Polyvinylchlorid

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Strukturformel
Struktur von Polyvinylchlorid
Allgemeines
Name Polyvinylchlorid
Andere Namen
CAS-Nummer 9002-86-2
Monomer Vinylchlorid
SummenformelderWiederholeinheit C2H3Cl
Molare Masseder Wiederholeinheit 62,50 g·mol−1
Art des Polymers

Thermoplast

Kurzbeschreibung

weißes Pulver[1]

Eigenschaften
Aggregatzustand

fest

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[1]
keine GHS-Piktogramme
H- und P-Sätze H:keine H-Sätze
P:keine P-Sätze[1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werdenSI-Einheitenverwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten beiStandardbedingungen.

Polyvinylchlorid(KurzzeichenPVC) ist einthermoplastischesPolymer,das durchKettenpolymerisationaus demMonomerVinylchloridhergestellt wird. PVC ist nachPolyethylenundPolypropylendas drittwichtigste Polymer fürKunststoffe.

Die PVC-Kunststoffe werden in Hart- und Weich-PVC unterteilt. Hart-PVC wird beispielsweise zur Herstellung von Fensterprofilen, Rohren undSchallplattenverwendet. Weich-PVC enthältWeichmacher,die zu einem elastischen Verhalten des Materials führen. Es wird beispielsweise fürKabelummantelungen,Spanndecken undBodenbelägeverwendet.

Geschichte

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Der französische ChemikerHenri Victor Regnaultwar 1835 der erste, der imGießenerLaboratorium vonJustus von LiebigVinylchlorid herstellte und bemerkte, dass sich daraus bei längerer Einwirkung vonSonnenlichtein weißes Pulver – Polyvinylchlorid – bildete, konnte die Bedeutung seiner Entdeckung jedoch nicht erkennen.

1912 entwickelteFritz Klattebei derChemischen Fabrik Griesheim-Elektrondie Synthese von Vinylchlorid ausEthinundChlorwasserstoff.Auch er setzte Glasgefäße mit Vinylchlorid und verschiedenen Zusätzen dem Sonnenlicht aus. Er legte damit die Grundsteine für die Herstellung von PVC. 1913 patentierte Klatte die „Polymerisation von Vinylchlorid und Verwendung als Hornersatz, als Filme, Kunstfäden und für Lacke “.[2]Marktfähige Produkte wurden jedoch nicht entwickelt.

Mit der Rohstoffknappheit während und nach demErsten Weltkriegwurden die Anstrengungen verstärkt, PVC als Rohstoff zu nutzen, um teure Rohstoffe durch kostengünstige Materialien zu ersetzen. Es kam jedoch erst Ende der 1920er Jahre zu weiteren Anwendungen. 1928 erfolgte die großtechnische Ausweitung durch Produktion in den USA und 1930 inRheinfelden (Baden)durch dieBASF;1935 nahm dieI.G. Farbendie PVC-Produktion auf.

1935 gelang inBitterfeld(D) die Herstellung von Weich-PVC. Ein Warenzeichen dieser Zeit warIgelit.Erste PVC-Produkte waren Folien und Rohre. Letztere wurden 1935 in Bitterfeld undSalzgitter(D) verlegt. Nach 1945 war PVC der meistproduzierte Kunststoff der Welt. Im Jahr 1948 wurden schließlichSchallplattenaus PVC hergestellt, das denSchellackendgültig ablöste.

Mit dem Wachstum der chemischen Industrie wurdeNatronlaugein immer größeren Mengen benötigt. Natronlauge wird über eineChloralkali-ElektrolyseausNatriumchloridgewonnen.Koppelproduktist dabeiChlor.Die Entwicklung derChlorchemieberuht unter anderem auf dem kostengünstigen Koppelprodukt, was auch die Produktion und Vermarktung von PVC begünstigte. Von Kritikern wird PVC als „Chlorsenke “für das Koppelprodukt der Chloralkali-Elektrolyse betrachtet.

In den Vereinigten Staaten wurde der Werkstoff in den 1960er Jahren zu nachchloriertem PVC (Chloriertes Polyvinylchlorid) weiterentwickelt, welches nach DIN mit „PVC-C “, im Ausland auch mit „CPVC “abgekürzt wird. Der Massenanteil von Chlor in PVC-C liegt über den 56,7 % von PVC und kann bis 74 % aufweisen. Bei höheren Temperaturen ist es korrosionsbeständiger und hat bessere mechanische Eigenschaften als PVC, sodass es sich auch zur Herstellung von Rohren für die Warmwasserversorgung und mit Einschränkungen sogar für Heizungskreisläufe eignet.

Handelsnamen

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PVC wurde oder wird unter den Namen Ekadur,Decelith,Gölzalith, Vinidur, Trovidur, Hostalit, Lucalor, Corzan, Glastoferan (PVC-C) und Ekalit, Dekelith, Mipolam, Barrisol (Weich-PVC für Spanndecken)[3],Igelit (Weich-PVC) und Piviacid (Faserstoff-PVC der DDR) vermarktet.

Herstellung

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Kalottenmodellvon Polyvinylchlorid

Polyvinylchlorid wird durch radikalischeKettenpolymerisationaus demMonomerVinylchlorid(H2C=CHCl) erzeugt:

Vinylchlorid zu Polyvinylchlorid

Im Wesentlichen sind drei verschiedene Polymerisationsverfahren üblich.[4]DieTaktizitätderWiederholeinheitenist bei allen Verfahren hauptsächlich ataktisch. Der bis etwa 10%igekristalline Anteildes Polymers hat eine syndiotaktische Struktur.

E-PVC

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Das älteste Verfahren ist dieEmulsionspolymerisation(erstmals 1929). Man erhält das sogenannte E-PVC. Mit Hilfe vonEmulgatorenwird Vinylchlorid als kleine Tröpfchen in Wasser eingerührt. Als wasserlöslicheInitiatorenwerden zum BeispielWasserstoffperoxidoderKaliumperoxodisulfatverwendet. Bei erhöhter Temperatur bilden sich aus den Monomertröpfchen Polyvinylchloridteilchen. Diesen Primärteilchen werden bei Unterdruck die nicht umgesetzten Monomere entzogen. Im Produkt verbleiben die eingesetzten Emulgatoren. Das Verfahren kann sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich durchgeführt werden.[5]Polymerdispersionen aus diesem Verfahren werden u. a. für Klebstoffe oder Beschichtungsmittel verwendet.

