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2026-01-03T20:34:09Z

Schwefelvulkanisation: ergänzt

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[[Datei:VulcanizationMold1941.jpg|mini|Vulkanisierpresse in einer Reifenfabrik von [[Firestone Tire & Rubber Company|Firestone]], 1941.]]

Als '''Vulkanisation''' bezeichnet man Verfahren, bei denen [[Thermoplaste|thermoplastische]] [[Naturkautschuk]]e oder [[Synthesekautschuk]]e in [[elastomer]]e Kunststoffe (Gummis) überführt werden. Bei der Vulkanisation werden zwischen den [[Makromolekül]]en der Kautschuke [[Kovalente Bindung|kovalente]] [[Vernetzung (Chemie)|Vernetzungen]] gebildet,<ref name="Gold Book">{{Gold Book|vulcanization|VT07153|Version=2.3.3}}</ref> sodass sich die Moleküle nicht mehr frei gegeneinander bewegen können, was zu einem [[Elastizität (Physik)|elastischen Verhalten]] führt.

Die klassische Vulkanisation ist die Umsetzung von Naturkautschuk mit [[Schwefel]], die 1839 von [[Charles Goodyear]] entwickelt wurde.

== Geschichte ==
Im Jahre 1839 erfand [[Charles Goodyear]] das Verfahren der Vulkanisation, durch das der plastische Kautschuk in [[Elastizität (Physik)|elastisches]] Gummi umgewandelt werden kann.<ref name="diplarb HD Feger">Hans-Dieter Feger: {{Webarchiv |url=http://www.ahauser.de/deutsch/services/Kautschukgeschichte/frame_kautschuk.htm |text=''Geschichte und wirtschaftliche Entwicklung des Kautschuks.'' |wayback=20140318134335}} Zusammenfassung einer Diplomprüfungsarbeit inklusive verschiedener Abbildungen, Innsbruck, März 1973, abgerufen am 28. Januar 2012.</ref> 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 (Pará)|Belém]] zu den damals reichsten Regionen [[Kaiserreich Brasilien|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.

== Verfahren ==
=== Schwefelvulkanisation ===
[[Datei:Vulcanization of POLYIsoprene V.2.png|mini|Schematische Präsentation von zwei Polyisoprenketten ('''blau''' und '''grün''') nach der Vulkanisation mit Schwefel (n = 0, 1, 2, 3 …). Die Polyisoprenketten sind hier über zwei [[Schwefelbrücke]]n miteinander verknüpft.]]
[[Datei:Vulcanizations curve.png|mini|Vulkanisationskurve]]

Zur sogenannten Heißvulkanisation wird eine Kautschukmischung, bestehend aus [[Naturkautschuk|Rohkautschuk]], [[Schwefel]] oder schwefelspendenden [[Stoff (Chemie)|Stoffen]] wie z. B. [[Dischwefeldichlorid]] (S2Cl2), [[Katalysator]]en und Füllstoffen erhitzt. Als Katalysatoren zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit werden z. B. [[Mercaptobenzothiazol|2-Mercaptobenzothiazol]] oder [[Thiuram|Tetramethylthiuramdisulfid]] sowie [[Zinkoxid]] und [[Fettsäuren]] verwendet.<ref name="Lechner">M. D. Lechner, K. Gehrke, E. H. Nordmeier: ''Makromolekulare Chemie''. 4. Auflage. Birkhäuser Verlag, 2010, ISBN 978-3-7643-8890-4, S. 485.</ref> Vulkanisiert wird heutzutage meist mit 1,8 bis 2,5 % Schwefel und einer Temperatur von 120 bis 160 °C. Dabei werden die langkettigen Kautschuk[[molekül]]e durch [[Schwefelbrücke|Schwefelbrücken]] [[Vernetzung (Chemie)|vernetzt]]. Hierdurch gehen die [[Plastische Verformung|plastischen]] Eigenschaften des Kautschuks bzw. der Kautschukmischung verloren, der Stoff wird mittels des Verfahrens der Vulkanisation vom plastischen in einen [[Elastizität (Physik)|elastischen]] Zustand überführt.<ref name="Biederbick">Karlheinz Biederbick: ''Kunststoffe''. 4. Auflage. Vogel-Verlag, 1977, ISBN 3-8023-0010-6, S. 82.</ref><ref name="Buddrus">Joachim Buddrus: ''Grundlagen der Organischen Chemie''. 4. Auflage. Walter de Gruyter Verlag, Berlin 2011, ISBN 978-3-11-024894-4, S. 897.</ref>

Der bei diesem Verfahren entstehende [[Gummi]] hat gegenüber dem Ausgangsprodukt dauerelastische Eigenschaften, kehrt bei mechanischer Beanspruchung jeweils wieder in seine Ursprungslage zurück, hat eine höhere Reißfestigkeit, Dehnung und Beständigkeit gegenüber Alterung und Witterungseinflüssen.

Die Elastizität des Gummiwerkstoffs ist abhängig von der Anzahl der Schwefelbrücken. Je mehr Schwefelbrücken vorhanden sind, desto härter ist der Gummi. Die Anzahl der Schwefelbrücken ist wiederum abhängig von der zugesetzten Schwefelmenge und der Dauer der Vulkanisation. Bei Alterung des Gummis werden die Schwefelbrücken durch Sauerstoffbrücken ersetzt; der Gummi wird brüchig und porös.

