Warum kann synthetischer Kautschuk Naturkautschuk nicht vollständig ersetzen?
Entwicklung des Naturkautschuks:
Die Bedeutung von Gummi in der Menschheitsgeschichte ist tiefgreifend. Insbesondere die Erfindung des Rades veränderte das Leben der Menschen drastisch, und die Einführung des Reifens verbesserte die Benutzerfreundlichkeit und den Komfort des Rades, revolutionierte die menschliche Mobilität und den Gütertransport und steigerte so die Arbeitseffizienz erheblich. Die Einführung des Reifens ermöglichte die weitverbreitete Verwendung von Rädern.
Die Entdeckung und weitverbreitete Verwendung von Kautschuk trieb die Entwicklung der Reifen- und Automobilindustrie voran und markierte einen entscheidenden Meilenstein in der menschlichen Zivilisation. Die wichtigste Quelle von Naturkautschuk ist jedoch der Kautschukbaum, der in tropischen Regionen wie Brasilien und Südostasien gedeiht. Gleichzeitig konzentrieren sich die Hauptverwendungsgebiete von Kautschuk auf wirtschaftlich entwickelte Regionen, was zu einem erheblichen Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage führt. Im Ersten Weltkrieg stellte Deutschland beispielsweise die Kautschuklieferungen ein; im Zweiten Weltkrieg besetzte Japan Südostasien, die wichtigste Naturkautschuk-produzierende Region, und beschränkte so die Kautschukversorgung auf Europa und die Vereinigten Staaten. Daher begannen Wissenschaftler mit synthetischem Kautschuk zu experimentieren und erzielten bedeutende Durchbrüche. Die Produktion von synthetischem Kautschuk stieg, unabhängig von Wetter und Geografie, von 23.000 Tonnen im Jahr 1939 auf 885.000 Tonnen im Jahr 1944.
Mit Kriegsende und Stabilisierung der Naturkautschukversorgung sowie dem Nachkriegsboom in der Automobil- und verwandten Industrie stieg die Nachfrage nach Kautschuk sprunghaft an, was die Preise für Naturkautschuk hoch hielt. Infolgedessen ersetzte synthetischer Kautschuk in bestimmten Anwendungen und Bereichen teilweise Naturkautschuk und stabilisierte sich bei einem Marktanteil von etwa 601 TP3T. Im Jahr 2021 betrug die weltweite Produktion von Naturkautschuk 13,812 Millionen Tonnen, während die Produktion von synthetischem Kautschuk etwa 15,81 Millionen Tonnen betrug, was auf ähnliche Produktionsniveaus für beide hindeutet.
Warum hat synthetischer Kautschuk trotz ständiger technologischer Fortschritte und höherer Leistungsfähigkeit Naturkautschuk nicht vollständig ersetzt? Diese verwirrende und entscheidende Frage stellt sich, obwohl jeder Hersteller synthetischen Kautschuks die überlegene Leistung seines Produkts anpreist und behauptet, es sei Naturkautschuk weit überlegen. Dies zeigt, dass Naturkautschuk immer noch viele unersetzliche umfassende Leistungsvorteile bietet.
Naturkautschuk ist ein Naturprodukt und weist eine wesentlich komplexere Molekülkettenstruktur und chemische Zusammensetzung auf als industriell synthetisierte Produkte. Diese Komplexität lässt sich mit der heutigen Technologie nicht vollständig reproduzieren.
Zu den wichtigsten Vorteilen von Naturkautschuk gehören:
- Höheres Molekulargewicht und komplexere Struktur: Die überlegene Elastizität und Verschleißfestigkeit von Naturkautschuk sind in erster Linie auf seine längere und komplexere Molekülkettenstruktur zurückzuführen. Diese großen Molekülketten sind eng miteinander verflochten und sorgen so für hervorragende Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Reißfestigkeit. Unter äußerer Krafteinwirkung komprimieren sich diese Molekülketten und kehren dann in ihre ursprüngliche Struktur zurück, wodurch sie eine hervorragende Elastizität aufweisen.
- Gleichmäßigere Molekülkettenstruktur: Der Hauptbestandteil von Gummi, Polyisopren, weist in seiner Polymerkette verschiedene Isomere auf. In Naturgummi ist 100% die cis-1,4-Struktur und bietet eine stabile und gleichmäßige Leistung. Im Gegensatz dazu kann künstlich synthetisierter Gummi diesen Grad an Einheitlichkeit der molekularen inneren Struktur nicht erreichen.
