Kautschuk - Chemie.

« innerhalb eines rund 1 100 Kilometer breiten Streifens beiderseits des Äquators.

Rund 99 Prozent des Plantagenkautschuks stammt heute aus Südostasien (vor allem ausMalaysia, Indonesien und aus Thailand).

Versuche, Kautschukplantagen auch in Äquatorialamerika einzurichten, schlugen fehl, weil viele der Pflanzen von Schädlingenbefallen wurden. 2.5 Entwicklung der Verfahren zur Gummiherstellung In Nordamerika importierte man um 1830 Gebrauchsgegenstände aus Gummi, die von den Ureinwohnern Südamerikas angefertigt wurden.

Andere Gummiwaren bezog manaus England.

1832 entstand die erste Gummiwarenfabrik in den USA.

Sowohl die hier gefertigten Produkte als auch die importierten Waren wurden allerdings bei kaltemWetter brüchig, im Sommer zähflüssig und rochen außerdem unangenehm.

Zwei Jahre später fanden zwei Chemiker – der Deutsche Friedrich Ludersdorf und derAmerikaner Nathaniel Hayward – heraus, dass durch Zugabe von etwas Schwefel zum Kautschuk, das auf diese Weise gefertigte Gummi weniger stark oder gar nicht mehrzähflüssig wurde.

Wenige Jahre später konnte der amerikanische Erfinder Charles Nelson Goodyear auf dieser Entdeckung aufbauen.

Er stellte fest, dass beim Erhitzen desKautschuks zusammen mit Schwefel dessen nachteilige Eigenschaften verschwanden.

Daraus entwickelte er das Verfahren, das unter dem Namen Vulkanisation in der Technik bekannt ist.

Vulkanisierter Kautschuk ist reißfester und elastischer sowie widerstandsfähiger gegen Temperaturschwankungen als das nicht vulkanisierte Material.Außerdem ist vulkanisierter Kautschuk gasdicht, abriebfest und beständig gegen chemische Einwirkungen, Wärme und elektrischen Strom.

Vulkanisierter Kautschuk zeigtgegenüber trockenen Oberflächen einen hohen Reibungskoeffizienten, der aber gegenüber feuchten Flächen kleine Werte annimmt. 2.5. 1 Verwertung von Abfällen Bald nach der Erfindung der Luftbereifung um 1887 ( siehe John Boyd Dunlop) begründete der amerikanische Fabrikant Chapman Mitchell einen ganz neuen Industriezweig. Mitchell erfand für die Verwertung von Altgummi in großem Maßstab den so genannten Schwefelsäureprozess.

Nun konnten Gummiabfälle für neue Produkte genutztwerden.

Dabei wird mit Hilfe von heißer Schwefelsäure das eventuell im Gummi vorhandene Gewebe zerstört.

Anschließend wird durch Wärmebehandlung das zerkleinerteGummi ausreichend plastisch gemacht und den Rohgummichargen zugemischt.

Um 1905 entwickelte der amerikanische Chemiker Arthur H.

Marks den Alkaliprozess für dieGummiverwertung.

Der Alkaliprozess ermöglichte den Zusatz großer Mengen von aufbereitetem Altgummi, ohne dass man deutliche Qualitätseinbußen des fertigen Produktshinnehmen musste.

Marks’ Arbeitskollege George Oenslager arbeitete an dem Problem, wie sich Kautschuk bzw.

Gummi minderer Reinheit verarbeiten lässt.

Bei seinenForschungen entdeckte Oenslager 1906, dass bestimmte organische Verbindungen die Vulkanisation beschleunigen.

Zu diesen Substanzen zählen z.

B.

Anilin (Phenylamin)und Thiocarbanilid, eine organische Schwefelverbindung, die sich vom Harnstoff ableiten lässt.

Mit Hilfe dieser Verbindungen konnte man die Erwärmungszeit beimVulkanisieren drastisch verringern (um 60 bis 85 Prozent) und außerdem ein Produkt mit besserer Qualität erhalten. 2.5. 2 Dauerhafteres Gummi Etwa ein Jahrzehnt später erfand man einen speziellen Ofen, mit dem sich eine so genannte Alterung innerhalb weniger Tage simulieren ließ, wie sie sonst erst nach jahrelangem normalem Gebrauch des Gummis eintrat.

So konnten die Techniker und Chemiker in kurzer Zeit untersuchen, wie schnell und unter welchen Bedingungen diealterungsbedingte Qualitätsabnahme eintritt.

Man fand heraus, dass unter den äußeren Einflüssen insbesondere Luftsauerstoff eine große Rolle spielt.

Deshalb entschlossensich die Forscher bald darauf, dem Gummi chemische Substanzen (so genannte Antioxidantien) zuzusetzen.

Ihr Versuch hatte Erfolg, denn durch diese Maßnahme ließ sichbeispielsweise die Lebensdauer von Gummireifen stark erhöhen.

Innerhalb weniger Jahre entwickelte man neue chemische Verbindungen, die die Alterung auch vonWeichgummi deutlich verlangsamten, aus dem z.

B.

Arbeitshandschuhe, Folien und Schläuche hergestellt werden. Weitere Verbesserungen der Gummiverarbeitung wurden auch für den noch nicht koagulierten Latex entwickelt.

