El Policloruro de Vinilo (PVC) es un moderno, importante y conocido miembro de la familia de los termoplásticos. Es un polímero obtenido de dos materias primas naturales cloruro de sodio o sal común (ClNa) (57%) y petróleo o gas natural (43%), siendo por lo tanto menos dependiente de recursos no renovables que otros plásticos.
Es uno de los polímeros más estudiados y utilizados por el hombre para su desarrollo y confort, dado que por su amplia versatilidad es utilizado en áreas tan diversas como la construcción, energía, salud, preservación de alimentos y artículos de uso diario, entre otros.
El desarrollo en tecnología y aplicaciones no ha tenido pausa llegándose en nuestros días a una producción de 25 millones de ton.
Estudios realizados por el Centro de Ecología y Toxicología de la Industria Química Europea (ECETOC), señalan que la producción de PVC se realiza sin riesgos para el medio ambiente.
El PVC se presenta en su forma original como un polvo blanco, amorfo y opaco.
· Es inodoro, insípido e inocuo, además de ser resistente a la mayoría de los agentes químicos.
· Es ligero y no inflamable por lo que es clasificado como material no propagador de la llama.
· No se degrada, ni se disuelve en agua y además es totalmente reciclable.
Es uno de los polímeros más estudiados y utilizados por el hombre para su desarrollo y confort, dado que por su amplia versatilidad es utilizado en áreas tan diversas como la construcción, energía, salud, preservación de alimentos y artículos de uso diario, entre otros.[1]
Caracteristicas generales
Forma y Tamaño de la Partícula
Su forma es esférica y en algunos casos es similar a una bola de algodón. El tamaño varía según se trate de resina en suspensión o en masa. En el caso de la resina en suspensión, el diámetro de la partícula va de 40 micrones (resina de mezcla) a 80-120 micrones (resina de uso general). En el caso de resina en masa, el diámetro de la partícula es de 0.8 a 10 micrones.
Porosidad de la Partícula
Es característica de cada tipo de resina. A mayor porosidad, mayor facilidad para la absorción del plastificante, acortándose los ciclos de mezclado y eliminando la posibilidad de que aparezcan “ojos de pescado” (fish eyes) en el producto terminado.
Peso Molecular
Su promedio se mide indirectamente evaluando la viscosidad específica en disoluciones al 0.4% de nitrobenceno o la viscosidad inherente en disoluciones al 0.5% de ciclo-hexanona. En el primer caso, nos da valores de 0.30 a 0.71 g/mol y en el segundo de 0.650 a 1.348 g/mol.
Conforme disminuye el peso molecular, las temperaturas de procesamiento de las resinas serán más bajas, serán más fácilmente procesables, las propiedades físicas en el producto terminado tales como la tensión y la resistencia al rasgado serán más pobres; el brillo y la capacidad para aceptar más carga será mejor y la fragilidad a baja temperatura será menor.
Gravedad Específica
Los valores típicos para la resina en suspensión tipo homopolímero son de 1.40 g/cm3 y para copolímeros cloruro-acetato de vinilo son de 1.36 a 1.40 g/cm3. Los compuestos modifican su gravedad específica al adicionar cargas o plastificantes. El plastificante reduce el peso específico; por cada 10 partes de DOP se reduce en aproximadamente 0.02 gramos, mientras que la carga lo aumenta en función del tipo de carga de que se trate.
Estabilidad Térmica
A mayor peso molecular, se tiene mayor estabilidad térmica. Durante su procesamiento, la resina se degrada al recibir calor y trabajo. La degradación se presenta en forma de amarillamiento y empobrecimiento de las propiedades mecánicas del producto. Para evitar esto se adicionan los estabilizadores.
Características de Procesabilidad
La temperatura de fusión (temperatura de transición vítrea) de la resina en suspensión homopolímero es de 140°C la de copolímero de 130°C. Al ser formuladas, las temperaturas de fusión de las resinas aumentan hasta 160°C y 180°C. Las cargas y los plastificantes también sirven para aumentar dicha temperatura, aunque unos lo hacen con mayor efectividad que otros.