S-PVC

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In einemAutoklavenwird Vinylchlorid unter Druck verflüssigt und mit Wasser versetzt. Durch intensives Rühren wird eineSuspensionvon sehr kleinen Vinylchloridtröpfchen in Wasser erzeugt. Als Polymerisationsinitiator werden im Monomer löslicheorganische Peroxideoder bestimmte aliphatische Azoverbindungen, wie beispielsweiseAzobis(isobutyronitril)(AIBN), verwendet. Es handelt sich dabei um eineSuspensionspolymerisationund das entstehende Produkt wird S-PVC genannt.[5]

In sehr kleinen Mengen werdenSchutzkolloidezugesetzt, um ein Verkleben der Tröpfchen im Verlauf der Polymerisation zu vermeiden. Die Körner werden entgast, um nicht umgesetzte Monomere und Wasser zu entfernen. Etwa 90 % der PVC-Herstellung erfolgt auf diesem Weg.

M-PVC

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Bei derMassepolymerisationwird die Polymerisation direkt in flüssigem Vinylchlorid mit einem darin löslichen Initiator, meist einem organischen Peroxid, durchgeführt. Das Produkt wird M-PVC genannt. Der Umsatz wird nur bis etwa 80 % geführt und das nicht umgesetzte Monomer bei Unterdruck entfernt. M-PVC hat im Vergleich zu E- und S-PVC eine sehr hohe Reinheit. Die eng verteilte Korngröße liegt bei ca. 100 µm. Bei Anwendungen, in denen eine hohe Transparenz gefordert wird, wird bevorzugt M-PVC eingesetzt. Gleiches gilt für Sterilisationsfolien.[5]

Hart-PVC und Weich-PVC

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PVC wird in Hart-PVC (Kurzzeichen PVC-U, wobei U für engl.unplasticizedsteht) und Weich-PVC, (Kurzzeichen PVC-P, wobei P für engl.plasticizedsteht) unterteilt. Aus Hart-PVC werden Rohre, Profile zum Beispiel für Fenster und Pharmazie-Folien hergestellt. Weich-PVC spielt als Kabelisolator eine große Rolle und findet auch in Fußbodenbelägen, Schläuchen, Schuhsohlen und Dachabdichtungen Anwendung. Weich-PVC enthält bis zu 40 ProzentWeichmacher;Hart-PVC enthält grundsätzlich keinen Weichmacher.

Additive

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Das an sichsprödeundhartePVC wird mitAdditiven,in erster LinieStabilisatorenundSchlagzäh-Modifier,an die verschiedensten Einsatzgebiete angepasst. Die Additive verbessern die physikalischen Eigenschaften wie die Temperatur-, Licht- und Wetterbeständigkeit, die Zähigkeit und Elastizität, dieKerbschlagzähigkeit,den Glanz und dienen der Verbesserung der Verarbeitbarkeit. Die Additive sollen in möglichst geringer Konzentration eine hohe Wirkung haben, die Herstellungsprozesse für das Kunststoffformteil nicht beeinträchtigen und dem Produkt die gewünschte Gebrauchsdauer verleihen. Als Schlagzäh-Modifier werden in der RegelAcrylatpolymereoder chloriertes Polyethylen verwendet. Durch Modifier wird auch die Verarbeitung von PVC verbessert, so wird eine schnellere Plastifizierung von PVC erreicht.

PVC ist ein thermoplastisches Polymer, das im Temperaturbereich von 160 bis 200 °C verarbeitet wird. Bei diesen Temperaturen beginnt ein Zersetzungsprozess unter Abspaltung vonChlorwasserstoff(HCl). Der Zusatz von Thermostabilisatoren(siehe auchThermostabilität (Biologie)) ist notwendig, zugleich verbessern sie dieWitterungs-undAlterungsbeständigkeit.Wenn das PVC bei der Weiterverarbeitung erhöhten Temperaturen ausgesetzt ist (zum Beispiel durch Heizelementschweißen bei 260 °C), muss das Additivpaket darauf abgestimmt sein. Dazu werden Verbindungen, beispielsweiseStearateoderCarboxylate[6]auf Basis von Schwermetallen wieBlei,Cadmium,Zinn,Barium/Zink,Calcium/Zink und Calcium/Aluminium/Zink wieCadmiumstearatoderBleistearat,eingesetzt.[7](die Metalle fangen im Aufschmelzprozess als „Säurefänger “freiwerdendesChlorab und bilden Metallchloride[8]). Cadmiumverbindungen als Stabilisator wurden 2001 von der EU verboten, seit 2015 werden in der EU keine Blei-Stabilisatoren mehr verwendet (freiwilliges Minderungsziel).[9]Derartige metallhaltige Thermostabilisatoren können durch synthetische Mineralien als Säurefänger wie z. B.Hydrotalcit(ein Magnesium-Aluminium-Hydroxycarbonat) ersetzt werden.[8]

Weich-PVC erhält seine charakteristische Eigenschaften durch die eingesetzten Weichmacher. Daneben kann Weich-PVC noch Antioxidantien, Wärmestabilisatoren (unterstützen die Formgebung) wie beispielsweiseOrganozinnstabilisatoren[10][6]und Flammschutzmittel (beispielsweiseAntimontrioxid[11]) als Zusatzstoffe enthalten.

