Naturkautschuk

Kautschukplantage in Malaysia

Kautschukplantage in Kerala (Indien)

Kautschukgewinnung

Als Naturkautschuk oder Kautschuk (indian. cao ‚Baum‘ und ochu ‚Träne‘; zusammen ‚Träne des Baumes‘) bezeichnet man elastische Polymere, die auf Pflanzenprodukten wie vor allem Milchsaft (Latex) basieren. Er wird hauptsächlich zur Herstellung von Gummi durch Vulkanisierung verwendet.

Die wichtigste Quelle ist mit 90 % Anteil der Kautschukbaum (Hevea brasiliensis).^[1] Daneben werden weitere Naturkautschuk-Typen verwendet, die aber teilweise andere Eigenschaften aufweisen. Dies sind beispielsweise Balata (Balatabaum), Chicle-Gummi (Breiapfelbaum), Guttapercha (Guttaperchabaum) und Guayule-Kautschuk (Guayule-Pflanze).

60 % des weltweiten Bedarfs werden heute durch petrochemisch hergestellte synthetische Kautschuke gedeckt.

Geschichte

(Siehe auch Artikel Kautschukbaum)

Anfänge in Mittelamerika

Die ältesten bekannten Gegenstände aus Kautschuk stammen aus der Zeit um 1600 v. Chr. Die Völker des mittelamerikanischen Mesoamerikas und die indigenen Völker Amazoniens nutzten Naturkautschuk bereits in präkolumbianischer Zeit in vielfältiger Weise. Am bekanntesten ist das Mesoamerikanische Ballspiel mit einem Vollgummi-Ball. Wegen seiner wasserabweisenden Eigenschaften wurde auch Stoff mit Kautschuk beschichtet. Die Maya sollen zum Beispiel ihre Füße mit einem begrenzt haltbaren Gummiüberzug versehen haben. Außerdem war der Kautschuk für das tägliche Leben nützlich. Mit ihm wurden Schläuche, Gefäße, Fackeln und sogar Kleidungsstücke hergestellt. Auch als Opfergabe bei religiösen Volkszusammenkünften, an Opfertagen und zu feierlichen Anlässen wurde er genutzt.^[2]

Beginn der Nutzung in Europa

Nach der Entdeckung Amerikas durch die Europäer war der Kautschuk anfangs nur wenigen Menschen in Europa bekannt, etwa Kaiser Karl V., dem von Hernán Cortés eine aztekische Ballspielmannschaft vorgeführt wurde. Erst durch Bücher gelangte das Wissen verstärkt an die Öffentlichkeit. So beschrieb Juan de Torquemada 1615 in „De la Monarquia Indiana“, wie die Indianer Gegenstände wasserabweisend machten, der Conquistador Bernal Díaz del Castillo beschrieb um ca. 1520 aztekische Ballspieler. Dieser Bericht wurde allerdings erst 1632 in einer Bibliothek in Madrid entdeckt und veröffentlicht.

Charles Marie de La Condamine beobachtete auf einer wissenschaftlichen Expedition für die Pariser Akademie der Wissenschaft von 1735 bis 1745 im Amazonasgebiet, auf welche Weise Kautschuk verwendet wurde, und beschrieb die indianische Herstellungsweise. Dies löste weitere Berichte und die ersten europäischen Versuche mit dem neuen Werkstoff aus: 1761 wurde ein Lösungsmittel für festen Kautschuk gefunden, um 1770 entstand der Radiergummi, 1791 ein erstes patentiertes Verfahren von Samuel Peal, in Terpentin gelösten Kautschuk auf Gewebe aufzutragen, 1824 der erste Regenmantel oder Macintosh und die „Wellington boots“. Diese frühen Gummistiefel wurden durch Arthur Wellesley, 1. Herzog von Wellington im England des frühen 19. Jahrhunderts bekannt. Trotz dieser und weiterer Erfolge war das Material nach wie vor nur schwer zu gebrauchen, da es bei großer Hitze zu kleben begann und bei Kälte spröde wurde.^[2]

Kautschukboom und Absturz

Erfindung des Gummis

Charles Goodyear, in Scientific American Supplement NO. 787, 31. Januar 1891

Die antiken Mesoamerikaner kannten das Verfahren der Vulkanisation nicht. Sie erreichten aber durch Zugabe von Baum- und Pflanzensäften die Umwandlung des plastischen Latex zu einem elastischen, gummiartigen Material. ^[3]

