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Wissenswertes rund um Kunststoff und Kautschuk

Kunststoff und Kautschuk begegnen uns überall im Alltag. Entdecken Sie spannende Geschichten, überraschende Fakten und interessante Hintergründe – von historischen Entwicklungen und bekannten Produkten bis hin zu wichtigen Persönlichkeiten und Innovationen der Branche.

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  • 90 Jahre Plexiglas

    Thema des Monats Serie, Teil 4: Lupenreiner Tausendsassa Von Guido Deußing Im Laufe der 1930er-Jahre drängten in Deutschland die ersten glasartigen Objekte aus Polymethylmethacrylat (PMMA) auf den Markt. Mit ihren vielerlei Vorzügen machten sie Produkten aus konventionellem Glas den Rang streitig, insbesondere auf dem Gebiet des Flugzeug- und Fahrzeugbaus. Dass die Plexiglas-Nachfrage schon bald durch die Decke ging und Röhm & Haas, dem Alleinanbieter in Deutschland, Umsatzrekorde bescherte, lag ganz wesentlich an der Aufrüstungspolitik der nationalsozialistischen Regierung. So lukrativ die Staatsaufträge waren, so sehr hatte Firmenchef Otto Röhm im Privaten unter der Naziherrschaft zu leiden. Im Zuge des Bombenkrieges kam die Fabrikation schließlich zum Erliegen. Dem Siegeszug von Plexiglas tat dies keinen Abbruch: Im „Wirtschaftswunderland“ BRD feierte es Wiederaufstehung u. a. als „Schneewittchensarg“ und die DDR erzeugte an einem auf PMMA spezialisierten Produktionsstandort ihr eigenes Acrylglas. Ende der 1920er-Jahre fiel in Darmstadt bei „Röhm & Haas“ Polymethylmethacrylat (PMMA) als reife Frucht vom Baum der betriebseigenen Forschung. Auf die Schulter klopften sich die beteiligten Chemiker, weil man der übermächtigen Konkurrenz der I.G. Farben zuvorgekommen war, und auch die Unternehmensleitung frohlockte: PMMA versprach ein gutes Geschäft, denn der neue thermoplastische Kunststoff vereinte eine Vielzahl von Eigenschaften auf sich, die sowohl Polyacryl (PA) als auch Glas in den Schatten stellten und von daher ein breites Anwendungspotenzial bargen: Methacrylpolymeren deshalb so groß und ins Auge fallend, weil bei Raumtemperatur der Polymethacrylsäuremethylester ein harter, glasartiger Werkstoff, der entsprechende Polyacrylester ein zäher Kautschuk ist“, schreibt Trommsdorff 1976, 227. Letzterer härtet erst bei Temperaturen unter 0 °C aus, während „der polymere Methylester das härteste Polymerisat mit dem höchsten Erweichungspunkt darstellt“ (Trommsdorff 1976, 232), das heißt bis ca. 100 °C formbeständig bleibt: „Bei 140-160 °C nimmt Plexiglas weichgummiähnliche Eigenschaften an und wird beim Abkühlen wieder hart und formstabil, unter Beibehaltung der Form, die ihm in der Wärme aufgezwungen wurde.“ (Trommsdorff 1976, 237; vgl. Trommsdorff 1937, 8) „Sehr hochmolekulares Polymethylmethakrylat ist noch bei Temperaturen von etwa 200 °C kautschukähnlich zäh“ (Trommsdorff 1937, 5). Zurückzuführen ist der fundamentale Unterschied zwischen PMMA und PA auf „die höhere Kettensteifigkeit der Polymethacrylatmoleküle gegenüber der höheren Beweglichkeit der Polyacrylatkette“ (Trommsdorff 1976, 227). organisches Glas (Kohlenstoffbasis) versus anorganisches Glas (Silikatbasis) : „Plexiglas ist ein organisches Glas, das mit dem Silikatglas die klare Durchsicht gemeinsam hat, vor Silikatglas den Vorteil des geringeren spezifischen Gewichts, der besseren mechanischen Festigkeit, der leichteren Verformbarkeit und Verarbeitbarkeit besitzt. Es hat den Nachteil einer geringeren Oberflächenhärte, der jedoch nicht sehr ins Gewicht fällt, da es leicht poliert werden kann“, fasst Trommsdorff 1937, 9 zusammen. Neben der hohen Bruchfestigkeit (Schlagbiegfestigkeit), die ungefähr das Siebenfache des Silikatglases beträgt (Röhm & Haas 1938, 12 und Edschmid 1957, 54), überzeugt Plexiglas vor allem durch sein geringes Gewicht: „Plexiglas ist leicht, und zwar um mehr als die Hälfte leichter als gewöhnliches Glas. Das spezifische Gewicht beträgt 1,18 gegenüber 2,6 bei Silikatglas. Damit erfüllt Plexiglas in hohem Maße die dringende Forderung neuzeitlicher Technik nach Gewichtsersparnis. Ein Beispiel: Die Silikatglasscheiben in der üblichen Dicke von 5,5 mm für die Dachseiten- und Rückwandverglasung eines Omnibusses wiegen etwa 80 kg. Die gleichen Scheiben aus Plexiglas in einer Dicke von 3 mm (diese Stärke ist bei der hohen Bruchfestigkeit des Werkstoffes ausreichend) haben jedoch nur ein Gewicht von etwa 20 kg. Gewichtsersparnis aber bedeutet [...] Erhöhung der Nutzlast, Steigerung der Geschwindigkeit, Verminderung des Brennstoffverbrauchs, also: Erhöhung der Wirtschaftlichkeit“ (Röhm & Haas 1938, 10). Auch im Hinblick auf die optischen Eigenschaften punktet organisches Glas: „Seine Lichtdurchlässigkeit liegt mit 92 % [...] über derjenigen von gewöhnlichem Fensterglas – selbst ein 6 m dicker PMMA-Block würde noch 50 % des einfallenden Lichts durchlassen.“ (Buchholz 2007, 107) Hinzu kommt eine deutlich größere Durchlässigkeit für ultraviolette Strahlen und für Röntgenstrahlen (Röhm & Haas 1938, 4-5). Bei dem Vergleich mit anderen Kunststoffen schneidet Plexiglas ebenfalls häufig besser ab. Hervorgehoben werden seine Licht-, Witterungs- und Alterungsbeständigkeit, mit anderen Worten: es vergilbt nicht, wird nicht spröde oder rissig (Röhm & Haas 1938, 14). Buchholz 2007, 125 schränkt ein: „Die im Sonnenlicht enthaltene UV-Strahlung kann auch bei PMMA zum Bruch einzelner Ketten führen, dennoch besitzt Acrylglas im Vergleich zu anderen Werkstoffen eine besonders hohe Witterungsbeständigkeit. Ein Langzeitversuch unter mitteleuropäischen Klimabedingungen, der sich über 25 Jahre erstreckte, hat ergeben, dass [...] die Bruchsicherheit durch Bewitterung [...] nicht beeinflusst wird. Die Untersuchung der Schlagzähigkeit lieferte vergleichbare Ergebnisse, wobei die Werte hier sogar mit den an unbewittertem Material gemessenen identisch waren.“ Zwar ist organisches Glas brennbar, aber schwer entflammbar, also – anders als das ebenfalls transparente Celluloid – nicht feuergefährlich (Röhm & Haas 1938, S. 14). „Laugen jeglicher Konzentration“ sowie „die meisten Desinfektions- und Reinigungsmittel“ können ihm nichts anhaben, Gleiches gilt für Wasser, Meerwasser und Kochsalzlösung, sogar für Benzin, Mineral-, Terpentin- und Dieselöl. Säuren hingegen greifen es an und „Alkohole, Ketone, Chlorkohlenwasserstoff, Benzol und benzolartige Stoffe sind Quell- oder Lösungsmittel für Plexiglas“ (Röhm & Haas 1938, 14 u. 15). Spanlos oder spanabhebend Vielseitig ist Acrylglas nicht zuletzt mit Blick auf seine Verarbeitungsmöglichkeiten: Neben der – nach Erhitzen – sogenannten spanlosen Verformung lässt es sich spanabhebend verarbeiten, das heißt sägen, schneiden, fräsen, bohren, feilen, schnitzen, prägen, stanzen, gravieren und schleifen, darüber hinaus polieren und verkleben (Trommsdorff 1937, 8 und Röhm & Haas 1938, 18). Ein wahrer Tausendsassa, auch wenn er als Thermoplast naturgemäß für jene Zwecke ausschied, bei denen höhere Temperaturen ins Spiel kamen. So scheiterten in den 1930er-Jahren die „Bemühungen [...] um die Herstellung von