Kautschuk

      Kautschuk (indian. cao = Baum und ochu = Träne) ist ein Sammelbegriff für elastische Polymere, aus denen Gummi hergestellt wird. Kautschuk kann vulkanisiert, unvulkanisiert oder vorvulkanisiert sein.

Einige von Pflanzen erzeugte Kautschukarten sind: Naturkautschuk, Balata, Chicle-Gummi, Guttapercha und Guayule-Kautschuk (Parthenium argentatum). Naturkautschuk, aus Latex (dem Milchsaft des Kautschukbaums (Hevea brasiliensis)), ist davon die ökonomisch wichtigste. Synthetische Kautschuke, die heute etwa 60 % des weltweiten Bedarfs abdecken, gibt es in vielen Varianten. Darüberhinaus werden als Kautschuk auch Faktis und Kautschukregenerate verstanden.

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Geschichte

Präkolumbische Zeit

Die Völker Mesoamerikas und die indigenen Völker Amazoniens nutzten Naturkautschuk in vielfältiger Weise. Am bekanntesten ist das Mesoamerikanische Ballspiel mit einem Vollgummi-Ball. Auch seine wasserabweisende Eigenschaft war bekannt, sodass Stoff damit beschichtet wurde; die Mayas sollen ihre Füße so mit einem begrenzt haltbaren Gummiüberzug versehen haben.

Die ältesten bekannten Gegenstände aus Kautschuk stammen aus der Zeit von 1600 v. Chr.

Über Mittelamerika hinaus

Aus Mittelamerika erreichte die Kunde vom Kautschuk anfangs nur wenige Menschen in Europa, etwa Kaiser Karl V., dem von Hernán Cortés eine aztekische Ballspielmannschaft vorgeführt wurde. Erst durch Bücher gelang das Wissen verstärkt an die Öffentlichkeit. So beschrieben Juan de Troquemadas 1615 in „De la Monarquia Indiana“, wie die Indianer Gegenstände wasserabweisend machten und der Conquistador Bernal Díaz del Castillo um ca. 1520 aztekische Ballspieler. Dieser Bericht wurde allerdings erst 1632 in einer Bibliothek in Madrid entdeckt und veröffentlicht.

Charles Marie de La Condamine beobachtete auf einer wissenschaftlichen Expedition für die Pariser Akademie der Wissenschaft von 1735 bis 1745 im Amazonasgebiet, auf welcher Weise Kautschuk verwendet wurde, und beschrieb die indianische Herstellungsweise. Dies löste weitere Berichte und die ersten europäischen Versuche mit dem neuen Werkstoff aus: 1761 wurde ein Lösungsmittel für festen Kautschuk gefunden, um 1770 entstand der Radiergummi, 1791 ein erstes patentiertes Verfahren von Samuel Peal, in Terpentin gelösten Kautschuk auf Gewebe aufzutragen, 1824 der erste Regenmantel oder Macintosh und die "Wellington boots". Diese frühen Gummistiefel wurden durch Arthur Wellesley, 1. Herzog von Wellington im England des frühen 19. Jahrhunderts berühmt. Trotz dieser und weiterer Erfolge war das Material nach wie vor nur schwer zu gebrauchen, da es bei großer Hitze anfing zu kleben und bei Kälte spröde wurde.

Kautschukboom und Absturz

  Nach der Erfindung des Verfahrens der Vulkanisation im Jahre 1839 durch Charles Goodyear kam es in der Amazonasregion in den Jahren von 1839 bis 1910 zu einem Kautschukboom, der die Städte Manaus und Belém zu den damals reichsten Regionen Brasiliens machte. Damals entstanden das Teatro Amazonas in Manaus, welches am 7. Januar 1897 mit La Gioconda von Amilcare Ponchielli eröffnete und die 364 km lange Madeira-Mamoré-Eisenbahn (EFMM). Diese sollte Kautschuk aus nur schwer per Schiff erreichbaren Gebieten des Amazonas bis nach Porto Velho, am Rio Madeira, transportieren. Die Eisenbahnverbindung wurde sogar im Vertrag von Petrópolis, zwischen Bolivien und Brasilien, erwähnt, da dort eine Verlängerung der Strecke von der brasilianischen Grenzstadt Guajará-Mirim am Río Mamoré bis in die bolivianische Stadt Riberalta vereinbart wurde. Diese wurde allerdings nie gebaut, da der Kautschukboom zuvor endete.

