13.07.2018
Thema des Monats Werkstoff im Zeichen der Unendlichkeit Von Guido Deußing Teil 2: 111 Jahre Bakelit - Werkstoff im Zeichen der Unendlichkeit Bakelit-Logo mit mathematischem Unendlichkeitssymbol. (Quelle: Archiv) Vor 111 Jahren, am 13. Juli 1907, beantragte der aus Belgien stammende Chemiker Leo Hendrik Baekeland (1863-1944) beim US-Patentamt die Schutzrechte für das erste vollsynthetische Kunstharz der Weltgeschichte, das von ihm entwickelte Bakelit. Von den insgesamt sieben angemeldeten Patenten, die den neuen Werkstoff betrafen, kam dem sogenannten Hitze-und-Druck-Patent (US 942,699, auch DRP 233803) die größte Bedeutung zu. Es verbriefte Baekeland, was vor ihm keinem anderen Chemiker gelungen war, nämlich aus Phenol und Formaldehyd ein unschmelzbares und unlösliches Polykondensat zu erzeugen, das sich, einmal ausgehärtet, nicht mehr verformen lässt. Kunststoffe mit dieser Eigenschaft werden bekanntlich als Duroplaste bezeichnet, im Unterschied zu den Thermoplasten, die thermolabil, d. h. bei höheren Temperaturen nicht formbeständig sind. Schon bald sollte Bakelit als „Material der tausend Zwecke“ Furore machen, so vielfältig, nahezu „unendlich“ waren seine Einsatzmöglichkeiten, trommelte die Werbung. Zuerst in Produktion ging Bakelit übrigens wider Erwarten nicht in den Vereinigten Staaten, sondern in Deutschland. Wie es dazu kam, ist eine von vielen Kuriositäten, die sich um den neuen Werkstoff ranken und denen k-online.de im Folgenden nachgeht – zum Beispiel wie Bakelit zu seinem Namen kam, was Bakelit mit Fotografieren zu tun hat und wieso Bakelit in der Welt von heute keineswegs „von gestern“ ist. Mit Beginn des dritten Jahrtausends ist für uns Menschen endgültig das digitale Zeitalter angebrochen. Es beschwört eine „vierte industrielle Revolution“ herauf, die die Arbeits- und Lebensverhältnisse fundamental verändern wird. Dass schon die erste industrielle Revolution (1750-1850) die Welt aus den Angeln hob, Segen und Fluch zugleich war, rückt anno 2018 verstärkt ins kollektive Bewusstsein, weil sich zum zweihundertsten Mal der Geburtstag von Karl Marx* (1818-1883) jährt. *Gemeinsam mit Friedrich Engels analysiert Karl Marx die Verhältnisse im Zeitalter der industriellen Revolution und beschreibt die Ausbeutung der Arbeiterklasse durch Unternehmer und Feudalherren. In seinem Hauptwerk “Das Kapital” setzt er dem herrschenden System das Ziel einer “klassenlosen Gesellschaft” entgegen, die “die freie Entwicklung eines jeden” sowie “die freie Entwicklung aller” garantieren soll. Ihren Anfang nahm die Industrialisierung bekanntlich in England und griff von dort auf andere europäische Länder und den nordamerikanischen Kontinent über. In den traditionell agrarisch geprägten Gesellschaften zog bei den Arbeitskräften die Industrie nach und nach mit der Landwirtschaft gleich. Aus der Leibeigenschaft entlassene Bauern verloren ihre Existenzgrundlage, immer mehr selbstständige Handwerker konnten sich nicht gegen die konkurrierenden Manufakturen behaupten – und ließen sich mit ihren Familien in den entstehenden Ballungsräumen nieder, um in den dort ansässigen Fabriken Arbeit zu finden. Im Zeitraum 1800 bis 1914 vervierundzwanzigfachte sich in Deutschland die Zahl der Großstädte von anfangs zweien (Berlin und Hamburg) auf achtundvierzig. Den vielen ungelernten Arbeitern zahlten die Unternehmer Hungerlöhne, das Proletariat entstand. Die Industrie selbst hungerte nach neuen Werkstoffen, mit denen sich Maschinisierung und Elektrifizierung vorantreiben ließen. Um den wachsenden Bedarf zu decken, wurden Naturstoffe pflanzlichen und tierischen Ursprungs im Trial-and-Error-Verfahren chemisch so modifiziert, dass sie ungeahnte Eigenschaften annahmen und neuen Nutzungsmöglichkeiten zugeführt werden konnten. Bis dahin gängige Werkstoffe wie Metall, Holz, Keramik wurden stellenweise von den neuartigen organischen Werkstoffen abgelöst, wenn diese sich als preisgünstiger und auch qualitativ als die bessere Wahl herausstellten. Baekeland-Porträt auf belgischer Briefmarke. Quelle: Archiv