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Warum verhalten sich Industrieruße als Zusätze in Batterien oder Reifen unterschiedlich? Die Antwort liegt in ihrer Morphologie. Drei Methoden helfen, Partikelgröße, Oberfläche und Struktur zu analysieren.Industrieruße (Carbon <link href="#nadc20264158924-fig-0001">Blacks) sind feine, nahezu reine Kohlenstoffpulver, die durch unvollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen hergestellt werden. Sie zählen zu den wichtigsten funktionellen Zusatzstoffen der Werkstofftechnik. Während die Industrierußherstellung nachhaltiger werden soll [Nachr. Chem. 2026, 74(2), 30], wachsen zugleich die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Ruße. Als verstärkende Füllstoffe in Reifenmischungen beeinflussen sie unter anderem, wie abriebfest und mechanisch stabil ein Fahrrad- oder Autoreifen ist, wie stark sich der Reifen verformt, wenn er über eine Oberfläche rollt, und wie hoch der Rollwiderstand ist. Als Additive in Lithiumionenbatterien bestimmen sie die Elektronenleitfähigkeit der Elektrode mit.<figure xml:id="nadc20264158924-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmunl4kule2eo07t908nq834g" data-strapi-src="https://cdn.gdch.de/prod/nadc20264158924_fig_0001_a_ed790d4096.png"><figcaption><label>Abb.1: </label>Bild: Anton Paar</figcaption></figure></figure><h2 type="main">Drei Methoden</h2>Um zu prüfen, ob sich ein Ruß für eine bestimmte Anwendung eignet, sind mehrere analytische Methoden zu kombinieren.Die Physisorption bestimmt, wie viel Gas an die Oberfläche der Rußpartikel adsorbieren kann. Darüber lassen sich die Größe der zugänglichen Partikeloberfläche und der Grad der Porosität bestimmen. Die Ölabsorptionszahl (Oil Absorption Number, OAN) beschreibt, wie viel Öl ein Ruß aufnehmen kann. Daraus lässt sich ableiten, wie Aggregate aus einzelnen Rußpartikeln strukturiert sind, etwa wie stark sie verzweigt und wie groß die Hohlräume sind. Mit Laserbeugung lässt sich zudem die Größe dispergierter Partikel und Agglomerate bestimmen. Die drei Methoden zusammen helfen, die Materialeigenschaften zu verstehen. Das zeigen Untersuchungen nach internationalen Standardprüfverfahren, die an vier käuflichen Rußen durchgeführt wurden: zwei Referenzmaterialien für Reifenanwendungen (SRB9-A2 und SRB9-H2) und zwei leitfähige Ruße für Lithiumionenbatterien (Super P Li und ein weiterer Batterieruß).1)<h2 type="main">Oberfläche</h2>Die Oberfläche wurde durch Stickstoff-Physisorption an einem Gasadsorptions-Analysator nach der Prüfnorm ASTM D6556 untersucht, dem Nova 800 des Herstellers Anton Paar.2) Die Norm ASTM D6556 beschreibt die Methode, um die spezifischen Oberflächen von Carbon Black mit Multipunkt-N2-Physisorption zu bestimmen. Dabei wurden zwei Arten der spezifischen Oberfläche untersucht, also der Oberfläche pro Probengewicht: die gesamte für Stickstoff zugängliche Oberfläche (Nitrogen Surface Area, NSA), die auch bekannt ist als Brunauer-Emmett-Teller(BET)-Oberfläche, und die äußere Oberfläche nach dem Statistical-Thickness-Surface-Area-Verfahren (STSA). Die NSA wird aus der Menge an Stickstoff berechnet, die für eine Monolage auf der gesamten Oberfläche adsorbiert werden müsste. Die