Polyvinylalkohol, auch bekannt als PVOH, PVA oder PVAL, ist ein synthetisches Polymer, das in Wasser löslich ist. Es wirkt filmbildend, emulgierend und hat eine klebende Eigenschaft. Es ist geruchsneutral, ungiftig und beständig gegen Fette, Öle und Lösungsmittel. Es ist dehnbar, aber stark, flexibel und funktioniert als hohe Sauerstoff- und Aromabarriere.
Struktur von Polyvinylalkohol | Quelle: Google Images
Während andere Vinylpolymere durch Polymerisation des entsprechenden Monomers hergestellt werden, wird PVA durch teilweise oder vollständige Hydrolyse von Polyvinylacetat hergestellt, um Acetatgruppen zu entfernen. Um die Gleitfähigkeit und die Bindungswirkung zu gewährleisten, um die Fasern zu schützen und die Handhabung zu erleichtern, ist die Schlichte ein Verarbeitungsmechanismus, der bei Rovings und Garnen angewendet wird.
Die organische Schlichte, die aus PVA und Additiven wie Weichmachern, Gleitmitteln usw. besteht, ist so konzipiert, dass sie sich durch Wärmereinigung leicht entfernen lässt. Der wichtigste Rohstoff zur Herstellung von PVA ist das Vinylacetat-Monomer. Das Monomer wird durch die Polymerisation von Vinylacetat hergestellt. Dann durchläuft es eine partielle Hydrolyse, die aus dem teilweisen Austausch der Estergruppe im Vinylacetat durch die Hydroxylgruppe besteht und in Gegenwart von wässrigem Natriumhydroxid abgeschlossen wird. Nach der schrittweisen Zugabe des wässrigen Verseifungsmittels wird das PVA ausgefällt, gewaschen und getrocknet.
Herstellung von Polyvinylalkohol
Es gibt zwei Möglichkeiten, wie die 4%ige wässrige Lösung von Polyvinylalkohol (PVA) hergestellt werden kann. Die erste verwendet eine konventionelle Erhitzungsmethode, die zweite verwendet die Mikrowellenerhitzungsmethode. Letztere ist einfacher durchzuführen und weniger zeitaufwendig. Sobald die 4%ige PVA-Lösung hergestellt ist, kann sie zwischen 6 und 8 Wochen haltbar sein. Generell ist es ratsam, diese Lösung zu kühlen, was das Wachstum von Bakterien fördert.
Bei der Herstellung der Polyvinylalkohollösung wird empfohlen, Leitungswasser zu verwenden, da Bakterien in PVA-haltigem destilliertem Wasser schneller wachsen.
Durch Tempern von amorphen PVA-Filmen oberhalb von 85°C, der Glasübergangstemperatur, wurden teilkristalline Filme aus PVA hergestellt. Dadurch konnten Makromoleküle Kristallite bilden, die die Filme stabilisieren und ein chemisch vernetztes Verhalten induzieren.
Eine Form von PVA | Bildquelle: India Mart
Verwendungen von Polyvinylalkohol
Polyvinylalkohol wird häufig zur Verstärkung von Textilgarnen und Papieren verwendet, insbesondere um letztere widerstandsfähiger gegen Öle und Fette zu machen. Er wird auch in der Süßwasser-Sportfischerei eingesetzt. PVA wird in Beutel gegeben, die mit ölhaltigen oder trockenen Angelködern gefüllt und am Haken befestigt werden. Da PVA wasserlöslich ist, zerfällt der Beutel, wenn er auf dem Grund des Gewässers landet, und der Hakenköder wird von Pellets und Grundködern umgeben. Dies lockt die Fische zum Hakenköder, obwohl sich der Kunststoff durch das PVA im Wasser auflöst.
