Reichelt Chemietechnik Magazin
Die Abkürzung CSM steht chlorsulfoniertes Polyethylen. Dabei handelt es um ein Elastomer, das seit 1951 unter dem Handelsnamen Hypalon® auf dem Markt ist. Ein anderer gebräuchlicher Name ist Chlorsulfonyl-Polyethylenkautschuk.
Geschichte und Herstellung von CSM
Ziel der Entwicklung von CSM war, einen neuen Synthesekautschuk durch Modifikation von Polyethylen herzustellen.
Erste Versuche durch Chlorierung von Polyethylen mit Chlorgas führten zu Kunststoffen mit kautschukähnlichen Eigenschaften, konnten jedoch nicht mit den bereits verfügbaren Kautschuken konkurrieren. 1936 legten die Arbeiten des Chemikers Cortes F. Reed (1891 – 1972) zur Gewinnung von Alkylsulfonylchloriden den Grundstein zur Herstellung von chlorsulfoniertem Polyethylen. Die Sulfochlorierung von Alkanen, die Einführung von Chlorsulfon-Gruppen, wird zu seinen Ehren auch als Reed-Reaktion bezeichnet.
CSM wird durch die lichtinduzierte Sulfochlorierung von Polyethylen mit Chlor und Schwefeldioxid gewonnen. Neben der Bildung von Chlorsulfon-Gruppen findet durch radikalische Chlorierung auch die Bildung von Chloriden statt. Zur Modifikation der Eigenschaften für bestimmte Anwendungsbereiche kann CSM mit Metalloxiden wie Magnesium-, Blei- oder Zinkoxid vulkanisiert werden. Dabei werden Brücken aus Sauerstoff und Metallionen zwischen den Polymerketten gebildet.
1951 brachte der amerikanische Chemiekonzern DuPont chlorsulfoniertes Polyethylen unter dem Handelsnamen Hypalon® auf den Markt. Der elastomere Werkstoff etablierte sich in vielen Bereichen des Alltags, des Bauwesens und in der industriellen Fertigung. Mit der Zeit waren andere Kunststoffe mit ähnlichen Eigenschaften zu günstigeren Bedingungen verfügbar, und aufgrund der geringeren Nachfrage stellte DuPont die Produktion von CSM 2010 ein. Weiterhin wird CSM von dem japanischen Chemieunternehmen Tosoh Corporation produziert und unter dem Handelsnamen TOSO-CSM® vertrieben sowie von einigen kleineren, europäischen Unternehmen, die dafür eine Lizenz erworben haben.
Eigenschaften und Struktur von CSM
CSM ist ein Synthesekautschuk und gehört mit gesättigter Polymerkette zur Gruppe M der Kautschuke. Aufgrund der gesättigten Hauptkette sind Chlorsulfonyl-Polyethylenkautschuke UV- und alterungsbeständig. Da die Sulfochlorierung nicht selektiv ist, entstehen Produkte mit einer unterschiedlichen Anzahl an Ethylen-, Ethylenchlorid und Ethylensulfonylchlorid- Gruppen.
Die nachfolgende Abbildung zeigt schematisch die Struktur von chlorsulfoniertem Polyethylen, wobei die Buchstaben k, m und n verschieden und die einzelnen Gruppen unterschiedlich angeordnet sein können. Die verschiedenen Syntheseprodukte werden alle als chlorsulfoniertes Polyethylen bezeichnet, unterscheiden sich jedoch in ihren chemischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften.
Der Chlorgehalt dieses Synthesekautschuks liegt zwischen 29 % und 43 %, der Schwefelgehalt zwischen 1 und 1,5 %. Die Eigenschaften der verschiedenen CSM-Typen hängen von dem Chlorgehalt und dem Verzeigungsgrad ab. Ein höherer Chlorgehalt führt zu einer besseren Beständigkeit gegen Öle und einer höheren Flammwidrigkeit, jedoch zu einer schlechteren Kälteflexibilität.
Der elastomere Werkstoff kann in einem Temperaturbereich von -30 °C bis +120 °C eingesetzt werden. Beständig ist der Synthesekautschuk gegenüber oxidierenden Substanzen, Wasser, wässrigen Lösungen, Heißwasser und Dampf, verdünnten Säuren und Laugen, sowie Silikonölen. Bedingt beständig ist er gegen niedermolekulare aliphatische Kohlenwasserstoffe wie Propan, Butan, Benzin und Mineralöle- und Fette. Als Material für Kraftstoffschläuche ist CSM somit weniger gut geeignet – hier werden andere synthetische Kautschuke eingesetzt, wie Schläuche aus NBR (Nitrilkautschuk) oder Schläuche aus FKM (Fluorkautschuk). Angegriffen wird CSM auch von halogenierten und aromatischen Lösungsmitteln.