STSA hingegen basiert auf dem Vergleich der gemessenen Adsorptionsisotherme mit einer statistischen Schichtdickenfunktion des Kohlenstoffs. Während die STSA nur die äußere Oberfläche der Pulver beschreibt, umfasst die NSA somit zusätzlich die intrapartikuläre Oberfläche, die durch Mikroporen (Porendurchmesser &lt; 2 nm) entsteht.Die <link href="#nadc20264158924-fig-0002">spezifischen Oberflächen der Reifenruße SRB9-A2 und SRB9-H2 unterscheiden sich (Tabelle): SRB9-H2 hat rund 1,5-mal größere spezifische Oberflächen als SRB9-A2. Große spezifische Oberflächen deuten auf Mikroporen im Ruß hin, ebenso wie der Fakt, dass die äußere Oberfläche kleiner ist als die NSA, die auch die innere, durch Mikroporen entstehende Oberfläche einschließt. Bei SRB9-A2 und den beiden Batterierußen hingegen sind NSA und äußere Oberfläche nahezu gleich groß. Die Unterschiede in den spezifischen Oberflächen der verschiedenen Ruße könnten auf Unterschiede in der Partikelgröße oder Porosität zurückzuführen sein. Aufschluss darüber liefert erst die Partikelgrößenmessung.<figure xml:id="nadc20264158924-fig-0002"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmunl4ohue3py07t6dr3ny0rt" data-strapi-src="https://cdn.gdch.de/prod/nadc20264158924_fig_0002_a_9cd4eced95.png"><figcaption><label>Abb.2: </label>Per Stickstoff-Physisorption bestimmte spezifische Oberflächen für die verschiedenen Carbon-Black-Proben: gesamte für Stickstoff zugängliche Oberfläche (NSA) und äußere Oberfläche (STSA). Die Werte wurden jeweils aus drei Messungen gemittelt.</figcaption></figure></figure>Eine große spezifische Oberfläche verstärkt die Wechselwirkungen zwischen Ruß und Kautschuk und verringert dadurch Rollwiderstand, Energieverluste sowie Wärmeentwicklung des Reifens, verbessert dessen Langlebigkeit und erhöht die Reifenhärte.3–5) Bei Batterierußen erhöht eine große spezifische Oberfläche zwar die elektrische Leitfähigkeit, vergrößert jedoch zugleich die reaktive Grenzfläche zum Elektrolyten, was Alterungsprozesse beschleunigt. Daher enthalten Batterien häufig Rußtypen mit spezifischen Oberflächen im zwei- bis dreistelligen Quadratmeter-pro-Gramm-Bereich, die Leitfähigkeit und Langzeitstabilität in ein ausgewogenes Verhältnis bringen. Die beiden untersuchten Batterieruße fallen in diese Kategorie.<h2 type="main">Ölabsorption und Agglomeratstruktur</h2>Die Ölabsorptionszahl (OAN) wurde mit einem Absorptometer des Herstellers Anton Paar nach der Prüfnorm ASTM 2414 gemessen,6) die beschreibt, wie die OAN für Carbon Black zu bestimmen ist.Dabei wurde den getrockneten Rußpulvern kontinuierlich Öl (epoxidierter Fettsäureester Pionier TP 130 C) zugesetzt und das Drehmoment während des Mischens aufgezeichnet. Zunächst füllen sich die Hohlräume zwischen den Agglomeraten mit Öl, bis sich Flüssigkeitsbrücken zwischen den Agglomeraten bilden. Dadurch steigen Mischwiderstand und Drehmoment. Die OAN erfasst das Hohlraumvolumen innerhalb der Aggregate und zwischen diesen und ist damit ein Maß für deren Strukturkomplexität und Verzweigungsgrad. Ein Ruß mit hoher OAN enthält typischerweise stark verzweigte, kettenartige Aggregate, die viel Öl aufnehmen können. Ein Ruß mit niedriger OAN bildet kompaktere Aggregate mit geringerem Hohlraumvolumen.Die <link href="#nadc20264158924-fig-0003">OANs der untersuchten Ruße unterscheiden sich (Abbildung links). Der Reifenruß SRB9-A2 hat eine weniger als halb so große OAN wie SRB9-H2 – SRB9-A2 besteht also aus kompakteren, schwächer verzweigten Aggregaten mit weniger Hohlraum.