KAUTSCHUK AUS DER INDUSTRIE 92 und 95%auf,mit Co-und Ni-Katalysatoren kann man sogar bis zu 97 erreichen. acht Prozen -Verunreinigungen".diedie regelmakiger Ist erst vor kurzem ge die D stallisation ab de Die Rolle der Dehn Erst mit Titan- nen Polymerchemie fur die Gummientwicklung ist die Ent so zu dem Hochleistungswerkstoff.den wir heute kennen tomere(BR).Dies waren ohne d er in der Lautfla h die Synthesekautschuks aus;uber zwei Drittel avon finden le.die Gefahr laufen.am bordstein aufeerieben zu werden ch hier liegt der Sc te zu e maximale Kontrolle uber die Polymerstruktur erlauben.In dym-katalysatoren Das neodym-polybutadien (Nd-Br)da den ersten Polybutadien-Kautschuken waren die Mon mals Ende der 70er Jahre aut dem Markt c wohl in cisund trans-Konfiguration als auch vinylisch ver fin weiterer vorteil der peuen neodym-s in jeweils recht hohen Anteilen enthalten (Abbi en des Ka huks durd der cis-Anteil ist:Je regelmaBiger,linearer die Molekule ge ren wenn de huk in die t zogen wird Durch die zunehm de Ordnung wi gun mmi ist eena en und hat s hr im natu schuk,der durch seine fast reine cis-Struktur Kraftubertragung bei.Im Gegenteil:Sie Zugkraften jedoch einen wach Widerstan der Vinylische Verknupfungen oder in trans-Konfigur e Buta 1-Bausteine des Polymers herabsctzen und die Kristallisation erschwe ren Von Natrium zu Neodym Mit dem Wechse nden Natrium zu Lith war aber ir noch sehr niedrig.Erst mit dem net wurden-konnte dieser wichtige Param ter auf brauch immer neust vlen-synthe wurden in den 50er und 60er Jahren in rhalb kur Zeit blickten unter ander niber chemikalien und die ste .weist cs-Antelle zwischen Chem.Unserer Zeit,9,43,392-40 www.chChem. Unserer Zeit, 2009, 43, 392 – 406 www.chiuz.de © 2009 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim | 403 KAUTSCHUK | AUS DER INDUSTRIE genschaften auf. Es ist davon auszugehen, dass diese Ver￾besserungen auch die Nassrutschfestigkeit von Reifen stei￾gern werden, ohne den Rollwiderstand zu beeinträchtigen. Experten schätzen auch die Abriebeigenschaften derartiger Reifen als sehr gut ein. Der Transfer aus dem Labor in den industriellen Produktionsmaßstab ist erst vor kurzem ge￾lungen. Die Rolle der Dehnungskristallisation Ein ähnlich instruktives Beispiel für die Rolle der moder￾nen Polymerchemie für die Gummientwicklung ist die Ent￾wicklung moderner Polybutadien-Elastomere (BR). Diese Familie macht etwa ein Viertel des weltweit produzierten Synthesekautschuks aus; über zwei Drittel davon finden sich in Reifen wieder. Auch hier liegt der Schlüssel zum Er￾folg in der Entwicklung von Syntheseverfahren, die eine maximale Kontrolle über die Polymerstruktur erlauben. In den ersten Polybutadien-Kautschuken waren die Mono￾mere durch das noch unvollkommene Buna-Verfahren so￾wohl in cis- und trans-Konfiguration als auch vinylisch ver￾knüpft – in jeweils recht hohen Anteilen enthalten (Abbil￾dung 14). Polybutadien ist jedoch um so leistungsfähiger, je höher der cis-Anteil ist: Je regelmäßiger, linearer die Moleküle ge￾baut sind, desto besser können sie sich aneinander lagern – also kristallisieren –, wenn der Kautschuk in die Länge ge￾zogen wird. Durch die zunehmende Ordnung wird der Kautschuk härter. Dieser Effekt wird Dehnungskristallisati￾on genannt und hat sein Vorbild einmal mehr im Natur￾kautschuk, der durch seine fast reine cis-Struktur eine er￾hebliche Dehnungskristallisation zeigt. Das bedeutet: Kaut￾schuke mit einem hohen cis-Anteil sind elastisch, setzen Zugkräften jedoch einen wachsenden Widerstand entge￾gen. Je höher der cis-Anteil, desto