Im Rahmen dieser Facharbeit habe ich mich intensiv mit der Herstellung des PVC-Monomers Vinylchlorid, sowie dem Entsorgen und Wiederverwerten von PVC beschäftigt. Ich habe diese beiden Themen gewählt, weil sie mein persönliches Interesse weckten. Je weiter ich in die Themen vordrang, umso mehr wurde mir bewusst, welche Dynamik in der gesamten Kunststoff-Industrie herrscht. PVC hat sich wegen seiner vielfältigen Eigenschaften schnell zu einem Massenprodukt entwickelt und wird heute in einem weltweiten Umfang von 30 Mio. Tonnen jährlich produziert. Damit ist es nach Polyethylen der meistproduzierte Kunststoff der Welt (PVCH, Produktinformationen), was zweifellos an den günstigen Herstellungskosten, den exzellenten Materialeigenschaften und besonders an dem breiten Einsatzspektrum liegt. PVC ist heute ein Alltagsprodukt, dem wir in allen Lebensbereichen begegnen, ob als Fußboden, Fenster- oder Türprofil, Dachabdichtungen, Kunstleder, Nahrungsmittel-verpackungen, Kabelummantellungen und vieles mehr. Die Liste ist endlos. Dabei ist PVC nicht ganz ungefährlich, es besteht aus einer Vielzahl giftiger Stoffe, die uns Menschen und unserer gesamten Umwelt erhebliche Schäden zufügen können. Dies wurde 1996 bei dem Großbrand auf dem Düsseldorfer Flughafen bemerkbar, als die, in dem Flughafengebäude verlegten, mit PVC ummantelten Kabel schwelten oder verbrannten und so chlororganische Gase frei wurden. Schon allein wegen dieser Tatsachen muss man sich einfach genauer mit den Herstellungsverfahren, sowie zwingend auch mit den Möglichkeiten und dem aktuellen Stand der Entsorgungs- und Wiederverwertungswege beschäftigen. Was passiert bei einem in solch riesigen Dimensionen betriebenen Herstellungsverfahren im Detail und wie wird es durchgeführt? Wie wird es dann in den industriellen Maßstab umgesetzt? Diesen Fragen bin ich beim Besuch der wilhelmshavener PVC-Anlage von EVC (European Vinyls Corporation), einem der größten europäischen PVC-Hersteller, nachgegangen. Dort hat man mich sehr freundlich empfangen und mir viele Informationen gegeben. Zusätzlich habe ich mich bei verschiedenen anderen PVC-Herstellern informiert und konnte mir auf diese Weise ein breites Wissensspektrum aneignen. Kunststoffe, besonders PVC, können nur sehr schlecht natürlich abgebaut werden. PVC zerfällt wegen der Stabilisatoren, die ihm zugefügt werden müssen, praktisch nicht.
Inhaltsverzeichnis
1. Versuch
1.1. Aufbau
1.2. Durchführung
1.3. Beobachtungen
1.4. Deutung
1.4.1. Reaktionsmechanismus
2. Herstellung von Dichlorethan
2.1. Herstellungsverfahren
2.1.1. Direktchlorierung
2.1.1.1. Reaktionsmechanismus
2.1.2. Oxychlorierung
2.1.2.1. Reaktionsmechanismus
2.2. Großindustrielle Umsetzung
2.3. Vergleich mit dem Versuch
3. Weiterverarbeitung des Dichlorethans zu Vinylchlorid
3.1. Reaktionsmechanismus der thermischen Spaltung
3.2. Großindustrielle Umsetzung
4. Neue Methoden der Herstellung von Vinylchlorid
4.1. Direkte Synthetisierung aus Ethen
4.2. Direkte Synthetisierung aus Ethan
5. Entsorgung und Wiederverwertung von PVC-Abfällen
5.1. Zusätzliche Gefährdung durch Additive
5.2. Gegenwärtige Entsorgungs- und Wiederverwertungswege und deren Probleme
5.2.1. Deponierung
5.2.2. Verbrennung
5.2.3. Werkstoffliches Recycling
5.2.4. Rohstoffliches Recycling
5.3. Freiwillige Selbstverpflichtung der europäischen PVC-Industrie
5.4. Alltägliche Praxis
Zielsetzung & Themen
Diese Facharbeit untersucht die industriellen Herstellungsverfahren des PVC-Monomers Vinylchlorid sowie die aktuellen ökologischen Herausforderungen und Strategien hinsichtlich der Entsorgung und Wiederverwertung von PVC-Abfällen. Ziel ist es, die chemischen Grundlagen der Produktion mit der industriellen Realität zu verknüpfen und die Effizienz sowie Umweltauswirkungen bestehender Entsorgungswege kritisch zu hinterfragen.
- Photochemisch initiierte Radikalkettenreaktionen vs. industrielle Großverfahren
- Prozessschritte der Direktchlorierung und Oxychlorierung zur EDC-Herstellung
- Thermische Spaltung von 1,2-Dichlorethan zu Vinylchlorid
- Methoden und Problematiken beim Recycling von PVC-Altkunststoffen
Auszug aus dem Buch
1.4.1. Reaktionsmechanismus
Bei dieser Reaktion handelt es sich um eine photochemisch initiierte Radikalketten-Reaktion, die sich aus einer Startreaktion und darauf folgende Propagationsschritte (Folgeschritte) zusammensetzt.