<figure xml:id="nadc20264158924-fig-0003"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmunl4ri6envf08undp0ngifa" data-strapi-src="https://cdn.gdch.de/prod/nadc20264158924_fig_0003_a_f0578451d2.png"><figcaption><label>Abb.3: </label>Drehmomentkurven der Ölabsorptionsmessung für Reifen- und Batterieruße. Die Unterschiede im Drehmoment zeigen: Bei den Reifenrußen handelt es sich um harte und bei den Batterierußen um weiche Ruße. Die OAN ist für die Batterieruße größer als für die Reifenruße; die Batterieruße sind also höher strukturiert. Quelle: Lit. 2)</figcaption></figure></figure>Die OAN bei Reifenrußen beeinflusst sowohl das Mischungsverhalten und die Viskosität während des Verarbeitens als auch die mechanischen Eigenschaften und die Leistungsfähigkeit des späteren Reifens. Eine hohe OAN begünstigt dabei eine schnelle und einheitliche Durchmischung und verbessert den Makrodispersionsgrad. Zudem bilden hochstrukturierte Ruße ein Netzwerk, das den Reifen verstärkt und diesen beispielsweise abriebfester macht.7,8)Die OAN beider Batterieruße sind deutlich größer als die der Reifenruße. Für Ruße in Batterieelektroden ist die Strukturkomplexität wichtig: Hochstrukturierte Aggregate bilden leichter zusammenhängende leitfähige Netzwerke. Dadurch sinkt die Perkolationsschwelle – also die minimale Konzentration eines leitfähigen Additivs, ab der sich in der Elektrode ein durchgängiges Netzwerk für den Elektronentransport bildet –, sodass bereits geringe Rußmengen ausreichen, um die gewünschte elektrische Leitfähigkeit zu erzielen. Typischerweise liegen diese Rußmengen im einstelligen Gewichtsprozentbereich.9,10) Weil die OAN des zweiten getesteten Batterierußes höher ist als die des Batterierußes Super P Li, erhöht der zweite Batterieruß die Leitfähigkeit effizienter.<h2 type="main">Partikelgrößenverteilung</h2>Um die Verteilungen der Partikelgröße der Ruße zu bestimmen, wurde ein Litesizer-DIF-500-Partikelgrößenanalysator des Herstellers Anton Paar verwendet, der auf Laserbeugungsspektroskopie beruht. Um den Agglomerationszustand zu erhalten, wurden die Reifenruße trocken und die Batterieruße in Ethanol dispergiert gemessen (Abbildung und Tabelle auf dieser Seite).Die Ergebnisse zeigen: Oberfläche und <link href="#nadc20264158924-fig-0004">Partikelgrößenverteilung der Ruße hängen zusammen – in der Regel führen kleinere Partikel zu einer größeren spezifischen Oberfläche. So hat der Batterieruß Super P Li eine geringere mittlere Partikelgröße als der zweite Batterieruß und zudem eine größere spezifische Oberfläche.