Nachdem Kautschuk in Form von Gummi zu einem wichtigen Werkstoff wurde, gab es Versuche, Kautschukbäume in Plantagen zu züchten. Nur außerhalb Südamerikas gelang deren Aufbau, so den Engländern in ihren Kolonien in Asien. Bereits 1876 hatte der Engländer Henry Wickham rund 70.000 Kautschuksamen aus Brasilien ins britische Ceylon (heute Sri Lanka) geschmuggelt, aber erst zu Anfang des 20. Jahrhundert kamen größere Mengen aus Asien auf den Markt. Ein weiteres wichtiges Produktionsgebiet war das tropische Afrika. Besonders im Kongo-Freistaat unter der Herrschaft von Leopold II. wurde die einheimische Bevölkerung mit brutalen Methoden zum Kautschuksammeln gezwungen („Kongogräuel“); auch in den französischen Kolonialgebieten wie Gabun und der Zentralafrikanischen Republik wurden die Einwohner zu diesem Zweck ausgebeutet.

Mit den Plantagen außerhalb Brasiliens konnte der Preis gedrückt werden, und der Kautschukboom in Amazonien kam zu einem Ende. Zwar führte der große Bedarf während des Ersten Weltkrieges noch einmal zu einem Aufschwung, doch dieser war nicht von Dauer. Neben den Brasilianern litten auch die Briten unter dem niedrigen Preis, weshalb sie 1920 den Stevenson Plan (en:Stevenson Plan) erdachten, ein Kautschuk-Kartell, das vornehmlich zu Lasten des größten Verbrauchers, der USA, ging. Zu dieser Zeit entstand der Plan von Henry Ford, Kautschuk in Brasilien selbst anzubauen. Im heutigen Fordlândia, in der Gemeinde Aveiro, beschäftigte Ford in den zwanziger Jahren bis zu 5000 Arbeiter, aber wegen verschiedener Schwierigkeiten, beispielsweise starkem Befall durch den in Brasilien vorkommenden Pilz Microcyclus ulei, misslang das Projekt. ^[1] 1934 gab es einen weiteren Versuch, den Preis von Kautschuk zu stabilisieren (en:International Rubber Regulation Agreement).

Kautschuk-Mangel während der Weltkriege

Während beider Weltkriege verlor Deutschland den Zugang zu seinen Kautschuk-Quellen, wodurch die Suche nach Alternativen gefördert wurde. Im Ersten Weltkrieg wurde von Fritz Hofmann aus Dimethyl-Butadien sogenanntes Methyl-Kautschuk, ein Gummiersatz, hergestellt.

Auch während des Zweiten Weltkrieg 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. 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^[2].

Es gab Versuche, andere kautschukliefernde Pflanzen zu nutzen. Während des Russlandfeldzuges erbeutete die dt. Wehrmacht russisches Forschungsmaterial über die Verwendung von Löwenzahn (Taraxacum kok-saghyz Rodin) zur Kautschukproduktion^[3]. Es gab deutsche Pläne, 1944 auf 120.000 Hektar in Osteuropa Löwenzahn anzubauen, da dieser zwischen 6 % und 10 % Kautschuk ^[4] in den Wurzeln enthielt, was aber wegen des Kriegsverlaufes unmöglich wurde. In den USA wurde Guayule (Parthenium argentatum) während des zweiten Weltkrieges als Ersatzpflanze untersucht^[5]. Auch hier ist Kautschuk vornehmlich in den Wurzeln konzentriert, mit einem Anteil von 7 % bis 10 %.

Synthetischer Kautschuk

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.

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. In den folgenden Jahren wurden immer mehr auf spezielle Bedürfnisse abgestimmte synthetische Kautschuke entwickelt.

