Polyvinylchlorid (PVC)

Kunstleder ist eine der klassischen Anwendungen für die weiche Variante von PVC. Gürtel, Schuhe, Taschen: die Produkte sind vielfältig. Genarbte und strukturierte Oberflächen machen es dem Naturprodukt zum Verwechseln ähnlich. Nach den Polyolefinen Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) belegt der Thermoplast Polyvinylchlorid die dritte Position im Feld der Massenkunststoffe. Bereits 1835 gelang Renault erstmals die Synthese des Monomers Vinylchlorid. Es dauerte aber noch knapp ein Jahrhundert, nämlich bis Ende der 1920er Jahre, bis in den USA die erste industrielle Produktionsanlage für PVC in Gang gesetzte wurde. 1931 zog die I.G.-Farben in Ludwigshafen nach. Heute nimmt die weltweite PVC-Produktion etwa ein Viertel des gesamten Kunststoffmarktes ein. 2003 verließen 26.500.000 Tonnen des Kunststoffs die Reaktoren der chemischen Industrie.

Seine große Bedeutung verdankt Polyvinylchlorid vor allem seinem geringen Herstellungspreis, der sich historisch aus der Rolle des Kunststoffs als Auffanglager für Chlor begründet. Der begehrte Chemierohstoff Natronlauge wurde durch elektrolytische Spaltung von Kochsalz (Natriumchlorid) erzeugt. Zurück blieben enorme Mengen Chlor, das man anschließend für die Herstellung von Polyvinylchlorid verwendete. Dieses historische Produktionsverfahren ist heute in der beschriebenen Form nicht mehr im Einsatz, obwohl neben Rohöl auch weiterhin Kochsalz als kostengünstiges Ausgangsmaterial Verwendung findet. Mit unzähligen Zusatzstoffen und Additiven ausgestattet, ist Polyvinylchlorid eines der wichtigsten Allroundmaterialien überhaupt.

Eigenschaften

Polyvinylchloride sind amorphe Thermoplaste mit sehr guter chemischer Beständigkeit. Sie lassen sich glasklar ausführen und sowohl transparent als auch gedeckt einfärben. Im Vergleich zu anderen Massenkunststoffen ist PVC auf Grund des hohen Chlorgehalts schwer zu entflammen. Ursprünglich hart und spröde, wird die Zähigkeit des Werkstoffs mit Weichmachern variiert und auf den Anwendungsfall eingestellt.

In der Hauptsache unterscheidet man das harte PVC-U (unplasticized) von der weichen Variante PVC-P (plasticized). PVC-U enthält keine Weichmacher und zeichnet sich dementsprechend im Vergleich zu PVC-P durch hohe mechanische Festigkeit und Härte aus. Die elektrischen Isolationseigenschaften sind für die meisten Anwendungen ausreichend und übertreffen die der weichen Variante. PVC-U ist bis zu einer Temperatur von 60 °C bedenkenlos einsetzbar. Bei tiefen Temperaturen ist jedoch mit Versprödung zu rechnen. PVC-P sind bis zu 40 % Weichmacher wie Phthalate beigemischt, die dem Werkstoff nahezu gummielastische Eigenschaften mit hoher Dämpfwirkung verleihen.

Da Phthalate in Weich-PVC nicht fest eingebunden sind, dünsten sie aus und lösen sich beim Kontakt mit Flüssigkeiten oder Fetten. Sie stehen im Verdacht Unfruchtbarkeit, Übergewicht und Diabetes hervorzurufen und sind daher für Babyartikel und Kinderspielzeug verboten worden. Obwohl für die meisten Anwendungen bislang keine Risiken nachgewiesen sind, sollte auf die Verwendung von PVC-P verzichtet und auf Alternativen zurückgegriffen werden, die keine Weichmacher enthalten (z. B. PE, PP). Beim Verbrennen von Polyvinylchlorid können giftige Dämpfe entstehen.

Anwendung

Da PVC-U neben seinem geringen Preis auch noch schwer entflammbar ist, findet der Werkstoff insbesondere im Bauwesen Verwendung. Rohrleitungen, Fensterprofile, Dachrinnen, Rolläden, Blendschutzzäune und Straßenleitpfosten sind typische Anwendungen. Im Elektrobereich werden aus hartem PVC Isolierrohre, Verteilerkästen oder Kabelführungen hergestellt. Und selbst für den Maschinenbau ist PVC-U geeignet.

