur Butadien-Acrylnitril-Kautschuk (NBR) und in den USA entstand bei DuPont Chloropren-Kautschuk (CR), welcher heute als Neopren verkauft wird. In den USA entstanden 1942 Silikonkautschuk und 1948 Fluorkautschuk.
Auch während des Zweiten Weltkriegs wurde Kautschuk knapp. Diesmal nicht nur für die europäischen Achsenmächte, sondern auch für die Alliierten, da die asiatischen Plantagen durch Japan erobert worden waren. In Deutschland produzierte die I.G. Farben ab 1935 in den Buna-Werken Styrol-Butadien-Kautschuk unter dem Namen Buna. Als Rohstoff diente beispielsweise in Schkopau Braunkohle und aus dem benachbarten Leunawerk stammte der notwendige Wasserstoff.
Ab 1940 lagerte die staatliche US-amerikanische Rubber Reserve Company Naturkautschuk ein, da die USA einen Lieferstopp bei einem Angriff Japans in Asien befürchteten. Als dieser dann auch eintrat, begannen die USA ab 1941, 15 staatlich finanzierte Fabriken für Buna-Kautschuk aufzubauen. Die Patente für Styrol-Butadien-Kautschuk lagen bei der Standard Oil of New Jersey, welche sich aufgrund eines Abkommens mit der I.G. Farben weigerte, die Buna-Patente für den amerikanischen Markt freizugeben, worauf eine Untersuchungskommission die Firma einer „fortgesetzten Verschwörung zugunsten Deutschlands“ bezichtigte und Harry S. Truman auf einer Pressekonferenz von „Verrat“ sprach. Der amerikanische Kongress beschloss die Freigabe der Buna-Patente für Amerika. Im Jahr 1943 übertraf die US-Produktion von 185.175 Tonnen „Government Rubber“ erstmals die deutsche Produktion von 110.569 Tonnen und konnte bis zum Kriegsende noch auf über 730.000 Tonnen gesteigert werden.[1]
In den folgenden Jahren wurden immer mehr auf spezielle Bedürfnisse abgestimmte synthetische Kautschuke entwickelt.
Herstellung
Heute wird Kautschuk hauptsächlich synthetisch durch Polymerisation hergestellt. Es entsteht meist aus Styrol und 1,3-Butadien, andere Rohstoffbasen sind Styrolacrylat, Reinacrylat und Vinylacetat.
Die Polymerenketten sind üblicherweise aus Kohlenwasserstoffen aufgebaut. Ketten auf der Basis von Silikonen oder anderer Verbindungen sind ebenfalls möglich.
Einteilung
Kautschuke werden nach der Art der Heteroatome in der Hauptkette in unterschiedliche Gruppen eingeteilt.[2]
| Gruppe | Spezifikation | Beispiele |
|---|---|---|
| R | Doppelbindung(en) in der Hauptkette | Naturkautschuk, Butadien-Kautschuk |
| M | gesättigte Hauptkette | Ethylen-Propylen-Copolymer |
| N | Stickstoff in der Hauptkette | Polyether-Amide |
| O | Sauerstoff in der Hauptkette | Epoxid-Kautschuke |
| U | Stickstoff und Sauerstoff in der Hauptkette | Urethan-Kautschuke |
| Q | Siloxan-Gruppen in der Hauptkette | Silikon-Kautschuke |
| T | Schwefel in der Hauptkette | Polysulfid-Kautschuke |
Weiterhin gibt es noch verschiedene weitere Modifikationen, die ebenfalls durch Buchstaben gekennzeichnet werden.
| Typ | Modifikation |
|---|---|
| X | carboxylierte Kautschuke |
| S | Lösungs-Kautschuke |
| EM | Emulsions-Kautschuke |
| OE | öl-gestreckte Kautschuke |
| B | bromierte Kautschuke |
| C | chlorierte Kautschuke |
| Y | thermoplastische Kautschuke |
Weltproduktion
Gegenwärtig beträgt der Anteil des synthetischen Kautschuks am Gesamtbedarf von Kautschuk etwa 60 %. 1998 lag nach Angaben des International Institute for Synthetic Rubber Producers (IISRP) der Umsatz bei 10,4 Millionen Tonnen, wovon 70 % in die Automobilindustrie gingen. Die umsatzstärksten synthetischen Sorten sind: Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Polybutadien-Kautschuk (BR), Nitrilkautschuk (NBR), Chloropren-Kautschuk (CR) und Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM). Für die Teppichindustrie bedeutsam ist Styrol-Butadien-Latex (SBL) und für Anwendungen bei Temperaturen bis zu 300 °C Silikonkautschuk (SI).
Verwendung
Synthetischer Kautschuk kann als alleiniges Polymer oder in Mischungen mit Naturkautschuken verwendet werden. Zwischen 65 % und 70 % des gesamten Kautschuks geht in die Produktion von Autoreifen. Weitere Hauptanwendungsgebiete sind Bindemittel für die Papierstreicherei, die Teppichrückenbeschichtung sowie getauchte Artikel wie z. B. dünne Handschuhe.
In aufgeschäumter Form wird Kautschuk für Matratzen und Schwämme verwendet. Es findet sich auch in sehr dünnen Filmen für Kondome, Handschuhe oder Luftballons und in dickeren Filmen für die Herstellung von Abgussformen, LKW- und PKW-Reifen, Motorlagern, sowie diversen Gummi/Metall-Verbindungen. In Hochleistungsreifen findet sich auch Neodym-katalysierter Polybutadienkautschuk (Nd-PBR).
Ein weiterer wichtiger Anwendungsfall sind Dichtungsprofile aus Kautschuk. Aufgrund der günstigen Witterungseigenschaften wird hierfür hauptsächlich EPDM verwendet. Die Dichtungssysteme werden durch Extrusion hergestellt und oft in angeschlossenen Veredelungsverfahren beflockt, kaschiert und/oder lackiert.
Literatur
- E. Konrad: Über die Entwicklung des synthetischen Kautschuks in Deutschland. In: Angewandte Chemie. 1950, 62, 21, S. 491-496, doi:10.1002/ange.19500622102.
- Heike Kloppenburg, Thomas Groß, Martin Mezger, Claus Wrana: Das elastische Jahrhundert. Synthesekautschuke. In: Chemie in unserer Zeit. 2009, 43, 6, S. 392-406, doi:10.1002/ciuz.200600515.