Geschichte der chlorierten Polymere: Der Aufstieg von PVC, Neopren und PVDC

In den 1920ern und frühen 1930ern läutete die rasche Evolution synthetischer Polymere eine neue Materialklasse ein, die auf Chlorchemie basierte. Die frühesten Belege für PVC-"Synthese" reichen bis in die Mitte der 1830er zurück, als Justus von Liebig und sein Student Henri Victor Regnault erstmals Vinylchlorid – das Monomer, das später das Rückgrat von PVC bilden sollte – herstellten. Obwohl keiner der Chemiker Polymere beabsichtigte, markierte Regnaults Beobachtung 1838 eines weißen Pulvers, das sich in einem Gefäß mit Vinylchlorid gebildet hatte, die zufällige Geburt von PVC. Das Material wurde 1872 erneut "entdeckt", was seine schwer fassbare Natur unterstreicht.

Kommerzielle Versuche, PVC Anfang des 20. Jahrhunderts zu nutzen, scheiterten an seiner schlechten thermischen Stabilität. Waldo Semon von B.F. Goodrich löste dieses Problem durch die Erfindung von Weichmachern, die PVCs Erweichungstemperatur senkten und ein schmales, aber nutzbares Fenster für Schmelzverarbeitung öffneten. Durch Variation von Art und Menge des Weichmachers konnten Hersteller PVC von hart bis flexibel abstimmen, was dem Polymer bemerkenswerte Vielseitigkeit verlieh.

1930 lenkte DuPonts Forschungsdirektor Elmer Bolton den Fokus auf Acetylenchemie, wandelte Vinylacetylen durch Reaktion mit Chlorwasserstoff in Chloropren – Neoprens Monomer – um. 1931 hatte DuPont die Patente von Dr. Julius Nieuwland von Notre Dame erworben und Chloropren polymerisiert, was den ersten wirklich synthetischen Kautschuk produzierte. Neoprens Eigenschaften ließen sich ebenfalls mit Weichmachern feinjustieren, wobei dieselbe Chemie genutzt wurde, die PVC revolutioniert hatte.

Zwei Jahre später entdeckte ein Laborarbeiter bei Dow Chemical zufällig Polyvinylidenchlorid (PVDC). Chemisch ähnlich zu PVC, aber mit höherem Chlorgehalt, bot PVDC überlegene Barriere-, Chemikalien- und Flammenschutz-Eigenschaften. Ralph Wiley bemerkte zuerst PVDCs Beständigkeit gegen Reinigungsmittel bei der Arbeit an Perchlorethylen. Erkennend sein Potenzial als Feuchtigkeitsbarriere-Beschichtung, lenkte Wiley das Unternehmen Richtung Folienanwendungen. Nach sechs Jahren Verfeinerung – einschließlich Entfernung eines Grünstichs und unangenehmen Geruchs – wurde PVDC 1942 als Schutzfilm für Militärausrüstung eingeführt. Obwohl Dow-Präsident Willard Dow 1943 erwog, PVDC aufzugeben, überzeugten Wileys Patente das Unternehmen zur Fortsetzung, was zur Kreation der ikonischen Saran-Blasenfolie führte. Saran wurde zum Standard-Wrap für Militärausrüstung, und nach dem Krieg brachte ein kleines Unternehmensprodukt für Lebensmittelverpackung die Marke 1948 schließlich wieder unter Dow's Dach.

Nach PVC, Neopren und PVDC trat chloriertes Polyethylen (CPE) auf. Anders als die anderen wird CPE durch Chlorieren von vorpolymerisiertem Polyethylen hergestellt, wobei Wasserstoffatome entlang des Rückgrats durch Chlor ersetzt werden. Abhängig vom Basispolyethylen (LDPE vs. HDPE) und Chlorgehalt kann CPE als Thermoplast, thermoplastischer Elastomer oder rigides Polymer verhalten. Das 1939 Patent von Eric Fawcett – der auch zur Erfindung von Polyethylen beitrug – legte den Grundstein für chlorierte Polyolefine, einschließlich chloriertem Polypropylen. Wenn PVC post-polymerisation chloriert wird, wird es zu chloriertem PVC (CPVC), was seine Glasübergangstemperatur von ~80 °C auf 110 °C anhebt und die Hitzebeständigkeit verbessert.

Chlor verleiht diesen Materialien mehrere wünschenswerte Attribute: außergewöhnliche Barriereeigenschaften (z. B. Sarans Sauerstoffbarriere übertrifft LDPE um über 3.000-fach), hohe Chemikalienbeständigkeit und inhärente Flammwidrigkeit. Zum Beispiel kann Neopren 99,9 % der Partikel größer als 0,1 µm filtern – übertrifft die Größe eines durchschnittlichen Coronavirus (≈0,125 µm). Doch Chlor bringt auch Herausforderungen: enge Verarbeitungsfenster, korrosive Nebenprodukte, die schützendes Werkzeug erfordern, und Umweltbedenken wie Dioxinbildung bei PVC-Verbrennung.

2004 wechselte S.C. Johnson Saran Wraps Zusammensetzung von PVDC zu Polyethylen, um Umweltauswirkungen zu mindern. Das neue Material ist leichter, günstiger und einfacher herzustellen, fehlt aber der Selbsthaftung und überlegenen Barriereleistung des ursprünglichen PVDC. Regulatorische Prüfung erstreckt sich nun auf halogenierte Flammschutzmittel, doch Neopren bleibt in breiter Nutzung – von Laptop-Hüllen bis High-Fashion-Bekleidung – was die komplexe öffentliche Wahrnehmung von Kunststoffen illustriert.

Trotz Kontroversen haben chlorhaltige Polymere fast ein Jahrhundert überdauert. PVC bleibt der weltweit drittmeistverbrauchte Polymer, dank der Eigenschaften, die Chlor verleiht. Während die Industrie Alternativen erforscht, werden fluorierte Polymere der nächste Fokus sein.

ÜBER DEN AUTOR: Michael Sepe ist unabhängiger Material- und Verarbeitungsberater mit Sitz in Sedona, Arizona, mit Kunden in Nordamerika, Europa und Asien. Mit über 45 Jahren Erfahrung in der Kunststoffindustrie berät er zu Materialauswahl, Fertigbarkeit, Prozessoptimierung, Fehlersuche und Schadensanalyse. Kontakt: (928) 203-0408 • mike@thematerialanalyst.com