bunten Kunststoffreißverschlüssen [...], deren einzelne Glieder unmittelbar auf die Kante eines Textilbandes aufgespritzt wurden(,) [...] wegen der Forderung, kochfeste Erzeugnisse herzustellen“ (Trommsdorff 1976, 246; vgl. Trommsdorff 1937, 11). Als hochtransparentes, bruchfestes Leichtgewicht drängte sich PMMA als Glasersatz förmlich auf. Genauso war denn auch das Deutsche Reichspatent (DRP) 724229 überschrieben, das Röhm & Haas vom 22. März 1932 an innehatte – als Zusatz zum Hauptpatent DRP 656421 vom 7. Februar 1928 an („Geformte Kunststoffe aus Polyacrylsäure, ihren Verbindungen oder Mischungen derselben“). Ein Novum war, dass das Zusatzpatent für die Produktion von Glasersatz die „Verwendung von Mischpolymerisaten aus Acrylsäure- und Methacrylsäureestern“ beanspruchte und dies wie folgt begründete: „Es wurde gefunden, daß sich statt der Polymerisationsprodukte der Acrylsäure und bzw. oder ihrer funktionellen Derivate die Mischpolymerisate aus Acrylsäureestern und Methacrylsäureestern ganz besonders gut als Glasersatz eignen. Die Mischpolymerisate erhält man durch gemeinsames Polymerisieren der monomeren Ausgangsstoffe. Der erfindungsgemäße Glasersatz zeigt im Gegensatz zu dem bekannten Glasersatz, wie Celluloidscheiben, eine außerordentliche Widerstandsfähigkeit gegen Licht, Feuchtigkeit, Benzin, Öl und andere Stoffe, eine gute Durchlässigkeit für ultraviolettes Licht sowie hervorragende mechanische Eigenschaften, z. B. Elastizität und Zähigkeit auch bei tiefen Temperaturen. Ferner besitzen die Mischpolymerisate eine wesentlich größere Härte als die den Gegenstand des Hauptpatents bildenden Polymerisatgemische. Gegenüber solchen besitzen sie weiter den Vorteil der Klarheit und Schlierenfreiheit, der größeren Gleichmäßigkeit der mechanischen Eigenschaften und der besseren optischen Homogenität.“ Gläser für Uhren, Brillen, Lupen Angesichts der „außergewöhnlich hohen Summe erwünschter Eigenschaften, die dieser neue Werkstoff erstmalig in sich vereinigt“ (Röhm & Haas 1938, 21), galt er als aussichtsreicher Kandidat für eine industrielle Nutzung in großem Stil – und damit ein breites Produktspektrum. Den Anfang machte Röhm & Haas „mit der Herstellung von dünnen Scheiben, die für Gasmasken und Uhrgläser bereits 1933 Interessenten fanden“ (Trommsdorff 1976, 235). Bald folgten optisch geschliffene Brillengläser „in jeder gewünschten Dioptrie“ (Röhm & Haas 1938, 5), ihrer Bruchfestigkeit wegen besonders geeignet für Schutzbrillen, außerdem Linsen, Lupen und Prismen (Buchholz 2007, 107) sowie Zeichengeräte und Lineale (Trommsdorff 1976, 241). „Auch Brillengestelle lassen sich aus diesem [...] Werkstoff herstellen; sie sind leicht und – weil glasklar – unauffällig, daher angenehm im Tragen.“ (Röhm & Haas 1938, 13) „Der Physiker sieht die Einsatzmöglichkeiten des Plexiglases für Isolierzwecke, Geräteabdeckungen, optische Untersuchungen oder auch für mechanisch hoch beanspruchte, durchsichtige Rohrleitungen.“ (Röhm & Haas 1938, 23) Große Aufmerksamkeit war dem neuen Kunststoff damit vorerst nicht beschieden, doch das änderte sich, als er ab dem Jahr 1936 in Gestalt von Gebrauchsgütern wie Essbesteck, Dessertschalen oder Butterdosen in den Alltag Einzug einhielt (Wittig 2007, 42; siehe auch Trommsdorff 1976, 238 und Vaupel 2011, 28). In diesem Zusammenhang betonte der Hersteller, das „ausgezeichnete Isoliervermögen“ von Plexiglas verhindere schnelles Heißwerden, in der Küche „ein wesentlicher Vorteil“ (Röhm & Haas 1938, 9). Das Jahr 1936 stellte in vielerlei Hinsicht ein Schlüsseljahr für den Siegeszug des Plexiglases dar (vgl. Trommsdorff 1976, 280). Nachdem Otto Röhm sich in eher vertraulichen Gesprächen mit Fachleuten vergewissert hatte, „dass Plexiglas das wichtigste Produkt seines Unternehmens werden könnte“ (Wittig 2007, 40), wagte er sich aus der Deckung und suchte erstmals die Öffentlichkeit (Trommsdorff 1976, 237): Im Juli 1936 reiste er nach München, um auf der 49. Hauptversammlung des Vereins Deutscher Chemiker (VDCh) sein organisches Glas der Fachwelt vorzustellen. Während seines dortigen Vortrags trug Röhm übrigens eine Brille mit achteckig geschliffenen Gläsern aus Plexiglas (Trommsdorff 1976, 238 und Wittig 2007, 54) und führte u. a. aus: „Die Erfindung des sog. Schichtenglases [...] entstand aus dem Bedürfnis heraus, dem gewöhnlichen Silicatglas seine Splittergefahr zu nehmen. Über die Kombination von Silicatglas mit Polymerisaten hinaus ist es Vortr. mit seinen Mitarbeitern Bauer und Weisert gelungen, noch einen Schritt weiter zu gehen, das Silicatglas ganz zu verlassen und ein rein organisches Glas herzustellen (‚Plexiglas‘). Das Ausgangsmaterial dazu ist die α-Methacrylsäure oder kurz Methacrylsäure genannt, C3H5COOH. Die Ester dieser Säure sind farblose Flüssigkeiten, die leicht in einen polymeren Zustand übergehen und dabei fest werden. Diese festen Massen sind umso weicher, je höhere Alkohole zur Esterbildung verwendet werden und umgekehrt, d. h. der Methylester gibt das härteste Polymerisat. [...] Das neue ‚Glas‘ wird schon seit 2 Jahren an Stelle von gewöhnlichem Silicatglas und an Stelle mehrschichtigen Sicherheitsglases mit Erfolg in Flugzeuge und Automobile eingebaut“ (Röhm 1936, 591). Günstige Absatzchancen verhieß vor allem die politische Großwetterlage: Im Jahr drei der nationalsozialistischen Diktatur trat der Staat als Hauptabnehmer für Plexiglas auf den Plan und nahm es für den militärischen Bedarf in Beschlag. Reichsluftfahrtminister Hermann Göring (1893-1946) hatte den neuen Kunststoff als „wirtschaftlich wertvoll“ bezeichnet (Edschmid 1957, 56); als Beauftragter für den Vierjahresplan vom 18. Oktober 1936 wies er ihm ebenfalls eine wichtige Rolle zu – im Rahmen der militärischen Aufrüstung, aus der der NS-Staat kein Geheimnis machte: „Das Jahr 1936 wurde zum Ausgangspunkt einer rasanten wehrtechnischen Entwicklung: Junkers schloss seine Tests für die Verwendung von Plexiglas für Flugzeugkanzeln erfolgreich ab. Plexiglas wurde offiziell für die Luftfahrt zugelassen und gefördert. [...] (A)m 17. August 1937 bestätigte das Reichsluftfahrtministerium Röhm & Haas(,) ‚dass das von Ihnen entwickelte Plexiglas als ein wehrtechnisch wertvoller Gegenstand der Luftwaffe anzusprechen ist; seine Weiterentwicklung sowie der beschleunigte Ausbau der Fabrikation verdient daher besonders gefördert zu werden‘.“ (Wittig 2007, 49) Ein Werkstoff verliert seine Unschuld Die Berücksichtigung im Vierjahresplan erleichterte die Markteinfürung enorm (Wittig 2007, 61) und „führte zu einer deutlichen Stärkung der eigenen Stellung gegenüber der konkurrierenden Großindustrie und zu gewinnbringenden Rüstungsaufträgen“ (Wittig 2007, 49). Die „Unschuldsjahre des Werkstoffs Plexiglas“ waren allerdings passé, „Röhm & Haas wurde zum Rüstungsunternehmen“ (Wittig 2007, 49) – durchaus im Sinne der Unternehmensleitung, die frühzeitig selbst initiativ geworden war, um sich wirtschaftliche Vorteile zu verschaffen: „Bei dem stellvertretenden Treuhänder der Arbeit für das Wirtschaftsgebiet Hessen warb Röhm für seine Produkte, ebenso förderte er Kontakte eines Unternehmensangehörigen zum Reichsluftfahrtministerium. Darüber hinaus nahm Röhm & Haas Angebote wahr, Plexiglas auf den wichtigen nationalen wie internationalen Ausstellungen hohen Regierungsvertretern zu präsentieren.