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Polyvinylchlorid

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:

Polyvinylchlorid Vinylchlorid Strukturformel StudySmarterAbbildung 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:

Polyvinylchlorid Wiederholeinheit Strukturformel StudySmarterAbbildung 2: Strukturformel einer Wiederholeinheit von Polyvinylchlorid

Polyvinylchlorid wird durch die radikalische Kettenpolymerisation gewonnen. Generell gilt bei der Kettenpolymerisation, dass die Monomere infolge einer Startreaktion beginnen, sich durch Reaktionen an das Ende einer Polymerkette Reaktionen zu binden.

Kettenpolymerisation heißt es auch deswegen, weil der Ablauf einer Kettenreaktion gleichkommt. Bei der radikalischen Form wird die Startreaktion durch Radikale (Atome mit mindestens einem ungepaartem Elektron) ausgelöst.

Mehr zum genauen Mechanismus der Kettenpolymerisation kannst Du in der StudySmarter-Erklärung Radikalische Polymerisation erfahren!

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.

Emulsionen sind Mischungen aus zwei Stoffen, die normalerweise nicht miteinander mischbar sind. Eine der Flüssigkeiten wird in Form von winzig kleinen Tröpfchen in die andere Flüssigkeit gerührt, sodass die beiden nahezu untrennbar werden. Milch ist zum Beispiel eine Emulsion, wobei hier viele Fetttröpfchen mit einer wässrigen Lösung vermischt sind.

Dasselbe muss auch zur Herstellung des E-PVCs passieren: Das Vinylchlorid befindet sich in Tröpfchen, die mit einer wässrigen Lösung vermischt werden sollen, in der sich die restlichen Reaktionskomponenten befinden. Um die Vermischung des Vinylchlorid mit dem Wasser zu erleichtern, werden Emulgatoren verwendet.

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.

Thermoplasten sind eine Stoffgruppe, die ab einer bestimmten Temperatur anfangen, verformbar zu werden. Kühlen sie ab, werden Thermoplasten fest und behalten ihre Form.

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.

Aus massivem PVC:

  • Garten- und Campingmöbel
  • Rohre
  • Fensterrahmen
  • Spielzeug

Aus PVC Folien:

  • Kunstleder
  • im Bausektor: für Teiche, Dächer, Böden
  • Kreditkarten

Außerdem: PVC als Isolator/Ummantelung von Kabeln

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.

In der Chemieindustrie fällt Chlor bei der Herstellung von Natronlauge massenweise als Nebenprodukt an und hat nicht sehr viele andere Verwendungszwecke, weshalb es schon fast als ein Abfallprodukt angesehen wird. Dieses Chlor für die Herstellung von Vinylchlorid zu verwenden, ist daher kostengünstig.

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.

Der sogenannte Bakenfuß ist ein Beispiel dafür, wie PVC nach einigen Recycling-Schritten aussieht. Der Bakenfuß wird als Ständer für Baustellenschilder oder Straßenabsperrungen verwendet.

Polyvinylchlorid Recycling Bakenfuß StudySmarterAbbildung 3: Bakenfuß zur Verwendung bei einer Baustelle

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.

Arbeiter, die mit Vinylchlorid arbeiten, erkrankten vor Einführung von besseren Arbeitsbedingungen so häufig an Leberkrebs, dass die "VC-Krankheit" sogar als offizielle Berufskrankheit anerkannt wurde.

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.

Polyvinylchlorid – Das Wichtigste

  • Polyvinylchlorid (PVC) ist ein Polymer/Kunststoff.
  • Polyvinylchlorid Formel: Die Summenformel einer Wiederholeinheit von PVC ist \(C_2H_3Cl\).
  • Polyvinylchlorid Herstellung: PVC entsteht durch radikalische Kettenpolymerisation von Vinylchlorid-Monomeren.
  • Polyvinylchlorid Eigenschaften: PVC ist ein Thermoplast, einfärbbar, witterungsbeständig und hat keine hohe elektrische Leitfähigkeit.
  • Polyvinylchlorid Verwendung: PVC wird vor allem auf dem Bau eingesetzt (als Folien, Rohre oder Maschinenbauteile) oder als Kunstleder in der Textilindustrie.
  • Polyvinylchlorid Vor- und Nachteile: PVC ist günstig herzustellen und sehr langlebig, kann allerdings nur begrenzt recycelt werden und ist gesundheitsschädlich, wenn es hergestellt oder verbrannt wird