Propiedades Mecánicas
Resina en masa
Como resultado de la formulación de resina en masa se obtiene el plastisol. Las principales propiedades del plastisol son la viscosidad, la dilatancia y el esfuerzo mínimo de deformación. La viscosidad, en las resinas en masa es una característica básica, pues mediante la apropiada viscosidad se controlan los espesores y velocidades de aplicación y las características del producto terminado. Las características de flujo observadas se consideran como no-newtonianos; es decir, que la relación entre el esfuerzo cortante contra la velocidad de corte no es igual para todas las velocidades. Así, tenemos que la velocidad del recubrimiento (cm/s) contra el espesor del recubrimiento (cm) nos da la relación de corte.
El esfuerzo mínimo de deformación (valor yield) es la fuerza inicial mínima para comenzar el movimiento de un plastisol debe controlarse para cada tipo de formulación, para que no gotee y no traspase la tela.
Dilatancia es una viscosidad aparente que aumenta al aumentar la fuerza cortante; a menor cantidad de plastificante, mayor dilatación. A altas velocidades de corte, se usa el reómetro Severs, que da valores en gramos de plastisol por cada 100 segundos.
También es importante considerar que al aplicar calor a una dispersión de PVC en plastificante (plastisol), la viscosidad se eleva gradualmente y el material se transforma en sólido. Existe una temperatura óptima de fusión (175°C) a la cual se logran las propiedades óptimas de elongación y tensión.
Resina en suspensión
Como resultados de la formulación de resinas en suspensión, se obtienen compuestos en forma de polvo seco, cuando se procesan gradualmente se transforman en un líquido viscoso de características no-newtonianas, aquí también existe una temperatura óptima de fusión a la cual el líquido obtiene sus propiedades de flujo más adecuadas para realizar la operación de transformación (160°C-180°C).
Propiedades Químicas
El PVC es soluble en ciclohexanona y tetrahidrofurano. Puede co-polimerizarse con acetato de vinilo y cloruro de vinilideno, reduciéndose la temperatura de fusión. Puede post-clorarse, elevando su temperatura de distorsión.
El PVC rígido, resiste a humos y líquidos corrosivos; soluciones básicas y ácidas; soluciones salinas y otros solventes y productos químicos. Tiene buena estabilidad dimensional. Es termoplástico y termosellable. Sólo arde en presencia de fuego; de otra forma, tiene buena resistencia a los efectos del medio ambiente, principalmente al ozono.
Propiedades Eléctricas
Tiene gran poder de aislamiento eléctrico. Para medirlo se usa el método de resistividad volumétrica, que también permite controlarla.
Resistente y liviano
Su fortaleza ante la abrasión, bajo peso (1,4 g/cm3), resistencia mecánica y al impacto, son las ventajas técnicas claves para su elección en la edificación y construcción.
Versatilidad
Gracias a la utilización de aditivos tales como estabilizantes, plastificantes y otros, el PVC puede transformarse en un material rígido o flexible, teniendo así gran variedad de aplicaciones.
Estabilidad
Es estable e inerte. Se emplea extensivamente donde la higiene es una prioridad. Los catéteres y las bolsas para sangre y hemoderivados están fabricadas con PVC.
Longevidad
Es un material excepcionalmente resistente. Los productos de PVC pueden durar hasta más de 60 años como se comprueba en aplicaciones tales como tuberías para conducción de agua potable y sanitaria. Una evolución similar ocurre con los marcos de puertas y ventanas en PVC.
Seguridad
Debido al cloro que forma parte del polímero PVC, no se quema con facilidad ni arde por si solo y deja de arder una vez que la fuente de calor se ha retirado. Se emplea eficazmente para aislar y proteger cables eléctricos en el hogar, oficinas y en las industrias. Los perfiles de PVC empleados en la construcción para recubrimientos, cielorrasos, puertas y ventanas, tienen también esta propiedad de ignífugos[2].
Además el PVC
Rango de temperatura de trabajo -15ºC +60ºC.
Resistencia, rigidez y dureza mecánicas elevadas
Buen aislante eléctrico
Elevada resistencia a sustancias químicas
Autoextingible
Impermeable a gases y líquidos
Mínima absorción de agua
Resistente a la acción de hongos, bacterias, insectos y roedores
Fácil de pegar y soldar Resistente a la intemperie (sol, lluvia, viento y aire marino).
Datos técnicos
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Materias primas del PVC
A continuación se expone una breve descripción de las materias primas que se emplean en la fabricación del policloruro de vinilo y los aditivos para su posterior procesamiento.