“ (Wittig 2007, 49) Sogar die Bayreuther Festspiele waren genutzt worden, um schon im Jahre 1935 zur Reichsregierung die Fühler auszustrecken und sich Aufträge der Luftwaffe zu sichern. Dabei geholfen hatte Winifred Wagner (1897-1980), die gut vernetzte posthume Schwiegertochter des Komponisten Richard Wagner (1813-1883). Das Unternehmen bedankte sich im Jahr darauf mit einer künstlerisch aus Plexiglas herausgetriebenen Taube, Symboltier göttlicher Gnade, die der Schlussszene der Bayreuther Parsifal-Inszenierung zusätzlichen Glanz verlieh (Buchholz 2007, 18 u. 30-31). „Seit der Verkündung des Vierjahresplans [...] wanderte [...] fast die gesamte Plexiglasproduktion in den militärisch wichtigen Flugzeugbau. Nur Produktions- und Schnittabfälle konnten noch zu Konsumartikeln weiterverarbeitet werden“ (Vaupel 2011, 28). 1942 wurde infolge staatlichen Verbots die Belieferung ziviler Verarbeiter ganz eingestellt (Wittig 2007, 58). Es waren schließlich „Forderungen des Reichsluftfahrtministeriums nach monatlich 10.000 m2 gegossenen Plexiglas Platten für Flugzeugkanzeln“ zu erfüllen (Wittig 2007, 54). Was genau war es eigentlich, das den Glasersatz für den Flugzeugbau so attraktiv machte? Neben der Bruchsicherheit und der geringen Gewichtslast vor allem die Thermoplastizität, die neuartige Konstruktionen zuließ: „In den Aufbauten der Motor- oder Segelflugzeuge werden große verformte Scheiben oder Kuppeln und Hauben aus Plexiglas eingesetzt, die den Piloten und Fluggästen eine freie Aussicht, ohne die störenden Zwischeneinteilungen, gewähren.“ (Röhm & Haas 1938, 16) Sogar der Zeppelin „Hindenburg“ erhielt Fenster und Passagiergondel aus dem organischen Glas (Wittig 2007, 40 und Vaupel 2011, 27), zu bestaunen auch auf der Ausstellung „Deutschland“, die vom 18. Juli bis 26. August 1936 am Berliner Funkturm stattfand (Trommsdorff 1976, 239). Plexiglas wies zwar den Makel einer geringen Oberflächenhärte auf und verkratzte deshalb viel leichter als Silikatglas, doch „(i)n der staubfreien Atmosphäre, in der Flugzeuge fliegen, spielte die mangelnde Kratzfestigkeit [...] keine Rolle“ (Vaupel 2011, 27). Beim Automobil hingegen „störte die Verkratzung der Oberfläche durch Sandkörner“ (Trommsdorff 1976, 238), jedenfalls bei den Frontscheiben. „Seitenscheiben hingegen, die dem Fahrtwind weniger ausgesetzt waren, ließen sich durchaus aus Plexiglas herstellen“ (Vaupel 2011, 27). Das Unternehmen redete das Problem klein: „Kratzer und Schrammen können durch Polieren leicht entfernt werden.“ (Röhm & Haas 1938, 12; siehe auch Trommsdorff 1937, 9). Ein Poliermittel, „Plexipol“, hatten die Darmstädter folglich gleich mit im Programm (Röhm & Haas o. J., 13). Später dann näherten Beschichtungen den Härtegrad der Oberflächen jenem anorganisches Glases an (Buchholz 2007, 81). Übrigens wurde mit der Politur auch unversehrtes Material bearbeitet, um ihm zu „prachtvolle(m) Glanz“, der speziellen Plexiglas-Ästhetik, zu verhelfen: „Durch die geringe Absorption der einfallenden Lichtstrahlen und die gute Reflexion von polierten Flächen wird die Schönheit dieses klaren Werkstoffes noch gesteigert.“ (Röhm & Haas 1938, 8) Schwindelerregende Umsatzentwicklung Das Geschäft florierte prächtig: Der Jahresumsatz von Röhm & Haas kletterte im Zeitraum 1934 bis 1940 sprunghaft von rund 466.000 Reichsmark (RM) auf gut 23 Millionen RM, wovon Plexiglas mit fast 16,5 Millionen RM mehr als zwei Drittel einspielte (Ackermann 1967, 84). Das täglich erzeugte Plexiglasquantum wuchs von 250 Kilogramm im Jahr 1936 auf 4.700 Kilogramm anno 1939 (Edschmid 1957, 61). Die Monomererzeugung, also jene des Methacrylsäureesters, lag 1939 bei etwa 100 Tonnen pro Monat und wurde während des Krieges weiter gesteigert (Trommsdorff 1976, 231). Ein Teil des Monomeren wurde bereits ab 1936 durch thermische Zersetzung von Plexiglasabfällen rückgewonnen (Wittig 2007, 54). Bei dieser auch „Cracken“ genannten Depolymerisation wird die Kettenmolekülstruktur des Polymeren aufgebrochen, „allerdings zu Kosten, die nicht niedriger als für neu hergestelltes synthetisches Material waren“ (Trommsdorff 1976, 241). Die Grundlage des Verfahrens bildete das Röhm & Haas ab dem 21. Juli 1935 erteilte Deutsche Reichspatent 642289: „Verfahren zur Herstellung von Methacrylsäureestern“ (Erfinder: Dr. Paul Weisert). In der Patentschrift wird ausgeführt: „Es ist bekannt, daß die hochpolymeren Acrylsäureester unter dem Einfluß der trockenen Destillation depolymerisiert werden können. Es wurden jedoch hierbei nur di- und trikmolekulare Ester erhalten. Die monomeren Ester konnten bisher nicht zurückerhalten werden. Es wurde gefunden, daß die polymeren Methacrylsäureester im Gegensatz hierzu durch Erhitzen über Zersetzungstemperatur, d. h. etwa 250 bis 300°, in die monomeren Ester zurückverwandelt werden können. Dem Verfahren können die polymeren Methacrylsäureester oder auch Mischpolymerisate, welche diese Ester enthalten, unterworfen werden. Das Verfahren läßt sich mit besonders gutem Erfolg ausführen, wenn das Polymerisat mit indifferenten anorganischen Stoffen, wie z. B. Sand, Bariumsulfat, Schwerspat, erhitzt wird.“ (Wird fortgesetzt!) Literatur Katharina Ackermann (Bearb.): Dr. Walter H. Bauer und seine 67 Deutschen Reichspatente. Leistungen und Erfahrungen eines deutschen Forschungschemikers, zusammengestellt nach Dokumenten. Jugenheim/Bergstraße: Selbstverlag 1967, 264 S. Kai Buchholz (2007): Plexiglas. Werkstoff in Architektur und Design. Katalog zur Ausstellung im Institut Mathildenhöhe Darmstadt, 16. 9. 2007 bis 6. 1. 2008. Köln: Wienand, 151 S. Kasimir Edschmid (1957): In memoriam Otto Röhm. Zum 50jährigen Bestehen der chemischen Fabrik Röhm & Haas Darmstadt. Darmstadt: Carl Winter, 75 S. Otto Röhm (1936): Organisches Glas. [Vortrag in der Sitzung der Fachgruppe Kunststoffe des Vereins Deutscher Chemiker am 9. Juli 1936, 17 Uhr, während des Reichstreffens der Deutschen Chemiker in Verbindung mit der 49. Hauptversammlung des Vereins Deutscher Chemiker vom 7.-11. Juli 1936 in München.] In: Angewandte Chemie, 49 Jg., Nr. 31, S. 591 Röhm & Haas AG, Darmstadt (o. J.): Plexiglas. Bearbeitungsvorschriften. o. O.: o. V., 16 S. Röhm & Haas AG, Darmstadt (1938): Plexiglas – ein neuartiger Werkstoff mit außergewöhnlichen Eigenschaften. o. O.: o. V., 27 S. Ernst Trommsdorff (1937): Die Akrylharze. [Sonderdruck aus: „Kunststoffe“, 27. Jg.] München: J. F. Lehmann, 16 S. Ernst Trommsdorff (1976): Dr. Otto Röhm. Chemiker und Unternehmer. Düsseldorf und Wien: Econ, 294 S. Elisabeth Vaupel (2011): Gläserne Technik durch Plexiglas. Zur Ideologie transparenter Modelle in den dreißiger Jahren. In: Kultur & Technik, 35. Jg., Heft 2, S. 26-31; online: www.deutsches-museum.de/uploads/pics/26-31Vaupel_Plexiglas_RZ_web.pdf Eva Wittig (2007): 100 Jahre Zukunft. Die Röhm GmbH von 1907 bis 2007. München: Peschke, 112 S.

