Umweltfreundliches Polymerharz

Abbildung 1. Eine Mülldeponie in Dryden, Ontario.

Standortdaten

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Standort

Kingston , Kanada

Auf Erdöl ^W basierende Kunststoffe ^W und Polymere ^W haben im letzten Jahrzehnt viele Materialprozesse dominiert. In den letzten Jahren hat die Besorgnis über die Erschöpfung des Erdöls sowie die Umweltauswirkungen solcher Materialien zu einem Interesse an alternativen, umweltfreundlichen Materialien geführt. Biobasierte Polymere haben sich in den letzten Jahren als immer beliebtere Alternative erwiesen ^[1] .

Polyvinylchlorid ^W (PVC) ist ein weit verbreitetes thermoplastisches Polymer, das in einer Vielzahl von Anwendungen wie Baumaterialien, Rohren und der Isolierung von Elektrokabeln verwendet wird. Es bestehen Bedenken hinsichtlich seiner breiten Verwendung, da es große Auswirkungen auf die Umwelt hat und sowohl Giftstoffe als auch Karzinogene enthält. Additive sind insbesondere bei Produkten ein Problem, bei denen Flexibilität eine gewünschte Eigenschaft des PVC-Produkts ist. Um das Material flexibel zu machen, werden Phthalat-Weichmacher zugesetzt, die größtenteils giftig sind und in mehreren Ländern verboten sind. Der vollständige Verzicht auf Phthalat-Weichmacher hat sich jedoch aufgrund der Notwendigkeit flexibler Kunststoffe als schwierig erwiesen. Besondere Bedenken bestehen bei Anwendungen, bei denen es zu Verbrennungen oder Sonneneinstrahlung kommt, da dies häufig zu schädlichen Gasemissionen wie Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Chlorwasserstoff und gelegentlich Phosphengas führt, die allesamt gefährlich für Mensch und Umwelt sind ^[2] .

Umweltfreundliches Polymerharz wird zu einer beliebten umweltfreundlichen, ungiftigen und krebserregenden Alternative zu PVC. Das 2003 patentierte Polymer Environmentally-Friendly Resin ist eine relativ neue Technologie, die daher noch nicht weit verbreitet ist. Ein Bereich, in dem PER immer beliebter wird, ist die Yoga-Community und die Herstellung von Yogamatten, da viele Yogis sehr umweltbewusst sind. PER hat jedoch ein großes Potenzial für den Ersatz von PVC in einer Vielzahl von Anwendungen.

Warum PER? Umwelt- und Gesundheitsauswirkungen von PVC

Es wurde festgestellt, dass PVC eine Reihe schädlicher Chemikalien und Zusatzstoffe enthält. Allein durch den Herstellungsprozess werden 35 Pfund/Tonne Partikelemissionen und 17 Pfund/Tonne Gasemissionen freigesetzt ^[3] . Diese stellen eine Gefahr sowohl für die menschliche Gesundheit als auch für die Umwelt dar.

Giftstoffe

Die häufigsten Giftstoffe in PVC sind Phthalat - Weichmacher ^W und Blei ^W. Phthalat-Weichmacher haben große Besorgnis erregt, da DEHP ^W und DINP, die häufigsten Phthalate in PVC, von der US-Umweltschutzbehörde als wahrscheinliche Karzinogene eingestuft wurden. Tierstudien deuten darauf hin, dass die Auswirkungen dieser Phthalate von Magen-Darm-Beschwerden über Geburtsfehler bis hin zu verschiedenen Krebsarten reichen können ^[4] .

Blei kommt in großen Mengen in PVC vor und kann beim Abbau durch Hitze und Sonneneinstrahlung als Staub in die Luft gelangen. Blei hat bei jeder Art von menschlicher Interaktion eine Vielzahl negativer Auswirkungen auf die Gesundheit und neigt dazu, das Nervensystem anzugreifen ^{. [5]}

Schließlich ist Dioxin ein Nebenprodukt des Herstellungsprozesses von PVC sowie seiner Verbrennung. Laut der US-Umweltschutzbehörde ist es ein Karzinogen der Klasse 1 und kann Probleme bei der Fortpflanzung, der Entwicklung, dem Hormonsystem oder dem Immunsystem verursachen ^[6] .

