Geschichte des Kunststoffs

Biografien von Pionieren der Kunststofftechnik

Charles Nelson Goodyear

* 29.12.1800 in New Haven, Connecticut, USA
† 01.07.1860 in New York, USA

Charles Nelson Goodyear hat die Vulkanisation, d.h. die Vernetzung von Kautschuk zu Gummi, erfunden.

"Charles Nelson Goodyear - Experimente mit Tränen vom "weinenden Baum""

(Quelle: "Portraits in Plastik – Pioniere des polymeren Zeitalters", 1998, Siegfried Heimlich, Frankfurt am Main - mit sehr freundlicher Genehmigung des Autors)

Rund 16 Millionen Tonnen Gummi werden z. Z. in jedem Jahr weltweit verbraucht, vor allem für Reifen und Schläuche; aber auch für Dichtungen, Strumpfbänder, Schuhsohlen, Babyschnuller, Kondome und zig andere mehr oder minder elastische Dinge. Gute 30 Prozent davon liefert noch immer der Naturkautschuk, wird nach wie vor von jenen "weinenden Bäumen" auf den Gummiplantagen in tropischen Regionen gewonnen. Daher kommt auch die Bezeichnung Kautschuk: von Catuchu, der" weinende Baum ", wie die Ureinwohner Südamerikas den Gummibaum sehr poetisch nannten. Die Tränen, das war die dem Baum abgezapfte Milch, Latex, aus der schon die Mayas z.B. seltsam hüpfende Bälle für ihre Spiele formten. Die industrielle Nutzung des Gummis jedoch begann vor etwa 150 Jahren erst dann richtig, als die Experimente des amerikanischen Eisenwarenhändlers Charles Nelson Goodyear um das Jahr 1840 herum zum Erfolg führten. Erst die von ihm entwickelte Heißvulkanisation schaffte die Voraussetzungen, daß aus klebrigem, schnell alterndem Kautschuk raffinierter, langlebiger Gummi wird.

Mitte 1736 etwa ging bei der Pariser Akademie der Wissenschaften ein fest verschnürtes Paket von unauffälligem Äußeren ein. Absender war Charles Marie de la Condamine, Soldat und Mathematiker im Dienst der französischen Krone. Der hatte das Postgut im Anschluß an eine Expedition durch Südamerika aufgegeben. Das Paket enthielt mehrere Rollen einer harzigen, dunklen und ziemlich klebrigen Masse: den ersten Kautschuk in seinem Rohzustand, der gezielt für Forschungszwecke nach Europa gelangte. Die Einwohner des Amazonasgebiets und Mittelamerikas - so wußte Monsieur Condamine zu berichten - stellten daraus Bälle, Schuhe, auch Flaschen und andere Güter des täglichen Bedarfs her. Spätestens aus den Aufzeichnungen des spanischen Glücks- und Raubritters Hernando Cortez (1485-1547) wußte man seit Anfang des 16. Jahrhunderts auch im Abendland von der Existenz dieses ungewöhnlichen Materials. Doch so richtig damit was anzufangen, wußte man zu dieser Zeit noch nicht.

Den Mayas dagegen, den Ureinwohnern Südamerikas, müssen die faszinierenden Eigenschaften des Naturgummi schon im 12. Jahrhundert bekannt gewesen sein. Darauf deuten historische Darstellungen von Bällen und Szenen von Ballspielen hin, wie sie von Archäologen bei Ausgrabungen gefunden und auf diese frühe Zeit datiert wurden. Auch der Abenteurer Christoph Columbus wurde 1495 während seines zweiten Raubzugs in die Neue Welt auf die hüpfenden Bälle der Indianer aufmerksam. Er soll erstmals Kautschuk von der Karibikinsel Haiti nach Europa gebracht haben. Dort wurde das fremdartige, seltsam nachgiebige Material gebührend bestaunt. Aber das war's dann auch.