Cloruro de Sodio: (Sal común de mesa) Es un recurso prácticamente inagotable, del cual por un proceso electrolítico se obtiene cloro, soda cáustica e hidrógeno.
Petróleo y/o Gas natural: A partir de uno de ellos se obtiene el etileno.
Etileno y cloro: se combinan para producir etileno diclorado.
Etileno diclorado: se transforma en cloruro de vinilo (VCM) el cual, por un proceso de polimerización y secado produce un polvo blanco inocuo, el policloruro de vinilo (PVC).
El polímero obtenido es irreversible en cualquier situación (por ej. altas temperaturas), por ello, el cloruro de vinilo que le dio origen no será regenerado.
En su composición, el PVC contiene un 57% de cloro, proveniente de la sal común y un 43% de hidrocarburos (gas y/o petróleo).
Considerando que el PVC toma entre el 0,3 y el 0,4% del total de petróleo producido en el mundo, se puede decir que en términos energéticos, tiene un buen nacimiento.
Aditivos para el PVC
El policloruro de vinilo (PVC) es un recurso eficiente y versátil con un amplio rango de aplicaciones en todas las áreas de la actividad humana.
Todos los polímeros tienen algún tipo de aditivación para facilitar el procesamiento que los llevará al uso o producto final.
El PVC no está exento de esta generalización y su versatilidad promueve una utilización más amplia de aditivos.
Esto permite lograr desde artículos rígidos (caños, perfiles de ventanas) hasta muy flexibles (contenedores para sueros y sangre); opacos, traslúcidos o cristales; pigmentados en la gama de colores que se desee, etc.
Aditivos utilizados en la fabricación de PVC
Plastificantes
Las variaciones en las cantidades agregadas de estos auxiliares son las que permiten obtener artículos con la flexibilidad o blandura deseada. Los más empleados son los ftalatos y entre ellos el más común es el DEHP o DOP; se trata de líquidos orgánicos incoloros, biodegradables, de muy baja solubilidad en agua y que una vez incorporados al compuesto de PVC quedan íntimamente ligados a la masa total.
La Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC), integrante de la Organización Mundial de la Salud (WHO), reclasificó al DEHP como agente del Grupo 3, es decir que no puede ser clasificada como causante de cáncer en seres humanos (22 de febrero de 2000).
Estabilizantes
Son necesarios en todas las formulaciones de PVC para prevenir su descomposición por el calor durante el procesamiento. Le otorgan mejor resistencia a la luz, a la intemperie y al calor, y ejercen una importante influencia en las propiedades físicas y en el costo de la formulación.
La elección de un estabilizante depende de un número de factores incluidos en los requerimientos que el usuario solicita al producto final como por ejemplo, cristalinidad u opacidad, especificaciones técnicas y de salubridad.
Lubricantes
Se emplean principalmente en materiales rígidos, facilitando el proceso en la obtención de caños, botellas, film, láminas, etc.
Mejoradores
Pueden ser de impacto o de proceso. Los primeros mejoran la resistencia al impacto de perfiles para ventanas, envases, etc. y los de proceso contribuyen a facilitar el control de espesores y peso en artículos de baja plastificación o rígidos.
Otros aditivos
Cargas para abaratar costos, aditivos para mejorar la propiedad inherente del PVC, como es su característica ignífuga[3].
Producción del PVC
Las resinas de PVC se pueden producir mediante cuatro procesos diferentes: Suspensión, emulsión, masa y solución. Con el proceso de suspensión se obtienen homopolímeros y copolímeros y es el más empleado, correspondiéndole cinco octavas partes del mercado total. El proceso se lleva a cabo en reactores de acero inoxidable por el método de cargas la tendencia es hacia reactores de 15,000 Kilogramos.
En la producción de resinas de este tipo se emplean como agentes de suspensión la gelatina, los derivados celulósicos y el alcohol polivinílico, en un medio acuoso de agua purificada o de aereada. Algunas veces se hace necesaria el agua desmineralizada. Los catalizadores clásicos son los peróxidos orgánicos. Este tipo de resinas tiene buenas propiedades eléctricas.
