Einführung in Polyvinylchlorid (PVC)-Harz

Polyvinylchlorid (PVC) ist ein Polymer, das durch Polymerisation von Vinylchloridmonomer (VCM) in Gegenwart von Initiatoren wie Peroxiden und Azoverbindungen oder unter Einwirkung von Licht oder Wärme gemäß dem Mechanismus der radikalischen Polymerisation entsteht. Vinylchlorid-Homopolymere und Vinylchlorid-Copolymere werden zusammenfassend als Vinylchloridharze bezeichnet.

1. Grundlegende physikalische Eigenschaften

PVC ist ein amorphes weißes Pulver mit geringem Verzweigungsgrad. Es beginnt sich bei etwa 170 °C zu zersetzen und weist eine geringe Stabilität gegenüber Licht und Hitze auf. Bei Temperaturen über 100 °C oder nach längerer Sonneneinstrahlung zersetzt es sich zu Chlorwasserstoff, und eine weitere autokatalytische Zersetzung führt zu Verfärbungen. Auch die physikalischen und mechanischen Eigenschaften nehmen rapide ab. In praktischen Anwendungen müssen Stabilisatoren zugesetzt werden, um die Stabilität gegenüber Hitze und Licht zu verbessern.

Das Molekulargewicht von industriell hergestelltem PVC liegt im Allgemeinen im Bereich von 50.000 bis 110.000, mit einer großen Polydispersität. Das Molekulargewicht nimmt mit abnehmender Polymerisationstemperatur zu. Es hat keinen festen Schmelzpunkt, beginnt bei 80–85 °C zu erweichen, wird bei 130 °C viskoelastisch und beginnt bei 160–180 °C in einen viskosen Zustand überzugehen. Es verfügt über gute mechanische Eigenschaften, eine Zugfestigkeit von etwa 60 MPa, eine Schlagfestigkeit von 5–10 kJ/m2 und hervorragende dielektrische Eigenschaften.

Industrielles Polyvinylchloridharz hat hauptsächlich eine amorphe Struktur, enthält aber auch einige kristalline Bereiche (ca. 5 %), sodass Polyvinylchlorid keinen offensichtlichen Schmelzpunkt hat. Es beginnt bei etwa 80 °C zu erweichen und hat eine Wärmeverformungstemperatur (unter einer Belastung von 1,82 MPa) von 70–71 °C. Es beginnt bei 150 °C unter Druck zu fließen und beginnt langsam Chlorwasserstoff freizusetzen, wodurch das Polyvinylchlorid seine Farbe ändert (von gelb nach rot, braun oder sogar schwarz).

2. Transparenz und Härte

Die natürliche Farbe ist leicht gelb und durchscheinend mit glänzendem Aussehen. Die Transparenz ist besser als die von Polyethylen und Polypropylen, aber schlechter als die von Polystyrol. Abhängig von der Menge der verwendeten Zusatzstoffe wird es in weiches und hartes Polyvinylchlorid unterteilt. Das weiche Produkt ist weich und zäh und fühlt sich klebrig an. Die Härte des harten Produkts ist höher als die von Polyethylen niedriger Dichte, jedoch niedriger als die von Polypropylen, und an den Biegungen kommt es zu Weißfärbung. Es ist stabil; korrodiert nicht leicht durch Säuren und Laugen; und relativ hitzebeständig.

3. Flammhemmung

Polyvinylchlorid ist flammhemmend (Sauerstoffindexwert liegt über 40) und weist eine gute mechanische Festigkeit und elektrische Isolierung auf.

4. Photothermische Stabilität

Polyvinylchlorid weist eine geringe Stabilität gegenüber Licht und Hitze auf. Der Erweichungspunkt liegt bei 80℃, bei 130℃ beginnt die Zersetzung. Ohne Heizstabilisator beginnt sich Polyvinylchlorid bei 100 °C zu zersetzen und zersetzt sich oberhalb von 130 °C schneller. Beim Erhitzen setzt es Chlorwasserstoffgas frei (Chlorwasserstoffgas ist giftig) und ändert seine Farbe von Weiß über Hellgelb über Rot und Braun bis hin zu Schwarz. Ultraviolette Strahlen und Sauerstoff im Sonnenlicht können dazu führen, dass Polyvinylchlorid einer photooxidativen Zersetzung unterliegt, wodurch die Flexibilität des Polyvinylchlorids verringert und es schließlich spröde wird. Aus diesem Grund werden manche PVC-Kunststoffe mit der Zeit gelb und spröde.

5. Korrosionsbeständigkeit

Es verfügt über stabile physikalische und chemische Eigenschaften, ist in Wasser, Alkohol und Benzin unlöslich und weist eine geringe Gas- und Wasserdampfdurchlässigkeit auf. Bei Raumtemperatur widersteht es jeder Konzentration von Salzsäure, Schwefelsäure unter 90 %, Salpetersäure mit 50–60 % und Natronlauge unter 20 % und weist eine gewisse Beständigkeit gegen chemische Korrosion auf. Es ist gegenüber Salzen recht stabil, kann aber in organischen Lösungsmitteln wie Ether, Ketonen, chlorierten aliphatischen Kohlenwasserstoffen und aromatischen Kohlenwasserstoffen gelöst werden.

6. Hauptanwendungen

Hartes Polyvinylchlorid (ohne Weichmacher) weist eine gute mechanische Festigkeit, Witterungsbeständigkeit und Flammwidrigkeit auf. Es kann allein als Strukturmaterial verwendet und zur Herstellung von Rohren, Platten und Spritzgussprodukten in der chemischen Industrie eingesetzt werden. Als Verstärkungsmaterial kann Hartpolyvinylchlorid verwendet werden.

PVC ist weltweit der mengenmäßig größte Allzweckkunststoff und weit verbreitet. Es wird häufig in Baumaterialien, Industrieprodukten, Alltagsbedarfsartikeln, Bodenleder, Bodenfliesen, Kunstleder, Rohren, Drähten und Kabeln, Verpackungsfolien, Flaschen, Schaummaterialien, Dichtungsmaterialien, Fasern usw. verwendet.

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