Nachweise

  1. Abb. 3: "Bakenfuß 1" (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bakenfuss_1.jpg) von Superbass (https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Superbass) ist lizenziert durch CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en).
  2. Robert Hohenadel et al. (Oktober, 2005). Polyvinylchlorid (PVC). Kunststoffe.
  3. gestis.dguv.de: Polyvinylchlorid. (15.11.2022)
  4. Peter Elsner (2013). DOMININGHAUS – Kunststoffe. Springer-Verlag.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Polyvinylchlorid

PVC wird vor allem auf Baustellen eingesetzt (als Folien, Rohre oder Maschinenbauteile), als Kunstleder in der Textilindustrie oder auch für Spielzeuge.

PVC ist nicht gefährlich, allerdings werden bei der Herstellung oder Verbrennung gefährliche Stoffe freigesetzt.

Ja, PVC ist schwer entflammbar und muss zum Verbrennen fast konstant an eine Flamme gehalten werden.

Zur Herstellung von PVC wird keine Säure verwendet. Hauptbestandteil ist das Monomer Vinylchlorid.

Finales Polyvinylchlorid Quiz

Frage

Wie lautet das Kurzzeichen von Polyvinylchlorid? 

Antwort anzeigen

Antwort

Kurz für Polyvinylchlorid ist PVC.

Frage anzeigen

Frage

Wie heißen die für Polyvinylchlorid notwendigen Monomere? 

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Antwort

Vinylchlorid

Frage anzeigen

Frage

Welcher Reaktionstyp führt zur Herstellung von Polyvinylchlorid? 

Antwort anzeigen

Antwort

Durch die radikalische Kettenpolymerisation entsteht PVC. 

Frage anzeigen

Frage

Zu welcher Art Kunststoff gehört PVC?

Antwort anzeigen

Antwort

Thermoplaste

Frage anzeigen

Frage

Wie lautet die Summenformel einer Wiederholeinheit von Polyvinylchlorid? 

Antwort anzeigen

Antwort

Die Summenformel lautet \(C_2H_3Cl\).

Frage anzeigen

Frage

Gegen welche der folgenden Substanzen ist Polyvinylchlorid nicht resistent? 

Antwort anzeigen

Antwort

Aceton

Frage anzeigen

Frage

Bei welcher Temperatur kann PVC verformt werden? 

Antwort anzeigen

Antwort

ab 120 °C

Frage anzeigen

Frage

Der Schmelzpunkt von PVC liegt bei .....°C. 

Antwort anzeigen

Antwort

180°C

Frage anzeigen

Frage

Für die Herstellung von E-PVC wird die ... eingesetzt. 

PVC bildet sich dabei ... .

Antwort anzeigen

Antwort

Emulsionspolymerisation

Frage anzeigen

Frage

Für die Herstellung von S-PVC wird die ... eingesetzt. 

PVC bildet sich dabei ... .

Antwort anzeigen

Antwort

Suspensionspolymerisation

Frage anzeigen

Frage

Welche Eigenschaften machen PVC so besonders gegenüber anderen Kunststoffen?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Haltbarkeit
  • Resistenz gegenüber Sonnenlicht 
  • nicht zersetzbar durch Wasser, auch Meerwasser

Frage anzeigen

Frage

Wofür wird hartes Polyvinylchlorid verwendet? 

Antwort anzeigen

Antwort

  • Gartenmöbel 
  • Campingmöbel 
  • Fensterrahmen 
  • Rohre

Frage anzeigen

Frage

Wofür kann PVC durch seine isolierenden Eigenschaften eingesetzt werden?

Antwort anzeigen

Antwort

Für Kabelummantelungen ist PVC gut geeignet.

Frage anzeigen

Frage

Richtig oder falsch?

Die Herstellung von Polyvinylchlorid führt zu keinen gesundheitlichen Schäden. 

Antwort anzeigen

Antwort

Falsch. Die Ausgangsstoffe für PVC wirken nicht nur erbgutverändernd, sondern auch krebserregend. 

Frage anzeigen

Frage

Aufgrund welcher Eigenschaft ist Polyvinylchlorid recyclebar?

Antwort anzeigen

Antwort

Polyvinylchlorid ist ein Thermoplast, weshalb es eingeschmolzen und neu geformt werden kann.

Frage anzeigen

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