Additive. Methylmethacrylat/Butadien/ Styrol-Copolymere (MBS) eignen sich als Schlagzähmodifikatoren für PVC. Mit dem Produkttyp Clearstrength 303 H hat Atofina ein Produkt für die Modifizierung von PVC-hart entwickelt. Dieses Additiv führt bei diesem Kunststoff zu guter Schlagzähigkeit bei gleichzeitig hoher Transparenz. Die Verarbeitung ist sowohl mit Extrusions- als auch mit Kalandrierverfahren möglich. Anwendungen finden sich beispielsweise in Folien und kalandrierten Platten, Flaschen und Spritzgussteilen. 

Schlagzähigkeit erhöhen 

Polyvinylchlorid

Additive

Clearstrength 303 H 

Mit einer speziell zusammengestellten Co-Extrusionsanlage ist es erstmalig gelungen, Folien herzustellen, für die bisher ausschließlich der Kalandrierprozess in Frage gekommen ist. Die Vorteile liegen in einer wirtschaftlicheren Fertigung bei gleichzeitig hoher Qualität. 

Extrusion

Folien

Wirtschaftlich herstellen: Extrudieren von weichen PVC-Folien 

Dank hervorragender Eigenschaften und stabiler Nachfrage ist PVC weltweit auf Wachstumskurs und behauptet sich als mengenmäßig drittgrößter Kunststoff. 

Auf Wachstumskurs: Polyvinylchlorid (PVC) 

Die umweltbelastenden Blei (Pb)-Stabilisatoren werden durch schwermetallarme Systeme ersetzt. Mit funktionellem Füllstoff können anwendungsrelevante Eigenschaften der PVC-Fensterprofile mit alternativen Stabilisatorsystemen optimiert werden. 

Funktioneller Füllstoff: Gefälltes Calciumcarbonat für PVC 

Einen besonderen Stellenwert beim Herstellen von PVC besitzen Weichmacher. Durch sie können die Eigenschaften des PVC von hart bis hin zu ledrig weich eingestellt werden. Der Weichmacher wandert aus dem PVC aus und reichert sich auf der Oberfläche an. Durch Vorbehandlung mittels Gasphasenfluorierung lässt sich die Weichmacherwanderung aus dem PVC deutlich reduzieren. 

Gasphasenfluorierung: Weichmacherwanderung reduzieren 

Es wurde der Einfluss der Einfärbung auf die Witterungsstabilität von Weich-PVC-Folien untersucht. Während sich die UV-Stabilität durch die Zugabe von Ruß deutlich verbessert, erhöht sie gleichzeitig die Oberflächentemperatur und sorgt damit für erhebliche Weichmacherverluste. Unter welchen Umständen ist also welche Einfärbung vorteilhaft? 

Der (Farb)ton macht die Musik 

Mit einem weltweiten Verbrauch von mehr als 29 Mio. t im Jahr 2004 ist PVC einer der wichtigsten Kunststoffe. Eindeutiger Schwerpunkt ist der Bausektor, aber auch die anderen Industriebereiche profitieren von maßgeschneiderten Produkten. 

Multitalent: Polyvinylchlorid (PVC) 

Werkstoffverbunde aus Holz und PVC kennzeichnet ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis wegen niedriger Materialkosten und hohen Ausstoßes bei der Profilextrusion. Oberflächen von Holz-PVC-Profilen sind besser und leichter nachzuarbeiten. Signifikant sind auch die mechanischen Eigenschaften und die gute Bewitterungsstabilität von PVC. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist das charakteristische gute Brandverhalten des Kunststoffs. Damit dies auf lange Zeit so bleibt, stellt die Chemson Polymer-Additve AG, Arnoldstein/Österreich, den Herstellern von PVC-Holz-Profilen die One-Pack-Stabilisatoren Naftosafe und Naftomix-PHX zur Verfügung. Ihr Vorteil: Sie sorgen als Gleitmittel für eine schnelle Extrusion und als Stabilisator für gleich bleibende Qualität der Profile, – auch bei längerer Wärmeeinwirkung. 

Hitzebeständiges Holz 

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Naftosafe und Naftomix-PHX 

Weich-PVC-Folien der Pliant Corporation, Philippsburg/USA, werden für Lebensmittelverpackungen in Europa eingesetzt. Für optimale Verarbeitungseigenschaften verwendet der Anbieter Weichmacher der Lanxess Deutschland GmbH, Leverkusen. Die damit hergestellten Folien entsprechen nicht nur den derzeit gültigen EU-Grenzwerten hinsichtlich Migration. Eine Folie erreichte in Tests zum Migrationsverhalten sogar die Bewertung "Faktor 1". 

