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Für Polyisopren auf einen Blick, klicken Sie hier!
Eines der bekanntesten natürlichen Polymere ist Polyisopren, ein Naturkautschuk. Die alten Maya und Azteken ernteten es vom Hevea-Baum und verwendeten es zur Herstellung von wasserdichten Stiefeln und Bällen, mit denen sie ein dem Basketball ähnliches Spiel spielten. Er ist ein so genanntes Elastomer, das heißt, er nimmt nach einer Dehnung oder Verformung seine Form wieder an. Normalerweise wird der Naturkautschuk behandelt, um ihm Vernetzungen zu geben, was ihn zu einem noch besseren Elastomer macht.

Polyisopren ist ein Dienpolymer, ein Polymer, das aus einem Monomer mit zwei Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen besteht. Wie die meisten Dien-Polymere hat es eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung in seiner Rückgratkette. Polyisopren wird aus dem Saft des Hevea-Baums gewonnen, kann aber auch durch Ziegler-Natta-Polymerisation hergestellt werden. Dies ist ein seltenes Beispiel für ein natürliches Polymer, das wir fast so gut herstellen können wie die Natur.

Hier ein paar historische Informationen. Während des Zweiten Weltkriegs unterbrachen die Japaner die Naturkautschuklieferungen für den Rest der Welt. Und da Naturkautschuk zu dieser Zeit die vorherrschende Form war, saßen die Alliierten fest. Stellen Sie sich ein Flugzeug ohne Gummidichtungen und -schläuche vor, ganz zu schweigen von den Reifen, die bei der Landung Stöße abfedern. Stellen Sie sich nun Lastwagen, Panzer und Jeeps mit denselben Problemen vor. Stellen Sie sich vor, wie es wäre, in einem Lastwagen mit Stahlrädern 60 km/h zu fahren?

Die Wissenschaft kam zur Rettung! In den USA wurde eine große, von der Regierung finanzierte Anstrengung unternommen, die sehr schnell zu synthetischem Gummi führte. Das erste Produkt, das auf den Markt kam, war Polyisobutylen. Es war ein ziemlich guter Kautschuk (und ist es immer noch), aber hauptsächlich wegen der ungewöhnlichen Tatsache, dass er kein Gas durchlässt (sorry). Es ist das einzige handelsübliche Polymer, das wochen- oder sogar monatelang die Luft in einem Reifen hält. Naturkautschuk kann dies nicht, und so war ein Ergebnis der Kriegsanstrengungen eine Lösung für das große Problem, dass man seine Reifen jede Woche aufpumpen musste.

Ok, der Krieg war zu Ende, Naturkautschuk war wieder für die ganze Welt verfügbar. Die Produktion explodierte! Aber das galt auch für die Herstellung anderer synthetischer Elastomere wie Polybutadien und Polychloropren. Letzteres war eine weitere zufällige Entdeckung wie die von PIB: Polychloropren (auch Neopren genannt) war in der Lage, bei Kontakt mit Benzin, Diesel oder Motoröl NICHT zu quellen. Ein weiterer fantastischer Fortschritt in der Polymerwissenschaft!

Wie steht es heute um Natur- und Synthesekautschuk? Sie teilen sich den Markt, und der ist mit rund 26 Millionen Tonnen pro Jahr riesig. Laut der obigen Grafik aus dem Jahr 2016 entfallen rund 54 % der weltweiten Produktion auf verschiedene Arten von synthetischem Kautschuk. Damit entfallen satte 46 % auf Naturkautschuk. Und das Tolle daran ist, dass Naturkautschuk eine erneuerbare Ressource ist, die von der wichtigsten erneuerbaren Ressource, den Bäumen, stammt. Gut gemacht, Mutter Natur!

So sieht das Isoprenmonomer aus:

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Getestete Polyisopren-Synthesen

So, vielleicht haben Sie versucht, Polybutadien herzustellen, und das hat so gut geklappt, dass Sie jetzt wirklich Ihr eigenes Polyisopren herstellen wollen. Nun, es stellt sich heraus, dass wir nicht nur ein, sondern ZWEI Verfahren haben. Bei dem einen erhält man ein Polymer mit überwiegend cis-Wiederholungseinheiten, bei dem anderen ein Polymer mit überwiegend trans-Wiederholungseinheiten. Flüchtige Stoffe und entflammbare Katalysatoren erfordern äußerste Vorsicht im Labor, um sicher zu sein: Gehen Sie einfach sehr vorsichtig vor!

Die beiden Verfahren verwenden zwei verschiedene Übergangsmetallkatalysatoren, um zwei verschiedene isomere PIPs zu erhalten. Die erste Methode ergibt das cis-Isomer: Klicken Sie hier, um das Verfahren zu sehen und hier, um eine Kopie herunterzuladen.

Die zweite Methode, bei der ein anderer Katalysator und andere Bedingungen verwendet werden, ergibt das trans-Isomer. Natürlich haben die beiden Polymere sehr unterschiedliche Eigenschaften. Klicken Sie hier, um das Verfahren zu sehen und hier, um eine Kopie herunterzuladen.

Weitere Polymere, die als Elastomere verwendet werden, sind:

    Polybutadien Polyisobutylen Poly(styrol-butadien-Styrol) Polyurethane Polychloropren Silikone
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