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Synthetischer Kautschuk

Die Geschichte der Reifenentwicklung

Geschichte synthetischer Kautschuk Foto: Hersteller 20 Bilder

Vor 100 Jahren wurde der synthetische Kautschuk patentiert, heute kann die Welt nicht mehr auf ihn verzichten. Am Anfang der Erfolgsgeschichte galt es allerdings, mehr als nur eine Handvoll Hindernisse zu überwinden.

26.08.2009 Christian Bangemann

Zunächst gab es nur den Stamm der Tränen. Nichts anderes bedeutet Ka-houtschou in der Sprache der Azteken und Mayas, die aus angeritzten Gummibäumen einen zähen, milchigen Saft gewannen, aus dem sie springende Bälle formten. Vermutlich war es der Spanier Fernando Cortez, der die Bälle 1519 zum ersten Mal sah und über sie in seinen Aufzeichnungen berichtete. Seine Erkenntnis geriet jedoch für mehr als 200 Jahre in Vergessenheit. Erst 1763 entdecken zwei Franzosen, dass sich neben Spielzeug auch technische Dinge aus Kautschuk herstellen lassen.

Friedrich Hofmann stellt als Erster synthetischen Kautschuk her

Sie fertigen daraus Schläuche und Schuhe. Nur zwei Jahre später werden gewebte Stoffe damit abgedichtet, die schließlich zum Bau der ersten Heißluftballons dienen. Denn Kautschuk lässt sich in Terpentin oder Petroleum lösen, um daraus eine Imprägnierung für verschiedene Gewebe herzustellen. Ohne Gummi wären die ersten Ballonflüge kaum denkbar gewesen. 

Die Nachfrage nach Kautschuk nimmt in den folgenden Jahren immer weiter zu, was zu einer kräftigen Verteuerung des Naturproduktes, das über viele Jahrzehnte ausschließlich aus Brasilien nach Europa kommt, führt. Diese Monopol-Stellung bringt zum einen hohe Preise, aber auch Raubbau im südamerikanischen Regenwald mit sich. Experten rechnen bereits in den 1860er Jahren damit, dass Gummi binnen fünf Jahrzehnten so teuer werden würde wie Gold und dass die intensive Bewirtschaftung den letzten Heveastamm möglicherweise um die Jahrhundertwende zum Aussterben bringen könnte. Europäische Wissenschaftler versuchen deshalb schon in den 1870er Jahren, unabhängig von den Lieferungen aus Brasilien zu werden. Sie bemühen sich, den aus Kohlenwasserstoff bestehenden Kautschuk auf synthetischem Wege herzustellen. 

An der Universität Kiel werden dazu vom führenden Kautschukfachmann Carl Dietrich Harries umfangreiche Studien unternommen. Den Durchbruch erzielt 1909 aber ein anderer: Friedrich Hofmann, der damals leitender Chemiker der Farbenfabriken - vormals Friedr. Bayer & Co. - ist. Es gelingt ihm, reines Isopren, so die technische Bezeichnung des Kautschuks, herzustellen und zu polymerisieren. Unter der Nummer 250.690 meldet er seine Erfindung beim kaiserlichen Patentamt an.

Kunstgummi ist zunächst deutlich teurer als Naturkautschuk

Inzwischen ist die weltweite Nachfrage so groß, dass es 1913 zur so genannten Kautschukkrise kommt. In deren Folge kurbelt das Kaiserreich die eigene Kautschuk-Produktion in den afrikanischen Kolonien kräftig an, auch dem synthetischen Kautschuk kommt nun große Bedeutung zu. Dabei kann der Kunstgummi zunächst nicht mit dem Naturkautschuk konkurrieren. Wegen der hohen Kosten rechnet sich seine Massenfertigung anfangs kaum, doch die Fachleute erwarten schon bald sinkende Preise. Synthetischer Kautschuk hat allerdings auch technische Nachteile. Er ist ursprünglich weder so widerstandsfähig wie das Naturprodukt, noch lässt er sich recyceln, was bei Kautschuk problemlos möglich ist und schon vor 100 Jahren in industriellem Maßstab betrieben wird. Trotzdem gewinnt der synthetische Ersatzstoff im Ersten Weltkrieg schlagartig an Bedeutung, weil das Kaiserreich von den Einfuhren des Naturgummis abgeschnitten ist. 

Bis 1918 entstehen so einige Produktionsstätten, die kurz nach Kriegsende aber wieder geschlossen werden. Erst ab 1925 wird wieder vermehrt daran gearbeitet, den Kunstgummi zu verbessern. Schon bald polymerisiert die IG-Farbenindustrie aus Butadien mit Hilfe von Natriumkatalysatoren einen neuen Kunststoff, der als Buna bis heute Verwendung findet. Erst die Polymerisation verleiht dem synthetischen Kautschuk übrigens seine Eigenschaften. Einzelbausteine, die so genannten Monomere, müssen auf chemischem Weg zu Polymeren vernetzt werden. Während der Polymerisation, die wie eine Kettenreaktion abläuft, bilden sich also sehr große Moleküle, die Makromoleküle, deren Struktur dem Kautschuk beispielsweise zu seiner Elastizität und Abriebfestigkeit verhelfen.