Geringe Migration, gute Verträglichkeit 

Biokunststoffe

Weichmacher DEHA 

Die vergleichsweise niedrige Wärmeformbeständigkeit von Polyvinylchlorid schränkt die Einsatzfähigkeit dieses wirtschaftlichen Kunststoffs in Bereichen, in denen er höheren Einsatztemperaturen unter mechanischer Beanspruchung ausgesetzt ist, stark ein. Sie lässt sich jedoch in Blends mit a-Methylstyrol-Acrylnitril-Copolymerisaten (AMSAN) kostengünstig und unproblematisch auf technisch interessante Werte steigern. Eine systematische Studie zeigt, was der Anwender dabei beachten sollte. 

PVC noch  "heißer“ gemacht 

Die freiwillige, jedoch verbindliche Substitution von Bleistabilisatoren für PVC-Anwendungen wirft eine Reihe von Fragen auf. Antworten gibt der erste Teil eines zweiteiligen Beitrags, der gängige Stabilisatoren für PVC in Bezug auf mechanische Eigenschaften, Stabilität und Farbe speziell bei Rohren vergleicht. 

PVC alternativ stabilisieren 

Die Substitution von Bleistabilisatoren in PVC-Rohren ist in den einzelnen Ländern Europas unterschiedlich weit fortgeschritten. Bei der Auswahl von Alternativen hat eine eventuelle Migration aus der PVC-Matrix in das Trinkwasser oder auch die Wiederverwertung große Bedeutung. Der Beitrag stellt entsprechende Untersuchungsergebnisse vor. 

PVC und Umwelt 

Laut Studien kann der Einsatz von Polyetheretherketon (PEEK) zur Herstellung von Halbleiter-Wafern zu erheblichen Prozess-, Leistungs- und Produktivitätsoptimierungen verbunden mit gleichzeitigen Kostensenkungen beitragen. Außerdem eignen sich ultrareine PEEK-Typen besonders für Nass- und Trockenätzungen. 

Elektronik

HV-Anwendungen / Hybridisierung / Elektrifizierung

Polyetheretherketon: Materialvorteile in der Halbleiterproduktion 

Die Buss AG, Pratteln/Schweiz, legt eine verbesserte Version ihres Hochleistungskneters Quantec vor, der zum Compoundieren von PVC-Granulaten verwendet wird, insbesondere zur direkten Beschickung von PVC-Folienkalandern. Das neue Modell zeigte eine in Relation zum Durchsatz verringerte Baugröße, sodass sich der Platzbedarf reduziert. Bei laut Buss verbesserter Prozessstabilität lässt sich der Durchsatz der Quantec nun in einem Durchsatzbereich von 1:3 einstellen. Eine neue Schneidvorrichtung soll gleichmäßig große, nicht zusammenhaftende PVC-Brocken gewährleisten. Zudem wurde die Reinigung vereinfacht, die jetzt mit 30 bis 50min etwa halb so viel Zeit wie bisher beansprucht. 

Kneter verbessert 

Hochleistungskneter Quantec 

Die Forderung nach verbesserten Eigenschaften und reduzierten Kosten beeinflusst verstärkt die Entwicklung von extrudierten Bauprodukten. Vermehrt werden PVC-Typen neuer Anbieter eingesetzt, die eine Herausforderung an Verarbeiter und Maschinenbauer darstellen. Höhere Füllstoffanteile, geschäumte Produkte und Holz-Kunststoffcompounds sind im Gespräch. 

Füllstoffe für Kunststoffe

Neue PVC-Typen: Maschinenbau folgt Werkstoffentwicklung 

Weichmacherfreies Polyvinylchlorid (PVC-U, Hart-PVC)

Polyvinylchlorid ist ein Thermoplast, der aus dem Monomer Vinylchlorid entsteht.

In der Kunststoffproduktion belegt Polyvinylchlorid (PVC) nach Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) den dritten Platz. Nach 1945 war er sogar eine Zeit lang der meistproduzierte Kunststoff der Welt. Produkte aus PVC begleiten uns durch unser ganzes Leben, was vor allem an der enormen Lebensdauer des Kunststoffs liegt.

PVC (Poly-Vinyl-Chlorid) ist ein amorpher thermoplastischer Kunststoff. Ohne Zusätze ist er hart und spröde. Erst durch die Zugabe von Weichmachern und Stabilisatoren wird er weicher sowie formbar. Unterschieden wird Polyvinylchlorid in PVC-U (Hart PVC) und PVC-P (Weich-PVC), je nach Weichmacheranteil.

