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Chloropren-Kautschuk

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

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Die Artikel Neopren und Chloropren-Kautschuk überschneiden sich thematisch. Hilf mit, die Artikel besser voneinander abzugrenzen oder zu vereinigen. Die Diskussion über diese Überschneidungen findet hier statt. Bitte äußere dich dort, bevor du den Baustein entfernst. Allesmüller 15:47, 10. Dez. 2006 (CET)

Chloropren-Kautschuk, auch Polychloropren oder Chlorbutadien-Kautschuk, im deutschen Sprachraum besser bekannt als Neopren®, ist ein Polymerisat auf Basis 2-Chlor-1,3-butadien (Chloropren) und Spezialkautschuk (Elastomer) für verschiedene technische Anwendungen. Die Abkürzung nach ISO 1043 (1975) für Chloropren-Kautschuk ist CR.


Inhaltsverzeichnis

[Bearbeiten] Strukturformel

               Cl           Cl           Cl           Cl
               |            |            |            |               
    ...-CH2-CH=C-CH2-CH2-CH=C-CH2-CH2-CH=C-CH2-CH2-CH=C-CH2-...

Die Doppelbindungen sind sowohl in trans- als auch in cis-Stellung zu finden. Das Verhältnis trans/cis beträgt etwa 9:1. Die vinylisch gebundenen Chloratome sind sehr reaktionsträge und tragen zur Stabilität und Beständigkeit von Polychloropren bei. In sehr geringem Maße tritt auch Einbau in 1,2- und 3,4-Stellung auf. Die resultierenden Strukturen werden in der Literatur 1,2- bzw. 3,4-Einheit genannt und kommen abhängig von der Polymerisationstemperatur in der Größenordnung von jeweils einem Prozent in der Polymerkette vor.

           Cl 
           |
       ...-C-CH2-...    (1,2-Struktureinheit)
           |
           C=CH2     


      ...-CH2-CH-...     (3,4-Struktureinheit)
              |
           Cl-C=CH2      

Die 1,2-Einheit ist auf Grund des deutlich reaktiveren Chloratoms von entscheidender Bedeutung für die Vernetzung (Vulkanisation) des Polymers.

[Bearbeiten] Historie

1932 wurde von Carothers, Collins u. a. zum ersten Mal Polychloropren unter wirtschaftlich günstigen Bedingungen im Emulsionsverfahren polymerisiert. Im selben Jahr brachte die US-amerikanische Firma DuPont das Polymer unter dem Namen Duprene, später, 1938 als Neoprene auf den Markt. In den folgenden Jahrzehnten gabe es diverse Verbesserungen in Bezug auf das Herstellverfahren und Polymereigenschaften:

  • Copolymerisate mit Schwefel (Neoprene GN) für verbesserte Verarbeitbarkeit 1939 (DuPont)
  • Mercaptan-geregelte M-Grades in den Fünfziger Jahren (DuPont) für verbesserte Hitzebeständigkeit und Löslichkeit
  • Xanthogendisulfid-modifizierte XD-Grades (Bayer AG) in den Achtziger Jahren für verbesserte Eigenschaften der Vulkanisate und verringerter Kristallisationsneigung.


[Bearbeiten] Herstellung

Chloropren-Kautschuk wird großtechnisch im Verfahren der Emulsionspolymerisation hergestellt.

Durch den regelmäßigen Aufbau und hohen Anteil an 1,4-trans-Verküpfungen des Monomers während der Polymerisation neigt Polychloropren mehr oder weniger zur Kristallisation, welches zur Verhärtung der Materials einige Zeit nach der Verarbeitung führt. Für Klebstoffe ist dieses erwünscht, weniger jedoch für Gummiartikel (Vulkanisate). Durch geeignete Wahl der Polymerisationstemperatur, von Co-Monomeren und Verwendung von Reglern zur Molgewichtseinstellung lässt sich die Kristallisationsneigung entsprechend in die gewünschte Richtung beeinflussen.

[Bearbeiten] Eigenschaften und Anwendungen

Gelöst in organischen Lösemitteln ist Polychloropren auf Grund der guten Beständigkeiten auch für diverse Klebstoffe geeignet. Vulkanisate, d. h. Gummiartikel mit entsprechendem Mischungsaufbau zeichnen sich durch chemische Beständigkeit, gute Widerstandsfähigkeit gegen Alterung, Witterungseinflüsse, Ozonangriff und durch Flammwidrigkeit aus.

  • Thermischer Anwendungsbereich ca. –45 °C bis +100 °C je nach Mischungszusammensetzung (kurzzeitig bis 130 °C).

Schläuche, Kabelummantelungen, extrudierte Profile, Dichtungen und Antriebsriemen auf Basis von Chloropren-Kautschuk finden sich durch die günstigen Eigenschaftskombinationen besonders im Automobilbau wieder.

Eine bekannte Anwendung, z. B. als Material für Taucheranzüge, ist das geschäumte Vulkanisat. Durch Einsatz chemischer Treibmittel, welche unterhalb der Vulkanisationstemperatur Gase freisetzen, lässt sich ein druckbeständiger Schaumstoff, bzw. Schaum- oder Moosgummi mit hervorragenden Isolationseigenschaften gewinnen.

Der weltweite Verbrauch an Chloropren-Kautschuk einschließlich Klebstoffen wird auf über 300.000 Tonnen geschätzt.

[Bearbeiten] Vulkanisation

Chloropren-Kautschuk lässt sich im Gegensatz zu den meisten anderen ungesättigten Elastomeren nicht mit Schwefel vulkanisieren. Üblicherweise werden zur Vulkanisation von Polychloropren Metalloxide wie Zinkoxid (ZnO)und Magnesiumoxid (MgO) eingesetzt. Für verbesserte Wasserbeständigkeit kann - in eingeschränktem Maße aus Gründen des Umweltschutzes - Bleioxid verwendet werden. Ein typischer Vulkanisationsbeschleuniger ist Ethylenthioharnstoff (auch ETU = Ethylene Thio Urea), der als Schwefelspender (sulfur donor) gilt. Die chemischen Strukturen, die bei der Vulkanisation von Polychloropren mittels ZnO und MgO in Gegenwart von ETU entstehen, sind ausschließlich auf die Reaktion von allylisch gebundenem Chlor zurückzuführen, welches nur zu wenigen Prozenten in der Polymerkette vorhanden ist. Nachgewiesen wurden als Netzknoten Diallylether, Diallylthioether sowie C-C Verknüpfungen aus Additionsreaktionen durch Eliminierung gebildeter Dienstrukturen. Die in der Mehrzahl vorhandenen vinylisch gebundenen Chloratome reagieren unter den Vulkanisationsbedingungen (ca. 160°C) praktisch nicht. Aus diesem Grund lässt sich die Vernetzungsdichte von Polychloropren auch nicht durch höhere Zugaben der Vulkanisationsmittel steigern.

Polychloropren lässt sich mit diversen anderen Polymeren verschneiden: in Mischung mit Naturkautschuk (NR) oder auch Polybutadien (BR) zur Kostenreduzierung und Verbesserung der Tieftemperaturflexibilität, mit Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) zur Kostensenkung und Verringerung der Kristallisationsneigung sowie mit Acrylnitril-Butadien Kautschuk (NBR) oder Ethylene-Propylen-Kautschuk (EPDM) zur Verbesserung der Ölbeständigkeit.

[Bearbeiten] Literatur

  • R. Musch, E. Rohde and H. Casselmann, Kautsch. Gummi, Kunstst. 49 (1996) 340
  • R. Musch, Hagg, The Polymeric Materials Encyclopedia, CRC Press, Inc. 1996
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