IAA 1936: Die ersten Modelle auf Buna-Reifen

1929 folgt der große Durchbruch. Der Chemiker Walter Bock erfindet die Emulsionspolymerisation von Butadien und Styrol und ermöglicht damit die wirtschaftliche Nutzung des synthetischen Kautschuks. Wie wichtig diese Entwicklung ist, zeigt sich auch darin, dass der Styrol-Butadien-Kautschuk in aktuellen Reifen immer noch zu finden ist. Schon 1930 gelingt die Entwicklung eines öl- und benzinresistenten Gummis (Butadien-Acrylnitril-Kautschuk), und amerikanische Forscher erfinden einen ozon- und witterungsbeständigen Kautschuk, der selbst Flammen eine gewisse Zeit widersteht (Chloropren). Im selben Jahr fallen allerdings auch die Naturkautschukpreise auf den absoluten Tiefstand - ein für die Verbreitung des Ersatzstoffs nicht eben förderlicher Umstand. Dennoch wird 1936 in Schkopau das erste Synthese-Kautschukwerk unter dem Namen Buna-Werke GmbH gebaut - Deutschland beginnt, sich auf den Krieg vorzubereiten. Zunächst gibt man sich freilich zivil und stellt auf der IAA 1936 in Berlin die Modelle der deutschen Autobauer auf Buna-Reifen.

Der Herstellungsprozess von Buna ist zwar äußerst aufwendig, lässt sich aber mit Materialien realisieren, die es im rohstoffarmen Deutschland in großer Menge gibt: Kohle und Kalk. Allerdings ist der Energie-Einsatz sehr hoch, denn aus dem Kalk muss bei 2.300 Grad in Karbidöfen Kalziumkarbid synthetisiert werden. Daraus lassen sich dann eine ganze Reihe von Kunststoffen gewinnen. Neben synthetischem Kautschuk gehören Azetylen und Lösungsmittel dazu. Nach Kriegsende wird 1956 in Marl bei Recklinghausen von BASF, Bayer und Höchst das größte europäische Werk für synthetischen Kautschuk errichtet.

Weniger Kunstgummi in Winterreifen

Auf Kohle und Kalk kann hier seit den sechziger Jahren verzichtet werden, denn Erdöl bildet fortan die Basis für Kunstgummi. Der Einsatz neuer Katalysatoren vervielfältigt schnell die Einsatzmöglichkeiten des Materials, gleichzeitig lassen sich seine Eigenschaften verbessern. So wird das Alterungsverhalten stabiler, die Abriebfestigkeit wächst, und die Elastizität bei tiefen Temperaturen steigt. Die Reifenindustrie wird mit maßgeschneiderten Rohstoffen versorgt, die auch die Gasdichtigkeit der Pneus verbessern. So ist heute die innere Auskleidung eines Reifens fast immer aus synthetischem Kautschuk gefertigt, weil er den Luftdruck sehr lange halten kann. Aber auch in der Lauffläche kommt Kunstgummi zum Einsatz, weil der Ersatzstoff bei Kälte aber weniger elastisch ist als Naturkautschuk, wird er in Winterreifen weniger verwendet als in Sommer-Pneus. Da synthetischer Kautschuk heute aber etwas preiswerter ist als natürlicher, sind die Reifenhersteller gemeinsam mit den Kautschukproduzenten bemüht, einen Kunstgummi zu kreieren, der sich ohne Einschränkungen für den Wintereinsatz eignet. Natürlich sind heute nicht nur die Reifen aus Gummi, Isolierungen, Dichtungen an der Karosserie und im Motor werden ebenfalls daraus hergestellt.

Das Ziel: Weniger Rollwiderstand und mehr Grip

Lanxess, der aus dem Bayer- Konzern ausgegliederte Spezialist für synthetischen Kautschuk, bietet die zur Herstellung notwendigen Produkte an. Künftig wollen die Experten den Rollwiderstand der Reifen noch deutlich senken und gleichzeitig den Grip verbessern. Davon konnte Kaiser Wilhelm II noch nicht einmal träumen. Immerhin ließ er bereits 1912 seinen Wagen mit Reifen aus "deutschem Methylkautschuk" bestücken und zeigte sich in einem Telegramm an die Farbenfabriken in Leverkusen "höchst befriedigt". Eine bessere Kritik war damals kaum denkbar.

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