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  • #Kautschuk #Automobilindustrie #Innovationen & Erfindungen #Produktgeschichte

    Erster Autoreifen aus synthetischem Kautschuk

    Am 15. Februar 1936 wurde der erste Autoreifen aus synthetischem Kautschuk öffentlich vorgestellt. Die Entwicklung von Buna sollte Naturkautschuk ersetzen und wurde später zum internationalen Standard für die Reifenherstellung.

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  • Stichtag: 85. Todestag des Chemikers Fritz Klatte

    Dr. Fritz Klatte Wenn es einen Kunststoff gibt, der die Emotionen zu befeuern weiß, dann ist es Polyvinylchlorid, besser bekannt unter dem Kürzel PVC. Dem deutschen Chemiker Fritz Klatte (1880-1934) kommt zwar nicht die Ehre des PVC-Entdeckers zu, wohl aber die aus wirtschaftlicher Sicht bedeutende Rolle dessen, der die Grundlagen für die industrielle Fertigung des heute drittwichtigsten Kunststoffs der Welt gelegt hat. Bei PVC handelt es sich um ein thermoplastisches Polymer, das im Zuge einer Kettenpolymerisation aus dem Monomer Vinylchlorid hergestellt wird. Aus PVC wurden nicht nur Bodenbeläge oder Kabelummantelungen produziert; ab 1948 ersetzte PVC auch Schellack in der Herstellung von Schallplatten. Nach 1945 Jahren war PVC der meistproduzierte Kunststoff der Welt. Und noch heute ist PVC nach Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) das drittwichtigste Polymermaterial überhaupt. Die Entdeckung des PVCs lässt sich zurückdatieren auf das Jahr 1835 und, was vielfach übersehen wird, dem französischen Chemiker Henri Victor Regnault zuschreiben. Regnault war seinerzeit im Gießener Labor Justus Liebig tätig. Liebig, das sei nur am Rande bemerkt, hatte durch seine Forschung den Boden der Mineraldüngung bereitet, außerdem fällt sein Name im Zusammenhang mit der Entdeckung des Narkosemittels Chloroform. Die Chlorchemie war, auf den Punkt gebracht, ein wichtiges Betätigungsfeld für das Liebig-Labor in Gießen, also auch für Henri Victor Regnault. Ihm gelang es 1835, Polyvinylchlorid herzustellen, indem Vinylchlorid dem Sonnenlicht aussetze. Allerdings erkannte niemand die Bedeutung dieser Entdeckung. Mit PVC beschäftigte sich auch Fritz Klatte 1912 im Rahmen seiner Arbeit für die in Griesheim am Main angesiedelte Chemische Fabrik Griesheim-Elektron (ging später im Hoechst-Konzern auf). Der gebürtig (28. März 1880) aus Diepholz stammende Klatte, ein gelernter Apotheker, hatte Pharmazie und Chemie studiert und an Universität in Tübingen 1907 promoviert. 1908 nahm er als Chemiker bei Griesheim-Elektron die Arbeit im Bereich der Polymerchemie auf. In einem den Versuchen Regnaults vergleichbaren Experiment stellte Klatte 1912 aus Acetylen und Salzsäure Vinylchlorid her, und im weiteren Verlauf daraus PVC. Allerdings bargen seine Experimente nicht die Chance, PVC in einem technischen Prozess zu produzieren. Den fanden Klatte und seine Kollegen Emil Zacharias und Adolf Rollett ein Jahr später im Jahr 1913. Das deutsche Patent hat die Nummer GP 281687. In Ermangelung hinreichender Ideen für marktreife Produkte gab Griesheim 1926 die Patente auf, und bereitet so den Weg für andere Unternehmen, PVC weiterzuentwickeln, was die IG-Farben, zu denen BASF und Griesheim gehörten, 1935 erfolgreich machten. Davon nahm Klatte jedoch keine Kenntnis mehr. Er starb im Jahr zuvor, und zwar am 11. Februar 1934 in einem Sanatorium in Klagenfurt an den Folgen einer Tuberkulose-Erkrankung, die er sich 1917 zugezogen hatte. Klatte wurde 53 Jahre alt. Sie dazu auch unser Thema des Monats, Februar 2018. "Ein Mann letzte 20 Jahre zu früh": Der Polymer-Pionier Fritz Klatte