Mitte des 18. Jahrhunderts dann entdeckten Expeditionen aus Europa, daß die Eingeborenen des Amazonasgebiets den milchigen Saft des Kautschukbaums als Klebstoff für Schuhe und zum Abdichten von Gefäßen verwendeten. Im Jahre 1759 landete ein ganzes Handelsschiff mit Ballen von Kautschuk in Europa. Das Geschäft mit den "Tränen des Gummibaums" in Europa begann. In Paris und London wurden erstmals zu Würfel geschnittene Kostproben des Zaubermittels aus dem Urwald wohlfeil angeboten.

Der englische Mechaniker Edward Naime soll 1770 auf die tolle Idee gekommen sein, wie sich mit dem klebrigen Zeug vom Amazonas richtig Kasse machen läßt. Durch Zufall war ihm aufgefallen, daß sich die Striche vom herkömmlichen Bleistift mit dem Kautschuk wegradieren lassen. Aus der zufälligen Entdeckung wurde ein einträgliches Geschäft. Naime verkaufte den nach seiner Ansicht aus Indien stammenden Kautschuk portionsweise als "Indian Rubber", wie der "Ratzefummel" in old merry England noch heute bezeichnet wird.

Inzwischen allerdings kann der Rohgummi durchaus auch aus Indien kommen. In jener Zeit jedoch kam die "Milch von unglücklichen", nämlich "weinenden Bäumen" ausschließlich aus Brasilien. Deshalb auch der lateinische Name "Hevea brasiliensis" für den Gummi bzw. Kautschukbaum. Fünfzehn bis zwanzig Meter hoch können die Bäume werden. Ursprünglich waren sie an den Ufern des Amazonas beheimatet. Und nur dort! So hatte der südamerikanische Staat Brasilien lange Zeit das Gummi-Monopol. Die "Kautschukbarone", wie die großen Grundbesitzer und Händler der elastischen Rarität genannt wurden, verdienten sich goldene Nasen, während die Ärmsten der Armen, die sogenannten "Serinqueiros", im mörderischen Klima des äquatorialen Amazonas den begehrten Saft in mühevoller Kleinarbeit den Stämmen der Bäume abzapften.

Die aus aller Welt herbeiströmenden Geschäftemacher, die zu Grossisten avancierten Spekulanten, diese neureichen Kautschukbarone protzten mit ihrem Reichtum. Das erbärmliche Dschungeldorf Manaus, 1600 Kilometer stromaufwärts an den moskitoverseuchten Ufern des Amazonas, wurde zur Kautschuk-Metropole aufgemotzt; mit einer aus Frankreich importierten gußeisernen Markthalle. Man baute sich ein feudales Opernhaus, staffierte es mit Gobelins aus Europa, Marmor aus Carrara und Kristallspiegeln aus Venedig aus; und Enrico Caruso, der in jener Zeit berühmteste Tenor, schmetterte darin seine schwülstigen Opernarien.

Auf den Schmuggel von Samen des Gummibaums oder dessen Setzlingen stand die Todesstrafe. So versuchten Brasilien und seine Gummi-Mafia das Monopol zu betonieren. Vergebens! Den jungen Engländer Henry Wickham schreckten auch diese drakonischen Sanktionen nicht. Ihm gelang es in einer finsteren Nacht des Jahres 1786, unbemerkt von Zoll und Küstenwache (vielleicht hatte man die auch erfolgreich bestochen!) 70000 Samen des tropischen Gewächses nach England zu exportieren. Im königlich-botanischen Garten in London, dem Kew-Garden, sprossen aus den unter Lebensgefahr ins United Kingdom eingeschleusten Samen immerhin knappe 3000 Hevea brasiliensis-Pflänzchen. Die wurden in tropisch klimatisierten Kammern nach Ceylon verschifft und dort gleich eingepflanzt.

