Gummiadler

Der Begriff Gummi (über lat. cummi und griech. kómmi aus dem ägyptischen kemai, kemá, kami) bezeichnete ursprünglich Kautschuk oder andere kautschukähnliche Pflanzensäfte (Milchsaft), die beim Eintrocknen durch Polymerisation zu plastisch-elastischen Feststoffen verhärten. Sie enthalten einen wasserlöslichen Anteil und Gummiharze (Latex). Gummi ist heute ein vielseitiger Werkstoff.

Gummi arabicum ist der Name für den Saft einer afrikanischen Akazie.

Als Werkstoff Gummi wird heute vulkanisierter Kautschuk bezeichnet. Kautschuk ist im Milchsaft (Latex) von tropischen Pflanzen enthalten und wird hauptsächlich aus dem Kautschukbaum (Hevea brasiliensis, ein Wolfsmilchgewächs) gewonnen. In der Natur dient er dem Schutz des Baumes, denn er dichtet verletzte Stellen vor Bakterienbefall ab. Pflanzlicher Kautschuk wird auch Naturkautschuk bzw. Naturlatex genannt.

Heute wird Kautschuk jedoch hauptsächlich synthetisch hergestellt. Synthetischer Kautschuk besteht meist aus Styrol und Butadien; andere Rohstoffbasen sind Styrolacrylat, Reinacrylat, Vinylacetat. Der erste wirtschaftlich nutzbare war der Styrol-Butadien-Kautschuk, ein weiterer ist Neopren.

Vulkanisierung

Naturkautschuk besteht aus langen Polyisopren-Ketten, welche durch Zusatz von Schwefel unter Druck und Hitze vernetzt werden können, wodurch dieses sehr elastische Material entsteht. Dieser Vulkanisierung genannte Vorgang wurde 1839 von Charles Goodyear entdeckt. Laut Archäologen des MIT kannten mittelamerikanische Ureinwohner das Erhitzen von Kautschuk mit Schwefel allerdings schon vor 3600 Jahren. Die Besonderheit des Gummis besteht darin, dass es extrem dehnbar ist (Elastomer).

Gummi als industriell gefertigter Feststoff ist grundsätzlich vulkanisiert und enthält somit immer etwas Schwefel. Bezeichnungen wie „100 % Naturkautschuk“ bzw. „reines Naturlatex“ (z. B. auf Einweghandschuhen) sind daher irreführend, denn unvulkanisierter (schwefelfreier) Kautschuk hätte die Konsistenz von Lakritzschnecken (bricht bei Kälte, klebt und zersetzt sich stinkend bei Sommerhitze) und wäre als Werkstoff praktisch unbrauchbar. Die Bezeichnung meint somit nur, dass keine synthetischen Kautschukanteile enthalten sind, doch wird sie oft auch werbewirksam benutzt, um anzudeuten, dass es keine giftigen Zusatzstoffe enthält. International wird neben dem natürlichen Pflanzensaft auch das daraus gefertigte Gummi als Latex bezeichnet, obwohl „Latexgummi“ eindeutiger wäre. Allerdings werden die Begriffe „Kautschuk“ bzw. „Latex“ von Chemikern in anderen Zusammenhängen auch für synthetische Gummi-Ausgangsstoffe benutzt (z. B. in Worten wie „Silikonkautschuk“ oder „Latexfarbe“), was die Sache umso verwirrender macht.

Gummiringe für den Haushalt

Gummi als Werkstoff

Ein Großteil der industriellen Gummiproduktion geht in die Reifenherstellung, wobei verschiedene Kautschuksorten verwendet werden, um ein Optimum an Belastbarkeit, Abrieb und Straßenhaftung zu erzielen. Naturkautschuk ist bernsteinfarben und wird für Autoreifen mit künstlich hergestelltem Ruß zur Modifikation der Eigenschaften (z. B. Abrieb, Reißfestigkeit, Härte) gemischt. Daraus resultiert die schwarze Färbung. Für Reifen, die in verschiedenen Farben bereits zum Kauf angeboten werden, wird hingegen hochaktives Silikat verwendet, um die Eigenschaften zu verbessern.