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  • Knock on Wood

    Thema des Monats „Xylochemie“: Ein vielversprechender Weg zur Herstellung nachhaltiger Biokunststoffe Von Guido Deussing Im Zuge des kollektiv gewachsenen Umweltbewusstseins wird der Ruf der Gesellschaft nach dem Einsatz alternativer Kunststoffe zunehmend lauter. „Alternativ“ meint die Verknüpfung der werkstoffspezifischen Eigenschaften mit Nachhaltigkeitsaspekten: Kunststoffe sollen ihren funktionalen Zweck erfüllen, aus natürlichen, für die Ernährung irrelevanten nachwachsenden Rohstoffen hergestellt sein, sich am Ende ihres Lebenszyklus rückstandslos und schadstofffrei beseitigen oder aber ohne Qualitätsverlust in neue Produkte umwandeln lassen. Diesen Zielen versucht sich die Industrie mit wissenschaftlicher Unterstützung anzunähern. Ob sie sich in toto erreichen lassen, bleibt abzuwarten. Jedoch werden Anstrengungen in die richtige Richtung unternommen. Erste Erfolge nähren die Hoffnung, künftig konventionelle, vornehmlich aus Erdöl gewonnene Kunststoffe mehr und mehr durch leistungsstarke, vollwertige, auf regenerativ erzeugter Biomasse basierende Kunststoffe ersetzen zu können. Die entscheidende Frage in diesem Kontext ist: Woraus sollen die Monomere, die Grundbausteine aller Kunststoffe (Polymere), hergestellt werden? Welche Biomasse erfüllt die Anforderung, in hinreichender Art und Menge verfügbar zu sein? Und lassen sich daraus tatsächlich Kunststoffe mit den gewünschten Materialeigenschaften herstellen? Die zahlreichen Ansätze, fossile Energieträger als Kohlenstoffquelle zu ersetzen, über die nicht zuletzt k-online.de insbesondere in den Rubriken „Thema des Monats“ und „Apropos K“ bereits in vielfältiger Weise berichtet hat, bereichern nun zwei Wissenschaftler aus Deutschland und den USA um eine weitere vielversprechende Idee. Ihre Forschungsarbeiten führen die Kunststoffindustrie buchstäblich auf den Holzweg – und es scheint, als wäre das nicht der schlechteste Weg. Es soll Leute geben, für die ist Weihnachten die schönste Zeit des Jahres. Manche Christmas-Junkies demonstrieren ihre Freude nicht zuletzt dadurch, dass sie das typischste Accessoire dieser Zeit, den Christbaum, frühestmöglich in die gute Stube holen und oft erst Ende Januar, Anfang Februar wieder aus dem Haus werfen – sofern sie keinen Tannenbaum aus Kunststoff verwenden, den sie im Keller oder auf dem Dachboden zwischenparken, sondern eben ein echtes Gewächs. Apropos: Können Sie sich vorstellen, dass zwischen dem Original, also der im Wald geschlagenen Tanne, und seinem Pendant aus Kunststoff ein verwandtschaftliches Verhältnis besteht? Jedenfalls könnte das in absehbarer Zeit der Fall sein, legen die Arbeiten von Prof. Dr. Till Opatz vom Institut für Organische Chemie der Johannes Gutenberg-Universität (JGU) in Mainz/Deutschland und Prof. em. PhD Anthony J. Arduengo III. vom Department of Chemistry and Biochemistry der University of Alabama/USA nahe. Aus Ideen gemacht Jahr für Jahr werden laut Statistischem Bundesamt allein in Deutschland rund 30 Millionen Tannenbäume verkauft. Sie erfüllen ihren weihnachtlichen Zweck und landen anschließend am Straßenrand. Die städtischen oder kommunalen Abfallentsorger gabeln sie auf und führen sie ihrer endgültigen Bestimmung zu: Die gebrauchte Tanne landet entweder in der Kompostieranlage oder als Brennstoff im Heizkraftwerk oder in der Müllverbrennung. Dass sich an dieser gängigen Art der Christbaumverwertung künftig etwas ändern könnte, nämlich hinsichtlich der Herstellung von Kunststoffen sowie anderen chemischen Erzeugnissen, liegt nicht per se auf der Hand, könnte aber so kommen, wenn sich die Ideen und Ansätze von Till Opatz und Anthony J. Arduengo III. für eine nachhaltigere Chemie durchsetzen. Aus Sicht der Forscher bietet Holz hierfür gute Ansätze und die sogenannte Xylochemie (altgr. „xylon“ bedeutet „Holz“) ebnet den Syntheseweg dorthin. (v. l.) Prof. (em) Dr. Anthony J. Arduengo III. und Prof. Dr. Till Opatz im Labor des Instituts für Organische Chemie der Johannes Gutenberg-Universität (JGU) in Mainz/Deutschland. (Foto: Guido Deussing) Till Opatz und Anthony J. Arduengo III. kamen vor einigen Jahren auf einer Fachtagung ins Gespräch über nachhaltige Chemie. Opatz kümmerte sich seinerzeit mit seiner Arbeitsgruppe um die Synthese von Naturstoffen und Medikamentenwirkstoffen. Als ehemaliger industrieller Chemiker interessierten Arduengo chemische Bausteine, kleinere Moleküle und deren Reaktivität. Beide Wissenschaftler erkannten rasch, dass diese Felder sich durch die Nutzung nachwachsender Rochstoffe hervorragend ergänzen und modernisieren lassen würden und zwar mit der konkreten Umsetzung des von der Staatengemeinschaft 1992 in Rio gefassten Entschlusses, vermehrt Biomasse sowohl als Energieträger als auch als Rohstoff für die chemische Produktion zu verwenden. Opatz und Arduengo teilten auch damals schon ähnliche Ansichten über das Potenzial der Biomasse Holz. In Holz erblickten beide einen geeigneten Kandidaten, Erdöl als die industriell bislang wichtigste Quelle für Kohlenstoffverbindungen abzulösen, die essenziell für die Herstellung von Medikamentenwirkstoffen, Farbstoffen, Klebstoffen, Treibstoffen und nicht zuletzt Kunststoffen sind. Weil bei den beiden Wissenschaftlern auch zwischenmenschlich „die Chemie“ sehr gut funktionierte, beschlossen Opatz und Arduengo, gemeinsam auf diesem Sektor zu forschen. Holz sticht Erdöl Der Blick auf die naturwissenschaftlichen Fakten gibt den beiden Wissenschaftlern recht in Bezug auf ihre Einschätzung von Holz als Kohlenstofflieferant, nicht zuletzt weil Erdöl in geologischen Zeiträumen aus einer solchen Biomasse unter erhöhten Temperaturen und Drücken gebildet wird. Allerdings wurden dabei aus den vielen verschiedenen organischen Verbindungen wie Kohlenhydraten, Proteinen und Lipiden durch sukzessive Defunktionalisierung (Kerogenese) Kohlenwasserstoffe, denen ihre einstige molekulare Eigenschaften abhandengekommen ist. „Bei der Nutzung von Erdöl als Grundstoff für die industrielle Chemie werden die verloren gegangenen Funktionalitäten nicht selten mit beträchtlichem Aufwand wieder eingeführt“, sagt Professor Opatz. Die unmittelbare Nutzung von Biomasse als Rohstoff für die chemische Produktion oder als alternativer Energieträger könne den Umweg über die Kerogenese überflüssig machen, sei bislang faktisch jedoch kaum verbreitet. Mit anderen Worten: Bevor Erdöl zu dem wurde, was es heute ist, war es einstmals Biomasse – lebendes organisches Gewebe, das im Laufe der Zeit unter den gegebenen Umwelteinflüssen chemisch modifiziert und auf molekularer Ebene umgebaut wurde. Von der molekularen Vielfalt, geprägt durch die Anbindung funktioneller Gruppen an Kohlenstoffgerüste, blieben lediglich Kohlenwasserstoffverbindungen übrig, die von der Petrochemie zwar gut verarbeitet, für die weitere Verwendung in den verschiedenen industriellen Bereichen aber wieder aufwändig mit funktionellen Gruppen ausgestattet werden müssen. Weg zur Nachhaltigkeit Aus Sicht von Opatz und Arduengo braucht es diesen Umweg nicht, und zwar dann nicht, wenn man sich von der Petrochemie ab- und der Xylo- respektive Holzchemie zuwendet. Professor Opatz: „50 Prozent der Trockenmasse von Holz besteht aus Kohlenstoff (C), bei 43 Prozent handelt es sich um Sauerstoff (O), weitere sechs Prozent sind Wasserstoff (H). Etwa ein Prozent machen Stickstoff und Kalium sowie Schwefel und Phosphor aus, andernfalls würde Holz völlig rückstandsfrei verbrennen.“ Die Hälfte der Holzmasse mache Cellulose aus, die insbesondere für die Papierherstellung wichtig ist, im Zuge der digitalen Revolution allerdings mehr und mehr als Ressource für anderweitige Verwendungen zur Verfügung stehen könnte. Durch Hydrolyse etwa lasse sich Cellulose in Glucose umwandeln, diese wiederum stellt im Grunde eine oligomere Form von Formaldehyd dar, einem der wichtigsten Grund- und Ausgangsstoffe der chemischen Industrie. Die andere Hälfte der Trockenmasse des Holzes bestehe zu etwa gleichen Anteilen aus Lignin und Hemicellulosen. Bei den Hemicellulosen handelt es sich um einen Sammelbegriff für in Pflanzen vorkommende Polysaccharide, also Mehrfachzucker, die sich durch eine entsprechende biochemische und verfahrenstechnische Behandlung zu wichtigen Ausgangsrohstoffen für die Herstellung von Lösungsmitteln und Nylon weiterverarbeiten lassen. Bei den Ligninen wiederum handelt es sich um feste Biopolymere, die in die pflanzliche Zellwand eingelagert sind und die typische Verholzung bewirken; die Trockenmasse verholzter Pflanzen besteht zu 20 bis 30 Prozent aus Ligninen. Sie zählen neben der Cellulose und dem Chitin zu den häufigsten organischen Verbindungen auf unserem Planeten. Man schätzt die von Mutter Natur hervorgebrachte Gesamtmenge an Lignin auf rund 20 Milliarden Tonnen pro Jahr. Ein schier unfassbarer Wert, insbesondere aus der Perspektive, dass sich Lignine ganz wesentlich für die Herstellung von Biopolymeren eignen. (Von Lignin handelt der zweite Teil unserer Serie „Knock on Wood“.) Appell für die Naturstoffsynthese aus Holz (v. l.) Prof. (em) Dr. Anthony J. Arduengo III. und Prof. Dr. Till Opatz im Labor des Instituts für Organische Chemie der Johannes Gutenberg-Universität (JGU) in Mainz/Deutschland. (Foto: Guido Deussing) Die Xylochemie, wie sie Wissenschaftler wie Opatz und Arduengo verstehen, hat bereits mehrfach unter Beweis gestellt, in der Lage zu sein, aus Holz, das im Gegensatz zu Erdöl regenerativ und nachhaltig zu erzeugen und klimaneutral ist, Ausgangsstoffe für die Herstellung von Medikamentenwirkstoffen, Farbstoffen oder auch Kunststoffen zu liefern. Sie bietet sich als attraktive Alternative zu unserer derzeitigen chemischen Infrastruktur an, die nach wie vor im Wesentlichen auf Erdöl und Erdgas fußt, Ressourcen, die über Jahrmillionen unter Bedingungen entstanden sind, welche kaum im technischen Maßstab nachvollziehbar sind, schreiben Opatz, Arduengo und Mitarbeiter in der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“. Die Wissenschaftler führen weiter aus, dass Erdöl und Erdgas aus unterirdischen Lagerstätten gefördert würden und ihr Verbrauch ein Ungleichgewicht im Kohlendioxidkreislauf unseres Ökosystems verursache. Es sei daher geboten „eine alternative, nachhaltige chemische Infrastruktur zu entwickeln, die nicht auf finiten (begrenzt vorhandenen) Ressourcen beruht, ökologische Ungleichgewichte vermeidet und dennoch kostengünstig ist“. In diesem Kontext komme der Verwendung von Biomasse sowohl als Energieträger als auch als Rohstoff für die chemische Produktion eine wachsende Bedeutung zu. Die Umsetzung der 1992 in Rio von der Völkergemeinschaft festgeschriebenen Prinzipien zur Umsetzung des Nachhaltigkeitsansatzes „erfordert die Lösung verschiedener Fragestellungen“, schreiben Opatz, Arduengo et al. Erstens müssten nachwachsende Rohstoffe als Quelle für chemische Bausteine und Reagenzien erschlossen werden. Zweitens gelte es, die natürlich vorkommende Funktionalität im chemischen Sinne, also mit Blick auf die funktionellen Gruppen, Chiralität, Heteroatome usw., weitestgehend zu erhalten und zu nutzen. Drittens gehe es darum, Katalysatoren und Reagenzien zu entwerfen, die das strukturchemische Potenzial von Biomasse in Gänze ausschöpften. „Viertens und letztens sollten chemische Umwandlung, Solvenzien und Synthesen so gewählt und gestaltet werden“, bringen es die Autoren auf den Punkt, „dass sie eher in einem kontinuierlich geführten Prozess (Flow-Verfahren) hergestellt werden können.“ Die Wissenschaftler sind sich bewusst, dass die vier von ihnen formulierten Aufgaben auf dem Weg zu einer nachhaltigen chemischen Infrastruktur eine große Herausforderung darstellen. Unter Berücksichtigung der nur noch begrenzt vorhandenen Erdöl- und Erdgasvorkommen sowie des anthropogenen Klimawandels und dessen Folgen für die Menschheit, sei es jetzt an der Zeit, neue, nachhaltige Wege zu beschreiten. Die Xylochemie bietet laut Opatz und Arduengo hierfür einen guten Ansatz und Ausgangspunkt. Fortsetzung folgt Literatur Daniela Stubba, Günther Lahm, Mario Geffe, Jason W. Runyon, anthony J. Arduengo III: und Till Opatz, Xylochemie - Naturstoffsynthese aus Holz, Angewandte Chemie 127 (2015) 1-4 , DOI: 10.1002/ange.201508500 (Deutsche Ausgabe), DOI: 10.1002/anie.201508500 (Internationale Ausgabe)

