Polyvinylchlorid (PVC) kann als ein Polymer angesehen werden, das durch Ersetzen eines Wasserstoffatoms in einem Polyethylenmolekül durch ein Chloratom entsteht und eine lineare Molekülkettenstruktur aufweist (CH₂CHCl)_ₙ). . Vinylchloridmonomere (VCM) sind innerhalb der Kette Kopf-an-Schwanz-verknüpft. Insgesamt wird PVC als teilkristallines amorphes Polymer eingestuft. Produkte weisen typischerweise ein blassgelbes, halbtransparentes Aussehen mit glänzender Oberfläche auf.
1. Frühe Entdeckung (19. Jahrhundert) 1835 bzw. 1872 entdeckten die französischen Chemiker V. Leniot und Eugen Baumann, dass sich Vinylchlorid unter Sonnenlicht in einen weißen Feststoff (z. B. PVC) umwandeln konnte, allerdings gab es zu diesem Zeitpunkt noch keine praktische Anwendung.
2. Industrieller Durchbruch (1920er–1930er Jahre) Zwischen 1912 und 1926 synthetisierte der deutsche Chemiker Fritz Klatte erstmals PVC und meldete ein Patent an, eine Kommerzialisierung erwies sich jedoch als schwierig. Im Jahr 1926 erfand Waldo Semon von der amerikanischen BF Goodrich Company die Technik der Zugabe von Weichmachern (Zusätze, die die Materialflexibilität erhöhen), wodurch PVC einfacher zu verarbeiten war und seine Industrialisierung vorangetrieben wurde.
3. Rohstoff- und Technologieinnovation (1950er-1960er Jahre) 1956 entwickelte das französische Unternehmen Saint-Gobain eine vereinfachte Massenpolymerisationsmethode. In den 1960er Jahren wurde die Rohstoffproduktion vom kostspieligen „Calciumcarbid-Acetylen-Verfahren“ auf das erdölbasierte „Ethylenoxychlorierungsverfahren“ umgestellt, wodurch die Herstellungskosten erheblich gesenkt wurden.
4.Sicherheitsherausforderungen und -reaktionen (1970er bis heute) In den 1970er Jahren wurde in der Forschung festgestellt, dass restliches Vinylchloridmonomer (VCM) ein krebserzeugendes Risiko darstellt. Durch technologische Verbesserungen konnte die Industrie den VCM-Gehalt auf extrem niedrige Werte reduzieren (z. B. erfordern Lebensmittel- und medizinische Qualitäten typischerweise weniger als 1 ppm). Obwohl die PVC-Produktion ab Ende der 1960er Jahre durch Polyethylen überholt wurde, ist es aufgrund seiner reichhaltigen Rohstoffe, ausgewogenen Kosten und seines breiten Anwendungsspektrums bis heute einer der wichtigsten Kunststoffe der Welt.
1. Abhängig vom Anwendungsbereich kann PVC in folgende Kategorien eingeteilt werden: Allzweck-PVC-Harz, PVC-Harz mit hohem Polymerisationsgrad und vernetztes PVC-Harz. Allzweck-PVC-Harz wird durch Polymerisation von Vinylchloridmonomer unter Einwirkung eines Initiators gebildet; PVC-Harz mit hohem Polymerisationsgrad bezieht sich auf Harz, das durch Zugabe von Kettenverlängerern zum Vinylchlorid-Monomer-Polymerisationssystem polymerisiert wird; Vernetztes PVC-Harz wird durch Zugabe von Vernetzungsmitteln, die Diene und Polyene enthalten, zum Vinylchlorid-Monomer-Polymerisationssystem hergestellt.
2. Basierend auf der Methode zur Gewinnung von Vinylchloridmonomer kann es in Calciumcarbidverfahren, Ethylenverfahren und Importmonomerverfahren (EDC, VCM) eingeteilt werden (herkömmlich werden das Ethylenverfahren und das Importmonomerverfahren gemeinsam als Ethylenverfahren bezeichnet).
3. Basierend auf den Polymerisationsmethoden lässt sich Polyvinylchlorid in vier Hauptkategorien einteilen: Suspensions-PVC, Emulsions-PVC, Massen-PVC und Lösungs-PVC. Suspensions-PVC stellt die größte Produktionsmenge dar und macht etwa 80 % der gesamten PVC-Produktion aus. Suspensions-PVC wird basierend auf der absoluten Viskosität in sechs Klassen eingeteilt: XS-1, XS-2...XS-6; XJ-1, XJ-2...XJ-6. Die Buchstaben in der Note bedeuten: X – Suspendierungsverfahren; S – loser Typ; J – dichter Typ.
