Zelluloid — Werkstoff, Eigenschaften und industrielle Verwendung

Zelluloid ist ein halbsynthetischer Thermoplast aus Cellulosenitrat (auch Nitrocellulose genannt) und Kampfer als Weichmacher. „Halbsynthetisch" bedeutet, dass der Werkstoff nicht aus Erdöl, sondern aus dem Naturstoff Cellulose gewonnen und chemisch umgewandelt wird. Unter Wärme lässt sich Zelluloid plastisch verformen und behält nach dem Abkühlen seine Form — genau diese Eigenschaft macht es zum ersten echten Thermoplast.

Der Kampfer ist dabei kein Beiwerk, sondern entscheidend: Er macht die sonst spröde Nitrocellulose biegsam und formbar. Erst die Kombination beider Stoffe ergibt das transparente, glänzende Material, das sich pressen, walzen und einfärben lässt. Der Markenname „Celluloid" stammt aus den USA und ging später als Gattungsbegriff in den Sprachgebrauch über; im Deutschen schreibt man ihn „Zelluloid".

Chemisch gesehen ist Cellulosenitrat ein Ester der Cellulose, bei dem Salpetersäure die Hydroxyl-Gruppen verestert hat. Genau dieser Stickstoff-Sauerstoff-Anteil verleiht dem Werkstoff seine charakteristische, aber auch gefährliche Eigenschaft: Er macht ihn formbar — und zugleich hochentzündlich.

Zelluloid ist leicht, glasklar einfärbbar und gut zu bearbeiten — aber hitzeempfindlich und vor allem leicht entflammbar. Die folgenden Kerndaten sind Richtwerte aus der Werkstoffliteratur; die genauen Werte schwanken je nach Mischungsverhältnis und Zusätzen.

Die Eigenschaften von Zelluloid erklären zugleich seinen historischen Erfolg und seinen späteren Niedergang. Es lässt sich auf Hochglanz polieren und täuschend echt als Imitat von Elfenbein, Horn oder Schildpatt einfärben — deshalb war es bei Kämmen, Knöpfen und Schmuck so beliebt. Gegenüber Hitze, Sonnenlicht und Alterung ist es dagegen empfindlich: Mit den Jahren vergilbt das Material, wird spröde und kann schrumpfen. Diese begrenzte Beständigkeit ist neben der Brennbarkeit der Hauptgrund, warum moderne Kunststoffe Zelluloid abgelöst haben.

Den Grundstein legte der Brite Alexander Parkes, der 1862 auf der Weltausstellung in London unter dem Namen „Parkesine" einen frühen Cellulose-Werkstoff vorstellte. Marktreif wurde die Idee jedoch erst in den USA: Der Erfinder John Wesley Hyatt suchte nach einem Ersatz für das knapp werdende Elfenbein, aus dem damals Billardkugeln gefertigt wurden. Um 1869/1870 gelang ihm mit dem Zusatz von Kampfer der Durchbruch; den Markennamen „Celluloid" ließ er 1870 schützen.

Damit war Zelluloid der erste Kunststoff, der großtechnisch produziert wurde — lange vor den erdölbasierten Kunststoffen des 20. Jahrhunderts. Es ersetzte teure Naturstoffe wie Elfenbein, Horn und Schildpatt und demokratisierte damit Alltagsgegenstände vom Kamm bis zur Brille. Was zuvor Luxus war, wurde plötzlich industriell und bezahlbar herstellbar.

Die Bedeutung dieser Erfindung reicht weit über das Material selbst hinaus: Zelluloid leitete das Kunststoffzeitalter ein und gilt als Vorläufer aller modernen Thermoplaste. Ohne den preiswerten Filmträger aus Zelluloid wäre auch die Geschichte des Kinos anders verlaufen.

Zelluloid prägte über Jahrzehnte ganze Branchen. Die wichtigste Anwendung war lange der Kino- und Fotofilm (Nitrofilm), dessen Trägerschicht aus Cellulosenitrat bestand. Daneben fand der Werkstoff breite industrielle Verwendung:

Viele dieser Anwendungen sind heute Geschichte. Tischtennisbälle etwa bestanden bis 2014 aus Zelluloid, bevor der Weltverband auf einen schwerer entflammbaren Kunststoff umstellte. In Nischen wie hochwertigen Brillengestellen, Plektren für Saiteninstrumente oder im Modellbau wird Zelluloid wegen seiner Optik und Haptik bis heute geschätzt.

Die größte Schwäche von Zelluloid ist seine leichte Entflammbarkeit. Da Cellulosenitrat chemisch mit Salpetersäure verbundener Sauerstoff enthält, brennt das Material extrem schnell und ist im Brandfall kaum zu löschen — es liefert den Sauerstoff praktisch selbst mit. Schon bei Temperaturen um 120 bis 150 °C beginnt die Zersetzung, im ungünstigen Fall bis zur Selbstentzündung.

Wegen der Brandgefahr wurde Zelluloid ab Mitte des 20. Jahrhunderts zurückgedrängt. Den wichtigsten Ersatz lieferte Celluloseacetat (Acetylcellulose), das als „Sicherheitsfilm" (safety film) deutlich schwerer entflammbar ist und ab den 1950er-Jahren den Nitrofilm ablöste. Acetat wird bis heute für Brillengestelle verwendet — was oft mit Zelluloid verwechselt wird.

Für viele weitere Anwendungen übernahmen vollsynthetische Thermoplaste wie ABS, Polystyrol oder Polycarbonat. Sie sind alterungsbeständiger, formstabiler und ungefährlich im Brandverhalten. Zelluloid blieb damit ein Pionierwerkstoff, der die Kunststoffära einleitete, in der Massenfertigung heute aber kaum noch eine Rolle spielt. Wer sich für weitere Werkstoffe interessiert, findet im Holzarten-Überblick und bei den Farben & Lacken (Stichwort Nitrolack) verwandte Themen.