PVA kann auch als Beschichtungsmittel für Nahrungsergänzungsmittel verwendet werden und stellt kein Gesundheitsrisiko dar, da es nicht giftig ist. Eine der führenden industriellen Anwendungen für PVA ist die Verpackung von Lebensmitteln, die 2016 einen Anteil von 31,4 Prozent am weltweiten Markt ausmachte. Um die Feuchtigkeitsbildung von Lebensmitteln zu bekämpfen, wird PVA-Folie so hergestellt, dass sie dünn und wasserfest ist. Seine Vernetzungsdichte und seine Beständigkeit gegen Feuchtigkeit sind zusätzliche Vorteile für seine Verwendbarkeit in diesem Bereich.
Polyvinylalkohol ist ein Harz, eine natürliche oder synthetische organische Verbindung, die aus einer nicht kristallinen oder zähflüssigen Substanz besteht. Daher wird es oft als Ausgangspunkt für die Herstellung anderer Harze wie Polyvinylbutyral (PVB) oder Polyvinylformal (PVF) verwendet. PVB hat eine klebende Eigenschaft und ist eine wasserbeständige Kunststofffolie, die oft zum Laminieren von Sicherheitsglas für Fahrzeuge verwendet wird. PVF wird häufig zur Isolierung von Drähten verwendet.
In einem anderen wachsenden Markt, dem pharmazeutischen Markt, ist die Verwendung von Polyvinylalkohol für die Beschichtung von medizinischen Tabletten ebenfalls sehr interessant. Seine verschiedenen chemischen Eigenschaften haben den Nutzen seiner Verwendung in Gesundheitsanwendungen und insbesondere in der Pharmazie gezeigt. Allerdings ist die umfangreiche Erprobung und pharmazeutische Verwendung von PVA/PVOH aufgrund von Lebensmittel- und Arzneimittelvorschriften begrenzt.
Globaler Markt für Polyvinylalkohol
Im Laufe der letzten Jahre hat der Markt für biologisch abbaubare Polymere in den Vereinigten Staaten eine Reihe von Zusammenstellungen und Transformationen durchlaufen. Im Jahr 2016 lag der Markt für Polyvinylalkohol bei geschätzten 172,8 Kilotonnen Material. Aufgrund der strengeren Vorschriften in Bezug auf die Entsorgung und die abnehmende Verfügbarkeit von Mülldeponien, gibt es eine größere Nachfrage nach nachhaltig verpackten Versionen des Produkts. Mit dem Aufkommen neuer Technologien rund um erneuerbare natürliche Polymere ist Polyvinylalkohol aufgrund seiner biologisch abbaubaren Eigenschaft unter bestimmten mikrobiellen Bedingungen zu einem höchst lukrativen Produkt geworden.
Weltweites Polyvinylalkohol-Marktvolumen nach Regionen im Jahr 2016 (in Prozent)
Bildquelle: Grand View Research
Aufgrund seiner vielseitigen Anwendbarkeit und Verwendbarkeit ist PVA zudem in verschiedenen industriellen Märkten wie Textil, Beschichtungen, Papier, Keramik und Holz gefragt. Da Polyvinylalkohol aus Ethanol besteht, wasserlöslich ist und gleichzeitig resistent gegen Fette und Öle ist, ist es ein einzigartiges Polymer, für das es nur wenige fähige Substitute gibt.
Zurzeit sind der asiatisch-pazifische Raum, Nordamerika und Europa die größten Akteure auf dem Polyvinylalkohol-Markt. In der Region Asien-Pazifik wurden im Jahr 2016 schätzungsweise 580,3 Kilotonnen PVA hergestellt, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 5,5 Prozent von 2017 bis 2025.
Einige bemerkenswerte Unternehmen und Hauptakteure auf dem Markt sind Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Eastman Chemical Company, E.I du Pont de Nemours and Company, Sekisui Chemical Co. Ltd, Kuraray Co. Ltd, Anhui Wanwei Group Co., Ltd, und Sinopec Sichuan Vinylon. Diese Unternehmen waren erfolgreich, indem sie sich auf innovative Produktentwicklung, Partnerschaften und Akquisitionen mit wichtigen Akteuren konzentrierten, um ihren Wettbewerbsvorteil zu stärken.
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