Kunststoff Lexikon

Polyvinylchlorid

Polyvinylchlorid (Kurzzeichen PVC) ist ein amorpher thermoplastischer Kunststoff. Es ist hart und spröde, von weißer Farbe und wird erst durch Zugabe von Weichmachern und Stabilisatoren weicher, formbar und für technische Anwendungen geeignet.

Aufbau
Polyvinylchlorid wird aus seinem Monomer, Vinylchlorid (chemische Formel CH2 = CHCl) erzeugt. Die Kettenverlängerung erfolgt entweder durch radikalische oder durch ionische Polymerisation.

Vinylchlorid zu Polyvinylchlorid.

PVC brennt mit gelber, stark rußender Flamme, und erlischt ohne weitere externe Beflammung schnell. Aufgrund des hohen Chlorgehalts ist PVC schwerentflammbar, im Gegensatz zu anderen technischen Kunststoffen wie beispielsweise Polyethylen oder Polypropylen, die für das Erreichen dieser Eigenschaft Zusätze von (teils problematischen) Flammhemmern benötigen.

Wie praktisch alle Kunststoffe ist PVC ohne spezielle Zusatzstoffe nicht elektrisch leitfähig. Die Ausbildung von Dipolen und deren ständige Neuausrichtung im elektrischen Wechselstrom-Feld führt im Vergleich zu den meisten anderen Isolatoren zu verhältnismäßig hohen Verlusten. Nichtsdestotrotz wird es häufig als Ummantelung für Stromkabel im Niederspanungsbereich verwendet.

Technik
Das anfänglich verwendete, inzwischen historische Additionsverfahren von Chlor zu Vinylchlorid wird so nicht mehr eingesetzt. Heute werden Rohöl (oder in geringerem Ausmaß Kohle) und weiterhin Kochsalz als preiswertere Rohstoffbasis eingesetzt. Vier verschiedene Polymerisationsverfahren werden benutzt, wobei etwa 80 % der gesamten Weltproduktion nach der, 1935 bei Wacker-Chemie entwickelten, so genannten „Polymerisation in Suspension“ unter Verwendung von Peroxiden als Startermolekül hergestelltwerden.

Heute wird PVC in PVC-weich (PVC-P) und PVC-hart (PVC-U) unterteilt. Ein bekannter Vertreter von PVC-weich ist das Kunstleder (Sonderherstellungsverfahren über streichen von Pasten), hat nichts zu tun mit Tischdecken, Duschvorhängen, Möbelfolie (DC-fix, Pretty, Portas, Anderen, die Kalandriert werden. Aus Hart-PVC werden Rohre und Profile, z. B. für Fenster hergestellt, bzw. Pharmacie-Folien (Tablettenverpackungen, Pralinenverpackung, Lebensmittelverpackung, usw.) PVC-weich enthält bis zu 40 % Weichmacher und PVC-hart enthält grundsätzlich keinen Weichmacher (daher auch PVC-hart)

PVC ist ein thermoplastischer Kunststoff, der normalerweise im Temperaturbereich von 160 bis 200 Grad Celsius verarbeitet wird. Das an sich spröde und harte PVC wird mit Additiven, in erster Linie Weichmachern, Stabilisatoren und Modifier an die verschiedensten Einsatzgebiete angepasst. Die Additive verbessern die physikalischen Eigenschaften wie die Temperatur-, Licht- und Wetterbeständigkeit, die Zähigkeit und Elastizität, die Kerbschlagzähigkeit, den Glanz und sie dienen der Verbesserung der Verarbeitbarkeit. An die verwendeten PVC-Additive werden hohe Anforderungen gestellt: Sie müssen in möglichst geringer Konzentration eine hohe Wirkung aufweisen, die durch die unterschiedlichen Herstellungsprozesse für das Kunststoff-Formteil nicht beeinträchtigt werden darf. Sie müssen dem Formteil während dessen Gebrauchsdauer die gewünschten Eigenschaften verleihen. Sie sollen auch aus Konsumentensicht sicher anwendbar sein (siehe: Umweltaspekte).

Mit Hilfe von Stabilisatoren wird die Verarbeitung bei Temperaturen zwischen 160 und 200 Grad Celsius erst ermöglicht, da ohne sie Zersetzungsprozesse unter Abspaltung von Chlorwasserstoff einsetzen.

Der Zusatz von Weichmachern verleiht dem von Natur aus harten Werkstoff Eigenschaften ähnlich denen von Gummi. Als Weichmacher werden vor allem Phthalsäureester eingesetzt. Weniger Bedeutung haben Adipinsäureester und Phosphorsäureester. Die Weichmacher lagern sich bei der thermoplastischen Verarbeitung zwischen die Molekülketten des PVC ein und lockern dadurch das Gefüge auf. Da es sich bei der Einlagerung nicht um eine chemische Bindung handelt, können Weichmachermoleküle von der Oberfläche der PVC-Artikel verdampfen oder in andere Stoffe migrieren. Weichmacher auf der Basis DOP oder ähnlicher Produkte können migrieren, es gibt jedoch Produkte anderer Hersteller (DSM Uraplast-Typen) auf anderer Basis die nicht mehr migrieren jedoch deutlich teurer sind und zunehmend zumindest in Europa eingesetzt werden.

Durch sogenannte Schlagzäh-Modifier werden Eigenschaften wie die Kerbschlagzähigkeit verbessert. Modifier bestehen i.d.R. aus hocheffizienten Acrylatpolymeren. Außerdem können durch Modifier die Verarbeitung von PVC verbessert werden (Wirkung: schnellere Plastifizierung von PVC).

Verwendung
Etwa 70 % der PVC-Anwendungen entfallen auf den Bausektor, hierbei wird das PVC zu Fensterprofilen, Rohren, Fussbodenbelägen oder Dachbahnen verarbeitet. Die Rohre setzen sich wegen ihrer glatten Innenfläche wenig zu. Außerdem werden schwerentflammbare Kabel und Folien hergestellt, letztere z. B. für die Wasserkerne von Wasserbetten.

PVC-Hartschaum findet in der Faserverbundtechnologie Verwendung als Sandwichwerkstoff, zum Beispiel in Sportbooten, Rotorblättern für Windkraftanlagen und im Waggonbau.

Das niedrige Gewicht des Kunststoffs kann zu Energieeinsparungen in Anwendungsbereichen wie Verpackung (Kraftstoffersparnis bei der Verteilung) und Verkehr (geringerer Kraftstoffverbrauch) führen.

Die oft als besonders positiv hervorgehobenen Eigenschaften von PVC wie Säure-, Öl- und Seewasser-Beständigkeit sind bei vielen Anwendungen nicht erforderlich. Daher raten alle Umweltverbände dazu, die Herstellung von PVC (die zur Chlorchemie gehört) baldmöglichst bis auf einige wenige Spezialanwendungen (zum Beispiel Benzintanks und -kanister) einzustellen.

In vielen Anwendungsbereichen können auch andere Kunststoffe wie PP (Polypropylen) oder PE (Polyethylen) statt PVC eingesetzt werden. Insbesondere benötigen sie keine Weichmacher, die aus Weich-PVC ausdünsten können (typischer Plastik-Geruch) und stark gesundheitsschädlich sind.

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Quelle: Wikipedia