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  • Direktgekühlter Elektromotor aus Kunststoff

    Schnittdarstellung des Elektromotors. Kernstück des Motors bildet ein Stator aus zwölf Einzelzähnen, die mit einem Flachdraht hochkant umwickelt sind. Foto: Fraunhofer ICT Sollen Elektroautos leichter werden, muss auch der Motor abspecken. Beispielsweise, indem man ihn aus faserverstärkten Kunststoffen herstellt. Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie ICT entwickeln gemeinsam mit dem Karlsruher Institut für Technologie KIT ein neues Kühlkonzept, das den Einsatz von Kunststoffen als Gehäusematerial ermöglicht. Ein weiterer Vorteil des Konzepts: Die Leistungsdichte und Effizienz des Antriebs werden gegenüber dem Stand der Technik deutlich erhöht. Elektromotor und Batterie bilden die zentralen Elemente des elektrischen Antriebsstrangs. Eine hohe Leistungsdichte, ein geringer Bauraum innerhalb des Elektrofahrzeugs und ein hoher Wirkungsgrad spielen eine besondere Rolle, um eine nachhaltige Mobilität zu gewährleisten. Im Kooperationsprojekt DEmiL, kurz für "Direktgekühlter Elektromotor mit integralem Leichtbaugehäuse", entwickeln Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer ICT in Pfinztal gemeinsam mit dem Elektrotechnischen Institut und dem Institut für Fahrzeugsystemtechnik des KIT ein neuartiges Konzept, das sich durch die direkte Kühlung von Stator und Rotor auszeichnet. "Ein Elektromotor besteht aus einem sich drehenden Rotor und einem feststehenden Stator. Im Stator befinden sich gewickelte Kupferdrähte, durch die Strom fließt. Hier entsteht ein Großteil der elektrischen Verluste. Die eigentliche Innovation unseres Konzepts liegt im Stator", sagt Robert Maertens, Wissenschaftler am Fraunhofer ICT. Flachdraht ersetzt Runddraht Kühlwasserkreislauf im Stator. Quelle: Fraunhofer ICT Elektromotoren haben einen hohen Wirkungsgrad von über 90 Prozent. Somit wird ein hoher Teil der elektrischen in mechanische Leistung umgesetzt. Die verbleibenden etwa zehn Prozent der elektrischen Leistung fallen als Verlust in Form von Wärme an. Um eine Überhitzung des Motors zu vermeiden, wird die Wärme im Stator bislang durch ein metallisches Gehäuse zu einem Kühlmantel mit kaltem Wasser abgeleitet. Die Forscherteams ersetzen den Runddraht durch rechteckigen Flachdraht, den man enger auf den Stator wickeln kann. Dadurch entsteht mehr Raum für den angrenzenden, neben den Flachdrähten liegenden Kühlkanal. "Die Verlustwärme kann durch diese Optimierung durch den innenliegenden Kühlkanal abgeführt werden und muss nicht mehr durch das Metallgehäuse nach außen zu einem Kühlmantel transportiert werden. Der Kühlmantel ist in diesem Konzept nicht mehr erforderlich. In der weiteren Konsequenz fällt die thermische Trägheit geringer aus, und zusätzlich erreicht der Motor eine höhere Dauerleistung", erläutert der Forscher den Vorteil des neuen Wirkprinzips. Darüber hinaus lässt sich durch eine Kühlung des Rotors dessen Verlustwärme ebenfalls im Motor abführen. Da die Wärme dort abgeleitet wird, wo sie entsteht, können die Projektpartner den kompletten Motor und das Gehäuse in Kunststoffbauweise ausführen und damit weitere Vorteile realisieren. "Kunststoffe sind leicht und sie lassen sich einfacher fertigen als Aluminiumgehäuse. Auch komplexe Geometrien sind ohne Nachbearbeitung möglich, sodass wir in Summe einiges an Gewicht und Kosten einsparen", sqagt Maertens. Das bisher erforderliche Metall, das als Wärmeleiter diente, kann durch Kunststoff – einen schlechten Wärmeleiter – ersetzt werden. Die Projektpartner setzen auf faserverstärkte, duromere Kunststoffe, die sich durch eine hohe Temperaturbeständigkeit sowie eine hohe Beständigkeit gegenüber den aggressiven Kühlmitteln auszeichnen. Anders als Thermoplaste quellen sie nicht auf, wenn sie mit Chemikalien in Berührung kommen. Großserientauglich Das Kunststoffgehäuse wird im automatisierbaren Spritzgießverfahren hergestellt. Die Prototypen werden in einer Zykluszeit von vier Minuten gefertigt. Die Statoren selbst werden im Transfer-Molding-Verfahren mit einer wärmeleitfähigen Epoxidharz-Formmasse umspritzt. Das Forscherteam hat den Elektromotor hinsichtlich seiner Konstruktion und der Herstellungsprozesse so ausgelegt, dass er sich in Großserie produzieren lässt. Der Statoraufbau ist abgeschlossen, das Kühlkonzept wurde experimentell validiert. "Wir haben in die Kupferwicklungen durch Strom die Wärmemenge eingebracht, die gemäß der Simulation im Realbetrieb anfallen wird. Wir konnten zeigen, dass wir bereits in der Lage sind, mehr als 80 Prozent der erwarteten Verlustleistung herauszukühlen. Auch für die verbleibenden knapp 20 Prozent gibt es schon Ansätze, beispielsweise durch eine Optimierung der Kühlwasserströmung. Aktuell werden die Rotoren aufgebaut, sodass wir den Motor in Kürze auf dem Prüfstand des Elektrotechnischen Instituts betreiben und im Realbetrieb validieren können", resümiert Maertens den Stand des Projekts.

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  • Playmobil erstmals öffentlich vorgestellt

    Quelle: Geobra Brandstätter Im Jahr 1973 versuchte die Organisation der arabischen Erdöl exportierenden Länder durch Drosselung der Erdölfördermengen Druck auf den Westen auszuüben, Israel, das sich mit Syrien und Ägypten im Krieg befand, politisch nicht weiter zu unterstützen. Das Ölembargo, die erste Ölkrise lähmte den Westen. Der Straßenverkehr geriet ins Stocken, Sonntagsfahrverboten wurden ausgesprochen, und auch die Wirtschaft litt. Sparen war die Maßnahme dieser Zeit. Besonders hart traf es auch die Kunststoffindustrie, die ohne hinreichende Versorgung mit erdölbasierten Rohstoffen zum Stillhalten verurteilt worden war. In dieser Zeit des Mangels, in der viele Unternehmen roter Zahlen schrieben und um ihre Existenz bangen mussten, änderte die Firma Geobra Brandstätter aus dem fränkischen Zirndorf ihre Produktpalette: Statt Hula-Hoop-Reifen und anderer großer Kunststoffspielwaren produzierte das Unternehmen fortan nur noch kleine beweglich Spielfiguren, und zwar einem Bauarbeiter, einen Ritter und einen Indianer. Am 2. Februar 1974 präsentierte Geobra Brandstätter auf der Spielwarenmesse in Nürnberg seine neue Spielzeugkreation aus Kunststoff erstmals der Öffentlichkeit; die Figuren, nur siebeneinhalb Zentimeter groß, waren der Renner, führten das Unternehmen zum Erfolg: Mit seinen „Playmobil-Figuren“ hatte das Unternehmen bereits im Herbst 1974 mehrere Millionen D-Mark umgesetzt und seine Existenz auf Jahrzehnte gesichert. Bis heute ist Playmobil das wichtigste Produkt von Geobra Brandstätter. GD

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  • Herzlich willkommen im K-Jahr 2019