schwerer lässt sich das Material also zerreißen und desto geringer ist der Abrieb. Vinylische Verknüpfungen oder in trans-Konfiguration ein￾gebaute Butadien-Bausteine führen jedoch zu „Knicken“ oder Verzweigungen im Molekül, die die innere Ordnung des Polymers herabsetzen und die Kristallisation erschwe￾ren. Von Natrium zu Neodym Mit dem Wechsel vom namensgebenden Natrium zu Lithi￾um-Initiatoren gelang es zwar bald, die Polymerisation tech￾nisch praktikabler zu gestalten – der cis-Gehalt der Produkte war aber immer noch sehr niedrig. Erst mit dem Wechsel zu völlig neuen Katalysatorsystemen – den Ziegler-Kataly￾satoren, die 1963 mit dem Chemie-Nobelpreis ausgezeich￾net wurden – konnte dieser wichtige Parameter auf brauch￾bare Werte getrieben werden. Wie auch in der Entwicklung immer neuer Katalysatoren für die Polypropylen-Synthese wurden in den 50er und 60er Jahren innerhalb kurzer Zeit immer neue Übergangsmetallverbindungen auf ihre Eig￾nung für die Polymerisation von Butadien untersucht. So er￾blickten unter anderem Titan-, Kobalt- und Nickel-Polybu￾tadien das Licht der Welt. Ti-BR weist cis-Anteile zwischen 92 und 95 % auf, mit Co- und Ni-Katalysatoren kann man sogar bis zu 97 % erreichen. Technisch liegt zwischen 92 und 97 % ein ganz erheb￾licher Unterschied: 92 % Cis-Anteil bedeuten immer noch acht Prozent „Verunreinigungen“, die die regelmäßigen Strukturen des Elastomers unterbrechen. Je länger die re￾gelmäßigen Abschnitte des Moleküls aber sind, desto bes￾ser läuft die Dehnungskristallisation ab – desto besser sind die Endeigenschaften des Gummis. Erst mit Titan-, Kobalt￾und Nickelkatalysatoren wurde Polybutadien-Kautschuk al￾so zu dem Hochleistungswerkstoff, den wir heute kennen. Autoreifen wären ohne dieses Elastomer in der Lauffläche heute nicht mehr vorstellbar. Auch die dünnen Seitenwän￾de, die Gefahr laufen, am Bordstein aufgerieben zu werden, bestehen heute zu einem großen Teil aus diesem Kaut￾schuk. Die höchsten cis-Anteile erreicht man heute mit Neo￾dym-Katalysatoren. Das Neodym-Polybutadien (Nd-BR), das erstmals Ende der 70er Jahre auf dem Markt erschien, war￾tet heute mit cis-Anteilen von 98 % und mehr auf. Ein weiterer Vorteil der neuen Neodym-Katalysatoren ist die ausgesprochen enge Molekulargewichtsverteilung der damit hergestellten Produkte. Sie verhindert, dass die Ei￾genschaften des Kautschuks durch allzu große Anteile kur￾zer Moleküle beeinträchtigt werden – diese wirken im Prin￾zip wie Weichmacher. Zum anderen erhöhen zu viele kur￾ze Kettenmoleküle den Rollwiderstand. Denn die „Kraft- übertragung“ im Gummi ist genau dann am besten, wenn alle Kettenmoleküle darin in etwa gleich lang sind. „Lose“ Kettenenden zu kurzer Moleküle tragen dagegen wenig zur Kraftübertragung bei. Im Gegenteil: Sie nehmen Energie auf, geben sie aber nur zum Teil zurück, geraten ins Schwin￾gen und wandeln mechanische Energie damit in nutzlose Abb. 15 Der weitgehend gasundurchlässige Butylkautschuk wird nicht nur für die Herstellung schlauchloser Reifen verwendet, sondern auch zur Herstellung von Pharmastopfen. Hier zahlt sich zudem aus, dass dieser Kautschuk auch ohne Weich￾macher nicht versprödet. Durch sein weitgehend gesättigtes Molekülrückgrat ist das Elastomer obendrein weniger empfindlich gegenüber Chemikalien und die Ste￾rilisation bei hohen Temperaturen. 15213781, 2009, 6, Downloaded from https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ciuz.200600515 by Guangdong University Of Technology, Wiley Online Library on [14/03/2023]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License