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Polyvinylchlorid

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Einordnung: Kunststoff

Polyvinylchlorid, abgekürzt PVC, ist ein thermoplastischer Kunststoff.

Inhaltsverzeichnis
1 Aufbau und Eigenschaften
2 Geschichte
3 Technik
4 Verwendung
5 Wirtschaft
6 Nachhaltige Zukunft
7 Selbstverpflichtung der PVC-Branche
8 Umweltaspekte
9 Weblinks

Aufbau und Eigenschaften

Polyvinylchlorid wird aus seinem Monomer, Vinylchlorid (chemische Formel <math>CH_2=CHCl<math>) erzeugt. Die Kettenverlängerung erfolgt entweder durch radikalische oder durch ionische Polymerisation. 

H     Cl       H   Cl  H   H
\     /        |   |   |   |
 C = C   ··· - C - C - C - C - ···
/     \        |   |   |   |
H     H        H   H   H   Cl

Vinylchlorid Polyvinylchlorid

PVC ist ein harter, spröder, weißer Kunststoff, der erst durch Zugabe von Weichmachern weicher und formbar wird.

Geschichte

Der französische Chemiker Victor Regnault war 1835 der erste, der im Gießener Laboratorium von Justus von Liebig Vinylchlorid herstellte und bemerkte, dass sich daraus bei längerer Einwirkung von Sonnenlicht ein weißes Pulver - Polyvinylchlorid - bildete, konnte die Bedeutung seiner Entdeckung jedoch nicht erkennen.

Mit dem Aufblühen der chemischen Industrie wurde auch der Rohstoff Natronlauge, der für viele Prozesse und Verfahren eingesetzt wird, in immer größeren Mengen hergestellt. Die wichtigsten Einsatzbereiche der Natronlauge sind die Verarbeitung in der Seifenindustrie, die Celluloseherstellung und die Gewinnung von Aluminium aus Bauxit. Die Natronlauge wurde mit Hilfe elektrolytischer Zersetzung aus Kochsalz (Natriumchlorid) gewonnen, übrig blieb dabei Chlor. 1912 erhielt der deutsche Chemiker Fritz Klatte von der Chemischen Fabrik Griesheim, später ein Produktionsort der Firma Hoechst, den Auftrag, für den massenhaft vorhandenen Rohstoff Ethin neue Umsetzungsprodukte zu finden. Er legte die Grundsteine für die Herstellung von PVC, das vorerst nur die Bindung von Chlor ermöglichte und so in großen Mengen gelagert werden konnte. Weitere Verwendungsmöglichkeiten bestanden vorerst nicht.

Mit der Rohstoffknappheit während und nach dem ersten Weltkrieg wurden die Anstrengungen verstärkt, PVC als Rohstoff zu nutzen, um teure Rohstoffe durch kostengünstige Materialien zu ersetzen. 1938 wurde PVC in Deutschland schließlich zum ersten Mal großtechnisch hergestellt.

Die Entwicklung der Chlorchemie kann somit auf die Notwendigkeit zurückgeführt werden, die bei der Herstellung von Natronlauge durch elektrolytische Zersetzung von Natriumchlorid entstehenden großen Mengen an Chlor zu lagern und einer Verwendung zuzuführen. Möglich wurde dies durch die großtechnische und kommerzielle Erschließung des thermoplastischen Materials PVC.

Technik

Fritz Klatte stellte für seine Versuche Glasgefäße mit Vinylchlorid und verschiedenen Zusätzen auf den Fabrikshof, um sie wie zuvor Regnault dem Sonnenlicht auszusetzen. 1913 erhielt er ein Patent auf die Polymerisation von Vinylchlorid und seine Verwendung als Hornersatz, als Filme, Kunstfäden und für Lacke.


Das historische Additionsverfahren von Chlor zu Vinylchlorid ist jedoch verlassen worden. Heute werden Rohöl (oder in geringerem Ausmaß Kohle) und Kochsalz als preiswertere Rohstoffbasis eingesetzt. Vier verschiedene Polymerisationsverfahren werden benutzt, wobei etwa 80 % der gesamten Weltproduktion nach der so genannten "Polymerisation in Suspension" hergestellt werden.

Heute wird PVC in PVC-weich und PVC-hart unterteilt. Ein bekannter Vertreter von PVC-weich ist das Kunstleder.

