Vom Kautschuk zum Autoreifen 06:29 min
Transkript Vom Kautschuk zum Autoreifen
Hallo und ganz herzlich willkommen! Dieses Video heißt “Vom Kautschuk zum Autoreifen”. Habt ihr jemals ein Bild der ersten Fahrräder gesehen, das waren noch die Laufräder. Oder vielleicht ein Foto der ersten Autos? Schaut euch einmal deren Räder an. Nun? Was fällt euch auf? Richtig! Die damaligen Räder besaßen noch keine Gummibereifung. Daher war es auch nicht lustig, mit diesen Fahrzeugen zu fahren. Denn die Fahrwege damals waren viel schlechter als die Straßen heute. Das könnt ihr mir glauben.
Heute ist der Werkstoff Gummi eine Selbstverständlichkeit. Ich möchte eine Bleistiftzeichnung korrigieren - kein Problem. Dafür nimmt man einen Radiergummi. Und damit die Fahrräder und die Autos sanft fahren, bewegen sie sich nicht auf metallbeschlagenen Holzrädern sondern auf Gummi.
Dabei kennt man den Rohstoff für das Gummi schon lange. Es ist der Kautschuk. Gewonnen wird er als Latex vom Hevea-Baum (Kautschukbaum). Bitte verwechselt ihn nicht mit dem Gummibaum, dem Ficus elastica. Das ist nämlich der Feigenbaum. Der Kautschuk war schon den Maya bekannt. In der Neuzeit stellt man aus Kautschuk den elastischen Gummi her. Hier nur eine kleine Auswahl an Gummigegenständen: Das Quietscheentchen, der Gummihammer, der Radiergummi und die Cyber - Ente. Luftballons, das Spielzeugauto, Gummireifen und Haargummis. Das Gummiboot und die Gummistiefel. Und schließlich Kondome und ein Teil des Stethoskops.
Um dem Naturkautschuk geeigtnete Eigenschaften zu verleien und ihn vor Alterung zu schützen, muss er vor der Anwendung noch verarbeitet werden. Eine wichtige Maßnahme dazu ist die Vulkanisation, hier eine Vulkanisierungspresse. Die einzelnen Kautschukteile werden unter Druck und Hitze mit den übrigen Bauteilen unlösbar verbunden. Aus plastischem Kautschuk wird elastischer Kautschuk. Entdeckt hat die Vulkanisation der Amerikaner Goodyear bereits 1839. Dabei wird Schwefel dem Kautschuk zugeführt. Man verhindert dadurch die vorzeitige Alterung und erhöht die Festigkeit des Materials. Je mehr Schwefel hinzugeführt wird, um so härter wird der Gummi.
Kautschuk ist ein Polymer, das aus vielen Isopren- Molekülen besteht. Sein Polymerisationsgrad liegt zwischen 8000 und 30000. Im Gegensatz zu anderen Kunststoffen enthält er Doppelbindungen. Nun wird klar, warum den Kautschuk vulkanisieren muss.
Bei der Herstellung des Autoreifens wird der Naturkautschuk mit Schwefel vulkanisiert. Es kommt zu einer Vernetzung des Polymers und zu einem Anstieg der Härte. Zusätzlich werden verschiedene Stoffe beigefügt. Der Gummi führ den Reifen besitzt etwa folgende Zusammensetzung: Kautschuk: 45 % Ruß, Silicane: 30 % Schwefel: 10 % Öl: 15 %
Für die Lauffläche des Reifens wird eine andere Mischung benötigt. Sommer- und Winterreifen haben verschiedene Zusammensetzungen. Ebenso die Reifen von PKW und LKW.
Da der natürliche Kautschuk nicht reicht wird Gummi auch synthetisch hergestellt. In Deutschland begann man damit bereits vor dem 1. Weltkrieg. Jeder noch so gute Reifen muss eines Tages entsorgt werden. Bei der Altgummiverwertung erfolgt zunächst eine Zerkleinerung der Reifen. Dann werden sie weiterverarbeitet. Man gewinnt Gummimatten oder Sportplatzbeläge. Mitunter wird der Gummi auch verbrannt, um Energie zu gewinnen. Diese benötigt man für die Herstellung von Zement.
Das war es auch schon wieder. Ich wünsche euch alles gute und viel Erfolg! Tschüs Euer André
Videobeschreibung
Hallo und ganz herzlich willkommen! Die historischen Laufräder und die ersten Autos hatten noch Holzräder. Heute rumpelt es nicht mehr, denn man fährt auf Gummi. Den Rohstoff dafür liefert der Kautschukbaum (Heveabaum). Bevor aber ein Reifen fahren kann, erhält der Kautschuk noch verschiedene Zusätze. Sie verleihen dem Gummi Festigkeit und Elastizität. Sind die Reifen alt, müssen sie entsorgt werden. Man kann aus Altreifen noch verschiedene wertvolle Dinge herstellen. Viel Spaß beim Schauen!
Der Tutor:
Dr. rer. nat.
Vom Kautschuk zum Autoreifen
Vom Kautschuk zum Autoreifen Übung
Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Vom Kautschuk zum Autoreifen kannst du es wiederholen und üben.
-
Bestimme das Polymer, das dem Kautschuk entspricht.
Tipps
Das Polymer des Kautschuks besteht aus vielen Isopren-Molekülen.