Bei einigen Verarbeitungsverfahren wurde das Rohgummidurch feine Düsen gepresst.

Dadurch ließen sich dünne Fäden gewinnen, die man u.

a.

zur Herstellung von Textilien und Geweben verwendete.

Ferner wurden Werkstückeaus Metall oder anderen Substanzen mit Gummi beschichtet. 2.6 Produktionsverfahren Bei den heutigen Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Naturgummi wird der Rohkautschuk zunächst in speziellen Mischvorrichtungen mit Bindemitteln undanderen Zusatzstoffen versetzt.

Die Mischung wird dann mechanisch auf den jeweiligen Träger aufgebracht oder entsprechend geformt.

Anschließend vulkanisiert man denKautschuk auf dem beschichteten Gegenstand oder das Gummiwerkstück. Rohkautschuk wird in Form von Platten, Bahnen oder Blöcken angeliefert, die auf den Kautschukplantagen aus dem Latex der Hevea -Bäume gefertigt werden.

Bei einigen Verfahren geht man vom unkoagulierten Latex aus.

Altgummi wird zur Aufbereitung zwölf bis 30 Stunden lang mit Alkalien behandelt und als Zusatz zum Rohkautschukverwendet.

Mit dieser Vorgehensweise lassen sich die Produktionskosten senken.

Je nach gewünschter Qualität des Endprodukts darf die zugesetzte Menge an Altgummieinen bestimmten Prozentsatz der Gesamtmenge nicht überschreiten. 2.6. 1 Zusatzstoffe Für die meisten Anwendungszwecke wird der Rohkautschuk mit verschiedenen Zusatzstoffen vermischt, um die Eigenschaften auf die gewünschte Weise zu beeinflussen.Füllstoffe wie Kreide, Calciumcarbonat oder Bariumsulfat verleihen dem Gummi zwar eine höhere Festigkeit, bewirken aber keine wesentlich größere Härte des fertigenWerkstückes.

Anders ist das bei verstärkenden Füllstoffen wie Ruß, Zinkoxid und Magnesiumcarbonat sowie einigen Tonerdesorten.

Die gewünschten Farben erreicht mandurch Zusatz von Pigmenten – z.

B.

Titandioxid, Eisenoxide, Deckweiß (Lithopone, Zinksulfid) und einigen organischen Farbstoffen.

So genannte Weichmacher sind vorallem bei äußerst zähen Reaktionsmischungen notwendig.

Diese Mischungen lassen sich ohne Weichmacher nur schwer verarbeiten, denn die verschiedenen Zusatzstoffekönnen nicht ohne weiteres zugegeben und im Produkt vermischt werden.

Als Weichmacher kommen meist Mineralöle, bestimmte Ether und Thioether in Frage.

EinigeWeichmacher werden aber auch aus Tallöl ( siehe Kolophonium) oder Fettsäuren, wie z.

B.

Rizinusöl, hergestellt. Das wichtigste Vulkanisierungsmittel ist immer noch der Schwefel.

Außerdem verwendet man auch Selen oder Tellur, die meist mit hohen Anteilen von Schwefel vermischtwerden.

Beim häufigsten Vulkanisierverfahren wird der Schwefel zunächst gemahlen und dann dem Kautschuk zusammen mit den anderen trockenen Zusatzstoffenzugemischt und erhitzt.

Das Mengenverhältnis von Schwefel zu Kautschuk variiert von 1 : 40 für Weichgummi, bis 1 : 1 für Hartgummi.

Die so genannte Kaltvulkanisation eignet sich zur Produktion von weichen, dünnen Gummierzeugnissen, wie z.

B.

Handschuhe und für Beschichtungen.

Hier werden die Werkstücke zur Vulkanisation in eineLösung von Dischwefeldichlorid (S 2Cl2) in Schwefelkohlenstoff oder Benzin eingetaucht.

Danach bringt man sie in eine Ammoniakatmoshäre.

Bei dieser Prozedur neutralisiert man die entstandene Salzsäure und zerstört überschüssiges Dischwefeldichlorid.

Als Vulkanisationsbeschleuniger dienten zunächst nur Metallcarbonate wieBleiweiß (Bleicarbonat) und Kalk.

Seit den Erkenntnissen von Oenslager verwendet man auch verschiedene organische Amine. 2.6. 2 Mastikation Vor der eigentlichen Verarbeitung des Kautschuks wird dieser einer so genannten Mastikation (Mastizieren) unterworfen.

Bei diesem technischen Prozess werden langkettigeKautschukmoleküle in kleinere Einheiten zerlegt.

Dadurch lässt sich die Plastizität des Rohstoffes erhöhen und gleichzeitig die Viskosität (zäh fließende Eigenschaft)verringern.

Der Naturkautschuk wird dazu in speziellen mechanischen Vorrichtungen bei möglichst niedrigen Temperaturen und unter Zusatz von so genanntenMastizierhilfsmitteln (z.

B.

aromatische Thiole, also schwefelhaltige Verbindungen) behandelt.

Die hohen mechanischen Kräfte, die bei diesem Vorgang entstehen, zerreißendie Kautschukmoleküle in „kleinere” Einheiten.

Diese Einheiten bezeichnet man in der chemischen Verfahrenstechnik auch als Makroradikale, also große Radikalmoleküle. »