Biomimetischer Synthesekautschuk BISYKA

Synthesekautschuk wird seit Beginn des 20. Jahrhunderts produziert und stetig optimiert. Dennoch können sich seine mechanischen Eigenschaften nicht mit denen des Naturkautschuks messen. Einem Team aus Fraunhofer-Forschenden gelang es, Ursachen dafür aufzuspüren und erfolgreich auf Synthesekautschuk zu übertragen. Anlässlich der The Tire Cologne wird Jens Hemmerle von der Bisyka Innovation GmbH das Material und seine Potenziale vorstellen.

Bildung von Nanokristallen bei Deformation

Seit über 100 Jahren steht die Optimierung von Synthesekautschuk im Fokus weltweiter Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten. Und trotzdem bietet Naturkautschuk seinen synthetischen Pendants noch immer die Stirn und ist ihnen bei bedeutenden mechanischen Eigenschaften voraus. Ein herausragendes Alleinstellungsmerkmal des Naturkautschuks ist die dehnungsinduzierte Kristallisation.

Bei Deformation bildet das Polymer Nanokristalle, dieses Verhalten verhindert die Ausbreitung von Mikrorissen und verlängert die Lebensdauer des Materials. „Diese Reifen verlieren 30 Prozent weniger Masse als das Äquivalent aus Naturkautschuk, der Profilverlust beträgt sogar nur die Hälfte“, erläutert Dr. Ulrich Wendler, Abteilungsleiter am Fraunhofer-Pilotanlagenzentrum für Polymersynthese PAZ, einer gemeinsamen Einrichtung der Fraunhofer-Institute IAP und IMWS.

Im ersten Schritt charakterisierten Molekularbiologinnen und -biologen am Fraunhofer IME in Münster Naturkautschuk aus Löwenzahn in seiner Entstehung und Zusammensetzung. Weiterführende Analysen ermöglichten es, die Zusammenhänge zwischen den Einzelkomponenten und den einzigartigen mechanischen Eigenschaften des Löwenzahnkautschuks aufzuschlüsseln.

Basis für die dehnungsinduzierte Kristallisation ist eine extrem hohe cis-Mikrostrukturreinheit des eingesetzten Polyisoprens. Dafür hat das Fraunhofer IAP in Zusammenarbeit mit einem renommierten Katalysatorhersteller verschiedene Katalysatortypen getestet und die Polymerisationsbedingungen optimiert. Final versetzte das BISYKA-Team den high-cis-Synthesekautschuk mit verschiedenen Bestandteilen des Naturkautschuks und beobachtete eindeutige Effekte auf die mechanischen Eigenschaften.

„Unser Fokus lag auf der Herstellung von synthetischem Polyisoprenkautschuk mit verbesserter dehnungsinduzierter Kristallisation, da diese Eigenschaft bisher dem Naturkautschuk eine Alleinstellung verschafft“, erklärt Prof. Dr. Mario Beiner, Projektleiter und Wissenschaftlicher Leiter des Geschäftsfelds „Polymeranwendungen“ am Fraunhofer IMWS.

In Münster gelang es, ein Herstellungsverfahren für die eigenschaftsbestimmenden Komponenten aus Naturkautschuk zu etablieren, das eine Produktion größerer Mengen biomimetischen Synthesekautschuks ermöglichte und die Produktion von Prototypen erlaubte. „Durch die Bündelung der lebens- und ingenieurwissenschaftlichen Expertisen innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft gelang uns weltweit erstmalig der Transfer der einzigartigen biologischen Eigenschaften von Naturkautschuk auf sein technisches Pendant Synthesekautschuk“, betont Prof. Dr. Dirk Prüfer, Standortleiter „Pflanzliche Biopolymere“ des Fraunhofer IME in Münster.

Die Materialinnovation wird zukünftig durch die Bisyka Innovation GmbH vermarktet. Wir freuen uns darauf, einen Demonstratorreifen in unserem Innovation Lab anlässlich der The Tire Cologne vom 9.-11. Juni 2026 in der Koelnmesse zeigen zu können.

www.imws.fraunhofer.de
www.bisyka-innovation.com