- Positive Effekte unbekannter Inhaltsstoffe: Neben Gummimolekülen enthält Naturkautschuk Proteine, Fettsäuren, Zucker und andere Bestandteile. Diese sind zwar nur in geringen Mengen vorhanden, können sich aber positiv auf die Eigenschaften von Gummi auswirken. Beispielsweise verträgt Naturkautschuk normalerweise niedrige Temperaturen, während gewöhnlicher synthetischer Gummi in kalten Umgebungen aushärten und spröde werden kann und seine Elastizität verliert.
Die Komplementarität von Natur- und Synthesekautschuk:
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Naturkautschuk eine außergewöhnlich hohe mechanische Festigkeit, ausgezeichnete Elastizität, Ermüdungsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Isoliereigenschaften, Luftdichtigkeit, Wasserfestigkeit und Wärmedämmung aufweist. Allerdings sind nicht alle Eigenschaften von Naturkautschuk denen von Synthesekautschuk überlegen. Der größte Vorteil von Synthesekautschuk liegt in seiner Formbarkeit. Je nach Anwendung und erforderlichen Eigenschaften können spezielle Formulierungen verwendet werden, um bestimmte Merkmale des Kautschuks zu verbessern. Beispielsweise zeigt Polyurethankautschuk, eine synthetische Variante, eine ausgezeichnete Ölbeständigkeit und behebt damit die Schwächen von Naturkautschuk in diesem Bereich. Darüber hinaus weist Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) eine bessere chemische Korrosionsbeständigkeit auf, Butadien-Kautschuk (BR) zeichnet sich durch Kältebeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Elastizität aus, Chloropren-Kautschuk ist gut öl-, flamm-, oxidations- und ozonbeständig und Nitrilkautschuk (NBR) weist eine gute Öl- und Alterungsbeständigkeit auf.
In praktischen Anwendungen ergänzen sich Naturkautschuk und Synthesekautschuk gut. Autoreifen beispielsweise bestehen normalerweise aus mehreren Schichten Gummi, die sowohl natürliche als auch synthetische Bestandteile enthalten. Daher ist es beim aktuellen Stand der Technik unmöglich, Naturkautschuk vollständig durch Synthesekautschuk zu ersetzen. In bestimmten Anwendungen können sich Synthesekautschuk und Naturkautschuk jedoch gegenseitig ersetzen, wobei die Wahl häufig eher vom Preis abhängt. Naturkautschukbäume haben einen langen Anbauzyklus und eine begrenzte Produktionskapazität, wodurch ihre Kosten relativ fest und normalerweise höher sind als die von Synthesekautschuk. Der Preisunterschied zwischen den beiden ist jedoch im Allgemeinen nicht signifikant, da Synthesekautschuk auch eine kapitalintensive Branche mit hohen Ausrüstungskosten, langen Amortisationszeiten und Preisen ist, die eng mit den vorgelagerten Rohstoffen wie Öl und Erdgas verknüpft sind.
Derzeit sind die wichtigsten Arten von synthetischem Kautschuk mit beträchtlicher globaler Produktion Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Butadien-Kautschuk (BR) und Isobutylen-Isopren-Kautschuk (IIR). Der wichtigste Rohstoff für diese Kautschuke ist Butadien, wobei etwa 701 TP3T des weltweiten Butadiens in der synthetischen Kautschukproduktion verwendet werden. Butadien stammt hauptsächlich aus Nebenprodukten der Öl- und Erdgasproduktion, daher ist seine Produktionskapazität nicht besonders stabil und sein Preis schwankt mit den Öl- und Erdgaspreisen. Natürlich beeinflussen sich auch die Preise von Natur- und synthetischem Kautschuk gegenseitig.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Naturkautschuk und synthetischer Kautschuk sich sowohl in Bezug auf Leistung als auch Preis gut ergänzen. Keiner von beiden kann den anderen vollständig ersetzen, und durch die kontinuierliche Weiterentwicklung neuer Verfahren und Technologien verbessert sich auch ihre jeweilige Leistung ständig. Zum Beispiel: DEF-Gummi, tief verwurzelt in der Naturkautschukindustrie, hat einzigartige Rezepturen und Verfahren entwickelt, die seine Naturkautschukplattenprodukte auf den High-End-Markt ausrichten. Diese Produkte haben deutliche Vorteile in Bezug auf Verschleiß- und Ölbeständigkeit in Nassschleifumgebungen, wodurch sie sich besonders für den Einsatz als Gummiauskleidungen in verschiedenen verschleißfesten Geräten, wasserabsorbierende und verschleißfeste Streifen für Bodenreinigungsmaschinen und industrielle verschleißfeste Zahnriemen eignen.
