EL POLICLORURO DE VINILO O PVC El policloruro de vinilo o PVC PVC es un polímero termoplástico, el cual cabe destacar que es un polímero, el cual se representa con la siguiente fórmula: Se presenta como un material blanco que comienza a reblandecer alrededor de los 80 °C y se descompone sobre 140 °C. Cabe mencionar que es un polímero por adición y además una resina que resulta de la polimerización del cloruro de vinilo o cloroeteno. Tiene una muy buena resistencia eléctrica y a la llama. El átomo de cloro enlazado a cada átomo de carbono le confiere características amorfas principalmente e impiden su re-cristalización, la alta cohesión entre moléculas y cadenas poliméricas del PVC se deben principalmente a los momentos dipolares fuertes originados por los átomos de cloro, los cuales a su vez dan cierto impedimento estérico es decir que repelen moléculas con igual carga, creando repulsiones electrostáticas que reducen la flexibilidad de las cadenas poliméricas, esta dificultad en la conformación estructural hace necesario la incorporación de aditivos para ser obtenido un producto final deseado.
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. mat erial no • Es ligero y no inflamable por lo que es clasificado como material propagador de la llama. ade más es totalmente reciclable. • No se degrada, ni se disuelve en agua y además
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 toneladas. 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
2. LA OBTENCIÓN DE CLORURO DE VINILO La obtención y fabricación de cloruro de vinilo monómero por vía petroquímica se realiza por cracking térmico del dicloroetano. Las materias primas utilizadas en su fabricación son:
el cloro, suministrado por tubería, desde la unidad electrolítica del Complejo. el etileno, suministrado por una refinería en , a través de una tubería enterrada a un metro de profundidad, de 90 km de longitud el oxígeno, suministrado por tubería desde la vecina planta de licuación de aire de la sociedad Air Liquide, ubicada a 2 km de la instalación.
El proceso.- La fabricación de cloruro de vinilo monómero (VC) consta de tres unidades fundamentales:
la Unidad de Cloración del etileno, donde se mezcla el cloro y el
etileno, produciéndose una reacción espontánea y exotérmica, y obteniéndose el 1,2 - dicloroetano la Unidad de Pirólisis del dicloroetano, en la que se produce el craking de la molécula, formándose una molécula de cloruro de vinilo y otra de cloruro de hidrógeno. la Unidad de Oxicloración, en la que el cloruro de hidrógeno formado en la pirólisis, se hace reaccionar con etileno y oxígeno, obteniéndose de nuevo 1,2 - dicloroetano para el proceso.
MATERIAS PRIMAS La materia prima más importante para la fabricación de plásticos es el petróleo, ya que de él se derivan los productos que originan diferentes tipos de plásticos. Es importante mencionar que también otras materias primas para la fabricación de plásticos son algunas sustancias naturales como la madera y el algodón de donde se obtiene la celulosa, así como otros plásticos se obtienen del carbón y el gas natural. Todas las materias primas mencionadas tienen en común el hecho de contener Carbono (C) e Hidrógeno (H). También pueden estar presentes el Oxígeno (O), Nitrógeno (N), Azufre (S) o el Cloro (Cl). En general, se considera al etileno, propileno y butadieno como materias primas básicas para la fabricación de una extensa variedad de monómeros, que son la base de todos los plásticos. En la siguiente sección se presentan los diferentes mecanismos químicos utilizados para la unión de las materias primas mencionadas, que es el punto de partida para la síntesis de resinas plásticas.
OBTENCIÓN DE ETILENO A PARTIR DEL ETANOL DE LA CAÑA DE AZUCAR PARA LA OBTENCIÓN DEL POLICLORURO DE VINILO PVC
El PVC Verde Una multinacional instalada en Brasil, anunció la firma de un contrato con la “Cooperativa de Productores de Cana-de-Açúcar e Álcool do Estado de São Paulo” para el abastecimiento de etanol. La mencionada cooperativa es una de las mayores productoras de azúcar y de alcohol del mundo. Con una línea de productos diversificada, modernas instalaciones y una terminal portuaria propia. La Cooperativa contribuyó a que Brasil se convirtiese en el productor más importante y en el mayor exportador mundial de azúcar.
Para la utilización del etanol proveniente de la caña de azúcar, se construirá una planta de etileno vía etanol, de 60.000 toneladas/año que permitirá producir el primer PVC “Verde” de la región, en base a recursos naturales renovables. Esta tecnología innovadora reducirá considerablemente las posibles emisiones con efecto invernadero en la atmósfera. La línea de bio-etileno integra la segunda parte de su programa de expansión, que prevé la ampliación de las capacidades de producción de las plantas de PVC, VCM y Cloro-Sosa con una inversión global de más de 300 MUSD. Al finalizar el proyecto, previsto para el último trimestre de 2010, el complejo brasileño tendrá una capacidad instalada de 360.000 toneladas/año de PVC, 360.000 toneladas/año de VCM, 235.000 toneladas/año de Sosa Cáustica y 60.000 toneladas/año de bio-etileno. Los aportes tienen el propósito de aumentar las capacidades productivas, integrar las materias primas principales y transformarlas en unidades de última generación, incorporando tecnologías punta, como así también seguir la evolución prevista para el mercado sudamericano y, en especial, el del MERCOSUR. Hay que reconocer que el consumo de PVC está muy ligado al desarrollo mundial.