PVC-Folien werden in der Verpackungsindustrie eingesetzt und finden Anwendung im Foto-Bereich und in der Medizintechnik. „D-C-Fix“ ist eine bekannte Marke für eine PVC-Dekorfolie für Möbel. Wurden früher häufig auch transparente Flaschen, Einwegbecher und Blisterverpackungen aus PVC hergestellt, so ist der Kunststoff bei diesen Anwendungen heute in der Regel durch PET ersetzt.

Als klassisches Beispiel für die weiche Variante von PVC kann man Schläuche nennen, die meist mit Gewebestrukturen verstärkt werden. Weitere PVC-P Produkte sind Fußböden, Tischdecken, Schrumpfschläuche, Puppen, Schwimmtiere, Schlauchboote, Schuhsohlen, Regenmäntel, Sandalen, Badelatschen, Stiefel, Abdeckfolien und Vorhänge. Als Alternative-Bodenbeläge kommen Holz oder Kork in Frage. PVC-Hartschäume werden zur Herstellung von Sportbooten oder Rotorblättern an Windkraftanlagen verwendet.

Verarbeitung

PVC-Formmassen können mit den üblichen formgebenden Techniken verarbeitet werden. Spritzgießen und Extrudieren erfolgt bei Temperaturen von knapp unter 200 °C. Hohlkörper aus PVC-hart entstehen durch Blasformen. Außerdem kann der Werkstoff geschäumt werden. Umgeformt wird PVC-U im Temperaturbereich zwischen 110 °C und 180 °C (z. B. Biegen, Tiefziehen). Allerdings sollten Umformungen nicht bei Temperaturen zwischen 140 °C und 165 °C erfolgen, da in diesem Bereich die Dehnbarkeit stark eingeschränkt ist. Die zerspanende Bearbeitung ist mit den konventionellen Techniken gut möglich, allerdings bei den sehr weichen PVC-Varianten nur schwer durchführbar. Dünne Folien können mit Cutter oder Schere geschnitten werden. Ritzbrechen ist bei dickeren Platten möglich, da PVC-hart relativ kerbempfindlich ist. Polyvinylchloride können mit allen bekannten Kunststoffschweißverfahren geschweißt werden. Zum Kleben steht eine ganze Reihe von Klebstoffen zur Verfügung. PVC-PVC-Verbindungen sind mit Kleblacken oder Kontaktklebstoffen gut herzustellen. PVC-weich Klebungen gelingen am besten mit einem Spezialkontaktkleber. Technische Klebungen zwischen PVC und anderen Werkstoffen werden mit Lösungen von chloriertem PVC oder Zwei-Komponenten-Klebstoffen auf Polyester-, Polyurethan- oder Epoxidharzbasis erzeugt. Kleinflächige Klebungen können mit Cyancrylatklebstoffen (Schnellkleber) ausgeführt werden. Beim Schleifen ist zu beachten, dass feinere Körnungen als 80 keinen nennenswerten Abtrag erzielen, da der PVC-Abrieb das Schleifmaterial schnell verklebt. PVC-weich lässt sich nicht befriedigend schleifen. PVC-Folien und Platten können gut im Siebdruckverfahren bedruckt werden. Für den Offsetdruck werden spezielle Sorten angeboten. Zum Beschichten mit PVC-Pulvern wird das Wirbelsintern eingesetzt.

Lieferformen

Wie die anderen Kunststoffe ist PVC-hart in Form von Blöcken, Platten, Folien, Rohren, Stäben, Schnüren sowie als Schaum- oder Integralschaumplatten erhältlich. PVC-weich gibt es meist als Folienmaterial.

Handelsnamen

Hart-PVC (PVC-U): „Dekadur“ – DEKA Rohrsysteme, „Vestolit“ – Vestolit, „Vinnolit“ – Vinnolit, „Vitaol“ – British Vita, „TempRite“ – PolyOne, „Solvin“, „Renodur“ – Solvay, „Sicoplast“ – European Vinyls, „Siroplast“ – Hegler Plastik, „Pentadur“ – Klöckner-Pentaplast, „Norvinyl“ – Norsk Hydro

Weich-PVC (PVC-P): „Airex“ – Alusuisse Airex, „Alkorfol“, „Buflon“ – Solvay, „Benecor“, „Benefol“, „Benelit“ – Benecke, „Celvin“ – Courtaulds Chemical, „Friedola“ – Friedola Holzapfel, „Gealan“ – Gealan Werke Fikkenscher, „Gekaplan“ – Bnecke- Kaliko, „Gumiplast“ – Saplast, „Taraflex“ – BAT taraflex

Alternativen

Polyethylen, Polypropylen, EVA, Polystyrol-SB, PET, PUR-Beschichtung für Textilien