Enthüllung der Ursprünge von Kautschuk: Vom Wald zur Formulierung

Gummi, ein typisches Elastomerpolymer, weist eine hohe Elastizität auf, die durch reversible Verformung gekennzeichnet ist. Bei Umgebungstemperaturen weist es eine bemerkenswerte Elastizität auf, verformt sich bei minimaler äußerer Kraft erheblich und kehrt bei Wegnahme der Kraft wieder in seine ursprüngliche Konfiguration zurück. Gummi ist von Natur aus ein amorphes Polymer, das sich durch eine niedrige Glasübergangstemperatur (Tg) und ein beträchtliches Molekulargewicht auszeichnet, das im Allgemeinen Hunderttausende Dalton übersteigt. Produkte auf Gummibasis finden weit verbreitete Anwendung in den unterschiedlichsten Bereichen der Industrie und des täglichen Lebens.

Der Begriff „Gummi“ selbst geht auf das Jahr 1770 zurück, als der britische Chemiker J. Priestley seine Nützlichkeit beim Entfernen von Bleistiftmarkierungen beobachtete, eine Eigenschaft, die zu seiner dauerhaften Bezeichnung führte.

Kautschuk wird grob in zwei Hauptklassen eingeteilt: Naturkautschuk und Synthesekautschuk, jede mit unterschiedlichem Ursprung und unterschiedlichen Produktionsmethoden.

• Naturkautschuk (NR): Wird aus dem verarbeiteten Latex gewonnen, der von bestimmten Pflanzenarten, insbesondere dem, gewonnen wird Hevea brasiliensis (Gummibaum) und in geringerem Maße auch Parthenium argentatum (Guayule) Pflanzen.

• Synthesekautschuk (SR): Wird durch kontrollierte Polymerisationsreaktionen mit einer Vielzahl sorgfältig ausgewählter Monomervorläufer synthetisiert.

I. Naturkautschuk: Eine botanische Stiftung

Die wichtigste Quelle für Naturkautschuk ist Hevea brasiliensis Gummibaum. Heimisch im Amazonas-Regenwald Südamerikas, Hevea brasiliensis wurde in Regionen in ganz Südostasien in großem Umfang angebaut und ist heute das weltweit wichtigste Zentrum der Naturkautschukproduktion. Bei der Ernte wird auf die Rinde des Gummibaums geklopft, um eine saftartige Flüssigkeit namens Latex zu extrahieren – eine kolloidale Dispersion von Gummipartikeln. Dieser Rohlatex durchläuft Verarbeitungsschritte, einschließlich Koagulation, Waschen, Formen und Trocknen, um die kommerziell anerkannte Form von Naturkautschuk zu erhalten.

Während Hevea brasiliensis macht den überwiegenden Teil der Naturkautschukproduktion aus, alternative Quellen verdienen Erwähnung:

• Guayule (Parthenium argentatum): Der Guayule-Strauch bietet eine Quelle für Naturkautschuk mit reduzierter Allergenität, was ihn für empfindliche Anwendungen geeignet macht.

• Andere botanische Quellen: Latex mit Kautschukbestandteilen kann auch von bestimmten Mitgliedern der Pflanzenwelt bezogen werden Ficus (Abb.) und Euphorbiaceae (Wolfsmilch-)Familien, obwohl sie keine kommerzielle Bedeutung haben.

Während des Zweiten Weltkriegs motivierten strategische Unterbrechungen der Lieferkette Deutschland, diese alternativen botanischen Quellen zu untersuchen. Allerdings verlagerte sich der Schwerpunkt später auf die Entwicklung und Produktion von Synthesekautschuk-Analoga im industriellen Maßstab.

II. Synthesekautschuk: Polymertechnik vom Feinsten

Synthetische Kautschuke werden durch sorgfältig kontrollierte Synthesemethoden hergestellt und ermöglichen die Schaffung maßgeschneiderter Polymerarchitekturen und -eigenschaften durch die sorgfältige Auswahl der Monomerreaktanten.

• Frühe Meilensteine: Von 1900 bis 1910 war die Pionierarbeit des Chemikers C.D. Harris lieferte mit der Aufklärung der Polymerstruktur von Naturkautschuk – insbesondere als Polymer von Isopren – die grundlegenden chemischen Erkenntnisse, um den Weg zu Synthesewegen zu ebnen.

• Lebedews Durchbruch: Im Jahr 1910 gelang dem russischen Chemiker Sergej Wassiljewitsch Lebedew mit seiner natriumkatalysierten Polymerisation von 1,3-Butadien zu Polybutadienkautschuk eine bahnbrechende Innovation.

• Verbreitung synthetischer Sorten: Lebedevs Arbeit trieb die rasche Entwicklung und Kommerzialisierung verschiedener Synthesekautschukfamilien voran, darunter:

  Synthetischer Gummi	Monomer(e)	Schlüsseleigenschaften	Typische Anwendungen
  Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR)	Styrol, 1,3-Butadien	Gute Abriebfestigkeit, kostengünstig	Reifenprofile, Schuhsohlen, Förderbänder
  Butadienkautschuk (BR)	1,3-Butadien	Hohe Belastbarkeit, geringer Rollwiderstand	Reifenseitenwände, Schlagzähmodifikatoren für Kunststoffe
  Chloroprenkautschuk (CR)	2-Chlorbutadien	Hervorragende Beständigkeit gegen Ozon, Öl und Witterungseinflüsse	Neoprenanzüge, Schläuche, Automobilkomponenten
  Nitrilkautschuk (NBR)	Acrylnitril, 1,3-Butadien	Beständigkeit gegen Öle, Kraftstoffe und Lösungsmittel	Dichtungen, O-Ringe, Dichtungen, Kraftstoffschläuche
  Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPM/EPDM)	Ethylen, Propylen (mit Dien für EPDM)	Hervorragende Beständigkeit gegen Witterungseinflüsse, Ozon und Hitze	Automobildichtungen, Dachbahnen, elektrische Isolierung
  Silikonkautschuk (VMQ)	Dimethylsiloxan	Großer Temperaturbereich, chemische Inertheit, hervorragende elektrische Eigenschaften	Dichtungen, O-Ringe, Hochtemperaturanwendungen, medizinische Geräte

Heute übersteigt die Produktionsmenge an synthetischem Kautschuk weltweit die von Naturkautschuk. Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) macht aufgrund seiner Vielseitigkeit und seines günstigen Kostenprofils den größten Anteil der Synthesekautschukproduktion weltweit aus.

III. Industrielle Anwendungen von Gummi: Vielseitigkeit verkörpert

Gummi dient als grundlegendes Ausgangsmaterial für die globale Gummiindustrie und wird unter anderem in folgenden Bereichen eingesetzt:

• Reifen: Die vorherrschende Anwendung, bei der die Verschleißfestigkeit, Traktion und Dämpfungseigenschaften von Gummi genutzt werden.

• Schläuche, Riemen und Dichtungen: Für die Flüssigkeitsübertragung und Kraftübertragung in Automobil-, Industrie- und Luft- und Raumfahrtanwendungen.

• Elektrische Isolierung: Ummantelung von Drähten und Kabeln zum Schutz vor Umwelteinflüssen und elektrischen Gefahren.

• Geformte Produkte: Eine breite Palette individuell geformter Komponenten für verschiedene Anwendungen, die die Anpassungsfähigkeit, Kosteneffizienz und Vielfalt der mechanischen Eigenschaften von Gummi nutzen.

Fuqiang Electronics: Entwicklung gummibasierter Dichtungslösungen für die Integrität von Steckverbindern

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