Im Jahre 1839 erfand Charles Goodyear das Verfahren der Vulkanisation, durch das der plastische Kautschuk in elastisches Gummi umgewandelt werden kann.^[2] Dies bot viele neue Anwendungsmöglichkeiten, so dass es in der Amazonasregion in den Jahren von 1839 bis 1910 zu einem Kautschukboom kam, der die Städte Manaus und Belém zu den damals reichsten Regionen Brasiliens machte. Damals entstanden das Teatro Amazonas in Manaus, das am 7. Januar 1897 mit La Gioconda von Amilcare Ponchielli eröffnete und die 364 km lange Madeira-Mamoré-Eisenbahn (EFMM). Diese sollte Kautschuk aus nur schwer per Schiff erreichbaren Gebieten des Amazonas bis nach Porto Velho am Rio Madeira transportieren. Die Eisenbahnverbindung wurde sogar im Vertrag von Petrópolis zwischen Bolivien und Brasilien erwähnt, da dort eine Verlängerung der Strecke von der brasilianischen Grenzstadt Guajará-Mirim am Río Mamoré bis in die bolivianische Stadt Riberalta vereinbart wurde. Diese wurde allerdings nie gebaut, da der Kautschukboom vorher endete.

Kautschukbaum-Plantagen

Kautschuk-Gewinnung in Deutsch-Neuguinea, Gemälde von Rudolf Hellgrewe

Nachdem Kautschuk in Form von Gummi zu einem wichtigen Werkstoff geworden war, gab es Versuche, Kautschukbäume in Plantagen zu züchten. In Südamerika gelang dies nicht, da ein Pilz diese Produktionsweise verhinderte. Die Engländer konnten in ihren Kolonien in Asien aber Plantagen aufbauen (der Pilz verbreitete sich später auch dorthin und wird nun mit Fungiziden bekämpft^[4]). Bereits 1876 hatte der Engländer Henry Wickham rund 70.000 Kautschuksamen aus Brasilien in das britische Ceylon (heute Sri Lanka) geschmuggelt, aber erst zu Anfang des 20. Jahrhunderts kamen größere Mengen Kautschuk aus Asien auf den Markt.^[2] Ein weiteres wichtiges Produktionsgebiet war das tropische Afrika. Besonders im Kongo-Freistaat unter der Herrschaft des belgischen Königs Leopold II. wurde die einheimische Bevölkerung mit brutalen Methoden zum Kautschuksammeln gezwungen („Kongogräuel“). Auch in den französischen Kolonialgebieten wie Gabun und der Zentralafrikanischen Republik wurden die Einwohner auf diese Weise ausgebeutet.

Durch die zusätzlichen Plantagen außerhalb Brasiliens konnte der Kautschukbedarf besser gedeckt werden, so dass der Preis fiel und der Kautschukboom in Amazonien zu einem Ende kam. Zwar führte der große Bedarf während des Ersten Weltkrieges noch einmal zu einem Aufschwung, doch dieser war nicht von Dauer.^[2] Neben den Brasilianern litten auch die Briten unter dem niedrigeren Preis, weshalb sie 1922 den Stevenson-Plan erdachten, ein Kautschuk-Kartell, das vornehmlich zu Lasten des größten Verbrauchers, der USA, ging. Zu dieser Zeit entstand der Plan des Besitzers der Ford-Werke, Henry Ford, Kautschuk in Brasilien selbst anzubauen. Im heutigen Fordlândia in der Gemeinde Aveiro beschäftigte Ford in den zwanziger Jahren bis zu 5000 Arbeiter, aber wegen verschiedener Schwierigkeiten, beispielsweise starkem Befall durch den in Brasilien vorkommenden Pilz Microcyclus ulei, misslang das Projekt.^[5] 1934 gab es mit dem International Rubber Regulation Agreement einen weiteren Versuch, den Kautschukpreis zu stabilisieren.