Ein Meilenstein in diesem Zusammenhang war die Entwicklung zunächst halbsynthetischer, später vollsynthetischer hochmolekularer Substanzen (Polymere), für die der deutsche Chemiker Ernst Richard Escales (1863-1924) im Jahre 1910 das Wort „Kunststoffe“ prägte: Aus Zellhorn (Celluloid) auf der Basis von Cellulosenitrat und Campher ließen sich u. a. Filmmaterial und Perlmutt-Imitat herstellen. Milchstein (Galalith) auf der Basis von Milcheiweiß und Formaldehyd wurde zum Inbegriff von Modeschmuck. Schon länger Gebrauch machte die Industrie von natürlichen Polymeren wie Kautschuk, dem Harz des in Südamerika beheimateten Baumes Hevea brasiliensis , und Schellack, das aus den harzartigen Ausscheidungen einer in Südostasien beheimateten Schildlaus (Laccifer lacca) stammt. „Etwa 150.000 dieser winzigen Lebewesen brauchen fast sechs Monate, um ausreichend Harz für ein Pfund Schellack zu produzieren.“ (Mark 1970, 79-80) Entsprechend teuer wurde das als Bindemittel, Siegellack, Firnis, Politur, Anstrich, Überzug, Kitt und Leimersatz taugende Naturharz gehandelt, das nicht nur von der Schallplattenindustrie nachgefragt wurde, sondern als nichtleitender Isolatorlack auch in der Elektroindustrie als Problemlöser hochwillkommen war. Damals gefährdeten mangelhaft isolierte Stromleitungen und -verteiler die Fabrikarbeiter, überdies ging viel elektrische Energie an die Umgebung verloren. Neben Naturharzen, außer Schellack z. B. auch Hartgummi, Kolophonium, Kopal, Guttapercha oder Bernstein, taugen mineralische Verbindungen wie Glas, Porzellan, Gips oder Kreide ebenfalls als Isolatoren, ohne hundertprozentig zu überzeugen. Viele Isolierstoffe hielten nämlich einer durch Wackelkontakt oder Kurzschluss bedingten Erhitzung nicht stand (Brandenburger 1938, 20). Und für den Produktionsprozess galt: Kalt verpresste Formteile benötigten lange Lagerzeiten zur Härtung, warm verpresste zur Abkühlung. (Raubach 1960, 35). Insofern war die Herstellung der von der Elektroindustrie in riesigen Mengen benötigten Isolierteile Ende des 19., Anfang des 20. Jahrhunderts sowohl langwierig als auch kostspielig. Mit anderen Worten: Mit den zur Verfügung stehenden Werkstoffen stieß man in qualitativer wie quantitativer Hinsicht sehr bald an Grenzen. Dem Mangel konnte aus bereits angegebenen Gründen, namentlich in Ermangelung hinreichend und bezahlbarer Mengen, auch Schellack nicht abhelfen. „Und so setzt ein angestrengtes Suchen nach guten Isolierstoffen ein, die gleichzeitig die Forderungen erfüllen sollen, weniger zerbrechlich als Glas und Porzellan, spanlos verformbar, leicht und billiger als Naturharze zu sein.“ (Raubach 1960, 34) Chemiker versuchten sich an Hunderten von Ersatzstoffen, darunter die von den Rütgerswerken in Erkner bei Berlin aus Steinkohlenteer und Schwefelsäure synthetisierten thermoplastischen Inden-Cumaron-Harze, erfunden 1890 von Gustav Kraemer (1842-1915) und Adolf Spilker (1863-1954), (Collin 2003, 149, Collin 2010, 10 und Koßmehl 2010, 10). Ein echter Durchbruch ließ aber auf sich warten. Das rief den belgischen Chemiker Leo Hendrik Baekeland auf den Plan. Der am 14. November 1863 in Gent geborene Sohn eines Flickschusters hatte bereits mit 14 Jahren als Stipendiat der Stadt Gent Abendvorlesungen in Technischer Chemie an der dortigen Nijverheidsschool (Industrieschule) belegt. Das Abgangszeugnis drei Jahre später vermerkte Medaillen in Physik und Chemie und erteilte Baekeland „mit Auszeichnung“ das Diplom in Industrieller Chemie (Collin 2007, 3). Der vielversprechende junge Mann bekam daraufhin von seiner Vaterstadt gleich das nächste Stipendium gewährt, damit er sich – wir schreiben das Jahr 1880 – an der Reichsuniversität Gent als Student der Naturwissenschaften immatrikulieren konnte. Baekelands akademischer Lehrer für allgemeine Chemie wurde Professor Théodore Swarts (1839-1914), Nachfolger des deutschen Professors Friedrich August Kekulé (1829-1896), auf den die klassische Strukturtheorie in der organischen Chemie zurückgeht. 