Zusatzstoffe

Zur Verbesserung der Haltbarkeit und Verarbeitbarkeit wird industrielles Kautschuk-Gummi mit Zusatzstoffen versetzt, von denen manche giftig sind. Zum Beispiel werden organische Lösemittel, Vulkanisationsbeschleuniger und -verzögerer, Farbstoffe, Füllstoffe und Antioxidantien hinzugefügt.

Die einfachste Form von Naturgummi besteht hingegen nur aus Naturkautschuk, Wasser und etwas Schwefel. Da diese Mischung auch ohne Erhitzen langsam von selbst vulkanisieren würde, wird etwas Ammoniak hinzugefügt, welches die Mischung durch basischen pH-Wert flüssig und somit lagerfähig hält. Wird die Mischung der Luft ausgesetzt, verdunstet das Ammoniak, sodass die Vulkanisation beginnt. Hitze kann den Vorgang beschleunigen, ist jedoch nicht zwingend notwendig, daher wird solch eine Mischung auch als giftfreier Kleber für Latexgummi, als lösbarer Papierkleber (z. B. Copydex® Rubber Cement) und als Flüssiglatex für Bodypainting verwendet. Reines Naturgummi ist in seiner Dehnbarkeit (7- bis 10-fach) den meisten synthetischen Gummisorten überlegen und besitzt aufgrund spezieller pflanzlicher Kautschukbestandteile (z. B. Proteine) eine unerreicht geringe innere Reibung, was seine Kontraktionsgeschwindigkeit erhöht und die Erwärmung bei mechanischer Beanspruchung (z. B. dem Abrollen von Reifen) reduziert. In reiner Form ist es durchscheinend beige und wird bei starker Dehnung durch Kristallisation fast völlig transparent. Durch Feuchtigkeit und Umwelteinflüsse dunkelt es allerdings bräunlich nach. Nachteil dieser Gummisorte ist ihre große Empfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen; so wird es z. B. durch alle Öle und Fette (außer Silikonöl) und sogar Dauernässe zersetzt.

Reines Naturgummi ist recht umweltfreundlich, denn es basiert auf nachwachsenden Rohstoffen, ist ungiftig und sogar kompostierbar. Zum Kautschukanbau werden Flächen nachhaltig genutzt (also nicht ständig neue gerodet), allerdings handelt es sich im Allgemeinen um Monokulturen, und manche befinden sich auf ehemals gerodeten Regenwaldflächen.

Naturgummi ist besonders in frisch hergestelltem oder durchnässten Zustand leicht klebrig und neigt vor allem zu starkem Verkleben mit sich selbst (was durch Molekülvernetzung bis zu dauerhaften Verwachsungen führen kann). Hiergegen wird die Oberfläche zumeist mit Puder oder Silikonöl behandelt oder mit einer festen Beschichtung versehen. Als Puder diente häufig Talkum, das jedoch beim Einatmen die Lunge schädigt. Weil das glasartige Mineral vom Körper nicht abbaubar ist, setzen Fresszellen Säure frei, die vor allem eigenes Gewebe angreift. Wiederholter Kontakt kann daher zur Latexallergie führen, wenn das (auf Erkennung von Proteinen optimierte) Immunsystem fälschlich Latexproteine für den Angreifer hält, die als harmloser Gummibestandteil am Talkum haften. Die Nutzung biologisch abbaubaren Puders (z. B. Maisstärke) hilft diese Gefahr zu vermeiden, doch können auch giftige Zusatzstoffe im Gummi die Allergie auslösen, wenn sie z. B. mit Puder eingeatmet werden. Durch Gebrauch von Silikonöl kann auf Puder verzichtet werden, doch ist auch dieses im Körper nicht abbaubar und darf keinesfalls als Spray in die Lunge gelangen.

Um technische Gummisorten gegen Öl und Nässe unempfindlich zu machen, werden sie mit stabilisierenden Chemikalien versetzt oder aus synthetischem Kautschuk hergestellt. Wegen seiner Haftfähigkeit und unübertroffen geringen inneren Reibung enthalten Fahrzeugreifen auch heute noch einen Anteil Naturkautschuk. Flugzeugreifen für Jumbojets sind sogar frei von synthetischem Kautschuk, da dessen höhere innere Reibung den Reifen beim Landen überhitzen würde.