Bereits 13 Jahre nach dem geglückten Samen-Raub des Henry Wickkham floß Latex aus den Bäumen auf den Plantagen des heutigen Sri Lanka. Die ersten 500 Kilogramm Plantagen-Kautschuk gelangten auf den Weltmarkt. Damit sank auch der Stern Brasiliens, verarmten die Kautschukbarone, verfielen Opernhaus und Markthalle in Manuas. Nicht ganz: Der prunkvolle Musentempel wurde inzwischen renoviert und soll eine Renaissance erleben - vielleicht mit einem Konzert von Luciano Pavarotti, dem Caruso des virtuellen Zeitalters?

Der den Bäumen abgezapfte Latex wird heute bereits am Ort seiner Ernte mit einer Vielzahl von Hilfschemikalien wie Ameisen- oder Essigsäure behandelt, so daß er gerinnen kann. Reiner Kautschuk ist eine elastische, dehnbare und nahezu geruchsfreie Masse. Bei höherer Temperatur allerdings wird sie klebrig; bei tieferen Temperaturen - unterhalb von 4 °C - verliert der Kautschuk aufgrund zunehmender Sprödigkeit seine begehrten Tugenden. Was am Anfang seiner industriell genutzten Karriere sicher ein Handicap war, aber letztendlich kein Hinderungsgrund, daß man sich seiner Eigenschaften nicht doch ganz kräftig bediente und mit den Minuspunkten auszukommen wußte.

Es war ein mit Gummi bestrichenes Gewebe aus Seide, aus dem jener mit Wasserstoff gefüllte Ballon geschneidert wurde, in dem die beiden Brüder Etienne und Joseph Montgolfier 1785 in den Himmel stiegen, nachdem sie es zwei Jahre vorher schon mit Heißluft erfolgreich probiert hatten. Bereits 1803 wurde in Paris eine erste Fabrik zur Herstellung elastischer Gummibänder gegründet. Und 1823 ließ sich der Schotte MacIntosh seine bis in unsere feuchten Tage berühmten gummierten Regenmäntel patentieren Auch Sherlock Holmes kleidete sich mit solch einem Requisit in seinem nie nachlassenden Kampf gegen das Verbrechen und - vor allem - das britische Wetter. Es war ein dupliertes Textil mit einer Zwischenschicht aus fein ausgewalztem Kautschuk, was da gegen Regen und Wind schützen sollte; sozusagen schon ein erster Verbundstoff gegen die meteorologischen Widrigkeiten. Und so recht überzeugend waren die gummierten Regenhüllen nicht. Im Sommer und bei auch in englisch-ländlichen Breiten mal höheren Temperaturen klebrig und unangenehm stinkend; im Winter bei Minusgraden dann steif wie ein Brett.

In Wien zerschnitt der Schneidermeister Johann Nepomuk Reithofer dünn ausgewalzte Kautschukplatten in feine Streifen. Die bügelte er auf eine textile Unterlage und verkaufte die solchermaßen entstandene Verbundware als Straps für Damenstrümpfe oder auch Hosenträger. Doch die Begeisterung für Regenmäntel und Gummibänder hielt sich in Grenzen. Dem elastischen Fortschritt haftete der Ruch schneller Vergänglichkeit an. Kurz nur war das Vergnügen. Unter Licht und Witterungseinfluß neigte der Gummi rasch zur Sprödigkeit. Geruchsempfindliche Zeitgenossen mäkelten schon mal, daß das Zeug nach Affenschweiß stinke. So blieb auch der Verbrauch eher bescheiden. Der weltweite Konsum an Kautschuk dürfte 1830 bei gerade mal 150 Tonnen gelegen haben. Für die Akzeptanz mußte was getan werden!

Charles Nelson Goodyear, am 29.12.1800 in New Haven im US-Bundesstaat Connecticut geboren, war in jenen Jahren jung genug, um seinen amerikanischen Traum vom Reichsein wahr werden zu lassen. Der gelernte Mechaniker hatte es schon auf allen möglichen Gebieten probiert, hatte sich schon früh mit diesem interessanten Werkstoff aus den Regenwäldern tropischer Gefilde beschäftigt und versucht, ihm seine klebrige Unzulänglichkeit auszutreiben. Denn Goodyear belieferte u.a. die Regierung seines Landes mit wasserdichten Postsäcken. Die bestanden, ähnlich wie die Pellerinen des Schotten MacIntosh, aus einem mit Gummi beschmierten Leinengewebe. Und ähnlich wie die Mäntel neigten sie an wärmeren Tagen zur Klebrigkeit, wurden außerdem rasch spröde und unbrauchbar. Bald hatte Goodyear mehr mit den Reklamationen als mit neuen Lieferungen zu tun.