Con el proceso de emulsión se obtienen las resinas de pasta o dispersión, las que se utilizan para la formulación de plastisoles. Las resinas de pasta pueden ser homopolímeros o copolímeros; también se producen látices. En este proceso se emplean verdaderos agentes surfactantes derivados de alcoholes grasos, con objeto de lograr una mejor dispersión y como resultado un tamaño de partícula menor.
Dichos surfactantes tienen influencia determinante en las propiedades de absorción del plastisol. La resina resultante no es tan clara ni tiene tan buena estabilidad como la de suspensión, pero tampoco sus aplicaciones requieren estas características. El mercado de esta resina es de dos octavos del total de la producción mundial.
La producción de resina de masa se caracteriza por ser de “proceso continuo”, donde sólo se emplean catalizador y agua, en ausencia de agentes de suspensión y emulsificantes, lo que da por resultado una resina con buena estabilidad. El control del proceso es muy crítico y por consiguiente la calidad variable. Su mercado va en incremento, contando en la actualidad con un octavo del mercado mundial total.
La polimerización de las resinas tipo solución se lleva a cabo precisamente en solución, y a partir de este método se producen resinas de muy alta calidad para ciertas especialidades. Por lo mismo, su volumen de mercado es bajo.
Dentro de la producción de resinas, tenemos varios procesos para modificar las propiedades de las mismas. La copolimerización es uno de ellos, y tiene por objeto obtener temperaturas de fusión menores, lo que es especialmente benéfico para procesos de inyección, soplado y compresión. Los terpolímeros de vinilo-acetato son especialmente adecuados sobre todo si se necesita resistencia al impacto.
Otro proceso de modificación de las propiedades de las resinas es el de post-cloración. Este consiste en la adición de cloro a la molécula de PVC, hasta un 66-68% de cloro. Este nivel de cloro adicional permite que se eleve la temperatura de distorsión de la resina, lo cual hace posible nuevas aplicaciones, principalmente conducir líquidos con temperaturas hasta de 80°C.
También existen los “composites” que son ligas que se hacen con objeto de mejorar las propiedades físicas del PVC, mezclándolo con fibra de vidrio o con fibras naturales como la seda, la lana o el algodón[4].
Uso y aplicaciones del PVC
Los principales rubros donde se emplea el PVC se distribuyen en bienes de consumo, construcción, packaging, industria eléctrica, agricultura y otros.
Cabe destacar que debido a las propiedades antes mencionadas que tiene el PVC, es muy importante para el sector de la construcción.
Construcción
Tubos de agua potable y evacuación, ventanas, puertas, persianas, zócalos, pisos, paredes, láminas para impermeabilización (techos, suelos), canalización eléctrica y para telecomunicaciones, papeles para paredes, etc.
Packaging
Botellas para agua y jugos, frascos y potes (alimentos, fármacos, cosmética, limpieza, etc.). Láminas o films (golosinas, alimentos). Blisters (fármacos, artículos varios).
Mobiliario
Muebles de jardín (reposeras, mesas, etc.); piezas para muebles (manijas, rieles, burletes, etc.); placas divisorias.
Electricidad y Electrónica
El PVC ha sido utilizado durante más de medio siglo, tanto en el aislamiento como en el recubrimiento de cables de diferentes tipos, y actualmente representa un tercio de los materiales usados en esta actividad. Los beneficios del uso del PVC en la aislamiento son,
Buenas propiedades eléctricas en un amplio rango de temperaturas.
Excelente durabilidad y larga expectativa de vida (40 años o más).
Características de fácil procesado para alcanzar las especificaciones deseadas en el producto final, ya sean físicas, mecánicas o eléctricas.
Resistente a ambientes agresivos.
Cumple con severos requerimientos de seguridad.
Tiene un buen precio competitivo comparado con otros materiales.
De fácil instalación, lo que permite lograr sustanciales ahorros.
Algunos ejemplos de su utilización en electricidad y electrónica son:
Partes de artefactos eléctricos.
Aislamiento de cables.
Cajas de distribución.
Enchufes.
Carcazas y partes de computadoras.
Aplicaciones médicas
Tubos y bolsas para sangre y diálisis, catéteres, válvulas, delantales, botas, etc.
Vestimenta y anexos
Calzado (botas, zapatillas), ropa de seguridad, ropa impermeable, guantes, marroquinería (bolsos, valijas, carteras, tapicería).
Automotriz
Tapicería, paneles para tablero, apoyabrazos, protección anticorrosiva y antivibratoria, etc.
