Polyvinylalkohol (PVA): Herstellung, Verwendung & Eigenschaften

Polyvinylalkohol (PVA): Herstellung, Verwendung & Eigenschaften

Bei Polyvinylalkohol kurz PVA, handelt es sich um einen synthetisch hergestellten, thermoplastischen Kunststoff. Dieser ist als Lebensmittelzusatzstoff (Überzugsmittel, E1203) in der Europäischen Union zugelassen.

In Form der wasserlöslichen Hülle bspw. von Einzeldosis-Wäscheblöcken oder -flüssigkeiten, die in den privaten Haushalten zum Alltag gehören, ist dieser Kunststoff am bekanntesten. Die wasserlöslichen Filme können so zugeschnitten werden, dass sich auflösen, sobald das das Wasser eine sehr spezifische Temperatur erreicht. Doch PVA ist nicht das einzige Polymer auf dem Markt, dass wasserlöslich ist.

Allgemeine Informationen zu PVA

Das Anwendungsspektrum von Polyvinylalkohol ist breit gefächert und daher ist es in nahezu jedem Wirtschaftszweig inklusive der Lebensmittelverarbeitung, Medizin und Landwirtschaft zu finden. Zudem zeigt Polyvinylalkohol eine Reihe von nützlichen und modifizierbaren Eigenschaften:

  • Es ist geschmacks- und geruchslos,
  • biokompatibel,
  • ungiftig und weist
  • Eine ausgezeichnete filmbildende, emulgierende und klebende Eigenschaft auf.

Desweiteren zeigt PVA weitere Eigenschaften auf:

  • Eine hohe Zugfestigkeit & Elastizität,
  • gute Beständigkeit gegen viele Lösungsmittel,
  • gute Sauerstoff- und Aromabarriereeigenschaften und
  • eine hohe Kompressibilität.

Die Herstellung von Polyvinylalkohol

PVA ist im Gegensatz zu den meisten Vinylpolymeren nicht durch eine einfache Polymerisation herzustellen. Der Grund dafür ist, dass das Polyvinylalkohol-Monomer in der Regel in seiner tautomeren Form als Acetaldehyd existiert. Um Polyvinylalkohol herzustellen, wird zunächst Vinylacetat zum Polyvinylacetat (PVAC) umgesetzt. Das geschieht üblicherweise durch die radikalische Polymerisation in Methanol. Im Anschluss kommt es zur Verseifung der Polyvinylalkohole mit Natriumhydroxid bzw. diese werden hydrolysiert. Bei letzterer Reaktion handelt es sich um eine typische polymeranologe Umsetzung an Polymer-Seitengruppen.

Das bedeutet, dass das Produkt Polyvinylalkohol (PVA) nach der Umsetzung den gleichen mittleren Playmerisationsgrad aufweist wie das Edukt (PVAC). Bei der Verseifung entsteht en Nebenprodukt: Natriumacetat, das abgetrennt wird. Polyvinylalkohole enthalten Vinylalkohol- und Viylacetat-Einheiten, während der Hydrolsegrad das Verhältnis von Vinylalkohol- zu Vinylacetat-Einheiten beschreibt. Die Zahl der Vinylacetat-Einheiten nimmt mit steigenden Hydrolsegrad ab.

Die Verwendung von Polyvinylalkohol

Polyvinylalkohol (PVA, PVOH oder PVal) ist ein wasserlösliches synthetisches Polymer mit der allgemein chemischen Formel (C2H4O). Nicht verwechselt werden sollte das wasserlösliche synthetische Polyer mit Polyvinylacetat. Dies ist ebenfalls erhältlich und ist als wirksames Holzschutzmittel bekannt. PVOH weist ein weisses, körniges Aussehen auf und ist geruchslos.

