Herstellung von PVC

Herstellung (Chlor, VC, Polymerisation)

Die Rohstoffe für PVC werden zu 43% aus Erdöl und zu 57% aus Steinsalz gewonnen.

Erdöl bildet die Rohstoffbasis für nahezu alle Kunststoffe. Der allergrößte Teil des weltweit geförderten Erdöls, nämlich mehr als 80%, wird zur Strom- und Wärmeerzeugung sowie für den Betrieb unserer Verkehrsmittel verbrannt. Etwa 6% des Erdölbedarfs werden zur Herstellung von Kunststoffen verwendet, der Anteil für PVC liegt bei weniger als einem Prozent.

Durch Raffination des Erdöls erhält man verschiedene Fraktionen, eine davon ist die Naphtha-Fraktion (»Chemie-Benzin«). Durch Cracken (Spalten bei hohen Temperaturen) von Naphtha lassen sich Ethylen, Propylen und andere Chemierohstoffe herstellen. Steinsalz – auch bekannt als Kochsalz – wird weltweit in großen Mengen gewonnen. Die Vorräte sind nahezu unerschöpflich. Eine fast gesättigte wässrige Lösung des Salzes (Sole) wird durch einen Elektrolyseprozess (Auftrennung in die Bestandteile durch elektrischen Strom) in Chlor, Natronlauge und Wasserstoff zerlegt. Sowohl Chlor als auch Natronlauge und Wasserstoff sind wichtige Einsatzprodukte in der Grundstoffindustrie. Der hohe Chloranteil im PVC ist verantwortlich für viele physikalische Eigenschaften, aber auch für den im Vergleich zu anderen Kunststoffen niedrigen Energiebedarf und die niedrigen Kosten.

Es stehen drei verschiedene Chloralkali-Elektrolyseprozesse zur Verfügung: der Amalgamprozess mit Quecksilberkathoden, der Diaphragmaprozess mit Asbestdiaphragma und der moderne Membranprozess. Umweltprobleme der Altanlagen konnten im Verlauf der letzten 30 Jahre drastisch minimiert werden. So wurden die Quecksilber-Emissionen aus den Amalgamelektrolysen seit Beginn der 70er Jahre mit großem wirtschaftlichem Aufwand drastisch (um mehr als 97%) verringert. Im Vergleich zu anderen natürlichen und anthropogenen Quellen sind die Quecksilber-Emissionen aus Elektrolysen als sehr gering zu bezeichnen. Die Handhabung der Asbest-Diaphragmen aus dem Diaphragmaverfahren findet wegen der kanzerogenen Eigenschaften von Asbest unter besonderen technischen Vorkehrungen statt. Nach Gebrauch erfolgt eine ordnungsgemäße Entsorgung.

Die europäische Chlor-Alkali-Industrie wird ihre Amalgamanlagen zur Herstellung von Chlor und Natronlauge schrittweise bis 2020 stilllegen (Konversion zum Membranverfahren). Für Neuanlagen wird heute nur noch das Membranverfahren realisiert. Im nächsten Schritt stellt man aus Ethylen und Chlor bei ca. 80°C mit Eisenverbindungen als Katalysator in der sogenannten »Direktchlorierung « Dichlorethan her, das in einem nachgeschalteten Schritt unter Abspaltung von Chlorwasserstoff zu Vinylchlorid (VC) umgesetzt wird. Den bei der Abspaltung erhaltenen Chlorwasserstoff setzt man in einem zweiten Verfahren, der »Oxichlorierung«, ebenfalls zur Herstellung von Dichlorethan aus Ethylen ein. Dieser Verfahrensschritt wird bei Temperaturen von etwa 250°C mit Kupferverbindungen als Katalysator betrieben. Neben dem Chlorwasserstoff aus der Spaltung kann auch Chlorwasserstoff aus anderen Quellen eingesetzt werden, beispielsweise die Mengen, die als Abfälle bei bestimmten chemischen Prozessen anfallen (z. B. PUR-Herstellung).

Vinylchlorid wird über eine Destillation von allen unerwünschten Bestandteilen gereinigt und wird dann als Monomer zur PVC-Herstellung in der Polymerisation eingesetzt. Der Polymerisationsschritt kann in Suspension (S-PVC), Emulsion (EPVC), Mikro-Suspension (Mikro-S) oder in Masse (M-PVC) geschehen. Diese verschiedenen Verfahren erlauben es, PVC-Typen mit unterschiedlichen Eigenschaften gezielt für bestimmte Anwendungsgebiete zu produzieren.

Umfangreiche arbeitshygienische und betriebstechnische Maßnahmen haben gemeinsam mit gesetzlichen Regelungen dafür gesorgt, dass der Umgang mit dem Krebs erzeugenden Vinylchlorid (VC) schon seit vielen Jahren kein gesundheitliches Risiko mehr darstellt. Neuerkrankungen an dem zu Beginn der 70er Jahre beobachteten Leberangiosarkom (einer seltenen Form von Leberkrebs) sind seit 1977 nicht mehr aufgetreten.

Die VC-Emissionen bei der PVC-Herstellung wurden in den letzten Jahren ständig weiter minimiert. Bei der PVC-Verarbeitung ist die Belastung der Raum- und Umgebungsluft so gering, dass sie in der Regel nicht messbar ist; eine Überwachung der VC-Konzentration ist daher normalerweise nicht erforderlich.

Der heutige Kenntnisstand zeigt, dass mit der Herstellung von PVC keine wesentlichen Beeinträchtigungen von Mensch und Umwelt verbunden sind. Auch die Enquête-Kommission des Deutschen Bundestages hat 1994 die Schlussfolgerung gezogen, dass die prozess- spezifischen Emissionen bei der PVC-Herstellung heute sehr gering sind, eine wesentliche dauerhafte Belastung der Umwelt entsteht hierdurch nicht.

Die europäischen VC/PVC-Hersteller haben sich in einer freiwilligen Erklärung zu einer weiteren Senkung der Emissionen verpflichtet. Damit wird die Einhaltung europaweiter Standards bei der Herstellung von VC und PVC auch in solchen Bereichen garantiert, die gesetzlich noch gar nicht geregelt sind.