1881 erhielt Baekeland eine Anstellung als Präparator in Swarts’ Laboratorium und krönte schließlich 1884 sein Chemiestudium im zarten Alter von 21 Jahren mit einer „summa cum laude“ bewerteten Promotion. Als Nächstes machte er als Assistenzprofessor an der Fakultät für Naturwissenschaften des Lehrerseminars in Brügge von sich reden. Seine wissenschaftliche Abhandlung über die Phänomene der elektrolytischen Dissoziation wurde 1887 im Rahmen eines Universitätswettbewerbs mit einer Goldmedaille der belgischen Akademie der Wissenschaften und obendrein einem Reisestipendium prämiert (Collin 2007, 5 und Braun 2010, 22). Baekeland nutzte es für Aufenthalte an Universitäten in London, Oxford und Edinburgh sowie an der Columbia University in New York bei Professor Charles Frederick Chandler (1836-1925). Diesem imponierten Baekelands Fähigkeiten, sodass er ihn zu gewinnen trachtete, in den Vereinigten Staaten zu bleiben und fortan hier als Wissenschaftler zu wirken. „Die Genter Universität versuchte, ihren begabten Chemie-Absolventen in der Heimat zu halten, und ernannte ihn am 25. September 1889 zum außerordentlichen Professor ihrer Faculté des Sciences. Baekeland zog es aber ins Land seiner Träume und seines Vorbilds Benjamin Franklin (1706-1790, Red.), der sich, wie er aus ärmlichen Verhältnissen stammend, zum weltberühmten Staatsmann und Wissenschaftler emporgearbeitet hatte.“ (Collin 2007, 6) Nach Amerika auszuwandern hatte in Baekelands Familie Tradition, allerdings mit umgekehrtem Vorzeichen: Einige seiner Vorfahren, die ihren Lebensunterhalt als Tuchmacher und Leinenweber fristeten, waren infolge des Siegeszugs der Baumwolle verarmt und hatten in ihrer Not Flandern den Rücken gekehrt, um in den USA ihr Glück zu versuchen (Collin 2007, 1). Anders Leo Hendrik Baekeland – ihn lockte die sichere Aussicht auf Geld und Karriere, denn als Chemiker standen ihm viele Türen offen. Was Bakelit mit Fotografie zu tun hat Mit Professor Chandler verband ihn die Passion für Fotografie, die ihn schon als Schüler gepackt und nicht wieder losgelassen hatte. Um Fotoplatten zu präparieren, beschaffte der junge Baekeland sich die nötigen Chemikalien. An die für ihn unerschwinglichen Silbersalze gelangte er, indem er die Kette einer silbernen Taschenuhr, ein Geschenk seines Vaters, in Salpetersäure auflöste und mittels Salzsäure lichtempfindliches Silberchlorid ausfällte (Collin 2007, 4). Später, noch in Gent, erfand er in Konkurrenz zu dem befreundeten Chemiker Désiré van Monckhoven (1834-1882) eine selbstentwickelnde fotografische Trockenplatte und meldete sie zum Patent an. Um sie auf den Markt zu bringen, gründete Baekeland 1888 gemeinsam mit seinem Laborantenkollegen Jules Emmanuel Guequier (1848-1929) die Firma „Baekeland en Co., Scheikundige Producten“, mit der er jedoch keinen Erfolg haben sollte. In New York nun profitierte Baekeland von Chandlers Kontakten zu Amerikas seinerzeit größtem Lieferanten von Fotoartikeln, der E. & H. T. Anthony & Company, für die der Professor den „Photographic Bulletin“ herausgab. Baekeland lernte 1891 Richard A. Anthony, den Mitinhaber der Firma, kennen, der ihn zunächst zum photochemischen Berater machte, dann als Chemiker anstellte. Nach nur zwei Jahren verließ Baekeland das Unternehmen wieder, machte sich als consulting chemist in New York selbstständig und erfand ein hochempfindliches Fotopapier, dem er den Namen „Velox Gaslight Paper“ gab (das lateinische Wort „velociter“ bedeutet „schnell“). Velox war „das erste fotografische Papier, auf das mit Hilfe von künstlichem Licht Bilder kopiert werden konnten“ (Mark 1970, 79), das also – unabhängig von den natürlichen Lichtverhältnissen – im Fotolabor einsetzbar war. „Die hierzu formulierte spezielle Silberchlorid-Emulsion ließ sich anschließend an die Belichtung auch schnell entwickeln. Die Produktion begann 1893 in der gemeinsam mit Leonard Jacobi als Geldgeber gegründeten Firma Nepera Chemical Company in Yonkers, N. Y. Nach anfänglichen Absatzschwierigkeiten war die Firma mit ihrem Schnellpapier und weiteren Neuentwicklungen sehr erfolgreich und wurde zum ernsthaften Konkurrenten des Photo-Marktführers Eastman Kodak Company.