Phthalate[12],Bisphenol A[12]und die in manchen PVC-Artikeln enthaltenenOrganozinnverbindungen[10][12]gelten alsendokrin(hormonell) wirksam, derartige Substanzen beeinflussen die Fortpflanzungs- und Überlebensrate vonAmphibien[13]und sogar das Rufverhalten von Fröschen„und zwar so spezifisch, dass alle Substanzen nach ihren Wirkmechanismen klassifiziert und in umweltrelevanten Konzentrationen nachgewiesen werden konnten. “[14]

Die meist (beiTeichfolien) verwendeten Additive (Phthalate, Bisphenol A[15],Organozinnverbindungen etc.) sind nur gering wasserlöslich, doch es entstehen entsprechend der jeweiligenLöslichkeitgeringeKonzentrationenim Wasser. Aus dem Wasser werden sie wiederzum Teilherausextrahiert, indem sie bei Kontakt mit biogenen Feststoffen an diesenadsorbiert[16]und dann gemeinsam mit Teichschlamm entsorgt werden. Abgesaugter Bodenschlamm wird üblicherweise der FlächenkompostierungalsMulchzugeführt. Der Kompost kann dann höhere Gehalte an Weichmachern[12]und sonstige Additive (Bisphenol A[12],Tributylzinn[12]) enthalten als das Wasser.[17]Werden die Additive aus dem Wasser herausextrahiert,so kann das Wasser alsLösungs-undExtraktionsmittelwieder Additive aufnehmen und weiterhin aus der Folie herauslösen. Dadurch stellt sich ein (physikalisches)Gleichgewichtein.

Weichmacher

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Der Zusatz vonWeichmachernverleiht dem Polymer plastische Eigenschaften, wie Nachgiebigkeit und Weichheit. Als Weichmacher werden vor allemPhthalsäureestereingesetzt. Weniger Bedeutung habenChlorparaffine,[18]AdipinsäureesterundPhosphorsäureester.Die Weichmacher lagern sich bei der thermoplastischen Verarbeitung zwischen die Molekülketten des PVC ein und lockern dadurch das Gefüge. Die nicht chemisch gebundenen Weichmacher, die „bis zu über 50 % der Gesamtmasse “[19]ausmachen können, können aus einer Folie herausgelöst werden[19],was auch die Versprödung der Folien nach etwa 10 Jahren bewirkt. Gebrochene PVC-Folie bei altenFolienteichenundSchwimmbeckenist einIndikator,dass ursprünglich enthaltene Weichmacher durchElution(Auswaschung) oder Migration (Weiterwanderung in andere Kunststoffe, Feststoffe oder Mikroorganismen) oder Verdampfung[20]in die Umwelt gelangt sind.

Weichmacher und Additive können auch (bei Folienteichen) vom PVC in die Kunststoffe der Unterlagsvliesemigrieren.Deutlich wirkt sich die Migration bei Schwimmbecken aus, die (zur besserenWärmedämmung) aus betongefüllten Formstücken von expandiertemPolystyrolaufgebaut sind, In solchen Fällen verlangen die Folienlieferanten, dass einGeotextil-Vlies zwischen PVC-Folie und Polystyrol eingebracht wird (weil sonst Garantieansprüche verlöschen).

Diese Einlagerung ist eine physikalische Aufdehnung der Struktur, sodass trotz der geringen Flüchtigkeit eine Migration und Gasabgabe erfolgt. Dadurch kommt es je nach Anwendungszweck zu einer sorbierten Oberflächenschicht oder auch zur Wanderung des Weichmachers in angrenzende Materialien oder auch durch den Luftraum in benachbarte Substanzen. Produkte auf anderer Basis, die auf Grund wesentlich niedrigerer Dampfdrücke langsamer migrieren, sind deutlich teurer, werden aber zunehmend in Europa eingesetzt. Dazu zählen beispielsweiseAcetyltributylcitratund1,2-Cyclohexandicarbonsäurediisononylester.Pulvermischungen aus PVC mit eingearbeiteten Weichmachern und Additiven werdenDry-Blendsgenannt.

Weichmacher (Beispiele)
Phthalsäureester AndereCarbonsäureester
Bis(2-ethylhexyl)phthalat(DEHP)
1,2-Cyclohexandicarbonsäurediisononylester(DINCH)
Diisononylphthalat(DINP)
Acetyltributylcitrat(TBAC)

Bei Verwendung alsTeichfoliewird als AlternativeEPDM-Folie eingesetzt, die völlig weichmacherfrei und trotzdem gut dehnbar, kältetolerant und widerstandsfähig ist (weitere Vorteile sieheEPDM-Dichtungsbahn#Eigenschaften und Verwendung). Deren Nachteile sind beispielsweise, dass sie nur in schwarz (mit FüllstoffRuß) oder weiß (nur im englischsprachigen Raum als „EPDM Rubber white “) erzeugt wird und dieFügetechnikderVulkanisationfür Laien nicht so einfach ist wie etwa dasWarmgasschweißenvon PVC.

Eigenschaften

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PVC lässt sich gut einfärben und nimmt kaum Wasser auf. Es ist beständig gegen einigeSäurenundLaugenund bedingt beständig gegenEthanol,ÖlundBenzin.Angegriffen wird PVC unter anderem vonAceton,Diethylether,Tetrahydrofuran(THF),Benzol,Chloroformund konzentrierterSalzsäure.Hart-PVC lässt sich gut, Weich-PVC schlecht spanabhebend verarbeiten. Bei Temperaturen von 120 bis 150 °C kann es spanlos verformt werden.

Verbindungen können mitKlebstoffen(Lösungsmittelklebstoffe, Zweikomponentenklebstoffe) oder durchKunststoffschweißen(verschiedene manuelle und maschinelle Schweißverfahren) hergestellt werden.

Lösungsmittelklebstoffe (sog.Quellschweißmittel) sind meist auf der Basis vonTHF,dem zur Erhöhung derViskosität10 bis 20 % PVC-Pulver (ggf. nachchloriertes PVC) zugesetzt sind.[21] Weich-PVC wird auch mitPU-Klebstoffen verklebt, die als Lösungsmittel häufigMethylethylketon,Aceton,EthylacetatundMethylacetatenthalten.[22]

Für gewöhnliches Hart-PVC (PVC-U) sind eine Anzahl Klebstoffe verfügbar, während für PVC-C nur wenige spezielle Klebstoffe wie Tangit PVC-C und Griffon HT 120 angeboten werden. Häufig wird die vorherige Reinigung der Klebefächen mit einem zugehörigen lösemittelhaltigen Reinigungsmittel empfohlen.