Alterung

Gummi ist nicht unbegrenzt lagerfähig. Radiergummis, Dichtgummis und Gummiringe werden mit der Zeit spröde und reißen bzw. radieren nicht mehr. Alte Autoreifen sind eine Gefahr, weil sie während der Fahrt platzen können. Diese Alterungserscheinungen von Latex-basiertem Gummi beruhen vor allem auf Umwelteinflüssen, daher werden zum Schutz meist Antioxidantien oder Oberflächenbeschichtungen zugefügt. Besonders Luftschadstoffe wie Ozon, die Kombination aus UV-Licht und Sauerstoff sowie Dauernässe und Kontakt mit reaktiven Metallen (z. B. Kupfer, Silber) führen zur Versprödung des Materials, wobei Risse besonders an mechanisch belasteten Stellen entstehen. Öle, Fette (außer Silikonöl) und Weichmacher (z. B. aus Kontakt mit Weich-PVC) zersetzen Naturgummi hingegen zu einer klebrigen Masse, wobei schon ölige Ausdünstungen es langfristig schädigen können. Zersetzung von Kautschuk-Gummi (besonders durch Ozon) verfärbt oft dessen Oberfläche gräulich und bewirkt im Allgemeinen schon sehr früh einen charakteristisch bitteren Geruch, was zum Aufspüren von Schäden nutzbar ist. Luftdicht, trocken, kühl und dunkel aufbewahrtes Gummi zersetzt sich bei korrekter Herstellung jedoch kaum und kann problemlos Menschenleben überdauern. Allerdings führt Alterung zur Verhärtung durch fortschreitende Vernetzung der Molekülstränge; auch dies kann bei falscher Mischung (überschüssiger Schwefel) zur Versprödung führen, doch kommt es normalerweise vorher zum Stillstand.

Die verbreitete Vorstellung, das Gummi würde beim Verspröden „austrocknen“ ist falsch; Latexgummi enthält keine weichmachenden Flüssigkeiten, die dabei verdunsten. Allerdings enthalten manche Gummisorten zum Schutz vor Umwelteinflüssen Wachse, die z. B. bei Reifen durch die Walkbewegung beim Abrollen an die Oberfläche treten. Werden Reifen unbewegt Sonne und Ozon ausgesetzt, kann das an der Oberfläche oxydierende Wachs nicht durch neu austretendes Wachs ersetzt werden, sodass die Gummioberfläche selbst angegriffen wird. Hierdurch werden unbewegt draußen lagernde Reifen leichter brüchig als am Fahrzeug regelmäßig genutzte. Winterreifen lagert man daher optimal trocken, waagerecht, licht- und luftgeschützt in Plastiktüten aus PE oder PP.

Regeneration

Bei Anwendungsfällen, in denen es ausschließlich auf die elastischen Eigenschaften oder den Reibungskoeffizienten von Kautschuk-Gummi ankommt, ist eine Erneuerung des verhärteten Gummis möglich. Das heißt, dort wo die Eigenschaften einer Knete verlangt werden, kann Essigsäure zur Regeneration dienen. Essigsäure zertrennt die Kautschuk-Gummi-Molekülnetze; kurzes Benetzen mit einer Lösung aus je 1/2 Essigsäuressenz (38%-ig) und Spiritus regeneriert die Elastizität des Gummis (zulasten der Festigkeit) und reinigt zugleich die Oberfläche. In Abhängigkeit von der Einwirkungsdauer quillt das Gummi auf; es quillt auf bis zum völligen Verlust jeglicher Festigkeit. Mögliche Anwendungsfälle sind etwa Probleme mit dem Papiertransport (Papierstau / Transportstau) bei einem alten Drucker / ADF Scanner / Kopierer, unbrauchbare (rote) Kautschuk-Radiergummis an Bleistiften oder undichte Fahrradventile. Materialabtragende Verfahren (Sandpapier) verändern die Oberflächenbeschaffenheit. Dieses Verfahren regeneriert lediglich die Elastizität; es basiert auf molekularen statt makroskopischen Effekten. Da die Tinktur keine gesundheitsgefährdenden vernetzungsbehindernden Einlagerungsmoleküle enthält, wirkt sie nur für zirka ein Jahr. Keinesfalls(!) ist Essigsäure bei mechanisch belasteten Komponenten (Gummiringen, Dichtgummiringen) oder sicherheitskritischen Bauteilen (Reifen, Luftfedern, Hydraulikschläuchen) anzuwenden. Verhärtetes Gummi lässt sich oft auch durch Behandlung mit kochendem Wasser wieder erweichen, wobei ähnliche Einschränkungen wie bei Essigsäure gelten.