<figure xml:id="nadc20264158924-fig-0004"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmunl4uifeo0p08un0ad97in8" data-strapi-src="https://cdn.gdch.de/prod/nadc20264158924_fig_0004_a_e4475c0a2f.png"><figcaption><label>Abb.4: </label>Partikelgrößenverteilungen der untersuchten (a) Reifen- und (b) Batterieruße aus Laserbeugungsmessungen. Die Größenverteilung bei den Reifenrußen ist breiter (wie auch aus der größeren Standardabweichung der D-Werte (Tabelle unten) zu erkennen). Die Schultern in den Größenverteilungen der Reifenruße deuten zudem darauf hin, dass zwei Fraktionen von Partikelgrößen dominieren. Eine breitere Größenverteilung kann die Spannungskonzentration erhöhen und so die Langlebigkeit des Reifens verringern.11) Bei den Batterierußen ist eine einheitliche Partikelgröße günstig, um ein einheitliches leitfähiges Netzwerk zu erhalten. Quelle: Lit. 2)</figcaption></figure></figure>Bei den Reifenrußen zeigt sich dagegen ein anderer Zusammenhang. Die Partikel des Rußes SRB9-H2 haben einen <link href="#nadc20264158924-fig-0005">größeren mittleren Durchmesser als die des Rußes SRB9-A2, was bedeutet, dass größere Agglomerate vorliegen. Gleichzeitig ist bei SRB9-H2 die spezifische Oberfläche deutlich größer (Tabelle S. 45). Das zeigt: Die zusätzliche Oberfläche resultiert aus der inneren Partikelstruktur, etwa aus Mikroporen, nicht aus kleineren äußeren Abmessungen.<figure xml:id="nadc20264158924-fig-0005"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmunl4xmde2x807t976p5ta8w" data-strapi-src="https://cdn.gdch.de/prod/nadc20264158924_fig_0005_a_4cc38a6a9c.png"><figcaption><label>Abb.5: </label>Volumengewichtete Partikeldurchmesser (D10, D50, D90) aus den Laserbeugungsmessungen (D10 ist der Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser von 10 % der Partikelpopulation. Unter D50 liegen dementsprechend 50 % der Durchmesser der Partikelpopulation, unter D90 sind es 90 %). Die Werte wurden jeweils aus drei Messungen gemittelt.</figcaption></figure></figure>Weil die Partikelgröße invers mit der spezifischen Oberfläche korreliert, beeinflusst sie mechanische Eigenschaften und Langlebigkeit des Reifens sowie die elektrische Leitfähigkeit und Lebensdauer der Batterie.<h2 type="main">Auf den Punkt</h2>Drei analytische Größen helfen, die Morphologie von Rußpartikeln zu beschreiben und darüber auf deren Eigenschaften und Qualität zu schließen.Die Oberfläche von Rußpartikelaggregaten etwa beeinflusst, wie gut der Ruß Reifengummi verstärkt oder ob er Batterien leitfähiger macht.Dafür ist auch die Aggregatstruktur des Rußes wichtig, die sich über Ölabsorptionsmessungen untersuchen lässt.Wie gut sich Ruße als Additive dispergieren lassen, entscheidet unter anderem die mittlere Partikelgröße, die sich über Laserbeugung messen lässt.<h2 type="main">Der Autor</h2>Der promovierte Chemiker Sönke Wengler-Rust, Jahrgang 1992, ist Lead Scientist für Partikel-, Poren- und Pulveranalyse beim Unternehmen Anton Paar Germany. Sein Schwerpunkt liegt auf der Charakterisierung funktionaler Materialien und Partikel für Forschung und Industrieanwendungen.<ul class="references" cited="no" style="numbered" xml:id="nadc20264158924-bibl-0001"><li xml:id="nadc20264158924-bib-0001">1 Anton Paar Applikationsbericht XPAIA191EN-A: From Tires to Batteries – Why Surface Area Structure and Particle Size Matter for Carbon Black Characterization</li><li xml:id="nadc20264158924-bib-0002">2 Advancing Standards Transforming Markets ASTM D6556–21, Standard Test Method for Carbon Black – Total and External Surface Area by Nitrogen Adsorption, 2021, <a href="https://astm.org" target="_blank">astm.org</a></li><li xml:id="nadc20264158924-bib-0003">3 R. Chollakup, S. Suethao, P. Suwanruji, J. Boonyarit, W. Smitthipong, Compos. Adv. Mater. 