In seinem Labor, das auffallend einer Werkstatt glich, führte der ausgebildete Mechaniker aus New Haven eine Vielzahl praktischer Anwendungsversuche mit seinen Postsäcken und mit dem Kautschuk ganz generell durch. Im Jahre 1838 konnte er immerhin ein erstes Patent für eine neue Methode der Schuhfertigung einheimsen. Es war im gleichen Jahr, als Nathaniel Hayward (1807-1865), ein amerikanischer Businessman und Fabrikbesitzer, ein Patent zur Herstellung von gehärtetem Kautschuk anmeldete. Durch puren Zufall entdeckte Hayward beim Experimentieren mit Kautschuk, daß sich nach Einmischen von Schwefel und unter der Einwirkung von Sonnenlicht eine Verhärtung der Kautschuk-Oberfläche bemerkbar machte, der sogenannte "Solarisierungss-Effekt".

Goodyear hatte von dem Patent gehört oder gelesen, kratzte sein gesamtes "Eingemachtes" zusammen und kaufte Hayward das Patent ab.

Insofern ist durchaus kein Zufall, daß Goodyear bei seinen Arbeiten mit den "Tränen des Gummibaums" auf Schwefel stieß, wie es in vielen Biographien dieses Pioniers des elastomeren Gewerbes heute heißt. Doch auch das nicht gerade "for nothing" erstandene Patent des Mr. Hayward brachte Goodyear seinem Ziel nicht wesentlich näher. Auf Anhieb wollte es einfach nicht gelingen, haltbare Proben aus der zähflüssigen Plantagenmilch anzurühren.

Erst 1839 oder auch ein Jahr später kam der große Wurf. Und hier soll es der Überlieferung nach wiederum schierer Zufall gewesen sein, was ihm auf die Sprünge half. Die Beobachtungen Haywards, daß sich durch Zusatz von Schwefel die Konsistenz des Kautschuk ändert, waren im Ansatz richtig, obwohl für beide Kautschukforscher dieser ersten Stunde die chemisch bedingten Ursachen völlig unklar blieben. Das sollte für eine geraume Zeit auch als Rätsel Bestand haben; und erst die Erkenntnisse eines Hermann Staudinger (1881-1965) brachten durch dessen Entdeckung der Makromoleküle die Lösung des Geheimnisses.

Bei den Tüfteleien in seinem Werkstatt-Labor gerieten Goodyear einige der von ihm mit Schwefelkristallen fein bepuderten Kautschukkrümel versehentlich auf die heiße Ofenplatte. Und siehe da: Überraschung auf der ganzen Linie; der Kautschuk hatte seine Klebrigkeit eingebüßt, gleichzeitig seine Fließfähigkeit. Aus dem zähen, plastischen Stoff war zum Erstaunen des Meisters ein formhaltiges Material geworden. Aus dem Kautschuk entstand Gummi. Denn - so lehrt es uns die einschlägige Fachliteratur - unter Kautschuk versteht man alle unvernetzten Hochpolymere, natürliche und synthetische, die nach der Vernetzung (Vulkanisation) gummiartige Werkstoffe, sogenannte Elastomere, ergeben.

Charles N. Goodyear also hatte den Weg gefunden, wie sich Kautschuk vulkanisieren, d.h. vernetzen läßt. Der Rohstoff Kautschuk, Schwefel, eine Prise Bleiweiß und viel Hitze: Auf diesen Komponenten basierte das Geheimnis. Und weil in der antiken Mythologie Hitze und Schwefel die Zaubermittel des römischen Feuergottes Vulcanus sind, nannte Goodyear das Backen des Kautschuk zu Gummi "Vulkanisieren" oder später auch "Heißvulkanisation", weil dann noch andere Möglichkeiten mit ausschließlich chemischer Behandlung und auf kalte Art ausgetüftelt wurden.