Kautschuk-Mangel während der Weltkriege

Synthetische Kautschuk-Alternativen in Deutschland

Während des Ersten und Zweiten Weltkriegs verlor das Deutsche Reich den Zugang zu seinen Kautschuk-Quellen, wodurch die Suche nach Alternativen gefördert wurde. Im Ersten Weltkrieg wurde von Fritz Hofmann aus Dimethyl-Butadien sogenanntes Methyl-Kautschuk (Synthetischer Kautschuk), ein Gummiersatz, hergestellt. Auch während des Zweiten Weltkriegs wurde Kautschuk knapp, diesmal jedoch nicht nur für die europäischen Achsenmächte, sondern auch für die Alliierten, da die asiatischen Plantagen durch Japan erobert worden waren. Im Deutschen Reich produzierte der Chemiekonzern I.G. Farben ab 1935 in den Buna-Werken in Schkopau Styrol-Butadien-Kautschuk unter dem Namen Buna. Als Rohstoff diente beispielsweise in Schkopau Braunkohle, der notwendige Wasserstoff stammte aus dem benachbarten Leunawerk.

Synthetische Kautschuk-Alternativen in den USA

Ab 1940 lagerte die staatliche US-amerikanische Rubber Reserve Company Naturkautschuk ein, da die USA einen Lieferstopp bei einem Angriff Japans in Asien befürchteten. Als dieser dann auch eintrat, begannen die USA ab 1941, 15 staatlich finanzierte Fabriken für Buna-Kautschuk aufzubauen. Die Patente für diesen Styrol-Butadien-Kautschuk lagen bei der Standard Oil of New Jersey, die sich aufgrund eines Abkommens mit der I.G. Farben weigerte, die Buna-Patente für den amerikanischen Markt freizugeben. Daraufhin bezichtigte eine Untersuchungskommission die Firma einer „fortgesetzten Verschwörung zugunsten Deutschlands“ und Harry S. Truman sprach auf einer Pressekonferenz von „Verrat“. Der US-amerikanische Kongress beschloss die Freigabe der Buna-Patente für Amerika. Im Jahr 1943 übertraf die US-Produktion von 185.175 t „Government Rubber“ erstmals die deutsche Produktion von 110.569 t und konnte bis zum Kriegsende noch auf über 730.000 t/Jahr gesteigert werden.^[6]

Natürliche Kautschuk-Alternativen

Es gab zudem Versuche, andere kautschukliefernde Pflanzen zu nutzen. Während des Russlandfeldzuges erbeutete die deutsche Wehrmacht sowjetisches Forschungsmaterial über die Verwendung von Löwenzahn (Taraxacum kok-saghyz Rodin) zur Kautschukproduktion.^[7][8] Es gab deutsche Pläne, 1944 in Osteuropa auf 120.000 Hektar Löwenzahn anzubauen, da dieser in den Wurzeln zwischen 6 % und 10 % Kautschuk^[9] enthält. Dies wurde aber wegen des Kriegsverlaufes unmöglich. In den USA wurde der Zwergstrauch Guayule (Parthenium argentatum) während des Zweiten Weltkrieges als Ersatzpflanze untersucht.^[10] Auch hier ist Kautschuk mit einem Anteil von 5 % bis 7 % vornehmlich in den Wurzeln konzentriert. Im April 2008 begann ein bis 2012 laufendes Forschungsprojekt der EU, EU-PEARLS^[11], bei dem beide Pflanzenarten erforscht werden.

Gewinnung und Handel

(siehe Artikel Kautschukbaum)

Gewinnung

Der Latex fließt unmittelbar nach dem Schnitt.

Rohkautschukballen aus dem Padas-Tal bei Tenom, Sabah

Naturkautschuk wird überwiegend aus dem Kautschukbaum gewonnen. Die auch als Latex oder Milchsaft bezeichnete Flüssigkeit wird durch das Anritzen der Baumrinde freigesetzt und in Behältern aufgefangen.^[1]

Der überwiegende Anteil des Naturkautschuks wird in Plantagen gewonnen.

In Brasilien wird er weiterhin nur aufwändig als Sammlerprodukt (Extraktivismus) gewonnen. Diese ökologisch relativ unbedenkliche, nachhaltige Bewirtschaftung bietet vielen Einheimischen eine selbstständigere auskömmliche Existenz. (siehe auch: Chico Mendes)

Handelsform

Naturkautschuk kann in flüssiger Form oder fest als Ballen oder Pulver gehandelt werden.^[1]

Die flüssige Form hat den Vorteil, dass sie später leicht mischbar ist. Der Baumsaft wird vor Ort eingedickt und mit Ammoniak stabilisiert. Wird Naturkautschuk vorvulkanisiert, bleibt es dennoch flüssig.