Isopren ist der Trivialname für 2-Methylbuta-1,3-dien.
Lösung
Der Begriff Kautschuk kommt aus dem Indischen und heißt soviel wie „Träne des Baumes“. Es ist ein elastisches Polymer aus dem Monomer Isopren, das zu cis-1,4-Polyisopren polymerisiert ist. Gewonnen wird es aus Latex, dem Milchsaft des Kautschukbaumes. Isopren ist farblos, hochentzündlich und hat einen charakteristischen Geruch.
-
Schildere den Vorgang der Vulkanisation.
Tipps
Überlege, was man benötigt, damit Teile sehr fest zusammenhalten.
Die wichtigste Zutat ist ein gelber Feststoff.
Am Anfang lässt sich der Kautschuk nicht gut verbiegen.
Lösung
Das Verfahren der Vulkanisation wurde 1839 von Charles Goodyear entwickelt. Durch Temperatur und Druck wird der Gummi gegen chemische, atmosphärische und mechanische Beanspruchung widerstandsfähig gemacht.
Zum Kautschuk wird, neben Öl und Ruß, auch noch Schwefel hinzugefügt – die wichtigste Zutat, denn sie verhindert, dass der Gummi schnell altert. Außerdem wird der Gummi umso härter, je mehr Schwefel hinzugefügt wird. -
Erkläre, warum Gummi altert.
Tipps
Polymere bestehen aus mehreren Monomeren.
Der lateinische Name für Sauerstoff ist oxygen.
Lösung
Gummi kann nicht unbegrenzt gelagert werden. Nach einiger Zeit wird es spröde. Radiergummis radieren nicht mehr, Gummidichtungen halten nicht mehr dicht und Autoreifen können platzen. Das Gummi wird aufgrund von Umwelteinflüssen spröde. Unter anderem altern Reifen schneller, wenn sie Dauernässe, viel UV-Licht und Hitze ausgesetzt sind. Einen ganz massiven Einfluss auf das Gummi hat Sauerstoff, denn dieser oxidiert die Doppelbindungen im Isopren, was dazu führt, dass das ganze Polymer auseinander fällt. Das Gummi beginnt zu reißen. Deshalb mischt man heute dem Gummi Antioxidantien bei, damit es nicht vom Sauerstoff oxidiert wird. Am besten ist es, wenn man Winter- bzw. Sommerreifen immer kühl, trocken und dunkel lagert.
-
Erläutere die synthetische Kautschukherstellung.
Tipps
Das Herstellungsverfahren ist eine Polymerisation.
Die Monomere sind nicht hydrophil.
Zum Schluss muss der Kautschuk wieder „haltbar“ gemacht werden.
Lösung
Man erkannte schnell, dass Naturkautschuk viel zu schnell altert, also musste eine Alternative her – und die heißt Styrol-Butadien-Kautschuk. Dieser synthetische Gummi ist die meisthergestellte Variante. Es ist ein sogenanntes Copolymer, d.h. es besteht aus zwei verschiedenen Monomereinheiten, Styrol und 1,3-Butadien.
Es wird durch eine Emulsionspolymerisation hergestellt, was eine Form der radikalischen Polymerisation ist. Diese Polymerisation erfolgt in einer wässrigen Phase. Da Isopren ein sehr hydrophobes Monomer ist, sich also nicht mit Wasser mischt, braucht man einen Emulgator. Das sind Hilfsstoffe, die zwei nicht miteinander mischbare Stoffe vermengen und eine sogenannte Emulsion entstehen lassen. Über viele Schritte entsteht dann das Styrol-Butadien, was über Vulkanisation vernetzt wird. -
Nenne Verwendungsmöglichkeiten für Kautschuk.
Tipps
Eines dieser Geräte nutzen Ärzte.
Ein weiteres Gerät wird verwendet, um Bleistiftschrift zu entfernen.
Lösung
Gummi ist aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken, man findet es in fast allen Bereichen. Ob in der Schule als Radiergummi, auf Partys als Luftballon und beim Arzt, wo es z.B. in Stethoskopen verwendet wird. Weiterhin kann es man es gut wiederverwerten. Es kann zum einem zur Energieerhaltung genutzt werden oder aus dem recyclten Gummi werden neue Sportbeläge.
-
Entscheide, um welche Polymere es sich hier handelt.
Tipps
Zähle die Anzahl der Kohlenstoffatome.
Lösung
Polytetrafluorethen ist ein unverzweigtes und linear aufgebautes Polymer aus Fluor und Kohlenstoff. Es trägt den Trivialnamen Teflon und wird vor allem für Pfannen und Töpfe verwendet. Das liegt daran, dass es extrem hitzebeständig und reaktionsträge ist.
Polyethylen kennst du auch aus dem Alltag. Es ist mit Abstand der meisthergestellte Kunststoff. Er wird hergestellt mithilfe einer Kettenpolymerisation von Ethen ($CH_2=CH_2$). Polyethylen findest du z.B. in Mülltüten und Einkaufstüten.
Polypropylen ist ähnlich wie Polyethylen eine Kettenpolymerisation aus Propen. Es wird z.B. für den Fahrzeug- und Maschinenbau, Rohrleitungen und Armaturen verwendet.
Polyvinylchlorid klingt kompliziert, aber vielleicht sagt dir die Abkürzung PVC etwas. Dies findet man oft als Fußbodenbeläge und in Fenstern.