    Thema des Monats Nach der K ist vor der K, will sagen, die Vorbereitungen zur K 2019, der Leitmesse für die Kunststoff- und Kautschukindustrie, haben bereits nach Abschluss der drei Jahre zurückliegenden letzten K begonnen. Jetzt aber, mit Beginn des Messejahres 2019, treten wir in die heiße Phase ein. Mit Spannung erwarten nicht nur die Aussteller und Besucher den Startschuss der K, auch das K-Team der Messe Düsseldorf, das viele Monate damit verbracht hat und verbringen wird, das größte Highlight der Kunststoff- und Kautschukbranche vorzubereiten, ist voller Vorfreude und Tatendrang. Dasselbe gilt für die Redaktion von K-online.de, die sich auch im K-Jahr 2019 aufs Neue auf die Spur nach interessantem und spannendem Lesestoff aus der Welt der Polymere begibt. Dabei kommen, das zeigt die Erfahrung, immer wieder auch Geschichten ans Tageslicht, die aufhorchen lassen. Hätten Sie zum Beispiel angenommen, dass man aus Tannenbäumen, die hierzulande und anderenorts an Weihnachten die Stuben schmückten und seit vergangener Woche landauf, landab die Bürgersteige zieren, um von den kommunalen Entsorgungsbetrieben eingesammelt zu werden, also, hätten sie angenommen, dass sich diese Holzgewächse nicht nur zur Energiegewinnung einsetzen oder kompostieren lassen, sondern dass man daraus auch Kunststoffe herstellen kann? Das Holz absehbar bei der Herstellung von Polymeren eine wichtige und nachhaltige Rolle spielen könnte, darüber berichtet das „Thema des Monats“ im Februar. Überdies halten wir Sie natürlich auch in anderen, unter k-online.de gelisteten Nachrichtenrubriken auf dem Laufenden. Einen guten Start in ein erfolgreiches und glückliches neues K-Jahr 2019 wünscht Ihnen das Team von k-online.de

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  • Autoreifen aus heimischer Landwirtschaft rücken näher

    Löwenzahn. (Foto: Guido Deußing) Die Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL), die HOLMER Maschinenbau GmbH und der Reifenhersteller Continental Reifen Deutschland GmbH entwickeln gemeinsam einen Wurzelroder für den Russischen Löwenzahn. Das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) unterstützt die Arbeiten aus dem Förderprogramm Nachwachsende Rohstoffe. Naturkautschuk ist ein sehr elastisches Biopolymer, das in vielen Anwendungen bis heute nicht ersetzbar ist. Die Nachfrage nach Naturkautschuk steigt weltweit, gleichzeitig wächst der Hauptlieferant, der Kautschukbaum Hevea brasiliensis, nur in einem engen geographischen Gürtel um den Äquator. Forscher und Unternehmen in verschiedenen Ländern suchen deshalb nach Alternativen. In Deutschland fördert u. a. das BMEL seit 2011 Arbeiten zum Russischen Löwenzahn. In den Projekten TAKOWIND I und II ging bzw. geht es um die züchterische Optimierung, den Anbau und die aus der Pflanzenwurzel gewinnbaren Produkte Kautschuk und Latex. Im aktuell gestarteten Projekt TAKOROD steht nun die Erntetechnik im Zentrum, da sich in Anbauversuchen bereits gezeigt hat, dass herkömmliche Maschinen die Wurzeln dieser Pflanze nicht optimal roden können. Dies hoffen die drei Partner bis zum Ende von TAKOROD im Jahr 2022 ändern zu können. Denn für die Versuchskulturen des am 6.12.18 eröffneten Taraxagum® Lab Anklam, Vorpommern, in dem die Kautschukgewinnung aus Russischem Löwenzahn weiter erforscht wird, benötigt die Continental ein effizientes Ernteverfahren. Die Bayerische LfL bringt in das Projekt ihre Erfahrungen auf dem Gebiet der Wurzelernte von Sonderkulturen, darunter Meerrettich, Enzian und Baldrian ein. Die HOLMER Maschinenbau GmbH wiederum ist einer der weltweit führenden Hersteller von Zuckerrüben-Erntetechnik. Die Continental Reifen Deutschland GmbH als Teil der Division Reifen der Continental AG verfügt über 24 Produktions- und Entwicklungsstandorte weltweit. Die Division ist einer der Technologieführer im Bereich der Reifenproduktion und bietet eine breite Produktpalette für Personenkraftwagen, Nutzfahrzeuge und Zweiräder an. TAKOROD wird vom BMEL über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gefördert. Informationen und Ansprechpartner zum Vorhaben stehen auf fnr.de unter den Förderkennzeichen 22014916, 22021217 und 22020817 zur Verfügung.

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  • Naphtha (Historische Quelle)

    „Naphtha oder Petroleum, auch Erdöl, Steinöl und Bergöl genannt, ist bekanntlich ein Naturprodukt, welches sowohl in gasförmigem wie in tropfbar-flüssigem Zustande im Erdinneren vorkommt und im Grossbetriebe durch Tiefbohrungen gewonnen wird. Es ist in seiner chemischen Zusammensetzung eine Verbindung von Kohlenstoff mit Wasserstoff, also ein Kohlenwasserstoff von, je nach dem Fundort und dessen geologischem Alter, verschiedener Zusammensetzung. Die Rohnaphtha, wie sie aus dem Erdinneren gewonnen wird, stellt dabei ein Gemenge von verschiedenen, schwerer und leichter flüchtigen Oelen dar, im Gesamtprodukt jedoch ein dickflüssiges Oel von schwarzgrüner Farbe, mit einem spezifischen Gewicht von etwa 0,81 bis 0,88 und einem Entflammungspunkt von etwa 24 bis 35° C. Rohnaphtha ist daher seiner Konsistenz halber nicht direkt als Lampenöl und seiner leichten Entflammbarkeit wegen auch nicht direkt als Brennmaterial, ausgenommen etwa an dem Gewinnungsplatze selbst, zu verwenden. Sie muss zum Zwecke ihrer Verwendung bearbeitet werden. Quelle Naphtha als Brennmaterial für Dampfkesselheizung.“ Hoh. Winkel. Polytechnisches Journal, Band 316 (1901) 782–786

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  • Polyester aus Pflanzenöl

    Die Entwicklung von Technologien, mit denen – jenseits von Erdöl – künftig Chemikalien und Kunststoffe erzeugt werden können, ist eine der wesentlichen Aufgaben der modernen Materialwissenschaft und eine entscheidende Herausforderung für die Zukunft der nachhaltigen industriellen Produktion. Vor der Erprobung möglicher Anwendungen der aus nachwachsenden Rohstoffen generierten Materialien liegen viele den Naturprodukten geschuldeten Schwierigkeiten und Problemstellungen, für die entsprechende theoretische Konzepte und Laborverfahren erstellt und getestet werden müssen. Ein solches Konzept beschreibt Prof. Dr. Stefan Mecking in der aktuellen Studie „Synthetic Polyester from Plant Oil Feedstock by Functionializing Polymerization“ über die Erzeugung von Polyester aus Rizinusöl in der Zeitschrift „Angewandte Chemie“. Gemeinsam mit seinem Mitarbeiter und Erstautor der Studie, dem Alexander von Humboldt-Stipendiaten Dr. Ye Liu, legt Stefan Mecking einen Weg dar, wie aus Fetten und Ölen, genauer aus Rizinusöl, Polyester hergestellt werden kann. Ein bekannter chemisch etablierter Baustein, der aus Rizinusöl gewonnen wird, ist Undecenol. „Unsere Idee war es, viele von diesen Molekülen zu einem großen Molekül, einem Kunststoffmolekül, zu verknüpfen. Das Ganze wollten wir effektiv, sozusagen ‚in einem Schuss‘, durchführen“, erklärt Stefan Mecking den Ansatz seiner Arbeit. Undecenol besitzt an einem Ende des Moleküls eine Alkoholgruppe und am anderen Ende eine Doppelbindung. Entscheidend dabei war, die Verknüpfung der beiden Gruppen zu einer Estergruppe so umzusetzen, dass gleichzeitig die Verknüpfung zu langkettigen Molekülen, also Kunststoffen erfolgen kann. Solch langkettige Verbindungen werden benötigt, um die gewünschten Materialeigenschaften zu erhalten. Für diese Verfahren grundsätzlich besonders herausfordernd ist die Verwendung der geeigneten Katalysatoren. „Diese sind deshalb von besonderer Bedeutung, weil die Reaktion, die zu den gewünschten, langkettigen Molekülen führt, äußerst effektiv und ohne jede Abweichung verlaufen muss“, erläutert Stefan Mecking weiter. Bei der in der aktuellen Studie beschriebenen Erzeugung von Polyester verwendeten die Chemiker als katalytische Reaktion zur Erzeugung der Estergruppen die sogenannte Carbonylierung. „ Beim Baustein Undecenol stehen wir vor dem Problem, dass er zu einem anderen kleinen Molekül, einem Aldehyd reagiert. Passiert dies, wird es nicht in die Kette eingebaut und geht verloren“, fasst Stefan Mecking den Kern und zugleich den Erfolg seiner Arbeit zusammen. Durch den Einsatz der geeigneten Katalysatoren ist es gelungen, diesen Verlust zu verhindern und Polyester effektiv herzustellen. Bei der Entwicklung der Katalysatoren wurde weiterhin herausgearbeitet, welche konzeptionellen Schritte zu tun sind, um den Schmelzpunkt der Produkte einstellen zu können. „Vom Verständnis, das wir hier erlangt haben, wüssten wir jetzt auch, auf welche Weise wir für andere, langkettigere Substrate mit dem Schmelzpunkt umgehen können“, schließt Stefan Mecking und spricht damit den möglichen Transfer seines Konzeptes auf andere nachwachsende Rohstoffe an, die noch besser verfügbar sind als Rizinusöl. Referenz Ye Liu, Stefan und Mecking, Synthetic Polyester from Plant Oil Feedstock by Functionalizing Polymerization, Angewandte Chemie,DOI: 10.1002/anie.201810914 and 10.1002/ange.201810914