PVC brennt mit gelber, stark rußender Flamme und erlischt ohne weitere externe Beflammung schnell. Aufgrund des hohen Chlorgehalts ist PVC im Gegensatz zu anderen technischen Kunststoffen wie beispielsweisePolyethylenoderPolypropylenschwer entflammbar. Bei Bränden von PVC-Kunststoffen entstehen allerdingsChlorwasserstoff,Dioxineund auch Aromaten.

PVC ist ein guter Isolator. Die Ausbildung vonDipolenund deren ständige Neuausrichtung im elektrischenWechselstrom-Feldführt im Vergleich zu den meisten anderen Isolatoren zu hohen Dielektrizitätsverlusten. Wegen der hohen Festigkeit des Kabelmantels und der guten Isoliereigenschaften sind PVC-Niederspannungskabel für die Verlegung unter Putz oder im Freien sehr gut geeignet.

Mechanische und elektrische Eigenschaften
Eigenschaft Hart-PVC (PVC-U) Weich-PVC (PVC-P) Chloriertes PVC (PVC-C)
Dichtein g/cm³ 1,38…1,40 1,20…1,35 1,51[23]…1,64[24]
Wärmeausdehnungskoeffizientin 10−6K−1 k. A. k. A. 60[25]...70[23]
Schmelzpunkt Zersetzung oberhalb +180 °C[1] Zersetzung oberhalb +180 °C[1]
Glastemperatur +79 °C[26] k. A.
Schlagzähigkeitin kJ/m² (nach DIN 53453) gering[27],>20 o. k. A.
Kerbschlagzähigkeitin kJ/m² (nach DIN 53453) 2...75 o. Br. 12[23][25]
Elastizitätsmodulin MPa
Zug-E-Modul (nach DIN 53457) 		1000...3500 k. A. 2800[25]
Elastizitätsmodulin MPa
Biege-E-Modul bei 23 °C 		k. A. k. A. 2800[23]
Wasseraufnahme in 24 Stunden gering[27] gering[27] 0,04 %[28]
Löslichkeit praktisch unlöslich in Wasser[1]
löslich in organischen Lösungs-
mitteln (Aceton sowie Ester und
Fleckenreinigungsmittel), wenn
Molgewicht ≤30kDa[27] 		wie PVC-U ähnlich PVC-U
Chemische Beständigkeit beständig gegen konzentrierte
und verdünnte Alkalien, Öle,
aliph.Kohlenwasserstoffe,
Zersetzung durch oxidierende
Mineralsäuren[27] 		wie PVC-U beständig gegen konzentrierte
und verdünnte Säuren, Alkalien,
Öle, aliph.Kohlenwasserstoffe,
nicht beständig gegen Ester,
Ketone, chlorierte Kohlenwasser-
stoffe, starke Oxidationsmittel.[23]
Wärmeleitfähigkeitin W/(m·K) gering[27] gering[27] 0,15[23][25]
Zugfestigkeitin N/mm² (nach DIN 53455) 50…75 10…25 k. A.
Reißdehnung/Reißfestigkeit
(nach DIN 53455) 		10…50 % 170…400 % k. A.
Streckspannungin MPa bei 23 °C k. A. k. A. 55[23]…60[25]
Kugeldruckhärtein MPa
(10-Sekunden-Wert nach DIN 53456) 		75…155 k. A. 110[25]
spezifischer Durchgangswiderstand
(nach DIN 5348) 		>1015Ω >1011Ω k. A.
Oberflächenwiderstand (nach DIN 53482) 1013Ω 1011Ω 1013Ω
Gebrauchstemperatur −50 °C bis +60 °C k. A. bis +80 °C[25]…+93 °C[28],
kurzzeitig +100 °C[25]
Dielektrizitätszahl(nach DIN 53483)
bei 50 Hz
bei 1 MHz
3,5
3,0
4…8
4…4,5
k. A.
k. A.
Kriechstromfestigkeit(CTI) 600[29] k. A. k. A.

Verwendung

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Der Vorteil von PVC ist seine Haltbarkeit.Sonnenlichtzersetzt es nicht (sofern genugUV-Stabilisatoreneingearbeitet sind), die mechanischen Eigenschaften werden nicht beeinträchtigt. Wasser (auch salzigesMeerwasser) und Luft können PVC wenig bis gar nicht zerstören. Deshalb kommt PVC vor allem bei langlebigen Produkten zum Einsatz. Die Produkte sind in den verschiedensten Farben und Dekors herstellbar.

PVC ist sehr preisgünstig, denn der Rohstoff Chlor ist ein „Zwangsnebenprodukt“bei der Herstellung vonNatronlauge,die wiederum eine der am häufigsten verwendeten Labor- undIndustriechemikalienist[30]und in derchemischen Industriefür so eine Vielzahl von Verfahren benötigt wird (siehe dazuNatronlauge#Verwendung), dass der Bedarf nicht gedeckt werden kann[30].Chlor wird also im Überschuss produziert und steht (seit dem Niedergang derChlorkohlenwasserstoffeals Lösungsmittel) im Rang eines billigen Abfallprodukts.[31]Unter anderem der günstige Preis führte zumBoomvon PVC-Produkten.

Massives PVC wird beispielsweise beiGarten- und CampingmöbelnundFensterrahmeneingesetzt. PVC-Rohre setzen sich aufgrund der glatten Innenfläche weniger zu, Fensterprofile sind pflegeleicht, wartungsarm und witterungsbeständig.

PVC-Folien haben verschiedene Anwendungen, z. B. für Wasserkerne von Wasserbetten, alsKunstlederoder für Folienblätter/-taschen in Briefmarkenalben, alsTeichfolienundDachbahnenim Bausektor und fürBodenbeläge.Kreditkarten u. ä. bestehen meist aus PVC.