Naturkautschuk

  Die antiken Mesoamerikaner kannten die Vulkanisierung nicht, so dass sie die Umwandlung von Latex zu einem gummiartigen Material durch Zugabe von Baum- und Pflanzensäften erreichten. ^[6]

Naturkautschuk kann in Brasilien weiterhin nur aufwändig als Sammlerprodukt gewonnen werden (Extraktivismus). Diese ökologisch einwandfreie, nachhaltige Bewirtschaftung bietet vielen Einheimischen eine selbständige, auskömmliche Existenz. (siehe auch: Chico Mendes)

Handelsform

Naturkautschuk kann als Flüssigkeit vertrieben werden, wodurch es später leicht mischbar ist. Dazu wird der Baumsaft vor Ort eingedickt und mit Ammoniak stabilisiert. Wird Naturkautschuk vorvulkanisiert, bleibt es dennoch flüssig.

Naturkautschuk kann auch als festes Material verkauft werden. Dazu koaguliert man die Flüssigkeit (zur Gerinnung bringen). Dann wird das feuchte Material auf verschiedene Weisen gewaschen, getrocknet und in Form gebracht. Einige traditionelle Handelssorten sind: „smoked sheets“ (im Rauch getrocknet), „air dried sheets“ (rauchfrei getrocknet), „pale crepes“ (gewaschen) und „brown crepes“ (ungewaschen).

• Crepe-Kautschuk: Der Naturkautschuk wird mit Natriumsulfit koaguliert. Das Kautschuk läuft durch geriffelte Walzen und zuletzt folgen einige glatte Walzen.

• Sheet-Kautschuk: Der Naturkautschuk wird mit einer schwachen Ameisen- oder Essigsäure koaguliert. Anschließend wird das Kautschuk in einem Walzwerk in ein einige Millimeter dickes und etwa einen halben Meter breites glattes Band gewalzt und die letzte Walze prägt ein charakteristisches Muster ein.

Nach dem Trennen in etwa 1 Meter lange „sheets“ oder „crepes“, werden diese getrocknet, nach Qualität sortiert und als Ballen von etwa 100 kg verkauft.

Heute kommt Naturkautschuk, das nach national standardisierten Verfahren hergestellt wurde, am häufigsten vor. Diese Verfahren sind beispielsweise: Thai Tested Rubber (TTR), Standard Indonesian Rubber (SIR) oder Standard Malaysian Rubber (SMR).

Auch in Form eines Pulvers kann Naturkautschuk in den Verkauf gebracht werden.

Weltproduktion

Die fünf wichtigsten Produzentenländer von Naturkautschuk sind heute Thailand, Indonesien, Malaysia, Indien und die Volksrepublik China. Die größten afrikanischen Produzenten sind: Elfenbeinküste, Nigeria und Liberia. Die Weltproduktion beläuft sich auf jährlich 7,6 Mio. t (Trockengewicht, 2003), wovon 80 % exportiert werden. Hauptabnehmer sind die USA, Japan, China, Deutschland und Frankreich.

Quelle: Handelsblatt - Die Welt in Zahlen (2005)

Gesundheit

Gegen Naturkautschuk - eigentlich gegen darin enthaltene Proteinspuren - kann es zu einer Allergie kommen, der sogenannten Latex-Allergie. Obwohl diese relativ weit verbreitetet ist, ist die genaue Prävalenz nicht bekannt; der geschätzte Wert liegt bei 3 – 20 %. Bekannt ist allerdings, dass Personen, die oft in Kontakt mit Naturkautschuk kommen, eine Risikogruppe darstellen, welche signifikant häufiger unter dieser Allergie leiden. Dies sind Ärzte, OP-Schwestern, Pfleger, aber auch Kinder, die häufig operiert werden müssen. Verwendet man stattdessen reinen, synthetischen Kautschuk, dann ist dies problemlos möglich. Allerdings ist in manchen Kunststoffen Naturlatex ohne Kennzeichnung enthalten, was speziell bei Patienten mit dieser Allergie sehr problematisch sein kann. ^[7]

Synthetischer Kautschuk

Hauptartikel: Synthetischer Kautschuk

Heute wird Kautschuk hauptsächlich synthetisch durch Polymerisation hergestellt. Es entsteht meist aus Styrol und Butadien, andere Rohstoffbasen sind Styrolacrylat, Reinacrylat, Vinylacetat.