Karzinogene

Vinylchlorid ^W , ein bekanntes Karzinogen, ist die wichtigste Chemikalie, die zur Herstellung von PVC verwendet wird. Langzeitwirkungen wurden sowohl bei Arbeitern von PVC-Anlagen als auch bei Anwohnern in der Nähe von PVC-Anlagen beobachtet. Wechselwirkungen mit PVC sind jedoch bei den meisten Menschen weit verbreitet, da das Material in vielen Lebensmittelverpackungen, Kinderspielzeugen, Fußböden, Tapeten, Rohrleitungen und zahlreichen anderen Anwendungen verwendet wird. Dies gibt Anlass zur Sorge hinsichtlich langfristiger gesundheitlicher Auswirkungen, die nachweislich durch umfangreiche Wechselwirkungen mit diesem bekannten Karzinogen entstehen. ^[7]

Dioxin ^W ist ein Nebenprodukt des Herstellungsprozesses von PVC sowie seiner Verbrennung. Laut der US-Umweltschutzbehörde ist es ein Karzinogen der Klasse 1 und kann Probleme bei der Fortpflanzung, der Entwicklung, dem Hormonsystem oder dem Immunsystem verursachen ^[8] .

Recycling und biologische Abbaubarkeit

PVC hat beim Recycling mehr negative Auswirkungen auf die Umwelt. Aufgrund der großen Mengen an Zusatzstoffen in PVC sind diese nur begrenzt kreislauffähig und müssen in den meisten Fällen aus dem Recyclingprozess aussortiert werden. Außerdem emittieren sie beim Einschmelzen schädliche Gase wie Kohlenmonoxid ^W , Kohlendioxid ^W und Chlorwasserstoff ^W , so dass durch ihr Recycling erhebliche Schäden entstehen. Aufgrund dieser Herausforderungen werden in den USA nur etwa 6,9 % der Kunststoffe recycelt ^[9] . PVC ist außerdem vollständig nicht biologisch abbaubar und hat daher negative Auswirkungen auf die Umwelt, unabhängig davon, ob es recycelt wird oder nicht. ^[10]

PER- und PVC-Produktion

Die Herstellung von PVC erfordert weniger Verarbeitungsschritte als die Herstellung von PER, die für PER erforderlichen zusätzlichen Verarbeitungsschritte ergeben jedoch eine weitaus umweltfreundlichere Option. PER wird aus PVC und anderen Materialien hergestellt, die zusätzlichen Verarbeitungsschritte bieten jedoch eine weitaus umweltfreundlichere Option.

Im Allgemeinen wird PVC durch einen Suspensionsprozess hergestellt. Flüssiges Vinylchloridmonomer wird in einer Druckkammer in Wasser getaucht und wärmebehandelt. Während der Wärmebehandlung beginnt das Vinylchlorid zu polymerisieren und bildet kleine Partikel. Sobald die Partikel eine für die gewünschte Anwendung geeignete Größe erreicht haben, wird die Wärmebehandlung beendet, das PVC abgetrennt und getrocknet. ^[11]

Abbildung 2. Typische PVC-Yogamatte

Bei der Herstellung von PER wird zunächst eine Mischung aus Essigsäuretributylcitrat und Flüssigphasenstabilisator hergestellt. Eine zweite Mischung aus pulverförmigem Polyvinylchlorid, Füllstoff, Lichtschutzmittel Uvasorb und Brandschutzmittel wird hergestellt und anschließend werden die beiden vollständigen Mischungen zusammengegeben. Nach dem Mischen entsteht aus der Mischung ein cremeartiges Endprodukt, das dann bei 170 °C gebacken wird und zu einem verwendbaren umweltfreundlichen Polymerharz wird. ^[12]

Im Anschluss an diesen Prozess werden eine Reihe von Verarbeitungstechniken eingesetzt, um ein fertiges PER-Produkt zu erhalten. Am beliebtesten ist das Formpressen, da PER derzeit am häufigsten in Yogamatten verwendet wird. Es besteht jedoch die Möglichkeit, dass eine Reihe anderer Verfahren für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden können. Beim Formpressen wird das PER durch eine hydraulische Presse in eine Form gepresst. Obwohl das Formpressen in den meisten Fällen durch das Spritzgießen ersetzt wurde, ist das Formpressen nach wie vor beliebt, wenn die Polymere mit einer Fasermatrix verstärkt werden ^[13] (was bei PER-Yogamatten üblich ist).

Die PVC-Produktion ist in den letzten Jahren mit zunehmender Verwendung immer effizienter geworden. Die Effizienz dieses Prozesses und der Wunsch nach Einfachheit in der Herstellung führen zu einem Widerstand gegen zusätzliche Schritte zur Steigerung der Effizienz im Lebenszyklus eines Materials. Aus diesem Grund erscheinen die drei zusätzlichen Verarbeitungsschritte und zusätzlichen Materialien, um herkömmliches PVC in PER umzuwandeln, unattraktiv. Der Energie- oder Materialbedarf dieser drei letzten Schritte ist nicht übermäßig hoch, sie gehen jedoch über die Mindestanforderungen zur Erfüllung der Nutzungsanforderungen hinaus.