“ (Collin 2007, 7) Firmenchef George Eastman (1854-1932), der Erfinder der Kodak-Kamera, entschloss sich deshalb, der Nepera das Velox-Fotopapier abzukaufen, und lud Baekeland 1899 zu sich nach Rochester ein. „Baekeland nahm diese Einladung an; er war entschlossen, als – wie er meinte – nüchtern denkender Geschäftsmann 50.000 Dollar zu fordern und nicht weniger als 25.000 Dollar zu akzeptieren. Eastman bot ihm eine Million“ (Mark 1970, 79; vgl. Collin 2003, 149 und Collin 2007, 9), „je zur Hälfte in bar und in Eastman-Kodak-Aktien“ (Schmutzler 1993, 20); andere Quellen sprechen von nicht minder beachtlichen 750.000 US-Dollar (Schäfke 1987, 12), nach heutigem Wert ca. 25 Millionen US-Dollar (Kunststoff-Museums-Verein 2004, 16). Der Deal verpflichtete Baekeland außerdem dazu, sich während der nächsten 20 Jahre nicht mehr in Sachen Entwicklung und Herstellung von Photochemikalien zu betätigen (Schmutzler 1993, 20 und Collin 2007, 9). „Als reicher Mann kehrte Baekeland noch einmal nach Gent zurück [...] Dabei erkannte er, dass er sich von den Menschen dieser Stadt innerlich gelöst hatte und Amerikaner geworden war. Er beschloss, nie mehr zurückzukehren“ (Collins 2007, 9). In den USA erwarb er in Yonkers am Hudson River, einer aufstrebenden Kleinstadt im Bundesstaat New York, das Anwesen Snug Rock, baute es um und richtete in einem Stallgebäude ein privates Forschungslabor ein. Um sein fachliches Know-how zu vertiefen, begab er sich nach Deutschland und schrieb sich im Wintersemester 1900/1901 an der Technischen Hochschule Berlin-Charlottenburg für Elektrochemie ein. Das Kurzstudium trug sogleich Früchte: 1901 gelang Baekeland gemeinsam mit dem US-Chemiker Clinton Paul Townsend (1868-1931) die „Erfindung einer verbesserten Diaphragma-Zelle zur elektrolytischen Erzeugung von Natronlauge und Chlor aus Kochsalz. Damit begründete E[lon] H. Hooker (1869-1938, Red.) in Niagara Falls die Hooker Electrochemical Company, die sich mit Baekeland als Berater zum damals weltweit größten elektrochemischen Unternehmen entwickelte.“ (Braun 2010, 22; siehe auch Collin 2003, 149 und Collin 2007, 10) Baekelands Privatlaboratorium in Yonkers/USA. (Quelle: wikipedia) 1904 wandelte er sein Privatlaboratorium in Yonkers in ein Technikum um, denn nun galt sein Forschungsinteresse dem „Versuch, einen künstlichen Schellack zu synthetisieren, der das Naturprodukt [...] ersetzen“ (Mark 1970, 79) und als isolierender Werkstoff für die Elektroindustrie überzeugen konnte. Baekeland erinnerte sich an sein Chemiestudium in Gent, wo ihn sein Lehrer Théodore Swarts mit einem Kunstharz vertraut gemacht hatte, das erstmals durch den in Straßburg lehrenden deutschen Chemieprofessor Adolf Baeyer (1835-1917) beschrieben worden war. Der spätere Nobelpreisträger hatte 1872 in den „Berichten der Deutschen Chemischen Gesellschaft“ mitgeteilt, durch Mischen von Phenol mit dem in Wasser gelösten Gas Formaldehyd eine harzartige Substanz gewonnen zu haben (Baeyer 1872, 1095 u. 1099). Allerdings beschäftigte er sich nicht weiter mit ihr, weil er an ihr wenig Gefallen fand. Mark 1970, 80 schreibt: „Für Baeyer und die anderen Chemiker des 19. Jahrhunderts waren diese harzartigen Reaktionsprodukte nur eine störende Nebenerscheinung. [...] (I)n praktischer Hinsicht waren sie äußerst lästig. Sie setzten sich in den Reagenzgläsern und Retorten fest, und da sie nicht aufgelöst werden konnten, wurden die Gefäße unbrauchbar. [...] Nach ihrer Meinung mußte die künstliche Erzeugung von Harzen um jeden Preis vermieden werden.