Von Kautschukbäumen gewonnener Naturkautschuk ist zwar ein nachwachsender Rohstoff, wegen der Plantagenwirtschaft aber ökologisch umstritten sowie Eigenschaftsschwankungen unterworfen und darüber hinaus auch nur begrenzt verfügbar. Bisher reicht Synthesekautschuk im Abriebverhalten […]
Erste Tests von Reifen mit dem naturidentischen, biomimetischen Synthesekautschuk BISYKA zeigen, dass diese etwa 30 bis 50 % weniger Abrieb im Vergleich zu Naturkautschukreifen erzeugen. (Foto: Till Budde/Fraunhofer IAP)
Von Kautschukbäumen gewonnener Naturkautschuk ist zwar ein nachwachsender Rohstoff, wegen der Plantagenwirtschaft aber ökologisch umstritten sowie Eigenschaftsschwankungen unterworfen und darüber hinaus auch nur begrenzt verfügbar. Bisher reicht Synthesekautschuk im Abriebverhalten jedoch nicht an das natürliche Produkt heran und eignet sich daher bspw. nicht für Lkw-Reifen. Ein neuartiger Synthesekautschuk erzeugt nun erstmals 30 bis 50 % weniger Abrieb als Naturkautschuk.
Biomimetischer Synthesekautschuk mit optimiertem Abriebverhalten
Forscher der Fraunhofer-Institute für Angewandte Polymerforschung IAP, für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS, für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME, für Werkstoffmechanik IWM und für Silicatforschung ISC haben daher die Eigenschaften von Synthesekautschuk verbessert. „Unser Synthesekautschuk BISYKA, kurz für Biomimetischer Synthesekautschuk, hat sogar noch bessere Eigenschaften als Naturkautschuk“, sagt Dr. Ulrich Wendler, der das Projekt am Fraunhofer-Pilotanlagenzentrum für Polymersynthese und -verarbeitung PAZ in Schkopau leitet. Das Fraunhofer PAZ ist eine gemeinsame Initiative des Fraunhofer IAP und des Fraunhofer IMWS. „Die Reifen aus Synthesekautschuk verlieren 30 Prozent weniger Masse als das Äquivalent aus Naturkautschuk, der Profilverlust beträgt sogar nur die Hälfte. Zudem lässt sich der Synthesekautschuk mit Bestandsanlagen in großtechnischem Maßstab produzieren. Das heißt: Der Synthesekautschuk bietet eine hervorragende Alternative zum Naturkautschuk – auch im Bereich der Hochleistungs-Lkw-Reifen.“
Gezielte Analyse von Löwenzahn-Kautschuk
Doch wie haben die Forscherinnen und Forscher diese Steigerung erreicht? Am Fraunhofer IME untersuchten die Wissenschaftler Kautschuk aus Löwenzahn. Dieser besteht wie der Kautschuk aus den Kautschukbäumen zu etwa 95 % aus Polyisopren, die verbleibenden Prozente aus Biokomponenten wie Proteinen oder Lipiden. Der Vorteil gegenüber dem Baum-Kautschuk: Statt sieben Jahren hat der Löwenzahn eine Generationenfolge von nur drei Monaten. Kautschuk aus Löwenzahn bietet somit eine gute Ausgangsposition, um den Einfluss der Biokomponenten auf die Kautschuk-Eigenschaften zu untersuchen. Dazu schalteten die Fraunhofer-Forschenden die involvierten Schlüsselbiokomponenten gezielt aus.
Nachdem die für das Abriebverhalten wichtigen Biokomponenten identifiziert waren, synthetisierten die Forscher des Fraunhofer IAP den BISYKA-Kautschuk – aus den jeweiligen Biomolekülen und funktionalisiertem, hoch mikrostrukturreinen Polyisopren. Die Kollegen am Fraunhofer IWM und IMWS untersuchten die daraus erhaltenen Kautschukvarianten auf ihre Eigenschaften. Dazu nutzten sie die Dehnkristallisation: Dehnt man Naturkautschuk auf die dreifache Länge, bilden sich kristalline Bereiche – der Kautschuk verhärtet sich. „Die Dehnungskristallisation von BISYKA-Kautschuk entspricht der des Naturkautschuks“, erläutert Wendler. Für Lkw-Reifen wird der Kautschuk üblicherweise mit Ruß gemischt, daher die schwarze Farbe. Der Trend geht allerdings dazu, statt Ruß Silicate zuzumischen. Hier kommt die Expertise des Fraunhofer ISC ins Spiel: Am Institut wird untersucht, wie neuartige Silicafüllstoffe zu optimalen Alternativen für Naturkautschuk in der Automobilindustrie führen können.
Synthesekautschuk überzeugt in Praxistests
Nach der Entwicklung des BISYKA-Kautschuks wurde er getestet: Hält er, was er aufgrund der Dehnungskristallisation verspricht? Dies ließen die Forscher von einem externen und somit unabhängigen Partner untersuchen: dem Prüflabor Nord. Dazu wurden vier Pkw-Reifen gefertigt, deren Lauffläche aus BISYKA bestand, und mit solchen verglichen, deren Lauffläche aus Naturkautschuk gefertigt war. Die Tests wurden direkt an einem Auto durchgeführt, das 700 Kreise in die eine Richtung und 700 Kreise in die andere Richtung fuhr. Das Ergebnis: Während der Naturkautschuk-Reifen nach dem Test um 850 g leichter war und 0,94 g an Profil verlor, büßte der BISYKA-Reifen lediglich 600 g Gewicht und 0,47 g Profil ein. Auch der Rollwiderstand ist beim Synthesekautschuk besser: Während der Naturkautschuk auf der Rollwiderstandsampel beim Wert C liegt, erreicht BISYKA den besseren Wert B. „Bisher haben wir nur erste Tests mit der BISYKA-Reifenmischung durchgeführt, die äußerst vielversprechend sind. Als nächsten Schritt möchten wir den BISYKA-Kautschuk weiter optimieren. Dies betrifft vor allem den Anteil und die Zusammensetzung der Biokomponenten. Parallel dazu wird die Rezeptur der Laufflächenmischung für LKW-Reifen auf den neuen Kautschuk angepasst“, sagt Wendler. Aktuell sind der Forscher und sein Team auf der Suche nach Kooperationspartnern, die das Produkt auf den Markt bringen.