Es gibt auch eine Weiterentwicklung: Chloriertes Polyvinylchlorid beziehungsweise PVC-C. Sein Chlorgehalt liegt zwischen 56 und 74 %.

Darüber hinaus erfolgt eine Unterscheidung nach Art des Polymerisationsverfahrens:

<ul><li>Emulsionspolymerisation (E-PVC)</li><li>Suspensionspolymerisation (S-PVC)</li><li>Massepolymerisation (M-PVC)</li></ul>

Ausgangsprodukte für PVC sind Erdöl oder Erdgas und Steinsalz. Aus Erdöl beziehungsweise Erdgas wird durch Cracken Ethylen hergestellt; aus dem Steinsalz entsteht durch Elektrolyse elementares Chlor und Natriumhydroxid (Natronlauge).

Aus Ethylen und Chlor wird zunächst Ethylendichlorid, welches in einem zweiten Schritt schließlich zu Vinylchloridmonomeren (VCM) verarbeitet wird. In einem Autoklav erfolgt unter Druck und Zugabe von Initiatoren sowie anderen Additiven schließlich die Polymerisation zum PVC. Dabei herrschen Temperaturen zwischen 50 und 70 °C sowie Drücke im Bereich von 7 bis 12 bar. Bevor das Reaktionsgemisch in den Trockner geht, werden ihm oft Vorstabilisatoren zugegeben. Nach der Trocknung ist das Polyvinylchlorid fertig für den Versand.

Physikalische, mechanische und elektrische Eigenschaften

<tr><td>Art</td><td>Eigenschaft</td><td>Einheit</td><td>PVC-U</td><td>PVC-P</td></tr><tr><td>physikalisch</td><td>Dichte</td><td>g/cm³</td><td>1,38-1,4</td><td>1,55</td></tr><tr><td>mechanisch</td><td>Zug-E-Modul</td><td>Mpa</td><td>2700 - 3000</td><td>3400 - 3600</td></tr><tr><td>mechanisch</td><td>Streckspannung</td><td>MPa</td><td>50 - 60</td><td>70 - 80</td></tr><tr><td>mechanisch</td><td>Streckdehnung</td><td>%</td><td>4 - 6</td><td>3 - 5</td></tr><tr><td>mechanisch</td><td>Nominale Bruchdehnung</td><td>%</td><td>10 - 50</td><td>10 - 5</td></tr><tr><td>thermisch</td><td>Gebrauchstemperatur</td><td>°C</td><td>bis + 60</td><td>bis + 60</td></tr><tr><td>thermisch</td><td>Längenausdehnung, längs</td><td>10-5 m/K</td><td>7 - 8</td><td>6</td></tr><tr><td>elektrisch</td><td>Dielektrizitätszahl bei 100 Hz</td><td></td><td>3,5</td><td>3,5</td></tr><tr><td>elektrisch</td><td>Oberflächenwiderstand</td><td>Ohm</td><td>1013</td><td>1014</td></tr><tr><td>elektrisch</td><td>Durchschlagfestigkeit</td><td>kV/mm</td><td>20 - 40</td><td>15</td></tr>

Beide PVC-Arten (Hart-PVC und Weich-PVC) sind beständig gegen Salzlösungen, Säuren, Laugen, Ethanol, Fette, Öle und Benzin. Angegriffen werden sie dagegen von Aceton, Ether, Benzol, Chloroform, konzentrierte Salzsäure und aromatische Kohlenwasserstoffen.

Polyvinylchlorid kann – abhängig vom Polymerisationsverfahren – transluzent (durchscheinend, durchsichtig) bis opak (undurchsichtig/trüb) oder auch glasklar sein.

PVC ist schwer entflammbar (UL 94: V-0), lässt sich gut einfärben und nimmt kaum Wasser auf.

Die Verarbeitung und insbesondere die Verwendung von Polyvinylchlorid unterscheiden sich, je nachdem, ob es sich um Hart-PVC oder Weich-PVC handelt, wobei es auch wieder Überschneidungen beziehungsweise Ähnlichkeiten gibt.