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  • Neue Methode für sichere Herstellung von Nylon-Vorstufe

    Der Kunststoff Nylon ist allgegenwärtig. Ob Regenschirme, Strumpfhosen oder Küchenhelfer: Sie haben alle gemeinsam, dass sie aus Nylon gefertigt sind. Um Nylon zu produzieren, braucht die Industrie die Chemikalie Adiponitril – jedes Jahr mehr als eine Million Tonnen weltweit. Noch wird hochgiftige Blausäure verwendet, um Adiponitril zu erzeugen. Chemiker der Universität Bielefeld wollen das ändern. Sie stellen heute (30.11.2018) im Fachmagazin „Nature Communications“ eine Methode vor, die anstelle von Blausäure ein Enzym nutzt, um diese Verbindung herzustellen. In Kombination mit anderen Verfahren eröffnet diese Biokatalyse-Reaktion eine Perspektive, zukünftig die Nylon-Vorstufe umweltschonend ausgehend von Kohlendioxid und Sonnenlicht zu produzieren. „Die derzeitige Herstellungsmethode für Adiponitril hat sich zwar seit Jahrzehnten bewährt und ist mit hohen Sicherheitsstandards verbunden“, sagt Professor Dr. Harald Gröger, einer der Autoren der Studie und Leiter der Forschungsgruppe Organische Chemie I der Universität Bielefeld. „Die Verwendung von Blausäure bleibt aber ein Risiko. Wenn schon bei den Grundstoffen der Produktion auf giftiges Material verzichtet wird, kommt solch ein Risiko gar nicht erst auf“, ergänzt Gröger. Nylon wird in einem mehrstufigen Verfahren hergestellt. Adiponitril ist nötig, um den Nylon-Grundstoff Hexamethylendiamin zu erzeugen. „Wir verwenden ein Enzym, also einen Katalysator aus der Natur, um Adiponitril herzustellen“, sagt Tobias Betke, Erstautor der Studie und wissenschaftlicher Mitarbeiter in Grögers Forschungsgruppe. Das Enzym namens Aldoximdehydratase kann in gut zugänglicher Weise durch Fermentation hergestellt werden und erlaubt eine umweltschonende Herstellung von Adopinitril. „So entsteht in kürzester Zeit und auf effiziente Weise Adiponitril. Das Verfahren hat eine hohe Raum-Zeit-Ausbeute, was bedeutet, dass es nicht nur schnell, sondern auch sehr ergiebig ist“, sagt Harald Gröger. „Die Reaktion braucht zudem wenig Energie. Sie verläuft bei Raumtemperatur im Wasser.“ Harald Gröger sieht die neue Methode überdies als Beitrag zum Ansatz, die Abhängigkeit von Erdöl zu vermindern und die Rohstoffversorgung auf eine breite Basis zu stellen. Die Unternehmen Evonik, Siemens und Covestro haben kürzlich eine Methode vorgestellt, mit der sich Kohlendioxid mit Sonnenenergie zur Basischemikalie 1-Hexanol umwandeln lässt. „Darauf aufbauend kann unsere Methode als einer von mehreren Zwischenschritten dienen, um von 1-Hexanol zu Adiponitril als eine der Vorstufen von Nylon zu gelangen“, sagt Gröger. Die Studie wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung über das Programm „Biotechnologie 2020+, Nächste Generation biotechnologischer Verfahren“ gefördert (Fördernummer: 031A184A). Referenz Tobias Betke, Manuel Maier, Heidrun Gruber-Wölfler, Harald Gröger: Biocatalytic production of adiponitrile and related aliphatic linear α,ω-dinitriles. Nature Communications, http://doi.org/10.1038/s41467-018-07434-0, erschienen am 30.November 2018.

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  • Simulationsmodell für Aufschäumreaktion entwickelt

    Polyurethan(PUR)-Schaumstoff begegnet im Alltag auf vielfältige Weise: in Polsterstühlen, Matratzen, als Dämmstoff und sogar als Baumaterial. Die Herstellung der Schäume gilt in Expertenkreisen als komplex. Verlässliche Simulationen der chemischen Aufschäumreaktion sind rar. Das ändert sich nun, denn ein Forschungsteam der Technischen Universität Chemnitz kombinierte Schaum und Textil als zukunftsweisenden Materialmix mit herausragenden Eigenschaften für den Leichtbau in einem speziellen Fertigungsverfahren. Dafür entwickelten sie erstmals gemeinsam mit einem Team des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) Kaiserslautern das Simulations-Tool „FOAM“. Dank der Software „FOAM“ können die Forschenden nun das Aufschäumverhalten konkret simulieren und somit auch das entstehende Material verlässlich charakterisieren. Für die Hersteller von PUR-Schäumen bedeutet das in kurzer Zeit und mit wenig Aufwand verlässliche Aussagen über neue Produkte – noch vor deren eigentlicher Fertigung – treffen zu können. Bahnbrechender Erfolg So gelang den Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen der Stiftungsprofessur Textile Kunststoff- und Hybridverbunde (TKV) innerhalb der Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung (SLK) der TU Chemnitz ein bahnbrechender Erfolg: Sie entwickelten neuartige Werkstoffverbunde aus PUR-Schaum mit integrierten Textilien, sogenannten „Abstandsgewirken“. Diese bestehen aus zwei textilen Flächen, die von senkrecht angeordneten sogenannten „Monofilen“ aus Polyester, ein einfädiges Garn, auf einer bestimmten Distanz zueinander gehalten werden. Durch diesen Aufbau werden die textilen Flächen um die dritte Dimension erweitert – häufig auch als „3D-Gewirke“ bezeichnet. „Unser Ziel war es, den Schaumstoff 3D-endlos mit textilen Abstandgewirken zu verstärken und dessen Fertigung zu optimieren“, erläutert Kay Schäfer vom Chemnitzer SLK-Lehrstuhl. Bisher seien nur 2D-Verstärkungen üblich, doch die neue Kombination biete bessere mechanische Eigenschaften, eine höhere Festigkeit und Steifigkeit sowie eine bessere Schadenstoleranz, zählt Schäfer auf. Die Professur SLK führte die experimentellen Untersuchungen zur Charakterisierung der chemischen Reaktion und Schaumausbreitung durch. Das Fraunhofer-Institut war für den mathematischen Hintergrund des geschaffenen Simulations-Tools verantwortlich. Kleine Blasen, dichter Schaum: Optimierung des Herstellungsverfahrens dank Simulations-Software Der Fokus der Arbeiten der Chemnitzer Stiftungsprofessur TKV und des Fraunhofer ITWM lag auf der Entwicklung und Simulation des speziellen Fertigungsverfahrens. Bei diesem werden die Chemikalien Polyisocyanat und Polyolformulierung über Schläuche in einen Mischkopf geleitet und von dort in ein Formwerkzeug eingespritzt. Dieses enthält bereits ein textiles Abstandsgewirke aus Polyester-Fasern. Im Werkzeug reagieren die beiden Flüssigkeiten miteinander. Dabei entstehen ein vernetzter Kunststoff sowie Kohlenstoffdioxid, welches den Kunststoff aufschäumt. Das eingelegte Textil bildet zugleich einen Widerstand, was Auswirkungen auf die Schaumbildung und die Schaumstruktur hat. Das heißt konkret: Die Blasen werden kleiner, der Schaum dichter. Das Abstandsgewirke wird vollständig vom Schaum infiltriert und verleiht so der gefertigten Struktur ihre prägnanten Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften. Kay Schäfer: „Je nach Art und Härte der Schäume und Abstandgewirke können die Materialverbunde sehr unterschiedlich gestaltet werden und sind damit für vielfältige Anwendungen mit unterschiedlichsten Eigenschaften geeignet.“ Neue Anwendungsfelder dank textiler Verstärkung PUR-Hartschaumstoffe brechen spröde, wenn es zur entsprechenden Belastung kommt. Dank der textilen Verstärkung verformen sie sich nun lediglich, brechen aber nicht mehr. Dadurch entstehen völlig neue Anwendungsfelder, beispielsweise findet der Materialverbund Einsatz im Automobilsektor: „Für einen Fahrzeugsitz dient der Schaum dann nicht mehr als Polsterung, sondern als fester und steifer Kern in einer sogenannten Sandwichstruktur, also einem geschichteten Materialverbund“, erklärt Forscher Jonas Stiller. Derartige Schaum-Textil-Tragstrukturen für bewegte Bauteile finden bereits Anwendung in Projekten, die die Chemnitzer Forscher und Forscherinnen mit Industriepartnern für Leichtbau-Anwendungen bearbeiten.

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