Vorteile von PER

Die Umweltvorteile der Verwendung von PER gegenüber PVC sind enorm. Wo die Emissionen aus der PVC-Herstellung zahlreich sind, verursacht PER selbst bei der Verbrennung kaum oder gar keine schädlichen Emissionen (mit Ausnahme von CO2, das bei der Verbrennung unvermeidbar ist). PER weist außerdem keine langsame Emission von Toxinen und Karzinogenen auf und ist besser für mehrere Recyclingzyklen geeignet. Da PER weniger schädliche Zusatzstoffe enthält als PVC, ist es recycelbar, ohne dass die Gefahr einer Zersetzung des Rezyklats nach mehreren Zyklen besteht. Aufgrund seiner einzigartigen Zusammensetzung entstehen beim Recycling von PER nicht die gleichen schädlichen Gase wie beim Recycling von PVC.

Bemerkenswert ist, dass PER keine Phthalat-Weichmacher benötigt, um die Flexibilität zu erreichen, die in vielen aktuellen PVC-Anwendungen erforderlich ist. Angesichts dieser Tatsache ist ersichtlich, dass die krebserzeugenden Wirkungen durch die Exposition gegenüber Karzinogenen auf diese Weise minimiert werden. Obwohl die Füllstoffe und Lichtstabilisatoren nicht ungefährlich (gelegentlich giftig) sind, bleiben sie dennoch exponentiell gesünder und umweltfreundlicher, da PER weniger enthalten als PVC. ^[14]

Angesichts all dieser Vorteile gelingt es PER auch, die wünschenswerten Eigenschaften von PVC zu erfüllen. PER ist ebenso rutschfest, wasserfest und sonnenschützend wie PVC. ^[12] Diese Eigenschaften machen PER zu einem geeigneten und umweltfreundlichen Ersatz für die meisten PVC-Produkte.

Biokomposite

Das Interesse an der Verstärkung von Biomaterial-Polymeren mit umweltfreundlichen Fasern hat zugenommen. ^[15] Es hat sich gezeigt, dass diese Methode die Festigkeit erhöht und gleichzeitig die Umweltvorteile des Materials beibehält. Naturfasern wie Kenaf ^{W [16]} und Jute ^{W [17]} sind in ein biobasiertes Polymer eingebettet, das nachweislich die Zugfestigkeit dieser Materialien erhöht. Biobasierte Polymere, beispielsweise aus Soja, sind in der umweltfreundlichen Polymerindustrie vielversprechend. Die Eigenschaften der biobasierten Polymere allein bieten nicht genügend Festigkeit, um in einer Vielzahl von Anwendungen nützlich zu sein. Eingebettete Fasern haben ihren Nutzen in einer Vielzahl von Anwendungen erhöht. Es wurde ein direkter Zusammenhang zwischen der Vernetzung der Fasern innerhalb des Materials und der Materialfestigkeit beobachtet.

PERs stellen einen Mittelwert zwischen Biokompositen und PVC dar und sind weitaus umweltfreundlicher als Letzteres, aber weniger umweltfreundlich als Ersteres. Eingebettete Fasern bieten ein großes Potenzial für den Einsatz in PER, wo eine erhöhte Festigkeit erforderlich ist.

Materialeffizienz

Während der Produktionsprozess von PER hinsichtlich des Material- und Energieverbrauchs nicht effizienter ist als der von PVC, dominiert es hinsichtlich der Recyclingfähigkeit und des Lebensendes. Diese beiden Faktoren tragen zur Effizienz des Lebenszyklus von PER bei, da sie leichter wiederverwendet werden können als PVC. Die in PVC-Produkten und deren Materialverarbeitung enthaltene Energie beträgt etwa 19.000 Btu/Pfund. ^[3] Darin sind weder der Energiebedarf für das Recycling dieses weniger wiederverwertbaren Kunststoffs noch die Energie für die Verbrennung enthalten, die die einzige Methode ist, mit der ein Teil dieser Energie zurückgewonnen werden kann.

Recycling

Abbildung 3. Recycling-Logo.

Die Minimierung des Rohstoffverbrauchs durch mehr recycelbare Optionen ist möglicherweise die beste und einzige Option, die zu einer umweltfreundlichen Polymerindustrie führt. Die Recyclingfähigkeit von PER ist der Hauptfaktor, der die Industrie dazu drängt, es anstelle von PVC zu verwenden. PVC ist als wiederverwertbares Material ungünstig, da für den Prozess Energie benötigt wird und der Marktpreis für recyceltes PVC deutlich unter dem von Neu-PVC liegt. Dies macht die Verwendung von Frisch-PVC günstiger, da einer der Faktoren, die zur Beliebtheit von PVC beitragen, seine niedrigen Kosten sind. Wo PVC recycelt wird, ist der menschliche Arbeitsaufwand für die Trennung von anderen Kunststoffen sehr hoch. Viele Recyclingbetriebe wollen PVC nicht recyceln, da sein hoher Zusatzstoffgehalt die Qualität des recycelten Materials beeinträchtigt. PVC kann bereits nach 2 Zyklen unbrauchbar werden, da die Zusatzstoffe bis zu 60 % seines Gehalts ausmachen ^[18]