PVC wird oft als schwerentflammbare Kabel-Ummantelung (Isolationsmaterial für Elektro-Kabel), als Elektro-Gerätedoseund als Einziehrohr für Kabel verwendet.

Geschäumtes PVC in Plattenform wird als Trägermaterial für Werbemedien, wie ausgeplottete Schriftzüge, Bilder und Grafiken verwendet, vor allem wegen des geringen Gewichts und der einfachen Verarbeitung. Spezielle Präparationen finden ihren Einsatz bei künstlerischen Installationen und Events. Stark weichgemachte PVC-Folien werden als rutschfeste Unterlagen angeboten. PVC-Hartschaum findet in derFaserverbundtechnologieVerwendung alsSandwichwerkstoff.Anwendungsgebiete sind Sportboote und der Waggonbau.

PVC kommt auch in der Pyrotechnik zum Einsatz; genauer gesagt meist als sogenannter'Chlordonator'.Durch die molekulare Freisetzung von Cl-Ionen wird bei einem pyrotechnischen Satz so die Farbwirkung intensiviert – meist bei blauen Mischungen. Teils wird PVC in der Pyrotechnik auch als Bindemittel eingesetzt.[32]

In einigen Anwendungsbereichen werden auch andere Kunststoffe wiePolypropylen(PP) undPolyethylen(PE) mit dem Vorteil eingesetzt, dass die aus Weich-PVC ausdünstenden (typischer Plastik-Geruch) und gesundheitsschädlichen Stoffe wegfallen. Auch die dem PVC zugeschriebene Säure-, Öl- und Seewasser-Beständigkeit ist oft nicht erforderlich. EinigeUmweltverbänderaten, den Einsatz von PVC auf wenige Spezialanwendungen einzuschränken.

Wirtschaft

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Vorwiegend werden Fenster mit PVC-Rahmen exportiert. Häufig wird PVC für Rohre in Kabeltrassen und für Membrandächer eingesetzt, auch für Bodenbeläge. Im Jahr 2001 erbrachten in Deutschland 150.000 Beschäftigte in 5.000 Unternehmen einen Umsatz von 20 Milliarden Euro, das ist etwa ein Viertel der gesamten Kunststoffbranche.

Umweltaspekte, Entsorgung und Recycling

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Deponierung

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Bis zum Jahr 1989 deponierte man etwa 70 Prozent des Abfallvorkommens. Hart-PVC zersetzt sich nicht und schadet weder Wasser noch Luft, allerdings nimmt es gerade deswegen auf der Müllhalde viel Platz ein. Weiterhin kann keine Prognose getroffen werden, ob das Hart-PVC nicht doch irgendwann durch Mikroorganismen oder chemische Vorgänge angegriffen werden kann. Von den Inhaltsstoffen des Weich-PVC kann man aber mit großer Sicherheit annehmen, dass diese aufgrund ihres Weichmacheranteils das Sickerwasser und somit die Umwelt verschmutzen. DieDeponierungvon Siedlungsabfällen mit Brennwert ist in mehreren europäischen Ländern, wie beispielsweise Deutschland, Österreich und der Schweiz nicht mehr zulässig.

Energetische Verwertung

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Aus dem Verbrennungsprozess lässt sich Energie gewinnen. Der Brennwert mit 26,9 MJ/kg ist im Vergleich zu anderen Kunststoffen wie Polypropylen (PP) mit 52,6 MJ/kg relativ klein.[33]Wird PVC verbrannt, bildet sich ätzender, gasförmigerChlorwasserstoff.In Müllverbrennungsanlagen wird dieser beispielsweise mitKalkin denRauchgasreinigungsanlagenneutralisiert. Die entstehenden Rückstände sind alsgefährliche Abfälleeingestuft.

Eine Gefahr geht von schwermetallhaltigen Stabilisatoren wie etwaBleidistearataus. Aus diesem Grund werden bei Müllverbrennungsanlagen aufwendige Filtertechniken eingesetzt, die die schädlichen Emissionen filtern. Damit stehen der Gewinnung von Energie hohe Ausgaben für ökologischen Schutz gegenüber.

Recycling

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Recycling-Codevon PVC

DerRecycling-Codevon Polyvinylchlorid ist 03. Beim Recycling unterscheidet man zwischen einer Werkstoff- und einer Rohstoffrecycling-Methode. Für PVC existiert ein Rücknahmesystem; gesammelt werden vor allem Fußbodenbeläge, Dachbahnen, Fensterprofile, Elektrokabel und PVC-Rohre. Der Auf- und Ausbau von Recyclingstrukturen basiert auf einer Selbstverpflichtung der PVC-Branche (VinylPlus).[34]

Werkstoffliches Recycling

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Thermoplaste lassen sich, einmal zu einem Werkstück geformt, wieder einschmelzen und zu einem neuen Produkt formen. Die Abfolge von Wärmebehandlungen führt allerdings zu einem fortschreitenden Qualitätsverlust des Materials (Downcycling). Ein Beispiel für ein solches minderwertiges Endprodukt ist derBakenfuß.Die werkstoffliche Verwertung wird daher zurzeit fast ausschließlich dort eingesetzt, wo große Mengen eines sortenreinen Materials zur Verfügung stehen.

Das größte Problem bei der Wiederaufbereitung stellen Verunreinigungen dar. Kabelabfälle, bei denen das Kupfer entfernt wurde, sind noch stark verschmutzt und müssen gereinigt werden, um wieder in einen echten Kreislauf zu gelangen und die Qualität eines Neumaterials zu erlangen.

Mit dem VerfahrenVinylooplassen sich mit dem LösemittelMethylethylketonaus PVC-haltigenVerbundwerkstoffendie PVC-Moleküle und die Weichmacher herauslösen. Nach Ausfällung und Trocknung lässt sich die Mischung aus den Polymeren und Weichmachern zur Herstellung beliebiger PVC-Produkte verwenden. In Europa bestand hierfür nur eine Anlage inFerrara(Italien), die 2018 stillgelegt wurde.