PVC beziehungsweise Polyvinylchlorid lässt sich mit allen gängigen Verfahren verarbeiten. Die wichtigsten sind:

<ul><li>Blasformen</li><li>Kalandrieren</li><li>Extrusion</li><li>Spritzgießen</li></ul>

Die Möglichkeiten für die Verwendung von Polyvinylchlorid sind vielseitig, wobei Hart-PVC den größten Anteil an der verarbeiteten Menge besitzt. Es wird unter anderem zu Fensterprofilen, Abwasserrohren und Rollläden weiterverarbeitet. Auch Kreditkarten und Schallplatten bestehen aus PVC. Polyvinylchlorid findet zudem Verwendung in den folgenden Branchen:

<ul><li>Elektrotechnik (Isolierrohre, Gehäuse, Kabelstecker),</li><li>Maschinen- und Apparatebau (Auskleidungen, Schläuche),</li><li>Landwirtschaft (Silofolien, Abdeckfolien),</li><li>Spielzeugindustrie (Puppen, Schwimmtiere, Schlauchboote) und</li><li>Lebensmitteltechnik (Förderbänder, transparente Getränkeschläuche).</li></ul>

Polyvinylchlorid als Stoff begegnet uns etwa in Form von Kunstleder für Möbel, Schuhe oder Taschen. PVC lässt sich aber auch zu Fasern verarbeiten, unter anderem für technische Textilien, Heimtextilien und Perücken.

Polyvinylchlorid hat den Recycling-Code 03.

Für das werkstoffliche Recycling bieten sich vor allem PVC-Produkte an, die in großen Elementen anfallen und die besonders einfach sauber und sortenrein erfasst, gesammelt und transportiert werden können. Dazu gehören zum Beispiel Fensterprofile, Bodenbeläge und Rohre.

Bei der rohstofflichen Verwertung wird das in der Molekülkette eingebaute Chlor in Form von Salzsäure zurückgewonnen. Diese kann in diversen chemischen Prozessen wiederverwendet werden.

PVC selbst ist physiologisch unbedenklich. Allerdings werden beim Verbrennen giftige Chlorverbindungen freigesetzt. Außerdem ist das Monomer Vinylchlorid krebserregend.

Weiches Polyvinylchlorid (PVC-P) ist in manchen Einsatzbereichen teilweise physiologisch bedenklich. Die enthaltenen Weichmacher können über die Atemwege, Hautkontakt und Speichel in den Körper gelangen. Lange Zeit handelte es sich dabei um Vertreter aus der Gruppe der Phthalat, die leber- und nierenschädigend sind und ebenfalls im Verdacht stehen, krebserzeugend zu wirken.

Komplett verteufeln sollte man Werkstoff aber nicht. Insbesondere Hart-PVC ist eine chemisch sehr stabile Verbindung, die nicht verrottet und auch durch Sonnenlicht nur oberflächlich und in den mechanischen Eigenschaften so gut wie gar nicht beeinträchtigt wird. PVC-Produkte sind während der Deponierung weitestgehend grundwasser- und umweltneutral.

Es gibt noch ein älteres Verfahren zur PVC-Herstellung, bei dem auf Basis von Calciumcarbid Acetylen als nächste Vorstufe gemacht wird. In Europa spielt es aber keine Rolle mehr.

Der Ausgangsstoff VCM ist nicht wasserlöslich. Um es im Wasser gleichmäßig verteilen zu können, werden Hilfsstoffe eingesetzt. Das älteste Verfahren ist die sogenannte Emulsionspolymerisation, die 1929 erstmals angewendet wurde. Das entstandene Produkt (E-PVC) besteht aus sehr kleinen Partikeln im Bereich von 1 bis 2 µm. Mit Abstand das am häufigsten verwendete (90%) ist allerdings die Suspensionspolymerisation. Das so hergestellte S-PVC zeichnet sich durch hohe Reinheit, geringe Wasseraufnahme und gute elektrische Eigenschaften aus. Wird während der Polymerisation kein Wasser verwendet, spricht man von Masse-PVC beziehungsweise M-PVC.

Seit 1999 ist es in der EU verboten, Kinderspielzeug aus Weich-PVC mit Phthalat-Weichmachern auf den Markt zu bringen. Stattdessen verwenden die Hersteller weitaus unbedenklichere Weichmacher, zum Beispiel Chlorparaffine oder Phosphorsäureester.

[1] Baur E., Osswald T., Rudolph N.: Saechtling Kunststoff Taschenbuch, 31. Auflage, ISBN 978–3–446–43442–4, Carl Hanser Verlag, München (2013)

[2] Walter Hellerich, Guenther Harsch, Erwin Baur, Werkstoff-Führer Kunststoffe, 11. Auflage, ISBN: 978–3–446–45798–0, Carl Hanser Verlage, München (2019)

[3] Michael Schiller: PVC Stabilisatoren – Marktsituation, Anwendungen, Trends, 1. Auflage ISBN: 978–3–446–41910–0, Carl Hanser Verlag, München (2010)

Weichmacherfreies Polyvinylchlorid (PVC-U Hart-PVC)

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