Um ein festes Material zu erhalten, wird die Flüssigkeit koaguliert (sie wird zur Gerinnung gebracht). Anschließend wird das feuchte Material auf verschiedene Weisen gewaschen, getrocknet und in Form gebracht.

Eine Handelsvariante ist Sheet-Kautschuk. Der Naturkautschuk wird mit einer schwachen Ameisen- oder Essigsäure koaguliert. Anschließend wird das Kautschuk in einem Walzwerk in ein mehrere Millimeter dickes und etwa einen halben Meter breites glattes Band gewalzt, wobei die letzte Walze ein charakteristisches Muster einprägt. Traditionelle Handelssorten dieser Variante sind „smoked sheets“ (im Rauch getrocknet) und „air dried sheets“ (rauchfrei getrocknet).^[1]

Eine weitere Variante ist Crepe-Kautschuk. Der Naturkautschuk wird in diesem Fall mit Natriumsulfit koaguliert. Der Kautschuk läuft durch geriffelte Walzen, zuletzt folgen einige glatte Walzen. Traditionelle Handelssorten dieser zweiten Variante sind „pale crepes“ (gewaschen) und „brown crepes“ (ungewaschen).^[1]

Nach der Trennung in etwa 1 Meter lange „sheets“ oder „crepes“ werden diese getrocknet, nach Qualität sortiert und als Ballen von etwa 100 kg verkauft.

Heute kommt nach national standardisierten Verfahren hergestellter Naturkautschuk am häufigsten vor. Diese Verfahren sind beispielsweise Thai Tested Rubber (TTR), Standard Indonesian Rubber (SIR) oder Standard Malaysian Rubber (SMR).

Weltproduktion

Die fünf wichtigsten Produzentenstaaten von Naturkautschuk sind heute Thailand, Indonesien, Malaysia, Indien und die Volksrepublik China. Die größten afrikanischen Produzenten sind die Elfenbeinküste, Nigeria und Liberia. Die Weltproduktion beläuft sich auf jährlich 7,6 Mio. t (Trockengewicht, 2003), wovon 80 % exportiert werden. Hauptabnehmer sind die USA, Japan, China, Deutschland und Frankreich.

Die größten Produzenten von Naturkautschuk

Rang	Land	Produktion (in Tsd. t)	Rang	Land	Produktion (in Tsd. t)	Acht Staaten erzeugen über 88 % der weltweiten Menge an Naturkautschuk.
1	Thailand	3030	10	Brasilien	96
2	Indonesien	1792	11	Sri Lanka	92
3	Malaysia	1000	12	Philippinen	88
4	Indien	694	13	Guatemala	50
5	China	550	14	Kambodscha	46
6	Vietnam	391	15	Kamerun	46
7	Elfenbeinküste	123	16	Myanmar	36
8	Nigeria	112	17	Mexiko	23
9	Liberia	108

Quelle: Handelsblatt – Die Welt in Zahlen (2005)

Vietnam baute den Anbau von Naturkautschuk in den letzten Jahren deutlich aus. So stieg die Ausfuhr in 2010 auf den Wert von 782.200 Tonnen mit einem Weltmarktwert von 2,38 Mrd. US-Dollar.^[13] Die Anbaufläche für Naturkautschuk betrug 2010 740.000 ha und rangierte damit auf Platz fünf nach Thailand, Indonesien, Malaysia und Indien.^[13]

Chemischer Aufbau

Strukturformel von Isopren

(siehe Artikel Terpene)

Naturkautschuk besteht aus dem Monomer Isopren (2-Methyl-1,3-butadien, C₅H₈), das in extrem einheitlicher Struktur zum Terpen cis-1,4-Polyisopren polymerisiert ist. Es wird den Polyterpenen zugeordnet. Dessen Gehalt im Kautschuk macht über 99 % aus. Die mittlere Molare Masse des Polymers ist mit etwa 2 Millionen g·mol⁻¹ außerordentlich hoch.

Materialeigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Viskoelastische Dehnung $ \varepsilon $ von Kautschuk auf eine anliegende mechanische Spannung $ \sigma $

Unvulkanisierter Kautschuk ist viskoelastisch, unter einer länger anliegenden Kraft verformt er sich dauerhaft und geht nach dem Ende der Krafteinwirkung nicht vollständig in seine ursprüngliche Form zurück. Der Grund dafür ist, dass die Polymere nicht untereinander kovalent verknüpft sind.

Nach der Vulkanisation zeigt Kautschuk (bzw. nun Gummi) durch die Vernetzung der Polymerketten zwei wichtige Elastizitätsbereiche. Bei tiefen Temperaturen ist er nun elastisch – geht also nach einer Krafteinwirkung vollständig in seine ursprüngliche Form zurück. Bei hohen Temperaturen dagegen ist der Werkstoff nach wie vor viskoelastisch.

Unterhalb ihrer Glasübergangstemperatur werden sowohl Kautschuk als auch Gummi hart und spröde.

Naturkautschuk ist im Vergleich zu den gängigen synthetischen Varianten wesentlich strapazierfähiger und wird daher beispielsweise für stark belastete Reifenanwendungen im Baugewerbe eingesetzt. Bedingt wird dieser Vorteil durch scherinduzierte Kristallisation – eine spontane reversible Versteifung des Materials unter mechanischer Belastung (Überfahren spitzer Steine u.ä.). Bei herkömmlichen Autoreifen werden Synthese- und Naturkautschuk gemischt.

Allergene Eigenschaften

(Siehe Hauptartikel Latexallergie)

Gegen Naturkautschuk kann es zu einer Allergie kommen, der sogenannten Latex-Allergie. Das eigentliche Allergen ist ein in Spuren darin enthaltenes Protein. Obwohl diese Allergie relativ weit verbreitet ist, kann die genaue Prävalenz (Krankheitshäufigkeit) nur auf Werte zwischen 3–20 % geschätzt werden. Bekannt ist allerdings, dass Personen, die oft in Kontakt mit Naturkautschuk kommen, eine Risikogruppe darstellen, die erheblich häufiger unter dieser Allergie leidet. Dies sind beispielsweise Ärzte, OP-Schwestern, Pfleger, aber auch Kinder, die häufig operiert werden müssen. Eine Alternative ist die Verwendung von synthetischem Kautschuk. Allerdings ist in manchen Kunststoffen Naturlatex ohne Kennzeichnung enthalten, was speziell bei Patienten mit dieser Allergie sehr problematisch sein kann. ^[14]

Weiterverarbeitung

Latexfabrik auf Basilan (Philippinen)

(siehe auch Artikel Gummi und Vulkanisation)

Verarbeitung

Naturkautschuk (wie auch synthetischer Kautschuk) kann vulkanisiert werden.

Der Kautschuk wird, je nach Verwendung, ergänzt durch Füllstoffe wie:

• Ruße, um z. B. die Abriebfestigkeit für Autoreifen zu erhöhen,
• Weichmacher,
• Faktis (vernetzte Mineral- oder Pflanzenöle mit kautschukähnlichen Eigenschaften),
• Vernetzungschemikalien,
• Alterungsschutzmittel,
• Flammschutzmittel,
• Pigmente oder Farbstoffe,
• etc.

Naturkautschuk kann als alleiniges Polymer oder in Mischungen mit Synthesekautschuken verwendet werden. Nachteilig ist, dass sich Naturkautschuk bei Kontakt mit Sonnenlicht bzw. mit UV-Licht oder mit Fetten auflösen kann.

Produkte

Naturkautschuk kann zu unterschiedlichsten Produkten verarbeitet werden:^[1]

