Kautschuk

1

Einleitung

Kautschuk, Bezeichnung für natürliche oder synthetische Substanzen, die bei Raumtemperatur gummielastische Eigenschaften besitzen. Mit dem Begriff „gummielastisch” ist folgendes physikalisches Verhalten gemeint: Wenn man ein Stück Kautschuk zunächst einer Zugkraft aussetzt (das Material also auseinanderzieht) und anschließend diese Kraft wieder entfernt, dann nimmt dieses Stück unter normalen Bedingungen seine ursprüngliche Form wieder ein. Normale Bedingungen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Zugkraft natürlich nicht zu groß sein darf, denn dadurch würde die innere Struktur des Materials irreversibel deformiert werden – im Extremfall könnte das Stück sogar zerreißen. Im Prinzip handelt es sich bei Kautschuken um unvernetzte Polymere, die sich durch Vulkanisation (s. u.) vernetzen lassen. Bei höheren Temperaturen und auch durch äußere Einwirkungen (z. B. Druck) beginnen einige Kautschuksorten zu fließen. Diese Eigenschaft macht man sich u. a. bei der technischen Weiterverarbeitung zunutze. Kautschuke dienen beispielsweise als Rohstoffe für die Erzeugung von Gummi und sind ebenfalls wichtige Ausgangsmaterialien für zahlreiche Industriezweige wie z. B. für die Reifenindustrie.

Den Naturkautschuk (im Folgenden auch Rohkautschuk) gewinnt man aus Latex, einer milchigen Flüssigkeit, die beispielsweise in Kautschukbäumen oder anderen latexhaltigen Pflanzen (s. u.) enthalten ist. Bestimmte synthisch erzeugte Kautschuke (auch Synthesekautschuk) stellt man technisch u. a. aus ungesättigten Kohlenwasserstoffen (z. B. verschiedene Butadiene) her. Für Synthesekautschuk gibt es aber auch einige andere hier nicht näher erläuterbare großtechnische Herstellungsverfahren.

2

Naturkautschuk

Im anfänglichen Zustand liegt Kautschuk als kolloidale Dispersion (siehe Kolloid) im Milchsaft bestimmter Pflanzen vor. Die wichtigste dieser Pflanzen ist der Baum Hevea brasiliensis (auch Kautschuk- oder Parakautschukbaum), der zu den Wolfsmilchgewächsen gehört und ursprünglich aus dem Amazonasgebiet stammte. Später wurde dieser Baum in fast allen tropischen Gebieten Südamerikas, Afrikas und Asiens von Kleinpflanzern oder im großplantagenmäßigen Stil angebaut. Aus diesen Bäumen gewinnt man rund 90 Prozent der weltweiten Gesamtproduktion an Naturkautschuk.

Rohkautschuk ist häufig durch einige Harze verunreinigt, die man vor der weiteren Verarbeitung entfernen muss. Ausgewählte Rohkautschuksorten sind u. a. Guttapercha und Balata. Man gewinnt sie aus verschiedenen tropischen Seifenbaumgewächsen, zu denen z. B. der Breiapfelbaum (auch Sapodillbaum) zählt. Während des 2. Weltkrieges baute man infolge der Rohstoffverknappung auch andere, nicht tropische Gewächse zur Gewinnung von Kautschuk an, darunter zwei buschähnliche Pflanzen: den mexikanischen Guayule (Parthenium argentatum) und den in Turkestan beheimateten Russischen Dandelion, der zur Gattung der Löwenzahngewächse gehört.

2.1

Latexgewinnung

Man schneidet in die Baumrinde einen nach unten gerichteten Winkel ein, der ein Drittel bis die Hälfte des Umfangs einnimmt. Der aus dem Schnitt austretende Milchsaft (Latex) wird in einem kleinen Becher aufgefangen. Pro Schnitt fallen etwa 30 Milliliter an. Danach wird – meist jeden zweiten Tag – ein schmaler Streifen der Rinde unter dem vorherigen Schnitt entfernt, um weiteren Saft zu gewinnen. Ist man am Fuß des Stammes angelangt, wird der Baum zwecks Bildung neuer Rinde sich selbst überlassen. Erst dann setzen die Pflanzer neue Schnitte an. Übliche Plantagen umfassen etwa 250 Bäume pro Hektar, und die jährliche Ausbeute an trockenem Rohkautschuk beträgt rund 450 Kilogramm pro Hektar. Bei speziell ausgewählten Bäumen lassen sich bis zu 2 225 Kilogramm pro Hektar erzielen. In einigen Experimenten mit eigens gezüchteten Bäumen sollen sogar 3 335 Kilogramm pro Hektar erreicht worden sein.

Der so gewonnene Latex wird filtriert, mit Wasser verdünnt und dann mit Säure (z. B. Essigsäure oder Ameisensäure) behandelt. Dabei koagulieren (gerinnen, sich zusammenballen) die im Kolloid dispergierten (feinst verteilten) Kautschukteilchen zu einer Masse (Koagulat). Diese wird anschließend unter Zusatz von Wasser und mit Hilfe von Spezialgeräten gereinigt, zerrissen und geknetet. Die dabei entstehende, etwa einen Millimeter dicke Schicht wird zunächst aufgerollt und dann einem Trocknungsprozess unterworfen. Je nach Trocknungsverfahren stellt man auf diese Weise unterschiedliche Handelssorten von Rohkautschuk her: Der so genannte Crêpe-Kautschuk wird an der Luft bei 50 °C getrocknet. Im Gegensatz dazu wurde der „Smoked Sheet” im Rauch getrocknet.

2.2

Chemische und physikalische Eigenschaften

Reiner Rohkautschuk ist ein weißer oder farbloser ungesättigter Kohlenwasserstoff. Der einfachste Baustein des Naturkautschuks ist das Isopren, chemische Summenformel C₅H₈. Bei dieser organischen Verbindung handelt es sich um ein Dien mit zwei isolierten Doppelbindungen: H₂C9CH8C(CH₃)9CH₂. Ein Kautschukmolekül kann dabei mehrere tausend Isopreneinheiten (meist zwischen 3 000 und 5 000) enthalten. Bei der Temperatur von flüssiger Luft (rund -195 °C) liegt Rohkautschuk als harter, transparenter (durchsichtig) Feststoff vor. Zwischen 3 und 4 °C ist er spröde, über 20 °C weich, gummielastisch und durchscheinend. Wenn man Rohkautschuk auf 145 °C erwärmt, wird er plastisch und klebrig. Ab etwa 170 °C zerfließt er und verbrennt mit stark rußender Flamme.

Rohkautschuk wird nicht von Wasser, verdünnten Alkalien und verdünnten Säuren angegriffen. Er löst sich aber beispielsweise in Benzol, Leichtbenzin, chlorierten Kohlenwasserstoffen und Schwefelkohlenstoff. Außerdem lassen sich z. B. Halogene, Sauerstoff und Schwefel an die Doppelbindungen des Rohkautschukmoleküls chemisch addieren. Letztere Eigenschaft ist für die Vulkanisation (s. u.) des Rohmaterials von grundlegender Bedeutung.