“ Die „zementartige“ Beschaffenheit (Fiell und Fiell 2009, 13) des Phenolharzes, einer „harten, porösen und unlöslichen grauen Masse“ (Mark 1970, 80), war aus Baekelands Sicht nicht zwingend ein Makel, vielmehr ein Fingerzeig auf Potenziale, die es zu nutzen galt. Bis er den neuartigen Stoff zu einem brauchbaren Werkstoff – beständiger als Holz, leichter als Eisen, haltbarer als Gummi und imstande, die Elektrizität zu bändigen (Collin 2007, 10) – weiterentwickelt hatte, ihn auf den Namen „Bakelit“ taufen und zum Patent anmelden konnte, war allerdings noch Feinarbeit nötig: „Anstatt zu versuchen, jene Reaktion, die eine Vereinigung von Phenol und Formaldehyd bewirkte, zu verhindern, bemühte sich Baekeland, sie zu fördern. Anstatt die Mischung abkühlen zu lassen, sobald sie sich gebildet hatte, erwärmte er sie. Um sicher zu sein, daß die höheren Temperaturen sie ständig in flüssigem Zustand erhielten, setzte er die Mischung unter Druck. Schließlich fügte er Zusätze hinzu, um den gesamten Prozeß zu beschleunigen.“ (Mark 1970, 80) Doch der Reihe nach … Über die Ausgangsstoffe Phenol und Formaldehyd zu verfügen, stellte vor die geringsten Probleme, denn es handelte sich um zwei Abfallprodukte der chemischen Industrie: Phenol (chemische Formel: C 6 H 5 OH) ist Bestandteil des Steinkohlenteers und wurde 1834 von dem deutschen Chemiker Friedrich Ferdinand Runge (1794-1867) entdeckt, der ihm den Namen „Karbolsäure“ gab. Die Bezeichnung „Phenol“ wiederum, abgeleitet vom griechischen Wort für „leuchten“, „phainomai“, rührt daher, dass beim Erhitzen von Kohle unter Luftabschluss (Verkokung) neben Teer auch Leuchtgas entsteht. Es wurde für die Straßenbeleuchtung genutzt – in Deutschland erstmals im September 1826 in Berlin, als 26 Gaslaternen Unter den Linden in Betrieb gingen. Phenol ist ein farbloser kristalliner Feststoff, der sich gut in Wasser löst. Lange bedeutungslos, fand es später als Desinfektionsmittel Verwendung, bevor es für die Kunststoffindustrie interessant wurde. Heute wird es zu über 90 Prozent durch Säurespaltung seines Derivats Cumolhydroperoxid gewonnen (Hock’sche Phenolsynthese; Näheres bei Collin 2007, 27). Formaldehyd (Methanal, chemische Formel: HCOH) ist ein gasförmiges Oxidationsprodukt des Methylalkohols, der anfänglich Holzgeist genannt wurde. Dieser wiederum ist ein Destillat aus Holzgas, das durch Erhitzen von Holz unter Luftabschluss entsteht. Der Begriff „Aldehyd“ bezeichnet die Dehydrierung des Alkohols, d. h. den Entzug von Wasserstoffatomen im Zuge der Oxidation. Der Namensbestandteil „Form-“ ist der Tatsache geschuldet, dass Methanal durch Oxidation in Ameisensäure überführt werden kann – und dass das lateinische Wort für die Ameise „formica“ lautet. Entdeckt wurde Formaldehyd 1855 von dem russischen Chemiker Alexander Michailowitsch Butlerow (1828-1886). Genutzt wird vorrangig die als Formalin bekannte wässrige Lösung, u. a. als Konservierungsmittel. Hergestellt wird Formaldehyd heute durch katalytische Gasphasenoxidation von Methanol (Näheres bei Collin 2007, 28). Was aus der Vereinigung von Phenol und Formaldehyd hervorgeht, ist ein Stoff mit der chemischen Formel HOCH 2 C 6 H 4 OH, der zu Baekelands Zeit ein absolutes Novum darstellte: Er ist keinem der beiden Ausgangsstoffe ähnlich und lässt sich aus keiner in der Natur vorfindbaren Substanz erzeugen. „Es ist so, wie wenn man einige Haarnadeln und einen Büchsenöffner nimmt, diese Dinge in ihre Bestandteile zerlegt und dann zu einem vollständigen und funktionsfähigen Farbfernsehgerät wieder zusammensetzt.“ (Mark 1970, 81) Wie aber vollzieht sich diese Vereinigung? Was genau passiert auf chemischer Beschreibungsebene? Anonymus 2010c, 78 erläutert: „An ein Phenolmolekül können sich bis zu drei Formaldehydmoleküle anlagern. So bilden diese beiden Stoffe eine räumlich vernetzte Struktur und damit einen festen und widerstandsfähigen Kunststoff“. Das geschieht aber nicht von allein, sondern dazu bedarf es aktivierender Impulse: „Durch sorgfältiges Erwärmen und Komprimieren des Gemisches erreichte Baekeland, daß die Formaldehydmoleküle ihre Sauerstoffatome verloren und die Phenolringe sich über ein Kohlenstoffatom miteinander verbanden. Hatte diese Reaktion einmal begonnen, so wuchs das Molekül zu einem riesigen Netz von Ringen.