2021, 30, 6349833211005476</li><li xml:id="nadc20264158924-bib-0004">4 S. G. Chowdhury, S. Ghosh, J. Chanda et al., Polym. Eng. Sci. 2022, 62, 3589</li><li xml:id="nadc20264158924-bib-0005">5 M. Pöschl, M. Vašina, P. Zádrapa, D. Merínská, M. Žaludek, Materials 2020, 13, 2394</li><li xml:id="nadc20264158924-bib-0006">6 Advancing Standards Transforming Markets ASTM D2414–26, Standard Test Method for Carbon Black—Oil Absorption Number (OAN), 2026, <a href="https://astm.org" target="_blank">astm.org</a></li><li xml:id="nadc20264158924-bib-0007">7 A. Limper, Mixing of Rubber Compounds, Carl Hanser Verlag, München, 2012</li><li xml:id="nadc20264158924-bib-0008">8 F. Grunert, A. Wehmeier, A. Blume, Polymers 2020, 12, 567</li><li xml:id="nadc20264158924-bib-0009">9 G. Guzmán, J. Vazquez-Arenas, G. Ramos-Sánchez, M. Bautista-Ramirez, I. González, Electrochim. Acta 2017, 247, 451</li><li xml:id="nadc20264158924-bib-0010">10 E. Reisacher, P. Kaya, V. Knoblauch, Batteries 2023, 9, 595</li><li xml:id="nadc20264158924-bib-0011">11 L. Huang, X. Yang, J. Gao, Int. J. Polym. Sci. 2018, 2713291</li></ul>

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Im Jahr 2026 wäre das Agrochemieunternehmen Monsanto eineinviertel Jahrhunderte alt geworden – doch vorher ging es in den Bayer-Konzern über. Eine Firmengeschichte mit Höhen und Tiefen.Der US-Amerikaner <link href="#nadc20264160740-fig-0001">John Francis Queeny ist 42 Jahre alt und steht seit vier Jahren in den Diensten des Pharma-Großhändlers Meyer Brothers, als er Ende des Jahres 1901 ein eigenes Unternehmen gründet: Monsanto Chemical Works. Der Selfmade-Geschäftsmann verwendet dabei den Mädchennamen seiner Frau Olga Mendez Monsanto.<figure xml:id="nadc20264160740-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmunlbo5fe9lz07t99o5163ng" data-strapi-src="https://cdn.gdch.de/prod/nadc20264160740_fig_0001_a_7e15194802.png"><figcaption><label>Abb.1: </label>Foto aufgenommen um das Jahr 1930: John Francis Queeny (1859 – 1933), Gründer des Unternehmens Monsanto, mit seinem Hund. Foto: zur Verfügung gestellt vom Science History Institute</figcaption></figure></figure>Das erste Monsanto-Produkt ist das Süßungsmittel Saccharin, das bis dahin ausschließlich aus Deutschland kam. Es folgen unter anderem Koffein (1904) und Vanillin (1905). Kurz darauf macht das Unternehmen bereits Gewinn und wächst während des Ersten Weltkriegs stark. Im Jahr 1928 übergibt Queeny das Geschäft an seinen Sohn Edgar, der Monsanto bis 1960 führt.Ab den 1930er Jahren produziert das Unternehmen polychlorierte Biphenyle (PCBs), ab 1944 Dichlordiphenyltrichlorethan (DDT) – jeweils Substanzen, die in ihrer Zeit für großen Nutzen in Isolierölen beziehungsweise Insektiziden stehen, sich später aber als Umweltgifte herausstellen und verboten werden. Auch Tenside und Produkte für die Kunststoff- und Gummiindustrie gehören jetzt zum Monsanto-Sortiment.Ab 1945 produziert und vertreibt Monsanto Agrochemikalien. Berühmt