Die Polymerenketten sind üblicherweise aus Kohlenwasserstoffen aufgebaut. Ketten auf der Basis von Silikonen oder anderer Verbindungen sind ebenfalls möglich.

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).

Chemischer Aufbau

Naturkautschuk besteht aus polymerisiertem Isopren (2-Methyl-1,3-butadien) von extrem einheitlicher Struktur (cis-1,4-Polyisopren-Gehalt > 99 %); seine mittlere Molare Masse ist mit etwa 2 Millionen g·mol⁻¹ außerordentlich hoch.

Materialeigenschaften

  Die Eigenschaften von Kautschuk ändern sich durch die Vulkanisation erheblich. Außerdem wird Kautschuk heute in der Regel als Mischung verwendet.

Unvulkanisierter Kautschuk ist viskoelastisch, das heißt, nach dem Anlegen einer äußeren Kraft dehnt sich der Werkstoff langsam bis auf seine Enddehnung und geht nach dem Ende der Krafteinwirkung nicht vollständig in seine ursprüngliche Form zurück. Nach der Vulkanisation zeigt Kautschuk zwei wichtige Elastizitätsbereiche: Bei hohen Temperaturen ist der Werkstoff nach wie vor viskoelastisch, während er bei tiefen Temperaturen ein elastisches Verhalten zeigt. Wenn allerdings die Glasübergangstemperatur unterschritten wird, wird Kautschuk hart und spröde.

Vulkanisierter Naturkautschuk ist besonders elastisch (auch bei niedrigen Temperaturen) und zugfest.

Weiterverarbeitung

  Der Kautschuk wird meistens ergänzt durch Füllstoffe wie Ruße, um z. B. die Abriebfestigkeit für Autoreifen zu erhöhen, Weichmacher, Faktis (vernetzte Mineral- oder Pflanzenöle mit kautschukähnlichen Eigenschaften), Vernetzungschemikalien, Alterungsschutzmittel, Flammschutzmittel und Pigmente oder Farbstoffe. Weitere Zugaben sind je nach Anforderung des Endprodukts möglich.

Sowohl Naturkautschuk als auch synthetischer Kautschuk wird vulkanisiert.

Kautschuk kann zu Porengummi, auch als Moosgummi bezeichnet, weiterverarbeitet werden, bei dem der elastische Schaumstoff Porenstruktur von völlig geschlossen bis völlig geöffnet haben kann. Auf diese Art können nicht nur Material und damit Kosten eingespart werden, sondern zusätzlich auch gewisse mechanische Eigenschaften des Profils wie z. B. die Härte verändert werden.

Produkte

Zwischen 65 % und 70 % des gesamten Kautschuks geht in die Produktion von Autoreifen.

Naturkautschuk kann als alleiniges Polymer oder in Mischungen mit Synthesekautschuken verwendet werden. Nachteilig ist, dass sich Naturkautschuk bei Kontakt mit Sonnenlicht bzw. mit UV-Licht oder mit Fetten auflösen kann.

Die 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.

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.

Kleidungsstücke und andere Artikel aus Kautschuk (Latex), bzw. Gummi reizen die Haut und andere Sinne (Geruch, Optik) auf eine besondere Art (Wärme - Kälte, Feuchtigkeit, Betonung der Körperformen) und dienen somit dem Gummifetischismus.

Literatur

Georg Abts: Einführung in die Kautschuktechnologie. Hanser-Verlag, 2007, ISBN 3-446-40940-8

Siehe auch

• Guttapercha
• Chicle
• Balata
• Vulkanisation
• Vulkameter

Einzelnachweise

1. ↑ "Ford's Obsession to Rubber. An Emperical Study of Irrational Decision
2. ↑ Jochen Streb, Die Entwicklung der Synthesekautschukindustrie in Deutschland und den USA vor und während des Zweiten Weltkriegs
3. ↑ Löwenzahnanbau zur Produktion von Kautschuk
4. ↑ Nutzpflanzendatenbank Löwenzahn
5. ↑ Nutzpflanzendatenbank Guayule
6. ↑ http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/284/5422/1988
7. ↑ Latex-Allergie-Informations-Vereinigung