Polyvinylchlorid

Hast Du Dich schon einmal gefragt, woraus Plastikrohre hergestellt werden? Sie müssen stabil und dicht sein, um ihren Inhalt zu behalten, und doch günstig herzustellen. Das bevorzugte Material für solche Fälle ist Polyvinylchlorid – kurz auch als PVC bezeichnet. PVC ist ein Kunststoff, das in der Chemie auch Polymer genannt wird. Es stellt den drittwichtigsten Kunststoff dar. Welche Eigenschaften er besitzt, wie er hergestellt und verwendet wird, erfährst du hier. Außerdem gehen wir auf die Vor- und Nachteile von Polyvinylchlorid genauer ein.

Polyvinylchlorid Herstellung

Polymere – wie Polyvinylchlorid – bestehen aus vielen aneinandergereihten Einheiten, den Monomeren. Damit eine solche Struktur entsteht, müssen Moleküle miteinander zu einer langen Kette reagieren. Im Falle des PVCs wird der zugrundeliegende Reaktionsmechanismus als radikalische Kettenpolymerisation bezeichnet.

Polyvinylchlorid Formel

Die zur Herstellung des PVCs verwendeten Monomere sind Vinylchlorid-Moleküle mit der Formel \( (H_2C\!=\!CHCl) \). Ihre Struktur siehst Du in Abbildung 1:

Abbildung 1: Strukturformel von Vinylchlorid

Damit sich PVC bilden kann, müssen sich nacheinander immer mehr Vinylchlorid-Monomere an die wachsende PVC-Kette anhängen. Die Strukturformel der dabei entstehenden Wiederholeinheit kannst Du in Abbildung 2 betrachten:

Abbildung 2: Strukturformel einer Wiederholeinheit von Polyvinylchlorid

Polyvinylchlorid Produktionsarten

Je nachdem, welche Eigenschaften das PVC aufweisen soll und wofür es später verwendet werden soll, können verschiedene Herstellungsverfahren angewandt werden.

E-PVC

E-PVC wird durch die sogenannte Emulsionspolymerisation hergestellt, dem ältesten bekannten Herstellungsverfahren für PVC. Dafür wird Vinylchlorid in Wasser eingerührt, wobei eine sogenannte Emulsion entsteht.

S-PVC

S-PVC wird durch die sogenannte Suspensionspolymerisation hergestellt, dem heutzutage am häufigsten verwendeten Herstellungsverfahren für PVC (etwa 90 %). Dabei wird Vinylchlorid unter hohen Temperaturen und hohen Drücken verflüssigt und anschließend mit Wasser versetzt.

Im Gegensatz zur Emulsionspolymerisation, bei der das Vinylchlorid zum Reagieren in die wässrige Lösung treibt, bildet sich das Polymer PVC hier in den Vinylchlorid-Tröpfchen.

M-PVC

M-PVC wird durch die sogenannte Massepolymerisation hergestellt. Dazu wird PVC verflüssigt und die Polymerisation wird direkt darin durchgeführt, ohne zusätzliche wässrige Phase. Durch diesen Vorgang hat durch M-PVC hergestelltes PVC eine besonders hohe Reinheit. Das macht man sich hauptsächlich dann zunutze, wenn man das PVC für durchsichtige Materialien benötigt.

Hart- und Weich-PVC

Je nachdem, wofür das Polyvinylchlorid später verwendet werden soll, kann es in Hart- und Weich-PVC eingeteilt werden. Diese beiden Arten an PVC haben ihrem Namen entsprechende Eigenschaften, die durch Zusatzstoffe bei der Produktion gezielt hervorgerufen werden können.

Hart-PVC hat das Kurzzeichen PVC-U (unplasticized) und ist besonders hart und spröde, während Weich-PVC das Kurzzeichen PVC-P (plasticized) hat und weich bis elastisch ist. Durch die Zugabe von verschiedenen sogenannten Additiven und Weichmachern können beim jeweiligen PVC genau der gewünschte Härte- und Elastizitätsgrad erreicht werden.

Polyvinylchlorid Eigenschaften

Polyvinylchlorid gehört zu der Gruppe der thermoplastischen Polymere.

Ab einer Temperatur von etwa 120 °C ist PVC weich genug und verformbar, der Schmelzpunkt von PVC liegt bei 180 °C.

Zwar ist Polyvinylchlorid nur schwer entflammbar, doch solange es an eine Flamme gehalten wird, kann PVC brennen und erzeugt dabei eine gelbe Flamme. Allerdings entstehen dabei Schadstoffe und viel Ruß, weshalb PVC möglichst nicht verbrannt werden sollte.

Die Wärme- und elektrische Leitfähigkeit von PVC ist nicht gut, weshalb es als Isolator genutzt werden kann.

In Wasser, manchen Säuren und Basen sowie Ölen ist PVC nicht löslich. Dafür wird PVC von Lösemitteln wie Aceton, Diethylether und Benzol angegriffen.

Durch seine Unempfindlichkeit gegenüber Temperatur und Wasser ist PVC sehr witterungsbeständig und entsprechend langlebig. Außerdem lässt sich PVC leicht einfärben.

Polyvinylchlorid Verwendung

Durch die beständigen Eigenschaften von PVC und seine günstige Herstellung kann es recht vielseitig eingesetzt werden. Außerdem können Produkte aus PVC in allen gewünschten Farben produziert werden.

Polyvinylchlorid Vor- und Nachteile

Wie jedes Material hat auch Polyvinylchlorid seine Vor- und Nachteile.

Ein großer Vorteil von PVC gegenüber anderen Kunststoffen sind seine Witterungsbeständigkeit und die günstige Herstellung.

Da PVC so vielseitig eingesetzt wird, fällt es allerdings auch oft als Müll an. Recycelt werden kann PVC nur eine begrenzte Anzahl an Malen, bevor es zu urein wird und die Qualität leidet.

Eine andere Möglichkeit, Müll aus PVC zu entsorgen, besteht darin, es zu verbrennen, um Energie zu gewinnen. Dabei fallen allerdings schädliche Reste und Giftgase an. Außerdem ist der Energiegewinn aus PVC ist nicht so hoch, als dass sich dieser Prozess lohnen würde.

Da Polyvinylchlorid so beständig ist, muss es allerdings auch nicht so oft entsorgt und ersetzt werden, wie andere Materialien, solange das PVC mit Bedacht eingesetzt wird.

Ein weiterer Nachteil des PVCs ist seine gesundheitsschädliche Herstellung. Vinylchlorid kann Krebs verursachen und sogar das Erbgut (die DNA) verändern, ebenso wie andere benötigte Ausgangsstoffe.

In Weich-PVC sind außerdem oft Weichmacher enthalten, die gesundheitsschädlich sind. Ohne entsprechende Maßnahmen können sie von Lebensmittelverpackungen oder Spielzeuge (wenn sie von Kindern in den Mund genommen werden) in den Körper aufgenommen werden. Dort können sie die Organe schädigen.

Der Ausgangsstoff für PVC – Vinylchlorid – wird zudem aus Erdöl gewonnen, wie es bei allen Kunststoffen der Fall ist. Erdöl ist ein endlicher Rohstoff und die Förderung ist oft umweltschädlich.