werden dabei etwa die Herbizide 2,4-Dichlorphenoxyessigsäure (2,4-D), Lasso mit dem Wirkstoff Alachlor (ab 1968) sowie Roundup (ab 1976), das auf dem im Jahr 1974 von Monsanto patentierten Glyphosat beruht. Monsanto stellt zudem Agent Orange her, eine Mischung aus 2,4-D und 2,4,5-Trichlorphenoxyessigsäure (2,4,5-T). Das Herbizid dient im Vietnamkrieg als Entlaubungsmittel und verursacht aufgrund produktionsbedingter Dioxin-Verunreinigungen Langzeitschäden bei Soldaten und Bewohnern.In den 1980er Jahren ist Monsanto Vorreiter bei biotechnischen Methoden in der Landwirtschaft. Mitte der 1990er Jahre bringt das Unternehmen zuerst Saatgut für glyphosattolerante Sojabohnen, dann auch Mais auf den Markt – dadurch lässt sich Roundup nun auf den Anbaufeldern einsetzen.Im Jahr 2000 fusioniert Monsanto mit dem Pharmaunternehmen Pharmacia &amp; Upjohn zur Pharmacia Corporation. Diese gliedert kurz darauf die Agrarsparte unter dem alten Namen Monsanto wieder aus, ehe im Jahr 2003 der Pharmakonzern Pfizer den Rest der Pharmacia Corporation übernimmt. Eine Reihe von Übernahmen kleinerer Unternehmen und Start-ups sowie Produktentwicklungen machen Monsanto zum weltweit führenden Saatgut-Produzenten. Im Jahr 2015 versucht Monsanto vergeblich, das Biotechunternehmen Syngenta zu übernehmen, und gerät schließlich selbst ins Visier des Bayer-Konzerns. Im Jahr 2016 stimmt Monsanto der Übernahme zu, die zwei Jahre später zum Abschluss kommt. Kaufpreis: 63 Mrd. US-Dollar (rund 54 Mrd. Euro). Bis heute lebt der Name Monsanto fort: Bayer führt nach wie vor die Tochtergesellschaft Monsanto Company.Bayer hat sich mit der Übernahme von Monsanto Rechtsstreitigkeiten eingehandelt, die bis heute andauern. So gibt es etliche Klagen rund um Krebsfälle, die durch glyphosathaltige Produkte verursacht sein sollen. Zudem ist das Unternehmen mit Klagen rund um PCB-bedingte Umwelt- und Gesundheitsschäden konfrontiert. Erst im Februar 2026 hatte Bayer zu anhängingen Klagen rund um Glyphosat einen Sammelvergleich ausgehandelt, der allerdings noch nicht rechtskräftig ist. Seit September laufen am zuständigen Gericht im US-Bundesstaat Missouri die Anhörungen. Rund 67 000 Klagen will Bayer mit dem Vergleich beilegen und hat dafür 7,25 Milliarden Dollar zurückgestellt.Den Beitrag hat der Chemiker und Journalist Karl Hübner verfasst. Mehr dazu, wie Glyphosat entdeckt und als Roundup von Monsanto zugelassen wurde, lesen Sie in Hübners Beitrag „Gepriesen, gefürchtet, umstritten“ aus dem Dezember 2024 [Nachr. Chem. 2024, 72(12), 8].<ul class="references" cited="no" style="numbered" xml:id="nadc20264160740-bibl-0001"><li xml:id="nadc20264160740-bib-0001">1 Wikipedia: <a href="https://wikipedia.org/wiki/Monsanto" target="_blank">wikipedia.org/wiki/Monsanto</a> (Zugriff am 26.8.2026);Ehemalige Website von Monsanto (heute nicht mehr abrufbar): <a href="https://monsanto.com/whoweare/pages/monsanto-history.aspx" target="_blank">monsanto.com/whoweare/pages/monsanto-history.aspx</a> (Zugriff am 14.9.2016);Meldung zum Gerichtsverfahren 2026 in den USA im Handelsblatt: <a href="https://t1p.de/sergb" target="_blank">t1p.de/sergb</a></li></ul>

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