Streichhölzer

Autor: Hans Lohninger

In der Rubrik Chemie im Alltag werden Chemikalien des täglichen Gebrauchs und deren Wirkung allgemein verständich beschrieben. Für chemische Details lesen Sie bitte auch die Seiten über Phosphor und Kaliumchlorat.

Streichhölzer sind ein Massenprodukt, das es seit rund 150 Jahren gibt. Die ersten Streichhölzer wurden 1826 von J. Walker im England erfunden und bestanden aus hölzernen Stäbchen, die am Ende in eine Mischung aus Antimonsulfid, Kaliumchlorat und ein Bindemittel getaucht wurden. Diese Streichhölzer konnten durch Reibung an beliebigen Flächen entzündet werden, waren aber wenig sensitiv, so dass sie wenige Jahre später durch Streichhölzer abgelöst wurden die weißen Phosphor enthielten (der sehr giftig ist und viele gesundheitliche Probleme verursachte). Die Phosphor-Streichölzer neigten außerdem zur Selbstentzündung, wenn sie an der Sonne lagen.

1844 entwickelte deshalb der Schwede G.E. Pasch einen neuen Streichholztyp, bei dem das Oxidationsmittel (Kaliumchlorat) vom Reduktionsmittel (roter Phosphor) getrennt wurden, in dem er roten Phosphor nicht mehr in die Zündkopfmasse mengte, sondern auf eine eigene Reibfläche aufbrachte - das Sicherheitsstreichholz war geboren. 1906 wurden Streichhölzer auf Basis von weißem Phosphor weltweit verboten, nachdem 1898 von H. Savene und E.D. Cahen ein Ersatz für weißen Phosphor in Form von Phosphorsesquisulfid gefunden wurde. Diese Art von Streichhölzern können an beliebigen Reibflächen entzündet werden.

Man schätzt, dass weltweit pro Jahr 6*10¹² Streichhölzer produziert werden. Reiht man diese unvorstellbar große Zahl an Streichhölzern aneinander, so ergibt das eine Strecke von 240 Mill. km (zum Vergleich: der Abstand zwischen Erde und Sonne beträgt ca. 150 Mill. km). Für die Produktion von Streichhölzern werden pro Jahr rund 6 Mill. Bäume gefällt, und nochmals die selbe Menge für die zugehörigen Streichholzschachteln. Die benötigten Chemikalien für die Weltjahresproduktion von Streichhölzern machen rund 120000 t aus. Pro Sekunde werden weltweit knapp 200000 Streichhölzer angezündet.

Links: Die aufgedruckten sechseckigen Bereiche der Reibfläche enthalten roten Phosphor und Bindemittel. Mitte: Ein Zündkopf der mit Eisenoxid rot gefärbt wurde. Rechts: ein abgebranntes Streichholz. Man erkennt, wie die Asche des Kopfes am verkohlten Streichholz haften bleibt. Vergrößerung ca. 10-fach. Foto: H. Lohninger

An ein Sicherheitsstreichholz werden Anforderungen gestellt, die sich auf den ersten Blick nicht einfach vereinbaren lassen. Zum einen soll das Streichholz leicht entzündbar sein - aber nur in Kontakt mit einer bestimmten Reibfläche - und es muss gut brennen; zum anderen darf aber ein erloschenes Streichholz nicht nachglühen um unbeabsichtigte Brände zu vermeiden.

Streichholz

Bei der Herstellung wird das noch feuchte Holz (ca. 50% Wassergehalt) vor dem Trocknen mit 12%iger Ammoniumdihydrogenphosphat-Lösung besprüht (oder alternativ mit Diammoniumhydrogenphosphat) um das Nachglühen zu verhindern. Beim Trocknen sinkt der Feuchtigkeitsgehalt der Streichhölzer innerhalb von 30 min auf ca. 3 Gew.-%. Danach werden die Zündhölzer bei 130-150°C in Paraffin getaucht. Das Paraffin benötigt ca. 3 min zum Einziehen, bevor die Zündhölzer in die Zündkopfmasse getaucht werden. Nach ca. 1 Stunde sind dann die Zündhölzer fertig zur Verpackung.

Reibfläche

Die Chemie des Sicherheitsstreichholzes

Die Zündung erfolgt durch mechanischen Kontakt von Kaliumchlorat mit dem roten Phosphor. Die erzeugte Reibungswärme reicht aus um die folgende stark exotherme Reaktion in Gang zu setzen:

5 KClO₃ + 6 P 5 KCl + 3 P₂O₅

Die im Zündkopf eingeschlossene Luft (typ. 25 Vol-%) hat eine wichtige Funktion und erhöht die Sensitivität des Zündholzes, weil durch die Hohlräume die thermische Leitfähigkeit herabgesetzt wird und dadurch die Reaktion leichter in Gang kommt (vgl. a. die Feuerleitwege bei Schwarzpulver). Der in der eingeschlossenen Luft enthaltene Sauerstoff ist ohne Bedeutung, den selben Effekt erhält man auch, wenn man die Zündkopfmasse mit Kohlendioxid aufschäumt.

Beim Abbrand des Zündholzkopfes erfolgt die Oxidation der Gelatine mit Hilfe des Kaliumchlorats. Die geringen Mengen an Schwefel oder rotem Phosphor haben für den Abbrand nur eine geringe Bedeutung, da die Gelatine als Brennstoff ausreicht. Man vermutet allerdings, dass der Schwefel bzw. Phosphor die Brenntemperatur erhöht. Die im Zündkopf beigemischten Silikate haben die Funktion, zum einen die Reaktion etwas zu dämpfen und damit die Abbrandzeit zu verlängern und zum anderen bilden sie eine Schlacke, die verhindert, dass sich die Asche vom Zündholz löst.

In der dritten Phase greift nun das Feuer auf das Paraffin und in der Folge auf das Holz über. Dabei verkohlt das Holz und bildet Holzkohle, die nach dem Erlöschen der Flamme nachglühen würde. Durch die Imprägnierung mit Ammoniumdihydrogenphosphat wird das Nachglühen verhindert, so dass nach dem Löschen der Flamme das Streichholz zur Gänze erlischt.

(1)	Es ist außerordentlich schwierig, rein weiße Zündköpfe zu erzeugen. Darum ergreift man die Flucht nach vorne und färbt die Zündköpfe ein - Design ist alles!