4.PVC-Kunststoffe werden üblicherweise nach dem Weichmachergehalt kategorisiert: - Hart-PVC: 0 % Weichmacher - Hart-PVC: <10 % Weichmacher - Halbhart-PVC: 10-30 % Weichmacher - Weich-PVC: 30-70 % Weichmacher - PVC-Paste: >80 % Weichmacher Die Eigenschaften von Hart- und Weich-PVC werden in der folgenden Tabelle verglichen
III. Leistungsmerkmale
• Physikalische Eigenschaften: Größere Transparenz als Polyethylen; das spezifische Gewicht übersteigt 1, wodurch es im Wasser versinkbar ist; Starre Produkte weisen Steifheit auf, während flexible Produkte Elastizität aufweisen.
• Mechanische Eigenschaften: Hohe mechanische Festigkeit, bei niedrigen Temperaturen jedoch reduziert; Hart-PVC-Rohre besitzen glatte Wände mit minimalem Flüssigkeitswiderstand.
• Thermische Eigenschaften: Schlechte thermische Stabilität, die bei der Verarbeitung Wärmestabilisatoren erfordert; Flexible Produkte halten normalerweise Temperaturen ≤45 °C stand, während starre Produkte Temperaturen ≤60 °C aushalten.
• Verbrennungseigenschaften: Selbstverlöschend, wenn es von der Flamme entfernt wird; Flammenbasis erscheint grün; setzt reizendes Chlorwasserstoffgas frei.
• Chemische Eigenschaften: Beständig gegen Säure- und Alkalikorrosion; empfindlich gegenüber organischen Lösungsmitteln; Rohre beeinträchtigen die Wasserqualität nicht und sind für Trinkwassersysteme geeignet.
• Elektrische Eigenschaften: Hervorragende elektrische Isolationseigenschaften.
• Sicherheit: Produkte, die Bleisalzstabilisatoren enthalten, sind giftig und für Lebensmittelverpackungen ungeeignet.
IV. Methoden zur Modifizierung von PVC PVC ist ein polares, nichtkristallines Polymer mit schlechter thermischer Stabilität und anspruchsvollen Verarbeitungseigenschaften, was für die praktische Anwendung eine Modifizierung erfordert.
Zu den primären Methoden gehören:
• Chemische Modifikation: Zum Beispiel Copolymerisation zur Bildung von Vinylchlorid-Copolymeren oder chloriertem Polyvinylchlorid (CPVC).
• Mischmodifikation: Mischen mit anderen Polymeren zur Herstellung von PVC-Legierungen.
• Füll- und Verstärkungsmodifikation: Zugabe von Füllstoffen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften oder zur Kostensenkung.
• Nanokomposit-Modifikation: Verwendung von Nanomaterialien zur deutlichen Verbesserung der Leistung, was Spitzentechnologie darstellt. Diese Methoden werden durch „Formulierung“ erreicht. Fabriken mischen PVC-Harz je nach Bedarf mit Zusatzstoffen und Füllstoffen und pelletieren die Mischung, um modifizierte Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften herzustellen. Folglich ist die Formulierungstechnologie ein Schlüsselindikator für die PVC-Produktionsfähigkeit.
V. Anwendungsgebiete
1. Profile und Sonderformprofile
• Anwendungen: Türen, Fenster und energiesparende Baumaterialien.
• Funktion: Dies stellt den größten PVC-Verbrauchssektor dar und dominiert aufgrund seiner Haltbarkeit, Energieeffizienz und hohen Kosteneffizienz sowohl den nationalen als auch den internationalen Baumarkt.
2. Rohrmaterialien
• Anwendungen: Entwässerungsrohre, Trinkwasserrohre, elektrische Leitungen, kommunale Wasserversorgungs- und Entwässerungssysteme.
• Funktion: Als zweitgrößter Anwendungsbereich bieten PVC-Rohre Vorteile wie Korrosionsbeständigkeit, längere Lebensdauer und ein umfassendes Produktsortiment und sichern sich eine bedeutende Position auf dem Rohrleitungsmarkt.
3. Folien und flexible Verpackungen
• Anwendungen: Verpackungsbeutel, Regenmäntel, Tischdecken, Gewächshausfolien, Schrumpffolie.
• Funktion: Hergestellt durch Kalandrier- oder Streckverfahren, verwendet für Konsumgüterverpackungen, landwirtschaftliche Abdeckungen und Produktaußenverpackungen, wobei seine Flexibilität und Formbarkeit genutzt wird.
4. Starre und Plattenmaterialien
• Anwendungen: Treppenhandläufe, Lagertanks für Chemikalien, Rohrleitungen, Behälterauskleidungen.
• Funktion: Extrudierte oder thermogeformte Hart-PVC-Produkte weisen eine hervorragende chemische Beständigkeit auf und werden häufig in Bau- und Industriestrukturen eingesetzt.
5. Allgemeine Soft Goods
• Anwendungen: Schläuche, Kabelummantelungen, Spielzeug, Automobilkomponenten.
• Funktion: Bildung flexibler, belastbarer Produkte durch Zugabe von Weichmachern, um den Flexibilitätsanforderungen alltäglicher Konsumgüter und Industriearmaturen gerecht zu werden.
