Für welche Zwecke fügen die Hersteller Siliziumdioxid ihren Gummimischungen für Reifen hinzu
Das Siliciumdioxid wird als Füllstoff in vielen Branchen eingesetzt und beispielsweise in der Baubranche bei der Herstellung von Beton und Ziegelsteinen verwendet. Es wird hauptsächlich aus Quarzsand gewonnen, aber das auf diese Weise hergestellte kristalline Siliciumdioxid ist nicht für die Verwendung in der Reifenherstellung geeignet. Stattdessen kaufen Unternehmen technisch aufbereitetes "amorphes" Siliciumdioxid, und dieses Material begann erst relativ kürzlich in der Industrie verwendet zu werden.
Mitte der 1990er Jahre wurde Continental zu einem der ersten Reifenhersteller, der das Potenzial von Siliciumdioxid als Füllstoff für Gummi-Mischungen erkannte. Zu Beginn des Jahrzehnts führte das Unternehmen erste Experimente durch, die extrem vielversprechend waren. Die Eigenschaften des Materials werden während des Gummi-Mischprozesses aktiviert, wenn das Siliciumdioxid mit Silan reagiert, das als Bindemittel wirkt. Im nächsten Schritt, also während der Vulkanisation, wird die Gummi-Mischung unter Druck bei Temperaturen zwischen 120 und 160°C gesetzt, und dank spezieller Pressformen erhält der Reifen seine Form. Um die Mischung aus Polymeren und Siliciumdioxid in elastisches Gummi umzuwandeln, wird Schwefel verwendet, der während der Vulkanisation Brücken zwischen den langkettigen Molekülketten des Kautschuks bildet. Gleichzeitig bildet das Siliciumdioxid bei der Reaktion mit Silan zusätzliche Bindungen, wodurch ein sehr stabiles Molekül-Netzwerk entsteht, das die Eigenschaften des Reifens wie die Haftung auf nasser Straße, die Abnutzungsbeständigkeit und die Kraftstoffeffizienz verbessert. Gleichzeitig können Reifen auch extremen Belastungen besser standhalten.
"Die Zugabe von Siliciumdioxid zu Gummi-Mischungen war eine Revolution in der Reifenindustrie, die es uns ermöglichte, die Bremswege auf nasser Straße fast zu halbieren", sagt Professor Burkhard Wies, der in den 1990er Jahren die ersten Reifen mit Siliciumdioxid entwickelte und jetzt den Bereich Angewandte Forschung und Innovation bei Continental leitet. "Siliciumdioxid reduziert auch die Umweltbelastung, da es den Rollwiderstand verringert, die Reichweite von Elektroautos erhöht und den Kraftstoffverbrauch von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren reduziert".
Die ersten Straßentests mit Reifen, die mit dem neuen Füllstoff hergestellt wurden, zeigten 1994 einen sehr deutlichen Anstieg der Bremsleistung auf nasser Straße und eine Verringerung des Rollwiderstands im Vergleich zu Reifen, die nur mit technischem Kohlenstoff hergestellt wurden. Ein Jahr später verwendete Continental Siliciumdioxid erstmals in der Serienproduktion eines Reifens, der Continental ContiEcoContact CP wurde, und 1996 kam der ContiWinterContact TS 770 auf den Markt, der erste Winterreifen mit Siliciumdioxid.
"In Kombination mit der Verwendung von passiven Sicherheitsmittel wie Antiblockiersystemen und Sicherheitsgurten half die Einführung von Siliciumdioxid, die Zahl der Verkehrstoten erheblich zu reduzieren", betont Wies.
Heute arbeiten die Entwickler von Reifenherstellern daran, Siliciumdioxid, wie auch andere verwendete Materialien, umweltfreundlicher zu machen, und eine der Quellen für Rohstoffe ist die Asche von Reis-Schalen, die es ermöglicht, Siliciumdioxid mit den erforderlichen Eigenschaften zu erhalten. Reis-Schalen sind ein Nebenprodukt der Reisproduktion, das nicht als Nahrung oder Tierfutter verwendet werden kann. Die Herstellung von Siliciumdioxid aus der Asche von Reis-Schalen ist jedoch energieeffizienter als die Gewinnung aus herkömmlichem Rohstoff wie Quarzsand. Heute wird already "grünes" Siliciumdioxid bei der Herstellung von Autoreifen wie dem Continental UltraContact NXT verwendet, der der umweltfreundlichste Produkt des deutschen Konzerns ist.