Rohstoffliche Verwertung

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DurchPyrolyselassen sich Kunststoffe in petrochemisch verwertbare Stoffe wie Methanol oder Synthesegas spalten. Diese Verfahren werden naturgemäß vor allem für die Verwertung von Mischkunststoffen genutzt, die sich nur unter großem Aufwand trennen lassen würden.

Gesundheitliche Gefahren

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Der Ausgangsstoff für PVC,Vinylchlorid,gilt beim Menschen alskrebsauslösendund wirkterbgutverändernd.Als erste Arbeiter in der PVC-Produktion an Deformationen der Fingerendgliedmaßen erkrankten, der sogenanntenAkroosteolyse,oder schwere Leberschäden bis hin zu Leberkrebs (Hämangioendothelsarkom) aufwiesen, wurde der Arbeitsschutz bei der Herstellung und Weiterverarbeitung von PVC verbessert. DieVinylchlorid-Krankheitwurde von den Berufsgenossenschaften alsBerufskrankheitanerkannt.[35]Auch andere Ausgangsstoffe der PVC-Herstellung sind bedenklich. Diemaximale Arbeitsplatzkonzentrationfür PVC in der Atemluft beträgt 0,3 mg/m³.[1]In der Schweiz liegt der Wert dagegen bei 3 mg/m3(gemessen alsalveolengängiger Staub).[36]

Bei Verbrennung

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Bei der Verbrennung von chlorhaltigen Kunststoffen wie PVC entsteht unter anderem der stark ätzende gasförmigeChlorwasserstoff(HCl). Trifft der Chlorwasserstoff auf Wasser (z. B. Regen) entsteht daraus Salzsäure[37].Ferner entstehen beim Verbrennen auch PolychlorierteDibenzodioxineundDibenzofurane,sowie giftige und teilweise krebserzeugende polykondensierte Aromate wie Benz(a)-Pyren,PyrenundChrysen[38].

Außerdem kann bei der von PVC Verbrennung in Gegenwart vonMetallundKohlenstoff(z. B. bei Anwesenheit von Holz oder Stäuben) das GiftgasPhosgenentstehen[39].

Durch enthaltene Weichmacher

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Weich-PVC ist durch die enthaltenen Weichmacher je nach Einsatzbereich physiologisch bedenklich. Für Spielzeuge ist der Einsatz von Weich-PVC problematisch, obwohl es wegen seines günstigen Preises und der Eigenschaften verbreitet ist. Trotz des geringen Dampfdrucks können Weichmacher über Speichel, Hautkontakt oder die Atemwege in den kindlichen Körper gelangen. DiePhthalatweichmachersind zum Teil leber- und nierenschädigend und stehen im Verdacht, krebserzeugend zu wirken. Dies ergaben mehrere Untersuchungen, bei denen sich deutliche Spuren im Blut fanden.Diethylhexylphthalat(DEHP) wurde durch eine EU-Arbeitsgruppe im Jahr 2000 als frucht- und fruchtbarkeitsschädigend eingestuft. Weich-PVC mit Phthalatweichmachern wurde in der EU im Jahre 1999 für Kleinkinderspielzeug verboten.

„Der menschliche Organismus nimmt PVC-Weichmacher in höheren Mengen auf, als bisher angenommen. Besonders gefährdet sind Kinder. Die weit verbreiteten WeichmacherPhthalategelten als höchst gesundheitsgefährdend, weil sie in den Hormonhaushalt des Menschen eingreifen und die Fortpflanzung oder Entwicklung schädigen “

–Umweltbundesamt

In Lebensmittelverpackungen ist Weich-PVC problematisch, wenn nicht durch Sperrschichten dasEinwandernin die Lebensmittel verhindert wird. Für fetthaltige Lebensmittel sollte Weich-PVC unbedingt vermieden werden, da Weichmacher gut vom Fett aufgenommen werden.

Elution, Migration und Sorption von Weichmachern und anderen Stoffen

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Bei der „Wanderung “von Weichmachern und sonstigen Additiven sindMigrationin andere Stoffe (Flüssigkeiten, benachbarte Kunststoff-Folien und -Vliese), dieSorption(Aufnahme von Substanzen in das Polymer) und diePermeation(Transport einer Substanz durch das Polymer) zu berücksichtigen. Nach demFickschen Diffusionsgesetzstellt sich ein Gleichgewicht bei Diffusion aus dem oder in das Polymer ein.

Beispielsweise kommt es zu Interaktion zwischenArzneimittel(häufig organisch, in wässriger Lösung) undInfusionsschlauchaus PVC: Während des Kontakts der Infusionslösung mit dem Schlauch geht Arzneimittel in das PVC über. Mit zeitlich und längs der Schlauchlänge fortschreitender Sättigung einer spezifischen Schichtdicke innen im Schlauch reduziert sich dieser Arzneimittelverlust während der Durchleitung. Das kann dazu führen, dass erst nach einer gewissen Zeit die gewünschte Arzneimittelkonzentration beim Patienten ankommt.[40]Styropor in wärmegedämmten Wänden eines Schwimmbeckens kann in Kontakt mit PVC-Folie dem PVC Weichmacher entziehen[41],was zu Versprödung und vorzeitigem Bruch der Folie führen kann.

Bei der Verarbeitung

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Ein Vorteil vom PVC-Teichfolienist die leichteSchweißbarkeitvon (neuen) PVC-Folien, das Verbinden von einzelnenBahnendurchWarmgasschweißenkönnen auch Laien und ungelernteHilfsarbeiterschnell erlernen. Dass dabei gesundheitlich gefährliche Chlordämpfe[42]oderDioxine,[42]Benzol,[43]Naphthalin,[43]Phosgen,[43]Toluol[43]oderXylol[43]undPhthalate[43]entweichen, wird (bei Arbeiten im Freien) häufigignoriert.[43]Bei einer Studie bezüglichChlorwasserstoff- und Phthalatexpositionbeim Warmgasschweißen von PVC-Folien auf 72 Baustellen im Freien wurde keineArbeitsplatzgrenzwert-Überschreitung festgestellt,[43]bei solchen Arbeiten in geschlossenen Räumen (bei anderen Untersuchungen) schon.[43]

Bestimmung

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Bei einerBrennproberiechen die Gase nachChlorwasserstoff.Beim Verbrennen auf Kupfer färbt sich die Flamme grün (sieheBeilsteinprobe). Bei beiden Verfahren entstehen gesundheitlich bedenkliche chlororganische Verbindungen. Deshalb sollen für eine Brennprobe oder Beilsteinprobe (außerhalb der Untersuchungslabore) nur Kleinstmengen benutzt werden.