Varios
Tarjetas de crédito, artículos de librería, juguetes, mangueras, art. de riego, etc
Desventajas del uso de PVC
Una de las materias primas para la fabricación del PVC es el dicloro etano, DCE, el cual, es sumamente peligroso:
· Cancerígeno, induce defectos de nacimiento, daños en los riñones y otros órganos, hemorragias internas y trombos.
· Altamente inflamable, puede explotar produciendo cloruro de hidrógeno y fosgeno (dos de los gases que pueden causar accidentes como el de Bhopal).
· Luego, a partir del DCE se genera el gas extremadamente tóxico cloruro de vinilo (VCM):
· Carcinógeno humano probado (International Agency Research of Cancer de Lyon; Centro de Análisis y Programas Sanitarios de Barcelona). Causa angiosarcoma hepático.
· Explosivo[5]
¿El PVC un veneno ambiental?
El PVC es un veneno medioambiental. Al llevar cloro en su composición, cuando se quema o se vierte como residuo es muy tóxico para el medio ambiente.
El policloruro de vinilo (PVC) al llevar cloro en su composición, al igual que el DDT o los CFCs, durante su producción, su uso y cuando se quema forma sustancias organocloradas, extremadamente tóxicas para el medio ambiente y para la salud de las personas por lo tanto es un veneno medioambiental.
Así la vida del PVC está ligada a la formación y emisión de grandes cantidades de dioxinas, las sustancias sintéticas más tóxicas que se conocen. Las dioxinas son sustancias cancerígenas, disminuyen las defensas del organismo al dañar el sistema inmunológico y alteran el sistema hormonal, que es un sistema complejo de mensajeros químicos que tiene nuestro organismo para regular funciones vitales como la reproducción, el desarrollo y el crecimiento. Las dioxinas afectan especialmente a los fetos y a los bebés lactantes, que las ingieren a través de la leche materna.
Los objetos de PVC contienen además muchos aditivos tóxicos y metales.
Los aditivos escapan del material plástico y contaminan el entorno o los alimentos que contienen, en el caso de envases de alimentos.
Cuando los productos de PVC son residuos, si acaban en un vertedero, los aditivos que contienen contaminan el suelo y las aguas subterráneas, si se queman en una incineradora o en un vertedero, forman sustancias organocloradas, incluyendo dioxinas, que se emiten al medio ambiente[6].
Pero, ¿cuál es la Contribución del PVC al Desarrollo Sostenible?
El concepto de Desarrollo Sostenible y sus pilares de actuación despiertan la aceptación inmediata por parte de todos, pues están revestidos de un acentuado sentido común. Sin embargo, la práctica de dichos principios representa un reto que exige profundos cambios en nuestra forma de pensar y actuar. Trasladarse de la visión de corto plazo a la cultura de la sostenibilidad es una tarea ardua, sin embargo, los resultados son infinitamente más gratificantes que la obtención de ganancias efímeras que no redundarán en beneficios para las generaciones futuras.
La cadena productiva del PVC ha dado un importante aporte en aras del Desarrollo Sostenible. El producto está completamente inserto en los pilares de la sostenibilidad pues ayuda en la conservación de los recursos naturales, mejora la calidad de vida de las personas y contribuye al crecimiento económico. Los principales puntos a remarcar son:
La principal materia prima del PVC es la sal del mar, recurso natural renovable;
El PVC puede reciclarse varias veces sin perder sus propiedades originales;
El PVC es la resina de mayor aplicación en la rama médica;
Los embalajes de PVC evitan la contaminación de alimentos y medicamentos;
Los productos de PVC ayudan a proteger al medio ambiente. Por ejemplo, las tuberías de PVC se emplean en gran escala en proyectos de saneamiento básico; las ventanas de PVC proporcionan un excelente aislamiento térmico con sustancial economía de energía;
Costos competitivos, facilidad de instalación y bajo mantenimiento, hacen que los productos de PVC estén perfectamente adecuados como para satisfacer las necesidades básicas: vivienda, saneamiento, suministro de agua y ramo médico.
Al haberse introducido en el camino del Desarrollo Sostenible, la cadena productiva del PVC no solo cuenta con la confianza del mercado, sino que está conduciéndose como una aliada de la sociedad en búsqueda de un futuro mejor[7].