Das "Backrezept" des Charles Goodyear aus dem Jahre 1840, das er sich dann auch patentieren ließ, hätte also lauten können: Man nehme Rohkautschuk, verknete ihn mit 3 bis 5 Prozent Schwefel und erhitze ihn danach etwa eine Stunde lang auf 140°C. Der Anteil des Schwefels hängt davon ab, ob es sich um einen Weich- oder Hartgummi handelt. Ein typischer Weichgummi enthält etwa 100 Einheiten des Isopren (Isopren ist - aber das weiß man erst später - der Grundbaustein des natürlichen Kautschuk) und 1 bis 4 Teile Schwefel. Für Hartgummi sind auf gleicher Basis mehr als 20 Teile Schwefel erforderlich.

Nicht ohne eine gehörige Portion Genugtuung schrieb der Erfinder am 15. Juli 1844 an das amerikanische Patentamt: "Jedermann kund und zu wissen, daß ich, Charles Goodyear, aus der Stadt New York im Staate New York, eine neue und nützliche Veredelungsmethode bei der Präparierung von Kautschukerzeugnissen erfunden habe ... ". Noch nicht abzusehen war zu diesem Zeitpunkt, daß der kleine Trick des findigen Amerikaners für die Menschheit eine ähnliche Bedeutung erlangen sollte wie beispielsweise die Umwandlung von Roheisen in Stahl, von Trauben in Wein, von Kalk zu Zement oder Rohöl zu Benzin.

Reich oder zumindest glücklich wurde Charles Nelson Goodyear mit seiner wegweisenden Erfindung der Vulkanisation allerdings nicht. Daran hinderten ihn schon die juristischen Grabenkämpfe, denen er sich nach Erteilung des Patents gegenüber sah. Parallel zu den Forschungen von Goodyear arbeiteten zahlreiche andere Leute mit und am Kautschuk. Da versuchte beispielsweise der amerikanische Fabrikant H. H. Day ein in der gleichen Angelegenheit angemeldetes Patent durchzusetzen. Und als ihm das versagt blieb, versuchte Mr. Day in einer "Day & Night"-Aktion das Patent von Goodyear zu unterlaufen. In einem spektakulären Prozeß konnte sich Goodyear 1852 gegen Day durchsetzen und wurde gleichzeitig als alleiniger Erfinder anerkannt.

Doch schon rollte die nächste Prozeßlawine auf den Mann aus New York im Staat New York zu. Aus einer endlos langen Auseinandersetzung mit dem Engländer Thomas Hancock (1786-1865), dem zwei Wochen vor Goodyear ein nahezu gleichlautendes Patent zugesprochen worden war, ging er am Ende ebenfalls als Sieger hervor. Der gelernte Schmied Hancock, der um 1820 herum eine erste Knetmaschine zum Verarbeiten von Kautschuk, den sogenannten "Masticator", konstruiert hatte, mußte schließlich eingestehen, daß die meisten vulkanisierten Kautschukproben, die er als Beweis für die Funktionalität seines Vernetzungsprozesses vorgelegt hatte, aus der Werkstatt seines Kontrahenten Goodyear stammten.

Ein bravouröser Sieg nach Punkten, doch mehr auch nicht. Für Goodyear zahlte sich weder das Patent noch die Siege vor Gericht finanziell aus. Er mag ein innovativer, kreativer und zielstrebiger Tüftler gewesen sein, aber er war ein miserabler Kaufmann. Alle Anstrengungen, seine blendenden Ideen zu einem auch nur bescheidenen Wohlstand umzumünzen, scheiterten total. Am 1. Juli 1860 starb Charles N. Goodyear verarmt und hoch verschuldet in New York.