Siehe auch

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Literatur

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  • Schrader, Franke:Kleiner Wissensspeicher Plaste.Zentralinstitut für Schweißtechnik Halle (ZIS). Technisch-wissenschaftliche Abhandlung. Bd. 61. VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1970.
  • Charles Levinson:PVC zum Beispiel. Krebserkrankungen bei der Kunststoffherstellung.Rowohlt, Reinbek 1985,ISBN 3-499-11874-2.
  • Robert Hohenadel, Torsten Rehm, Oliver Mieden:Polyvinylchlorid (PVC).Kunststoffe,10/2005, S. 38–43 (2005).
  • Andrea Westermann:Plastik und politische Kultur in Westdeutschland.Chronos, Zürich 2007,ISBN 978-3-0340-0849-5,doi:10.3929/ethz-a-005303277.
  • Horst Pohle:PVC und Umwelt: Eine Bestandsaufnahme.Springer-Verlag 1997,ISBN 978-3-642-59083-2.
  • Helmuth Kainer: Polyvinylchlorid und Vinylchlorid-Mischpolymerisate – Chemie und chemische Technologie. Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York 1965,ISBN 978-3-540-03266-3.
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Commons:Polyvinylchlorid– Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

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  1. ↑abcdefgEintrag zuPolyvinylchloridin derGESTIS-StoffdatenbankdesIFA,abgerufen am 30. Juli 2017.(JavaScript erforderlich)
  2. ↑Martin Bonnet:Kunststoffe in der Ingenieuranwendung,Vieweg+Teubner, Wiesbaden, 2009, S. 121.
  3. ↑Barrisol
  4. ↑Wolfgang Kaiser:Kunststoffchemie für Ingenieure,3. Auflage, Carl Hanser, München, 2011, S. 276 ff.
  5. ↑abcPeter Elsner:DOMININGHAUS – Kunststoffe.Springer-Verlag, 2013,ISBN 978-3-642-16173-5,S. 283 (eingeschränkte Vorschauin der Google-Buchsuche).
  6. ↑abZusatz und Füllstoffe bei Kunststoffen (sic!),Website über Kunststoff-Technik, zuletzt abgerufen im Februar 2020.
  7. ↑GesamtberichtBehandlungs- und Verwertungswege für PVC-Abfälle;Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft, Wien, Dezember, 2002(PDF-Datei),zuletzt abgerufen im Februar 2020.
  8. ↑abHans Jürgen Wernicke und Joachim Großmann:„Umweltfreundliche Stabilisierung von PVC durch synthetische Hydrotalcite “(MementodesOriginalsvom 19. Februar 2020 imInternet Archive)Info:Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäßAnleitungund entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/archiv.aktuelle-wochenschau.de;Aktuelle Wochenschau der GDCh; 2008, zuletzt abgerufen im Februar 2020
  9. ↑Vinyl 2010. Freiwillige Selbstverpflichtung der PVC-Industrie. The European Council of Vinyl Manufacturers (Industrieverband)Vinyl 2010.(PDF-Datei)Abgerufen am 28. Dezember 2022.,zuletzt abgerufen im Februar 2020.
  10. ↑abTBT – Zinnorganische Verbindungen – Eine wissenschaftliche Bestandsaufnahme. Berlin, 2003, Umweltbundesamt Berlin,(PDF-Datei).
  11. ↑André Leisewitz, Hermann Kruse, Engelbert Schramm:Erarbeitung von Bewertungsgrundlagen zur Substitution umweltrelevanter Flammschutzmittel;Forschungsbericht 204 08 542 (alt) 297 44 542 (neu), Umweltforschungsplan des Bundesministers für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, Dezember, 2000(PDF-Datei),zuletzt abgerufen im Februar 2020.
  12. ↑abcdefP.Pfluger, B. Wasserrab, E. O’Brien, A.Prietz, P. Spengler, C.Schneider, A. Heußner, T.Schmid, B.Knörzer, J.W.Metzger, D.R.Dietrich:Entwicklung und Validierung vonin vitroPrüfsystemen zum Nachweis von endokrin wirkenden Fremdstoffen: Chemisch-analytische Überprüfung und biologischer Nachweis von potentiell endokrin wirksamen Stoffen in Kläranlagenausläufen bzw. Vorflutern;Programm Lebensgrundlage Umwelt und ihre Sicherheit (BWPLUS); bei pudi.lubw.de (Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg);(PDF-Datei);
  13. ↑W.Kloas, C.Bögi, A.Gaete, O.Jagnytsch, A.Krüger, G.Levy, C.Lorenz, N.Neumann, R.Opitz, C.Pietsch, W.Schumacher, A.Tillack, A.Trubiroha, R.Urbatzka, C.Van Ballegooy, C.Wiedemann, S.Würtz, I.Lutz:Testverfahren bei Amphibien zum Nachweis von endocrine disruptors (ED) mit Wirkungen auf die Reproduktion und das Schilddrüsensystem;in: Umweltbundesamt (Herausgeber): Tagungsband 3. Statusseminar Chemikalien in der Umwelt mit Wirkung auf das endokrine System. Wissenschaftliche Grundlagen der Bewertung und Regulierung, Berlin, 2005;ISBN 3-8167-6968-3,Seite 38;(PDF-Datei).
  14. ↑Frauke Hoffmann, Werner Kloas:Eignung des Rufverhaltens des Krallenfroschs als Endpunkt für die Erfassung der Effekte hormonell wirkender Stoffe auf aquatische Ökosysteme;Umweltforschungsplan des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit; Im Auftrag des Umweltbundesamtes; April, 2016,(PDF-Datei).