“ (Mark 1970, 80) Weil bei der Reaktion von Phenol und Formaldehyd als Nebenprodukt Wasser abgespalten wird, bezeichnet man das entstandene Phenolharz als Polykondensat und vermeidet den geläufigeren Begriff „Polymer“. Die gemeinsame Vorsilbe „Poly-“ artikuliert gleichwohl die Vielzahl von Molekülen, die sich hier wie dort zu einem einzigen Makromolekül (Mark 1970: „Riesenmolekül“) zusammengeschlossen haben. Das wohl prominenteste Polykondensat ist übrigens die Kunstfaser Polyamid 6.6, besser bekannt als Nylon . Die für das Phenolharz in chemischer Hinsicht charakteristischen Molekülnetze bedingen seine zentrale physikalische Eigenschaft, formstabil zu bleiben, auch wenn es höheren Temperaturen ausgesetzt wird. Ebendiese Eigenschaft weist Phenolharz als sogenannten Duroplasten aus, in Abgrenzung zu den Thermoplasten: „Duroplaste bestehen aus schwer zerstörbaren Molekülnetzen, Thermoplaste hingegen aus einer Vielzahl von aneinander liegenden Molekülketten. Da diese Anordnung weniger widerstandsfähig ist, können Thermoplaste geschmolzen oder gelöst und auch wiederverwertet werden.“ (Anonymus 2010c, 80) Das Phenolharz hingegen lässt sich auf bis zu 300 Grad erhitzen, ehe es verkohlt, ohne zu erweichen (Brandenburger 1938, 20). Damit Phenol- und Formaldehydmoleküle sich vernetzen, kommen Zusatzstoffe ins Spiel, die die Polykondensation anstoßen, unterhalten und verstärken. Die Zusätze, Katalysatoren genannt, zeichnen sich dadurch aus, dass sie chemische Reaktionen auslösen respektive beeinflussen, ohne selbst an ihnen teilzuhaben, mithin unverändert und unverbraucht aus ihnen hervorgehen. Je nachdem ob saure oder alkalische (basische) Zusätze verwendet werden, entstehen höchst unterschiedliche Endprodukte: „(S)aure Katalysatoren führen zu nichtselbsthärtenden Novolaken, basische zu den selbsthärtenden Resolen.“ (Domininghaus 1969, 57) Im Katalog zur Bakelit-Jubiläumsausstellung heißt es: „Bei der Herstellung von Phenol-Formaldehyd-Harzen wird zwischen zwei Verfahren unterschieden. Die erste Möglichkeit ist die Reaktion mit einem Überschuss an Phenol und einem sauren Katalysator. Hier entsteht zunächst ein Harz mit dem Fachbegriff ‚Novolak‘. Dabei handelt es sich um lineare Molekülketten, also ein schmelzbares Harz, das sich leicht verarbeiten lässt. Zur Herausbildung der Materialeigenschaften im Sinne eines stabilen Molekülnetzes benötigt man ein Härtungsmittel. [...] Die zweite Möglichkeit ist jene, die [...] mit einem Formaldehydüberschuss und einem alkalischen Katalysator ( )arbeitet. Das entstehende Endprodukt ist unschmelzbar“ (Anonymus 2010c, 78). Während Adolf Baeyer ausschließlich mit Säuren gearbeitet hatte (Baeyer 1872, 25-26 u. 1095-1096), erforschte Baekeland sowohl die saure als auch die alkalische Katalyse und entwickelte auf diese Weise beide Grundtypen des Phenolharzes: Bei saurer Katalyse entsteht ein schmelzbares, dem Schellack ähnliches Harz, dem Baekeland deshalb den Namen „ Novolak “ (steht für „neuer Schellack“) gab (Brandenburger 1938, 24 und Collin 2007, 11). Novolak härtet nicht von allein aus, sondern erst unter Zusatz von Aminen; heute wird üblicherweise „der ‚Formaldehyd-Spender‘ Hexamethylentetramin (Urotropin)“ als Härtungsmittel eingesetzt (Collin 2007, 11; siehe auch Schäfke 1987, 14). Aus Novolak wurden zunächst Pressmasse-Formartikel hergestellt, heute kommt der Werkstoff u. a. in der Mikroelektronik und Mikromechanik zum Einsatz (Anonymus 2010c, 78). Bei alkalischer Katalyse , z. B. mittels Natronlauge oder Ammoniaklösung, durchläuft das Phenolharz im Zuge der Polykondensationsreaktion eine Art Stufenwachstum – ein Prozess, den Baekeland selbst in drei Zustandsformen gegliedert hat: Resol (A-Zustand), Resitol (B-Zustand) und Resit (C-Zustand). Resol bildet sich „als ölige Schicht [...], die [...] beim Erkalten zu einer spröden Masse erstarrt“ (Raubach 1960, 42); diese ist schmelzbar und löslich. Unter Wärmeeinwirkung und Abscheiden von Wasser wird es zu Resitol, einer gummiartigen Masse (ebd., 42), die nicht mehr schmelzbar, aber quell- und formbar ist. Unter Hitze und Druck sowie durch weitere Wasserabscheidung wird Resitol schließlich zu Resit, das weder löslich noch schmelzbar oder verformbar ist. Resit ist entsprechend als Endstufe (Polykondensat) des Phenolharzes anzusehen, Resol und Resitol gelten als Vorstufen (Oligokondensate). Je nach Zweckbestimmung lassen sich aber selbstverständlich alle drei Zustandsformen industriell verwerten: „Durch Abbruch der Reaktion bei Erreichen der gewünschten Konsistenz ergeben sich für den Hersteller des Harzes vielfältige Möglichkeiten, speziell für die Weitergabe des Materials an die Hersteller der Endprodukte.