NR – Naturkautschuk IR – Polyisopren
Eigenschaften
Hevea-Kautschuk (NR) ist der einzige nicht-synthetische Kautschuk und wird seit Anfang des 20. Jahrhunderts kommerziell genutzt. Er ist ein natürlich vorkommendes Elastomer, das aus dem Saft des Hevea Brasiliensis-Baumes gewonnen wird, der auf Plantagen wächst. Er ist vollständig biologisch abbaubar und besteht hauptsächlich aus cis-1,4-Polyisopren:
Das synthetische Äquivalent ist Polyisopren (IR), das durch Polymerisation von 2-Methyl-1,3-Butadien mit Ziegler-Natta-Katalysator hergestellt werden kann. Sowohl NR- als auch IR-Kautschuke werden häufig mit anderen Bestandteilen wie Ölen, Füllstoffen, Vernetzungsmitteln und Antioxidantien gemischt, was eine vielseitige Variation der Elastomereigenschaften ermöglicht.
Natürliches und synthetisches Polyisopren sind preiswerte Elastomere mit guter Ermüdungsbeständigkeit und daher eine ausgezeichnete Wahl für dynamische Anwendungen bei niedrigen und Umgebungstemperaturen. Die Zugfestigkeit, Dehnung und Abriebfestigkeit von Naturkautschuk ist in seinem Arbeitstemperaturbereich von etwa -50°C bis +100°C hervorragend. Das chemisch ähnliche synthetische Polyisopren hat eine geringere Festigkeit als Naturkautschuk, aber bessere Tieftemperatureigenschaften. Bei Anwendungen, bei denen Beständigkeit und gute Verarbeitbarkeit erforderlich sind, ist synthetisches Polyisopren oft die bessere Wahl. Da die Polymerisation von Isopren unter streng kontrollierten Bedingungen erfolgt, gibt es nur sehr geringe Schwankungen in der Zusammensetzung, Struktur und den daraus resultierenden Eigenschaften, während Naturkautschuk natürlich vorkommende Verunreinigungen enthält und das Molekulargewicht mit den Wachstumsbedingungen des Kautschukbaums variiert. Beides hat einen spürbaren Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften und die Verarbeitbarkeit des Kautschuks. Im Allgemeinen ist Synthesekautschuk alterungs- und witterungsbeständiger und lässt sich aufgrund seiner geringeren Viskosität leichter verarbeiten. Außerdem ist er oft besser mit anderen Kautschuken wie SBR und EPDM verträglich.
Naturkautschuk und Synthesekautschuk unterscheiden sich in ihrer Mikrostruktur; Naturkautschuk besteht fast ausschließlich aus dem cis-1,4-Polymer, während synthetisches Isopren eine Mischung aus cis-1,4, trans-1,4 und 3,4-Polymer ist. Der Anteil an cis-1,4 liegt typischerweise im Bereich von 90 bis 98 %. Eine Erhöhung des cis-1,4-Anteils senkt in der Regel die Glasübergangstemperatur, erhöht die Kristallinität und verbessert die mechanische Festigkeit. Daher sind die Zugfestigkeit und die Reißfestigkeit von synthetischem Polyisopren in der Regel etwas geringer als die von Naturkautschuk.
Obwohl Naturkautschuk (NR) und Polyisopren (IR) mit Wasser, polaren organischen Stoffen (organische Säuren, Alkohole, Ketone) und einigen verdünnten Säuren und Laugen verwendet werden können, sind andere Elastomere wie EPDM für diese Anwendungen vorzuziehen. Sowohl natürliche als auch synthetische Isopren-Kautschukmischungen werden von unpolaren Lösungsmitteln, Kraftstoffen und Ölen auf Erdölbasis angegriffen. Außerdem sind sie wenig hitzebeständig und anfällig für Ozon, da die Doppelbindungen im Polymergerüst thermisch und oxidativ abgebaut werden können. Der Abbau erfolgt im Allgemeinen durch Kettenspaltung und führt zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften.
HANDELSübliche IR/NR-Elastomere
Große Hersteller von Polyisopren-Kautschuk sind Firestone, Eni, Cray Valley, LG Chem, GoodYear und Lanxess.