Startreaktion: Das Brom-Molekül wird durch Licht homolytisch in zwei Brom-Atome gespalten, welche Radikale sind. Dieser Vorgang nennt sich Photolyse. Um eine Bindung so zu spalten, muss dem Molekül seine Bindungsenergie zugeführt werden, die beim Brom EB = 193 kJ/mol beträgt. Das Licht muss daher eine geringere Wellenlänge als 619 nm haben. Diese Energie ist die Aktivierungsenergie dieser Kettenreaktion. (Tausch, 2000, S.223)
1. Propagationsschritt: Die so entstehenden Brom Radikale sind hoch reaktiv. Nähern sie sich einem Heptan-Molekül, entreißen sie ihm sehr schnell ein Wasserstoffatom und verbinden sich mit ihm zu HBr, welches als Gas entweicht. Es ist am wahrscheinlichsten, dass das Brom dem Heptan das Wasserstoff-Atom am 4. Kohlenstoff-Atom entreißt, da sich hier die von den äußeren, primären Kohlenstoff-Atomen wirkenden –I-Effekte treffen. (Tausch, 2000, S.223)
2. Propagationsschritt: In diesem Schritt trifft das Heptyl Radikal auf ein weiteres Brom-Molekül und entreißt ihm ein Brom-Atom. Dabei entsteht wegen des –I-Effektes (s.o.) oft ein 4-Bromheptan.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Versuch: Der Autor führt einen photochemischen Modellversuch zur Bromierung von Heptan durch, um grundlegende radikalische Substitutionsreaktionen zu veranschaulichen.
2. Herstellung von Dichlorethan: Dieses Kapitel erläutert die industriellen Verfahren der Direktchlorierung und Oxychlorierung von Ethen zu 1,2-Dichlorethan unter Verwendung von Katalysatoren.
3. Weiterverarbeitung des Dichlorethans zu Vinylchlorid: Hier wird die thermische Spaltung (Cracking) von 1,2-Dichlorethan beschrieben, um das Monomer Vinylchlorid für die PVC-Herstellung zu gewinnen.
4. Neue Methoden der Herstellung von Vinylchlorid: Das Kapitel befasst sich mit theoretischen Ansätzen zur direkten Synthetisierung aus Ethen oder Ethan, um Zwischenprodukte einzusparen.
5. Entsorgung und Wiederverwertung von PVC-Abfällen: Diese Sektion analysiert die Problematik von PVC-Abfällen, bewertet aktuelle Entsorgungswege wie Deponierung und Recycling und beleuchtet die freiwillige Selbstverpflichtung der Industrie.
Schlüsselwörter
Vinylchlorid, PVC, Dichlorethan, Ethen, Chlorierung, Oxychlorierung, Radikalkettenreaktion, Polymerisation, PVC-Recycling, Deponierung, Stabilisatoren, Umweltschutz, Vinyl 2010, Thermische Spaltung, Additive
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Facharbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt die chemische Produktion von Vinylchlorid als Monomer für PVC sowie die ökologischen Herausforderungen bei der Entsorgung und dem Recycling dieses Kunststoffs.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die Themenfelder umfassen die industrielle Chemie (Synthese von EDC und VCM), die Anwendung radikalischer Mechanismen und die abfallwirtschaftliche Betrachtung von PVC.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist es, die industrielle Herstellung von Vorprodukten für PVC zu verstehen und kritisch zu bewerten, wie die Industrie mit dem resultierenden Abfallproblem umgeht.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Der Autor stützt sich auf eine theoretische Analyse chemischer Reaktionsmechanismen, ergänzt durch Informationen aus industriellen Prozessdiagrammen und Praxisberichten.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die chemischen Herstellungsverfahren (Direktchlorierung, Oxychlorierung, Cracken) und eine detaillierte Analyse der PVC-Abfallentsorgung.
Welche Schlüsselbegriffe definieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie PVC-Produktion, Radikalkettenmechanismen, thermische Spaltung, nachhaltige Abfallwirtschaft und industrielle Prozessoptimierung charakterisieren.
Warum ist das "Vinyl 2010" Projekt für die Industrie relevant?
Es handelt sich um eine freiwillige Selbstverpflichtung der europäischen PVC-Industrie, um bis 2010 die Umweltbilanz zu verbessern, Stabilisatoren zu ersetzen und die Recyclingquoten zu erhöhen.
Welches Problem beschreibt der Autor beim PVC-Recycling?
Das Hauptproblem ist die mangelnde Sortenreinheit der Kunststoffabfälle sowie die hohen Kosten für Sammelsysteme, was häufig zu qualitativ minderwertigem "Downcycling" führt.
- Citation du texte
- Daniel Huber (Auteur), 2005, Herstellung von Vinylchlorid und Recycling VC-haltiger Stoffe, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/205502