“ (Anonymus 2010c, 78-79) Die ersten Versuche, die chemische Reaktion von Phenol und Formaldehyd zu studieren und zu steuern, hatte Baekeland im Jahr 1905 in seinem Privatlabor in Yonkers begonnen. Bis dahin „war es [...] niemandem gelungen, einwandfreie Formteile zu erzeugen, da die Reaktion von Phenol und Formaldehyd und vor allem die Härtung der enthaltenen Harze unter den angewandten Bedingungen unkontrollierbar verlief und wegen der Abspaltung des Kondensationswassers zu blasigen oder porösen Produkten führte. Baekeland stand daher vor der Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen von homogenen, harten, unschmelzbaren und unlöslichen Reaktionsprodukten aus Phenol und Formaldehyd ohne Poren oder sichtbare Hohlräume (Löcher) zu entwickeln. Die Lösung fand Baekeland darin, im Unterschied zu allen Vorgängern unter gleichzeitigem Einwirken von Hitze und Druck bei höheren Temperaturen zu arbeiten und dadurch die Reaktion zu beschleunigen, das Kondensationswasser weitgehend auszutreiben und das Endprodukt ‚ohne Aufblähen und Poröswerden‘ auszuhärten. Er konstruierte dafür einen von ihm Old Faithful genannten Reaktor, in dem er am 20. Juni 1907 erstmals 180 Liter einer bernsteinfarbenen viskosen Phenolharz-Masse erzeugte.“ (Braun 2010, 24; vgl. Collin 2003, 150, Raubach 1960, 37-39, und Brandenburger 1938, 24) In der simultanen Einwirkung von Hitze und Druck bestand somit letztlich „(d)as Wesentliche des Baekeland-Verfahren“ (Brandenburger 1938, 20) – die gelungene Umwandlung von Resitol in qualitativ einwandfreies Resit war der entscheidende Durchbruch zu einem produktionstauglichen, industriell verwertbaren Werkstoff: „Im Gegensatz zu früheren Experimenten mit Phenol-Formaldehyd-Mischungen ließ sich die chemische Reaktion [...] relativ einfach kontrollieren und erfolgreich wiederholen. Auch war die entstandene Harzmasse endlich blasenfrei.“ (Fiell und Fiell 2009, 13) Baekeland „verstand es, die Harzbildung [...] so zu leiten, daß man die Entwicklung zu dem unlöslichen und unschmelzbaren Körper verschiedentlich unterbrechen konnte; nämlich an den Stellen, an denen sie sich für eine Vermischung mit anderen Stoffen oder für eine Verformung eignet.“ (Brandenburger 1938, 19) Baekelands Verdienst sei von daher weniger die Entdeckung des Phenolharzes gewesen – sie habe praktisch in der Luft gelegen –, als vielmehr die Beherrschbarkeit des Reaktionsprozesses, wodurch eine industrielle Produktion erst möglich und lohnend geworden sei, schreibt Schäfke 1987, 12. „Baekeland prüft seine Härtungsprodukte auf Isolierfähigkeit. Das Ergebnis ist ausgezeichnet. Das aber bedeutet, daß das so dringend benötigte Harz für die Isolierpreßmassen endlich gefunden ist.“ (Raubach 1960, 39) Daraufhin meldete Baekeland im Jahre 1907 insgesamt sieben US-Patente an. Als wichtigstes gilt das am 13. Juli 1907, heute vor 111 Jahren, eingereichte „Heat and Pressure“-Patent (US 942,699). Das neuartige Phenolharz bekam den Namen „Bakelite“, zu Deutsch: Bakelit, der auch als Warenzeichen eingetragen wurde. Wie Bakelit zu seinem Namen kam Unschwer zu erkennen ist, dass der Erfinder bei dieser Namensgebung sich selbst im Sinn hatte, denn von „Baekeland“ zu „Bakelit“ ist es lautlich nicht weit: An die ersten zwei Silben seines Nachnamens, „Baeke-“, hängte er, das Dehnungs-E weglassend, die erste Silbe des griechischen Worts für Stein, „lithos“, womit er auf die Festigkeit des Duroplasten anspielte (Schäfke 1987, 12). Weil es sich um „de(n) erste(n) echte(n) (= vollsynthetischen, Red.) Kunststoff, das erste vom Menschen bewußt geschaffene Makromolekül“ handelte (Mark 1970, 81), wurde Bakelit im alltäglichen Sprachgebrauch für lange