Mechanisch beanspruchte Gummi-Bauteile können nicht regeneriert werden.

Temperatureinwirkung

Gummi ist aufgrund der Molekülvernetzung nicht schmelzbar; bei Überhitzung zersetzt es sich bleibend zu einer klebrigen Masse. Naturgummi ist dabei nicht sonderlich hitzebeständig; schon bei nur 60 °C verliert es nach wenigen Stunden an Festigkeit. Generell beschleunigt Wärme alle Zersetzungsvorgänge des Materials. Andererseits gibt jedoch erst die Umgebungswärme dem Gummi überhaupt erst Kraft zu kontrahieren, da es als Elastomer aus ihr seine Energie bezieht. Beispielsweise ziehen sich bei Kälte verschrumpelte Luftballons erst dann zusammen, wenn man sie mit der warmen Hand berührt.

Bei großer Kälte (bei Naturgummi ca. -40 °C) gefriert Gummi glashart und bricht bei Belastung spröde. Doch schon bei geringerer Kälte kann Latexgummi mit niedrigem Schwefelanteil in Kältestarre verfallen (teilweises kristallisieren), wodurch es lederig steif und bruchempfindlich wird (z. B. bei schwarzen Latexmanschetten von Trockenanzügen im Winter). Zum Aufwecken muss es auf eine deutlich (um einige 10 K) höhere Temperatur erwärmt werden als jene, bei der es erstarrte.

Materialermüdung und Materialschäden bei (Dauer-)Belastung

Anders als Metallfedern verträgt Gummi keine lang andauernde starke Dehnung oder Punktbelastung, da es sonst seine Kraft verliert und an Erschöpfung „stirbt“ (Materialermüdung). Die Zersetzung durch Schadstoffe wie Ozon wird hierbei extrem verstärkt, da die durch Belastung stark gespannten Molekülketten durch Zerren der Schadmoleküle leichter reißen. Besonders sichtbar wird dieses bei Latex-Luftballons, die je nach Ozonbelastung aufgeblasen nur Tage bis wenige Wochen überstehen, während sie ungedehnt viele Jahre überdauern. Zur Vermeidung von Punktbelastung dürfen Gegenstände aus Gummifolie daher nicht überkreuz (also eine horizontal gefalteten Kante nochmals vertikal) gefaltet gelagert werden, da sonst an kreuzförmig geknickten Stellen Löcher entstehen. (Richtig ist in nur eine Richtung (oder gar nicht) zu falten und in die andere aufzurollen.) Auch scharf geknickte Lagerung (z. B. durch auf Faltstellen liegende Gewichte) schadet dem Material.

Je weiter ein Stück Gummi gedehnt wurde und je länger die Dehnung andauert, desto länger braucht das Material nach Entlastung, um sich wieder zu erholen. Zu starke Dehnung führt zu bleibender Verformung, doch lässt sich auch diese oft durch Zuführen von Wärme und Bewegung (z. B. per warmer Dusche, Fön oder Handmassage) weitgehend rückgängig machen.

Angerissenes oder angeschnittenes Gummi reißt bei Dehnung extrem leicht weiter, was zu spontanem Totalversagen nur leicht beschädigter Teile führen kann (Beispiel: durch Nadelstich platzender Luftballon). In kritischen Anwendungen muss es daher ständig auf Einrisse kontrolliert, oder das Weiterreißen muss durch konstruktive Maßnahmen verhindert werden (z. B. Textilkaschierung von Schlauchboot-Material, Aufbau von Bungee-Seilen aus vielen Einzelsträngen).