Als synthetisches, wasserlösliches Polymer weist PVA eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten auf:

Als Rohmaterial zur Herstellung anderer Polymere

Polyvinylalkohol wird in der Industrie hauptsächlich als Rohstoff für die Herstellung anderer Polymere genutzt wie bspw.:

  • Polyvinylnitrat (PVN): Dieses wird in einigen Treibgasen und formbaren Sprengstoffen verwendet.
  • Polyvinylacetale: Beispiele dafür sind Polyvinylbutyral (PVB) und Polyvinylformaldehyd (PVF), die zur Familie der Polymere gehören. Der größte Verwendungszweck von PVA ist die Herstellung von Polyvinylbutyral in den USA und Westeuropa. Das am wichtigsten Polymer unter ihnen ist poly(vinylbutyral). Dieses wird als Kunststoffzwischenschicht für Flugzeug- und Automobilsicherheitsglas verwendet.
  • Vinylon oder Vinalon Fasern: In Japan hat sich Vinalon zu einer der meistverwendeten Fasern entwickelt. Vinalon wird anstelle von Nylon oder Baumwolle in verschiedenen Textilien verwendet u.a. für Seile und Schuhe. Vinalon ist ein stabiles, aber steifes Gewebe, ist beständig gegen Hitze und gegen andere chemische Angriffe und ist zudem schwer zu färben und teuer in der Herstellung.

Herstellung von Klebstoffen

Bei PVA handelt es sich um einen wichtigen Bestandteil von Polyvinylacetat-Klebstoffen.

Wasserlösliche Verpackungsfolie

Es gibt verschiedene Produkte, die in wasserlöslichen Kapseln oder Dosen verpackt werden. Dazu zählen z. B. die Pulverförmigen oder flüssigen Waschmittel und Reinigungsmittel. Aber auch in Schwimmbadprodukten, Pigmenten, Druckfarben, Wasseraufbereitungsprodukten, Zusatzstoffen, landwirtschaftlichen Produkten, Duftstoffen und andere. Bei der wasserlöslichen Folie handelt es sich um Polyvinylalkohol (PVA).

PVA auf 3D-Druckmedien

Aufgrund seiner wasserlöslichkeit ist PVA ein hervorragendes Filament, wenn es um die Herstellung von Trägern für Teile mit Überhängen oder empfindlichen Bereichen, bei denen ABS- oder PLA-Träger nicht in Frage kommen. Die Wasserlöslichkeit ist der Hauptvorteil bei der Verwendung von PVA gegenüber anderen Trägermaterialien: das Teil zwei bis drei Stunden lang im Wasser eingeweichten (Je länger, desto größer der Druck). Das PVA löst sich vollständig auf und in den überhängenden Bereichen hinterlässt es unbemalte Linien auf dem geschaffenen Objekt. Um den Vorgang zu beschleunigen, kann heißes Wasser genutzt werden.

Weitere Verwendungszwecke für Polyvinylalkohol

Als biologisch abbaubare Kunststofffolie kommt PVA auch bei Damenhygiene- und Inkontinenzprodukten zum Einsatz. Auch als Formtrennmittel für bestimmte Polymere für Augentropfen und Gleitmittel für starre Kontaktlinsen findet PVA-Einsatz. Ebenfalls wird es als Fixmittel bei der Entnahme von Proben genutzt – insbesondere von Stuhlproben. Im medizinischen Bereich dient es als Überzug für Tabletten, Biofermentierung und topische Mittel für Arzneimittel.

Der biologische Abbau von Polyvinylalkohol

Es hat den Anschein, dass die Art des biologischen Abbaus von Polyvinylalkohol von der Art der Umgebung abhängig ist. Die Abbaubarkeit von PVA wird von vielen Faktoren in der Umwelt beeinflusst – unter anderem die Zahl der PVA-abbauenden Bakterien in den Milieus, der chemische und physikalische Zustand der PVA-Partikel und die Art und Stärke der Wechselwirkungen von Polyvinylalkohol mit den organischen und anorganischen Komponenten der festen Umweltmatrizen. Es hat den Anschein, dass sowohl im Boden- und Kompostmilieu sowie in den aquatischen Systemen bevorzugt niedermolekulare PVA-Moleküle abgebaut werden.

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