Zeit zum Synonym für sämtliche Kunststoffe (Schäfke 1987, 12), die ihm nachfolgen sollten, während im Fach Chemie 1926 der Oberbegriff „Phenoplast“ anstelle von „Phenolharz“ aufkam (Braun 2010, 25 und Gamber 1926, 5). Aus Baekelands Druckkessel „Old Faithful“ wurde übrigens kurzerhand der „Bakelizer“ (Braun 2010, 24: „Bakelisator“). (Wird in Kürze, und zwar am 1. September 2018 fortgesetzt!) Das TEAM von k-online wünscht Ihnen einen schönen Sommer und einen erholsamen Urlaub, wo auch immer Sie ihn verleben. Bleiben Sie uns treu. Wir zählen auf Sie. Literatur Anonymus (2010a): Kunststoff aus Erkner erobert die Welt. In: Bakelit 100. Kunststoff aus Erkner erobert die Welt. Katalog zur Jubiläumsausstellung. Erkner: Freundeskreis Chemie-Museum Erkner, S. 62-65 Anonymus (2010 b): Das Bakelit kommt nach Erkner. In: Bakelit 100. Kunststoff aus Erkner erobert die Welt. Katalog zur Jubiläumsausstellung. Erkner: Freundeskreis Chemie-Museum Erkner, S. 72-76 Anonymus (2010c): Produktion. In: Bakelit 100. Kunststoff aus Erkner erobert die Welt. Katalog zur Jubiläumsausstellung. Erkner: Freundeskreis Chemie-Museum Erkner, S. 78-80 Anonymus (2010d): Verarbeitung. In: Bakelit 100. Kunststoff aus Erkner erobert die Welt. Katalog zur Jubiläumsausstellung. Erkner: Freundeskreis Chemie-Museum Erkner, S. 82-84 Baekeland, Leo Hendrik (1909): Bakelite, ein neues synthetisches Harz. In: Chemiker-Zeitung, Bd. 33, S. 317, 326, 347 u. 358 Baeyer, A[dolf] (1872): Verbindungen der Aldehyde mit den Phenolen. In: Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, 5. Jg., S. 25-26, 280-282 u. 1094-1100 Böhme, Katja und Ludwig, Andreas (2012): Alles aus Plaste. Versprechen und Gebrauch in der DDR. Köln, Weimar und Wien: Böhlau, 239 S. Brandenburger, Kurt (1938): Im Zeitalter der Kunststoffe. München und Berlin: J. F. Lehmann, 100 S. Braun, Dietrich (2010): Von den ersten Phenol-Formaldehyd-Harzen zum Bakelit. In: Bakelit 100. Kunststoff aus Erkner erobert die Welt. Katalog zur Jubiläumsausstellung. Erkner: Freundeskreis Chemie-Museum Erkner, S. 20-27 Braun, Dietrich (2013): Kleine Geschichte der Kunststoffe. München: Carl Hanser, 308 S. Collin, Gerd (2003): Zur Geschichte der Bakelite-Duroplaste. In: Klaus Krug und Dieter Wagner (Hgg.): Zeitzeugenberichte V – Chemische Industrie. Tagung „Industriekreis“ der GDCh-Fachgruppe Geschichte der Chemie 22. bis 23. August 2002 in Leverkusen. Frankfurt am Main: Brönners Druckerei (= GDCh-Monographie, 26), S. 147-171 Collin, Gerd (2007): Leo Hendrik Baekeland und das (die) Bakelit(e). Fürstenwalde: format (= Erkneraner Hefte, 9), 35 S. Collin, Gerd (2010): Rütgers und Bakelite. In: Bakelit 100. Kunststoff aus Erkner erobert die Welt. Katalog zur Jubiläumsausstellung. Erkner: Freundeskreis Chemie-Museum Erkner, S. 28-29 Domininghaus, Hans (1969): Werkstoffe aus der Retorte. Kunststoffe im Vormarsch. Frankfurt am Main: Umschau (= Wege zum Wissen), 176 S. Fiell, Charlotte und Fiell, Peter (2009): Plastic Dreams. Synthetische Visionen im Design. Chipping Campden: Fiell Publishing, 286 S. Gamber , Oswald (1926): Die drechselbaren Kunstharze . Wien und Leipzig: Hartleben 1926 (= Chemisch-technische Bibliothek, 381), 94 S. Heimatverein Erkner (2013): Heimatblatt, Nr. 32, 40 S.; www.heimatverein-erkner.de/fileadmin/user_upload/pdfs/Heimatblatt_32_2014.pdf (2. 7. 2018) Koßmehl, Gerhard (2010): Bakelit erobert die Welt. In: Kunststoffe, Heft 1, S. 10-13 [München: Carl Hanser] Kunststoff-Museums-Verein (Hg.) (2004): Die Kunststoff-Macher. Wanderausstellung des Kunststoff-Museums-Vereins Düsseldorf. Düsseldorf: Druckstudio, 78 S. Mark, Herman F. (1970): Riesenmoleküle. Weert: Time Life 1970 (= Life – Wunder der Wissenschaft), 200 S. Raubach, H[einz] (1960): Bakelit macht Epoche. In: H. R.: Farbenfrohe Leichtgewichte. 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Institut für Restaurierungs- und Konservierungswissenschaft der Fachhochschule Köln und Dokumentationszentrum Alltagskultur der DDR in Eisenhüttenstadt, 47 S.
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