• 65-70 % des Kautschuks gehen in die Produktion von Autoreifen.
• Bindemittel für die Papierstreicherei, die Teppichrückenbeschichtung sowie getauchte Artikel, wie dünne Handschuhe.
• In aufgeschäumter Form wird Kautschuk für Matratzen verwendet.
• Kautschuk kann zu Porengummi (auch als Moosgummi bezeichnet) weiterverarbeitet werden, bei dem der elastische Schaumstoff Porenstrukturen von völlig geschlossen bis völlig geöffnet haben kann. Auf diese Art können nicht nur Material und damit Kosten eingespart werden, sondern zusätzlich auch gewisse mechanische Eigenschaften des Profils, wie beispielsweise die Härte, verändert werden.
• Eine weitere wichtige Anwendung sind Dichtungsprofile aus Kautschuk. Aufgrund der günstigen Witterungseigenschaften wird hierfür hauptsächlich Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) verwendet. Die Dichtungssysteme werden durch Extrusion hergestellt und oft in angeschlossenen Veredelungsverfahren beflockt, kaschiert und/oder lackiert.
• Kleidungsstücke und andere Artikel aus Kautschuk (Latexkleidung), bzw. Gummi reizen die Haut und andere Sinne (Geruch, Optik) auf eine besondere Art (Wärme – Kälte, Feuchtigkeit, Betonung der Körperformen), und dienen somit dem Gummifetischismus.
• Chicle, ein Kaugummirohstoff, wird aus dem weißen Milchsaft (Latex) der Früchte des Breiapfelbaums gewonnen
• Weitere Verwendungen sind die Herstellung von dünnen Filmen für Kondome, Handschuhe oder Luftballons (getauchte Ware) und in dickeren Filmen für die Herstellung von Abgussformen, LKW- und PKW-Reifen, Motorlagern, sowie diversen Gummi/Metall-Verbindungen.

Literatur

• Georg Abts: Einführung in die Kautschuktechnologie. Hanser, München / Wien 2007, ISBN 978-3-446-40940-8.
• Fritz Röthemeyer, Franz Sommer, Peter Bartholomei [u.a.]: Kautschuktechnologie. Werkstoffe – Verarbeitung – Produkte. 2., überarbeitete Auflage, Hanser, München / Wien 2006. ISBN 978-3-446-40480-9.
• Werner Hofmann, Heinz Gupta, M. Burger (u.a.): Handbuch der Kautschuk-Technologie. Gupta, Ratingen 2001. ISBN 3-9803593-2-8.

Belletristische Darstellungen

• Ilja Ehrenburg: Das Leben der Autos, deutsche Ausgabe Ostberlin 1976. In dem mit 1929 datierten Kapitel Reifen stellt Ehrenburg die damaligen Schlachten um billigen Kautschuk dar (S. 229–251).
• José Maria Ferreira de Castro: A Selva, Roman, 1930, deutsch unter dem Titel Die Kautschukzapfer Hamburg 1933 und weitere Ausgaben. De Castro verarbeitet hier seine eigenen (niederschmetternden) Erfahrungen als Zapfer, die er um 1910 in Brasilien machte.
• Madelon Lulofs: Gummi. Ein Roman aus Sumatra. Originaltitel: Rubber. 1931, übersetzt von Walter Hjalmar Kotas. 1. deutschsprachige Auflage. Holle & Co., Berlin / C. Fr. Fleischer, Leipzig 1934. Eine kritische, teils autobiografische Schilderung des Kautschukplantagen-Alltags in der damals niederländischen Kolonie, der Debütroman wurde weltweit – außer in den Niederlanden – beachtet, übersetzt und verfilmt. Jüngste Ausgaben: Goldmann Taschenbuch 354, München 1955, gebunden: Schwingen Verlag, Rosenheim 1963.
• Christian Mähr: Von Alkohol bis Zucker – Zwölf Substanzen, die die Welt veränderten, Köln 2010, ISBN 978-3832195496.

Siehe auch

• Vulkameter

Einzelnachweise

Weblinks

• Swisseduc: Bilder zum Rohstoff Kautschuk
• www.bouncing-balls.com
• Fachinformationen der Deutschen Transportversicherer zu Naturkautschuk
• Fachinformationen der Deutschen Transportversicherer zu Synthesekautschuk
• Information über Kautschuk-Isolierung und zu Isopren
• United States Synthetic Rubber Program, 1939 – 1945
• Internetpräsenz der International Rubber Study Group (IRSG), Einrichtung der globalen Gummiindustrie zur Bereitstellung von statistischen Daten im Bereich Gummi, nur teilweise frei zugänglich
• Hans-Dieter Feger: Geschichte und wirtschaftliche Entwicklung des Kautschuks, Zusammenfassung einer Diplomprüfungsarbeit inklusive verschiedener Abbildungen, Innsbruck, März 1973, abgerufen am 28. Jan. 2012