Sollte eine Umstellung auf PER erfolgen, kann dies als weitaus besser recycelbares Material noch viele Male erfolgen, bevor der Zusatzstoffgehalt zu groß wird, als dass das Material nützlich wäre. Aus diesen Gründen erscheint die Option von PERs als recycelbarem Polymer als Ersatz für PVC durchaus attraktiv. Die Verwendung von PER als Alternative zu PVC hat Vorteile für die Umwelt und minimiert den Bedarf an neuen Materialien, da Recycling wieder eine praktikable Option wird. ^[19]

Ende des Lebens

Auch wenn die PVC-Verbrennung im Vergleich zur Umstellung auf umweltfreundliche Materialien eine wirtschaftlichere Methode für den Umgang mit PVC darstellt, scheint der ökologische Fußabdruck dieser Option viel zu groß zu sein, als dass es den Verzicht auf alternative Optionen rechtfertigen könnte. PVC kann nur begrenzt oft recycelt werden. Wenn es nicht mehr recycelt werden kann, verbleibt es auf der Mülldeponie, da es nicht biologisch abbaubar ist. Dieses Problem muss bei PVC unbedingt angegangen werden, da die Auswaschung von Giftstoffen und Karzinogenen ein Risiko für die Wasser- und Luftqualität darstellen und letztendlich große Schäden für Mensch und Umwelt verursachen kann.

Bei der Verbrennung werden viele Treibhausgase und schädliche Gase freigesetzt, und es bleiben große Mengen fester Abfälle wie Schlacke, Asche und verschiedene Arten von Rückständen zurück. ^[19] Diese Option kann etwas Energie liefern, diese ist jedoch im Vergleich zur im Kunststoff enthaltenen Energie minimal.

PERs bieten eine Option für das Lebensende, die nur geringe Auswirkungen auf die Umwelt hat. Obwohl sie auch zur Deponiefläche beitragen, stellt das Auslaugen schädlicher Chemikalien kein Problem dar und die Verbrennung verursacht weitaus weniger Emissionen. PERs haben auch einen viel längeren Lebenszyklus und daher erreichen in einem bestimmten Zeitraum weniger PER-Produkte ihr Lebensende als solche aus PVC.

Vorschläge: Die Zukunft von PER und PER-Verbundwerkstoffen

Das Versprechen von Biokompositen und PER als PVC-Alternativen deutet auf eine Möglichkeit für ein breites Anwendungsspektrum beider Materialoptionen hin. Die Möglichkeit, die Biokomposittechnologie in PER zu nutzen, um umweltfreundliche Polymere mit höherer Festigkeit herzustellen, wurde noch nicht umfassend erforscht, könnte aber vielversprechend sein. Während der Zusatz von Naturfasern zu PVC zur Erhöhung der Festigkeit sinnlos schien, da das PVC selbst so giftig war, bietet PER ein weitaus geeigneteres Material, um mit der Erforschung der Vorteile einer Biofasermatrix zu beginnen. ^[15]

Eine vollständige Umstellung von PVC auf PER ist derzeit aufgrund der höheren Produktionskosten nicht vollständig realisierbar. Es besteht jedoch die Hoffnung, dass die Umweltbedenken zwar in den kommenden Jahren zunehmen, ein Wechsel zu umweltfreundlicheren Polymeren jedoch die Möglichkeit bietet, Abfall und schädliche Gasemissionen zu reduzieren.

Wie hoch ist der Anteil an PVC in PER und wie sehen die Energiewerte für gängige und ideale Recyclingquoten aus? ^{[ Erweiterung erforderlich ]}

Verweise

Seitendaten

Teil von	MECH370
Schlüsselwörter	Polymerharz , Recycling , Polymerrecycling , Materialverarbeitung
SDG	SDG09 Brancheninnovation und Infrastruktur , SDG11 Nachhaltige Städte und Gemeinden
Autoren	Tanja
Lizenz	CC-BY-SA-3.0
Sprache	Englisch (en)
Verwandt	0 Unterseiten , 4 Seiten hier verlinken
Aliase	Umweltfreundliches Polymerharz
Auswirkungen	6.285 Seitenaufrufe
Erstellt	12. November 2008 von Tanya
Geändert	9. Juni 2023 von Felipe Schenone
Zitieren als	Tanja (2008–2023). „Umweltfreundliches Polymerharz“ . Appropädie . Abgerufen am 12. Februar 2024 .
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