  15. ↑Löslichkeit: Eintrag zu4,4′-Isopropylidendiphenolin derGESTIS-StoffdatenbankdesIFA,abgerufen am 17. Januar 2020.(JavaScript erforderlich)
  16. ↑Peter Grathwohl:Sorption und Desorption hydrophober organischer Schadstoffe in Aquifermaterial und Sedimenten;in Jörg Matschullat, Heinz Jürgen Tobschall, Hans-Jürgen Voigt, et al.:Geochemie und Umwelt. Relevante Prozesse in Atmo-, Pedo- und Hydrosphäre
  17. ↑Robert Sattelberger, Marianne Heinrich, Gundi Lorbeer, Sigrid Scharf:Organozinnverbindungen in der aquatischen Umwelt;Publikation des Umweltbundesamts Wien, 2002,ISBN 3-85457-661-7;(PDF-Datei).
  18. ↑Lassen, Carsten et al. (2014):Survey of short-chain and medium-chain chlorinated paraffins,Copenhagen: The Danish Environmental Protection Agency, S. 51, 55,ISBN 978-87-93283-19-0.
  19. ↑abPHTHALATE, die nützlichen Weichmacher mit den unerwünschten Eigenschaften(PDF-Datei);(Deutsches) Umweltbundesamt für Mensch und Natur.
  20. ↑Ansilla Frank, Marc Knoblauch, Benjamin Sandoz;Technologiestudie zur Verarbeitung von Polyvinylchlorid (PVC);Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie; Pfinztal; 2005; Seite 4(PDF-Datei)(MementodesOriginalsvom 19. Februar 2020 imInternet Archive)Info:Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäßAnleitungund entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/ pvch.ch.
  21. ↑Gerd Habenicht:Kleben.Springer-Verlag, 2013,ISBN 978-3-662-08085-6,S. 611 (eingeschränkte Vorschauin der Google-Buchsuche).
  22. ↑SicherheitsdatenblattPVC-Kleber.In: Steinbach-Group
  23. ↑abcdefgTechnische Hinweise(Mementovom 3. März 2016 imInternet Archive) für Akatherm FIP Produkte, bei Kwerky.de
  24. ↑Trovidur(Mementovom 3. März 2016 imInternet Archive) der Röchling SE & Co. KG
  25. ↑abcdefghWerkstoffeigenschaftender Rohre aus Corzan, abgerufen bei PVC-Welt.de, Februar 2016
  26. ↑Adolf Franck, Karlheinz Biederbick Kunststoff-Kompendium 1988, S. 264,ISBN 3-8023-0135-8.
  27. ↑abcdefgWissenschaft-Online-Lexika:Eintrag zuPolyvinylchloridim Lexikon der Chemie,abgerufen am 6. März 2008.
  28. ↑abPVC (PolyVinyl Chloride) & CPVC (Chlorinated PolyVinyl Chloride) Specifications
  29. ↑Datenblatt | KERN.Abgerufen am 31. Mai 2017.
  30. ↑abManfred Baerns, Arno Behr, Axel Brehm, Jürgen Gmehling, Kai-Olaf Hinrichsen, Hanns Hofmann, Ulfert Onken, Regina Palkovits, Albert Renken:Technische Chemie.John Wiley & Sons, 2014,ISBN 978-3-527-67409-1,S.629(eingeschränkte Vorschauin der Google-Buchsuche).,zuletzt abgerufen im Februar 2020.
  31. ↑Josef K. Felixberger:Chemie für Einsteiger.ISBN 3-662-52820-7,S. 574 (eingeschränkte Vorschauin der Google-Buchsuche).
  32. ↑NICO – Chemie – die Mischung macht's | NICO Europe GmbH.In:NICO Europe GmbH.(nico-europe[abgerufen am 17. November 2018]).
  33. ↑Oliver Türk,Stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe: Grundlagen – Werkstoffe – Anwendungen,Springer-Verlag, 2013.Eingeschränkte Vorschau
  34. ↑Arbeitsgemeinschaft PVC und UMWELT e. V. (AGPU):Selbstverpflichtung der PVC-Branche
  35. ↑Zur kontroversen Geschichte der gesellschaftlichen Auseinandersetzung mit den Krebsfällen in der PVC-herstellenden Industrie vgl. Andrea Westermann:Plastik und politische Kultur in Westdeutschland.Kap. 4.
  36. ↑Schweizerische Unfallversicherungsanstalt(Suva):Grenzwerte – Aktuelle MAK- und BAT-Werte,abgerufen am 2. November 2015.
  37. ↑Merkblatt PVC.In:https:// abc-gefahren.de.André Schild, essen, 8. März 2010,abgerufen am 4. Juli 2024.
  38. ↑Dr. Ortner, Dr. Hensler:Beurteilung von Kunststoffbränden.In:https:// lfu.bayern.de.Bayerisches Landesamt für Umwelt, 7. November 1995,abgerufen am 4. Juli 2024.
  39. ↑Phosgen-Ratgeber.In:https:// compur.Compur Monitors Gasmesstechnik,abgerufen am 4. Juli 2024.
  40. ↑Kunststoffe: Wechselwirkungsprozesse bleiben oft unberücksichtigt. Weichmacher mit Migrationshintergrund;bei medizin-und-technik.industrie.de
  41. ↑Warnhinweis in der Aufbauanleitung eines Schwimmbeckens;(PDF-Datei)
  42. ↑abUnterschätzte Gefahren bei der Kunststoffverarbeitung. Gesundheitsgefährdende Dämpfe beim Kunststoffschweißen/-schneiden.;Informationsblatt der Unfallkasse Nordrhein-Westfalen; bei unfallkasse-nrw.de(PDF-Datei)
  43. ↑abcdefghiExpositionsbeschreibung der Berufsgenossenschaft der Bauwirtschaft:Warmgas-Schweißen von PVC im Freien(PDF-Datei),bei bgbau.de, zuletzt abgerufen im Februar 2020
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