Einsatz von Gummi

Gelbe Gummistiefel

Gummi kann in vielen Bereichen eingesetzt werden.

• Gummikleidung, z. B. als Gummistiefel um Flüssigkeiten und Gase vom Körper fernzuhalten. Gerne wird Gummikleidung bedingt durch seine besonderen Eigenschaften, wie Glanz, dem besonderen Tragegefühl, insbesondere das Gefühl des Umschlossenseins mit diesem hautähnlichen Material, auch für Erotik und Meditation eingesetzt (siehe Sexueller Fetischismus und Gummifetischismus).
• Die Eigenschaft des Abriebs wird beim Radiergummi genutzt, der Bleistift-Striche (die meist aus einem Teil Graphit bestehen) von Papier entfernt.
• Die extreme Dehnbarkeit von Naturgummi wird bei Gummibändern und Luftballons genutzt.
• Gummi kann während der Vulkanisation durch ein Treibmittel aufgeschäumt werden. Das so entstandene Schwammgummi wird zu Isolationsmaterialien und ähnlichem weiterverarbeitet. Geschäumter Gummi wird fast ausschließlich aus synthetischen Gummisorten (z. B. Neopren) hergestellt und findet als Isolation oder elastische Dämmung vielfältige Anwendung, vom Taucheranzug bis zur Bettmatratze.
• Für besondere Anwendungen wird auch synthetischer Gummi oder Silikongummi verwendet, letzterer ist ein Polymer auf Basis von Silizium- Sauerstoff-Ketten mit organischen Seitengruppen (Siehe auch: Silikon).
• Gummi ist auch wasserabweisend und kann deshalb als Farbe an die Wand gestrichen werden. Moderne Latexfarbe enthält jedoch kein Naturlatex.
• Gummi spielt eine wichtige Rolle in Medizin und Hygiene, um Krankheitskeime auszusperren. Wegen seiner Ungiftigkeit wird vor allem Naturlatex zur Herstellung von Kondomen, Einweghandschuhen, Operationshandschuhen u. ä. verwendet. Zum Schutz vor aggressiveren Gefahren (z. B. für ABC-Schutzanzüge) wird meist robusteres synthetisches Gummi verwendet. Aufgrund seiner weitmaschigen Molekularstruktur und Neigung zur Rissigkeit bietet Gummi jedoch keinen 100-prozentigen Schutz vor sehr kleinen Partikeln (z. B. manchen Viren). Da Gummi durch Zersetzung undicht werden kann, muss es regelmäßig kontrolliert werden. Oft wird es zur Sicherheit pauschal mit einem Verfallsdatum versehen, obwohl dies aufgrund der extremen Abhängigkeit von Lagerbedingungen nur selten der real erzielbaren Lebensdauer entspricht.
• Auch im Sport nutzt man Gummi vielfältig - u. a. für Bälle, Sportschuhe, Gymnastikbänder, Bungee-Seile, Turnmatten, Wassersportanzüge, als Beschichtung für Tischtennis-Schläger und als federnder Sportplatzbelag.
• In elektronischen Geräten wird leitfähiges synthetisches Gummi seit den 1980er Jahren für Kontakte von Tastaturen und Klaviaturen sowie LCD-Anzeigen genutzt und ist dort sehr verbreitet. Bei kleinen und billigen Geräten besteht oft die ganze Tastatur daraus, wobei diese häufig aus einer durchgehenden Gummimatte gefertigt ist, die auf der Leiterplatte aufliegt.
• Auch im Bergbau kommt Gummi oft vor. Vor allem zum Schutz der Karkasse von Fördergurten.
• Masken und künstliche Kreaturen für Filmtricks und Theater werden oft aus Gummi (häufig Naturlatexschaum) handgefertigt.
• Gummi arabicum wird eingesetzt bei der Herstellung von Lebensmitteln, Medikamenten und als Bindemittel in der Malerei mit Tempera- und Gouache-Farben.
• Auch Kirschgummi fand in der europäischen Malerei Verwendung, ist aber heute nicht mehr erhältlich.
• Der Grundstoff von Kaugummi bestand früher aus (unvulkanisiertem) Naturlatex bestimmter Pflanzenarten; heutzutage ist er jedoch meist eine synthetische Kaumasse auf Erdölbasis.