Das an sich spröde und harte PVC muss mit Additiven, also Weichmachern und Stabilisatoren, an die verschiedensten Einsatzgebiete angepasst werden. 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.

Bei PVC wird unterschieden zwischen den leicht flüchtigen Weichmachern und den Flexibilisatoren. Letztere gehen mit PVC eine chemische Verbindung ein und sind deshalb nicht in dem Sinne flüchtig wie die vorgenannten.

Die Weichmacher sind teilweise physiologisch bedenklich. Aufgrund mehrerer Untersuchungen, in denen sich unter anderem deutliche Spuren im Blut fanden (Einschätzung von Diethylhexylphthalat (DEHP) durch eine EU-Arbeitsgruppe im Jahr 2000 als fruchtschädigend und fruchtbarkeitsschädigend), wird zum Beispiel für Kinderspielzeug auf das bis dahin übliche DEHP und andere Phthalate verzichtet.

Verwendung

Aus PVC werden Rohre hergestellt, die sich wegen ihrer glatten Innenfläche wenig zusetzen, des Weiteren Fenster, Bodenbeläge und schwerentflammbare Kabel.

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

Durch das niedrige Gewicht des Kunststoffs kommt es zu Energieeinsparungen in Anwendungsbereichen wie Verpackung (Kraftstoffersparnis bei der Verteilung) und Verkehr (geringerer Kraftstoffverbrauch).

Produkte aus PVC haben (wie andere Produkte auch) Umweltauswirkungen bei Herstellung, Verwendung und Entsorgung. Bei einem vollständigen Vergleich (Ökobilanz, Nachhaltigkeitsvergleich) schneiden PVC-Produkte gut ab – insbesondere wegen ihrer Langlebigkeit und ihres vergleichsweise niedrigen Energiebedarfs. Alle bisher veröffentlichten Gesamt-Bewertungen lehnen daher den Verzicht auf PVC ab und empfehlen ökologische Verbesserungen.

Leider findet die bei den von der Industrie veranlassten Gesamt-Bewertungen vorausgesetzte vollständige Wiederverwertung nicht statt, was die Ökobilanz dramatisch verschlechtert. PVC ist eine chemisch sehr stabile Verbindung, die nicht verrottet. Bei Verbrennung von PVC entstehen stark ätzende Gase (Salzsäuregas) und das hochgiftige Dioxin (Sevesogift), so dass die Verwendung in öffentlichen Gebäuden (bei Rohren und bei Kabelummantelungen) stark eingeschränkt ist. Tatsächlich sind die als besonders positiv hervorgehobenen Eigenschaften wie Säure-, Öl- und Seewasser-Beständigkeit bei vielen Anwendungen überhaupt 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 PP (Polypropen) oder PE (Polyethylen) statt PVC eingesetzt werden. Insbesondere benötigen sie keine Weichmacher, die aus Weich-PVC ausdünsten können(riecht nach Plastik) und stark gesundheitsschädlich sind.

Wirtschaft

PVC ist weiterhin weltweit auf Wachstumskurs. Besonders stark exportiert werden Fenster mit PVC-Rahmen, stark nachgefragt werden ferner zum Beispiel Rohre für Kabeltrassen und Membrandächer. In Deutschland erwirtschaften etwa 150.000 Beschäftigte in über 5.000 Unternehmen 20 Milliarden Euro. Die PVC-Branche repräsentiert etwa ein Viertel der Kunststoffbranche.


Nachhaltige Zukunft

Auf dem Weg in eine nachhaltige Zukunft schneidet der Werkstoff PVC in Ökobilanzen, in denen konkurrierende Produkte miteinander verglichen werden, bisher durchschnittlich ab.