Die sogenannte Kaltvulkanisation wird mit [[Kohlenstoffdisulfid]] bei Raumtemperatur durchgeführt. Die Polydiene werden dabei monosulfidisch vernetzt.<ref name="KeimW">Wilhelm Keim, [[Arno Behr (Chemiker, 1952)|Arno Behr]] und [[Günter Schmitt (Korrosionist)|Günter Schmitt]]: ''Grundlagen der Industriellen Chemie: techn. Produkte u. Prozesse.'' 1. Aufl., Salle, Frankfurt Berlin München 1986, ISBN 3-7935-5490-2; ISBN 3-7941-2553-3 (Sauerländer), S. 356.</ref>

=== Andere Verfahren ===
Neben der klassischen Schwefelvulkanisation erfolgt die Vernetzung von Kautschuken häufig auch mittels [[Peroxide]]n, [[Oxide|Metalloxiden]] oder energiereicher [[Strahlung]]. Da die Vulkanisation mit [[Schwefel]] die Anwesenheit von [[Doppelbindung]]en erfordert, kommen besonders bei [[Naturkautschuk|Kautschuken]], die keine Doppelbindungen enthalten (z. B. [[Ethylen-Propylen-Copolymer|EPM]], [[Ethylenvinylacetat|EVA]]), diese Verfahren zum Einsatz. [[Oxide|Metalloxide]] werden u. a. bei der Vernetzung von [[Chloropren-Kautschuk]] verwendet. Verbindungen wie [[Dibutylamin]] beschleunigen die Vulkanisation. Der Verlauf der Vulkanisation kann mit einem Prüf- bzw. Messgerät, dem [[Vulkameter]] oder auch einem einfachen [[Rheometrie|Rheometer]], gemessen und graphisch dokumentiert werden.

Die Vulkanisation von [[Chloropren-Kautschuk]] bzw. Neopren (CR-Kautschuk) erfolgt unter Verwendung von Metalloxiden (insbesondere MgO und ZnO, manchmal auch PbO). Darüber hinaus wird aufgrund anderer Verarbeitungsfaktoren (hauptsächlich ‚Scorch‘ oder ‚Versengen‘, die vorzeitige Vernetzung von Kautschuken aufgrund des Einflusses von Wärme) die Auswahl von [[Vulkanisationsbeschleuniger|Beschleunigern]] durch andere Parameter geregelt. Die meisten herkömmlich verwendeten Beschleuniger sind problematisch, wenn CR-Kautschuke gehärtet werden. Als wichtigster Beschleuniger wird dafür [[Ethylenthioharnstoff]] (ETU) eingesetzt. Diese Substanz ist zwar ein hervorragender und bewährter Katalysator für Polychloropren, aber sie ist als fortpflanzungsgefährdend eingestuft. Die Europäische Gummiindustrie hat das Forschungsprojekt SafeRubber<ref>{{Webarchiv |url=http://www.saferubber.eu/ |wayback=20150414031448 |text=SafeRubber, an alternative for accelerators in the production of rubber}}.</ref> gestartet, um eine sicherere Alternative zur Verwendung von ETU zu entwickeln.

[[Styrol-Butadien-Kautschuk]] (SBR) und [[Nitrilkautschuk]] (NBR) können auch rein thermisch vulkanisiert werden (Thermovulkanisation).

== Lehrberuf ==
Mechaniker für Reifen- und Vulkanisationstechnik ist in Deutschland und Österreich ein anerkannter Ausbildungsberuf. In Deutschland ist der Lehrberuf „Reifenmechaniker“ ein Handwerk, das in die Fachrichtungen Reifen- und Fahrwerkstechnik sowie Vulkanisationstechnik aufgegliedert ist. Als Verfahrensmechaniker (Fachrichtung Kunststoff- und Kautschuktechnik, Schwerpunkt Formteile) dauert die Ausbildung drei Jahre. Gelernte Vulkaniseure werden im Reifen- und Fahrwerksservice oder in der Runderneuerung und der Förderanlagentechnik beschäftigt. Hier liegt die Hauptaufgabe im Berufsbild Vulkanisationstechnik in der Reparatur von Fahrzeugreifen aller Arten, der Instandsetzung von Fördergurten und in der Beschichtung und Klebeverbindungen im Industriebereich. Reifen- und Fahrwerkstechniker arbeiten im Bereich Reifenservice von Pkw, Lkw, Erdbewegungsmaschinen, Ackerschleppern sowie Fahrwerkseinstellungen, Bremsenservice, Klima- und Auspuffanlagen des Kfz.

== Literatur ==
* H.-W. Engels: ''Rubber'', 4. ''Chemicals and Additives''. In: ''Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry''. Wiley-VCH Verlag, 2004 (ausführliche Übersicht zu Gummi und Vulkanisation).

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}
* [https://www.wko.at/oe/gewerbe-handwerk/fahrzeugtechnik/lehrberuf-vulkanisierung Berufs- und Brancheninfos] der [[Wirtschaftskammer Österreich]]

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4188772-4}}

[[Kategorie:Chemisch-technisches Verfahren]]
[[Kategorie:Fügendes Fertigungsverfahren]]

Vulkanisation - Versionsgeschichte

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