Umgangssprachliche Bedeutungen des Begriffs

Außer dem ursprünglichen Gummi auf Isoprenbasis (mit Schwefel vulkanisiertes Latex) gibt es zahlreiche andere Elastomere, welche auch mehr oder weniger offiziell als „Gummi“ bezeichnet werden. Am bekanntesten dürfte Silikonkautschuk sein, doch auch für Polyurethan (in Wäsche Elasthan genannt), Chloropren (Neopren) und manchmal sogar Weich-PVC wird dieser Name verwendet, obwohl letzteres erst durch viel Weichmacher überhaupt dehnbar wird und somit kein echtes Elastomer ist.

„Gummi“ hat auch spezielle umgangssprachliche Bedeutungen:

• Gummi als Synonym für Gummiband.
• Gummi als Kurzform für Haargummi.
• Gummi als Synonym für Kondom.
• „Gib Gummi!“ = sinnloses Gasgeben - also dafür sorgen, dass ein möglichst dicker schwarzer Strich (Gummiabrieb) auf der Straße liegen bleibt bzw. wird hier umgangssprachlich "beeile Dich" gemeint.
• „Gummi spielen“ meinen Kinder in einer Verkürzung, wenn sie Gummitwist spielen möchten.
• „Gummi“ bzw. „Bürogummi“ als schweizerisches Dialektwort für 'Büromitarbeiter', von franz. commis, 'kaufmännischer Angestellter, Handlungsgehilfe'.
• „Gummiadler“ als Scherzwort für zu lange gegrilltes, zähes Federvieh.
• „Gummiadler“ als schweizerisch-militärsprachliches Scherzwort für das aus Plastik angefertigte und an der Achselschlaufe befestigte Funktionsabzeichen.
• „Gummianzug“, z. B. als Fetischkleidung, Wassersport- oder Schutzanzug, meist auch fälschlicherweise als synonym für vergleichbare Kleidungsstücke aus Neopren, PVC oder PE-beschichteten Materialien verwendet.
• Der Gummibär (und andere „Gummibonbons“) werden nicht aus Kautschuk, sondern aus anderen (essbaren) Substanzen mit gummiartigen Eigenschaften, z. B. Pektin oder Gelatine, hergestellt, siehe auch Fruchtgummi.
• „Gummiboot“ als Synonym für Schlauchboot (obwohl es heute oft aus Weich-PVC besteht).
• „Gummihose“, z. B. als Fetischkleidung (Gummifetischismus), als Hose für Angler (Wathose) oder als wasserdichte Windelhose, meist auch fälschlicherweise als synonym für vergleichbare Höschen aus PVC oder PE-beschichteten Materialien verwendet.
• „Gummiparagraph“ für ein zu vage definiertes, leicht missbrauchbares Gesetz.
• „Gummipuppe“ Synonym für Sexpuppe (obwohl die meisten Exemplare heutzutage aus Weich-PVC sind).
• Radiergummi

Kultische Bedeutung in amerikanischen Hochkulturen

Schon bei den Olmeken, Maya, Azteken und anderen südamerikanischen Ureinwohnern hatte Naturgummi eine wichtige Bedeutung und wurde in rituellen Kulthandlungen verwendet. Besonders bekannt ist das rituelle Ballspiel, bei dem manche Forscher davon ausgehen, dass die Sieger- oder Verlierermannschaft nach dem Spiel den Göttern geopfert wurde. Auch verbrannten diese Völker Naturkautschuk anstelle von Weihrauch (dieses riecht bei weitem nicht so unangenehm wie brennender Gummi, da der Schwefel fehlt).

Siehe auch: Hartgummi

Weblinks

• Eigenschaften der Elastomere - Beständigkeitsliste