Von der Europäischen Kommission wurden 1999 fünf Studien zu Aspekten der PVC-Entsorgung in Auftrag gegeben, auf deren Basis die EU-Kommission im Juli 2000 ein [www2.europarl.eu.int/omk/sipade2?PUBREF=-//EP//NONSGML+REPORT+A5-2001-0092+0+DOC+PDF+V0//DE&L=DE&LEVEL=2&NAV=S&LSTDOC=Y Grünbuch PVC] vorlegte. Bei den Untersuchungen lag der Schwerpunkt vor allem auf den Umweltauswirkungen von PVC im Bereich der Abfallwirtschaft, Aspekte von PVC-Erzeugnissen während des gesamten Lebenszyklus und wirtschaftliche Vor- und Nachteile wurden nicht oder nicht ausreichend analysiert. So kam es im April 2001 bei der Abstimmung des Europäischen Parlaments nicht zu einem Votum für einen generellen Verzicht auf PVC und außerdem wurden PVC-Produkte auch nicht als "nicht nachhaltig" bewertet. Weiterhin wurde die Selbstverpflichtung der PVC-Industrie als nicht alleine ausreichend und die problematische Verbrennung oder Deponierung von PVC nur als "vorübergehende Lösung" bewertet. Derzeit erarbeitet die EU-Kommission eine Schlussfolgerung aus der Grünbuchdebatte; geplant ist eine Mitteilung

Selbstverpflichtung der PVC-Branche

Die europäische PVC-Branche hat im März 2000 eine Selbstverpflichtung zur nachhaltigen Entwicklung verabschiedet. Jedes Jahr wird ein Bericht über das jeweils abgelaufene Jahr veröffentlicht.

Umweltaspekte

PVC brennt mit gelber, stark rußender Flamme, erlischt aber ohne weitere, externe Beflammung schnell. Aufgrund des hohen Chlorgehalts ist PVC schwerentflammbar, im Gegensatz zu anderen technischen Kunststoffen wie Polyethylen oder Polypropylen, die ohne den Zusatz von (physiologisch nicht unproblematischen) Flammhemmern nicht schwerentflammbar sind.

Im Brandfall entsteht bei der Zersetzung von PVC unter anderem gasförmiger Chlorwasserstoff (HCl), welcher mit Wasser Salzsäure ergibt. Des weiteren gibt es bei PVC-Bränden auch Dibenzodioxine und Dibenzofurane (kurz: Dioxine) sowie die am Ruß fixierten hochgiftigen, teilweise sogar cancerogenen polykondensierten Aromaten wie Benz(a)-Pyren, Pyren und Chrysen. Aus diesem Grund ist PVC als schwerentflammbarer Baustoff in Gebäuden nur eingeschränkt zugelassen und führt bei Bränden immer wieder zu starken Umweltverschmutzungen.

PVC verrottet nicht und wird auch durch Sonnenlicht nur oberflächlich beeinträchtigt. Desweiteren sind Produkte und Verpackungen aus PVC (meer-)wasser- und luftbeständig und damit während der Mülldeponierung weitestgehend grundwasser- und umweltneutral. Durch die Schwerentflammbarkeit sind PVC-Abfälle für die Müllverbrennung ungeeignet. Aus den genannten Gründen existieren für Bauprodukte wie Rohre und Fenster aus PVC-U ("Hart-PVC") flächendeckende Rücknahmesysteme der kunsstoffverarbeitenden Industrie.

Bei der zerspanenden Bearbeitung von PVC entsteht ebenfalls gasförmiger Chlorwasserstoff.

Am Beispiel des PVC's wurde erstmals die Problematik bei der Herstellung und beim Umgang mit einem Kunststoff deutlich. Arbeiter in der PVC-Produktion erkrankten an der Lunge oder an den Gelenken. Die sogenannte "VC-Krankheit" wurde von den Berufsgenossenschaften als Berufskrankheit anerkannt. Vinylchlorid kann beim Menschen Krebs erzeugen und wirkt erbgutverändernd.

Die Verwendung von Weich-PVC in Lebensmittelverpackungen und insbesondere in Spielzeug ist problematisch. Hierbei können die Weichmacher in das Lebensmittel oder in den Speichel der Kinder gelangen, wenn sie an dem Spielzeug nagen. Die Phthalate in den Weichmachern schädigen Leber und Nieren und stehen im Verdacht krebserzeugend zu wirken. Daher wurde Weich-PVC zur Herstellung von Spielzeug für Kleinkinder in der EU im Jahre 1999 verboten.

Weblinks 




Jahresberichte der PVC-Branche im Rahmen der Selbstverpflichtung zur nachhaltigen Entwicklung





Info Hinweis: Dieser Artikel basiert auf dem Ursprungsartikel Polyvinylchlorid aus der Wiki pedia und er steht unter der GNU-Lizenz link fuer freie Dokumentation, eine Autoren-Liste ist ebenfalls verfuegbar.