Zudem verfügt er über gute dielektrische Eigenschaften. CSM wird mit Shore Härten A von 45° bis 90° angeboten. Zum Vergleich, die Shore Härte A von Autoreifen liegt zwischen 65° und 70°.
Anwendung von CSM
Aufgrund seiner chemischen und thermischen Eigenschaften eignet sich das weiche und flexible Material hervorragend für die Herstellung von Handschuhen. Da der elastomere Werkstoff durch Gamma- und Betastrahlung sterilisiert werden kann, werden Handschuhe aus CSM neben der Chemie auch in der Medizin, Pharmazie, Biologie und Nuklearindustrie verwendet. Dank ihrer niedrigen Luftdurchlässigkeit werden Handschuhe aus CSM auch für Isolator- und Gloveboxen produziert. Handschuhe für Gloveboxen werden hauptsächlich in weiß angeboten, damit sind Verschmutzungen leichter erkennbar.
Ein weiterer Anwendungsbereich von CSM sind Abdichtungsbahnen. Diese werden zur Abdeckung von Dächern, insbesondere Flachfächer, verwendet. Gegenüber Bitumen haben sie den Vorteil, dass sie einlagig verlegt werden können. CSM-Abdichtungsbahnen eignen sich als Bedachungsmaterial von Hallen. So besteht die Bedachung der Steven F. Udvar-Házy Halle des National Air and Space Museum in der Nähe des internationalen Flughafen Washington D.C. aus chlorsulfoniertem Polyethylen. Auch zur Abdichtung von Wasserreservoirs wird dieser elastomere Werkstoff genutzt.
Aufgrund seiner chemischen Beständigkeit und Abriebfestigkeit ist CSM ein wichtiger Werkstoff für die Herstellung von Schläuchen. Je nach Anwendung werden aus diesem Material die Innenauskleidung, die Seele, oder die Ummantelung von Schläuchen gefertigt. Mit diesen Schläuchen können Chemikalien, Heißdampf, korrosive Substanzen und abrasive Materialien wie Erze, Industrieabfälle, zerkleinertes Glas, Getreide oder Holzspäne gefördert werden. Schläuche mit einer CSM-Ummantelung werden als Saug- und Druckschläuche zum Be- und Entladen von Tanklastwagen, Binnen- und Hochseeschiffen oder Lagertanks benutzt. Auch bei Hochdruck-Hydraulikanwendungen, bei denen hohe Temperaturen auftreten wie zum Beispiel in Motoren, kommen sie zum Einsatz. Als Pumpenschläuche, insbesondere für Peristaltikpumpen, werden Schläuche mit einer CSM-Seele verwendet. Mit CSM beschichtete Polyesterspiralschläuche werden zur Absaugung von heißen und kalten Dämpfen, Gasen und Stäuben in industriellen Anlagen genutzt.
Im Wassersport hat sich CSM-Gummituch bewährt. Dabei handelt es sich um ein hochfestes Polyestergewebe, das innen wegen seiner Luftundurchlässigkeit mit Chloropren, besser bekannt unter dem Handelsnamen Neopren®, und außen mit CSM beschichtet ist. Aus diesem Material werden Rafting und Canadier Boote, Rettungsinseln und Rettungsboote, Katamaran-Schläuche und die Schläuche von Festrumpfbooten hergestellt. Da sich das Material verkleben lässt, können kleinere Reparaturen schnell durchgeführt werden.
Andere Einsatzbereiche sind Kabelummantelungen, Keil- und Zahnriemen, Gummiformteile oder Gummi-Metall-Verbundformteile wie Dichtungen, O-Ringe, Profile, Puffer, Kappen und Membrane. Zur Weiterverarbeitung wird CSM als Halbzeug in Form von Platten und Folien angeboten.
Aus ökologischer Sicht gilt chlorsulfoniertes Polyethylen jedoch als bedenklich, da bei der Verbrennung giftige Gase wie Chlorwasserstoff (HCl) und Schwefeloxide entstehen.
Bildquellen: Beitragsbild | © Gorodenkoff – stock.adobe.com Steven F. Udvar-Házy Halle | CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=422792