Extracción de sacarosa de la caña de azúcar: El proceso se inicia en el campo con las siguientes etapas:
Cosecha: cortado y recolección de la caña de azúcar. Una vez cortada, se transporta rápidamente a la fábrica en tractores procurando el menor tiempo de permanencia. Almacenaje en patios: La caña que llega del campo se muestrea para determinar las características de calidad y el contenido de sacarosa, fibra y nivel de impurezas. Luego se pesa en básculas y se conduce a los patios donde se almacena temporalmente o se dispone directamente en las mesas de lavado de caña para dirigirla a una banda conductora que alimenta las picadoras. Trituración: La caña es picada en máquinas especialmente diseñadas para obtener pequeños trozos. Las picadoras son unos ejes colocados sobre los conductores accionados por turbinas, provistos de cuchillas giradoras que cortan los tallos y los convierten en astillas, dándoles un tamaño más uniforme para facilitar así la extracción del jugo en los molinos. Molienda: La caña preparada por las picadoras llega a un tándem de molinos, constituido cada uno de ellos por tres o cuatro mazas metálicas y mediante presión extrae el jugo de la caña. Cada molino está equipado con una turbina de alta presión. En el recorrido de la caña por el molino se agrega agua, generalmente caliente, para extraer al máximo la cantidad de sacarosa que contiene el material fibroso. Éste proceso de de extracción es llamado maceración.
Obtención del etanol a partir del jugo: Para obtener etanol a partir del jugo, se aplican dos pasos de gran importancia:
Hidrólisis de la sacarosa y fermentación: en esta etapa, el jugo es
arrojado en cubas de fermentación, donde inicialmente se hace la hidrólisis de la sacarosa con ácidos diluidos (HCl) para formar azúcares reductores (más reactivos): C 12 H 2O 11 + H 20 → C 6 H 1O6 + C 6 H 12O6 Sacarosa Glucosa Fructosa
En las cubas de fermentación, se agrega también una sustancia denominada levadura, que actúa como catalizador para acelerar el proceso de fermentación. La aceleración de la reacción de fermentación hace que se libere una gran cantidad de dióxido de carbono: C 6 H 12O6 + C 6 H 12O6 → 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 ↑ Glucosa Fructosa Etanol
Destilación: este es el último paso para purificar el etanol. Se utilizan
torres de destilación aprovechando que el etanol tiene punto de ebullición menor al agua (78 º C contra 100 º C). La destilación hace que la pureza del producto crezca de un 60 % a un 95 %.
Deshidratación de etanol para formar etileno: Un proceso de lecho fluidizado a 300 º C se utiliza para esta parte del proceso. Se obtienen numerosos subproductos como ser éteres, aldehídos, acetonas e hidrocarburos superiores (polimerizados del etileno). El dietil éter ingresa nuevamente al reactor para formar etanol. La reacción es endotérmica y absorbe el calor del aire y del catalizador, el cual es necesario regenerar periódicamente para remover restos de carbono y otros compuestos. El catalizador por excelencia para este proceso es la alúmina, pero existen otros como zeolitas, zeolitas modificadas con metales y agentes superácidos que se utilizan en diferentes condiciones de reacción.
La reacción química que ocurre en el Reactor II es la de formación de una molécula de agua y de etileno a partir del etanol: C 2 H 5 OH → H 2O + 2 C 2 H 4 Etanol Etileno
Vemos también que la reacción catalítica formará etileno en un gran porcentaje, debido a existir regeneración.
REACCIONES DE SÍNTESIS Como se ha mencionado, los polímeros son el resultado de la modificación de productos naturales o bien de reacciones de síntesis partiendo de las materias primas más elementales. Son reacciones químicas llevadas a cabo con un catalizador, calor o luz, cu las cuales dos o más moléculas relativamente sencillas (monómeros) se combinan para producir moléculas muy grandes. A esta reacción se le llama Polimerización.
OBTENCIÓN DE POLICLORURO DE VINILO PVC
Para que la mezcla sea coherente y más o menos homogénea se agregan compatibilizadores. Puede suceder que las mezclas de polímeros tengan propiedades especiales que ninguno de sus componentes posea y generalmente se buscan resultados de sinergia. Otros procesos de modificación física consisten en aumentar él ordenamiento de las moléculas. Esto se puede lograr mediante un proceso de "Orientación" y el "Estirado". Algunos productos de plástico como láminas, película o cuerpos huecos como botellas sopladas, se someten a un estiramiento durante el proceso de la fabricación, aplicándoles fuerzas cuyo efecto consiste en el alineamiento de las macromoléculas en estado termoelástico, preferentemente en la misma dirección del estiraje, con esta operación se aumenta la resistencia mecánica, la transparencia y la barrera a los gases. MODIFICACIÓN CON ADITIVOS El hecho de incorporar aditivos antes de la transformación de los plásticos, es una práctica necesaria. En realidad un plástico es un polímero en conjunto con pequeñas cantidades de otras sustancias como son catalizadores y emulsificantes. Posteriormente es necesario utilizar aditivos que tienen el objetivo de mejorar sus propiedades y facilitar su transformación. Las funciones de los aditivos y la cantidad de éstos es muy grande, y en la actualidad juegan un papel muy importante para que los productos terminados de plástico cumplan con las especificaciones que el mercado demanda.
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 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.
ADITIVOS UTILIZADOS EN LA FABRICACIÓN DE PVC 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.
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.
PROPIEDADES DEL PVC |Punto de ebullición (°C)
- 13,9 +/- 0,1
|Punto de congelación (°C)
- 153,7
|Densidad a 28,11°C (gr/cm3)
|0,8955
|Calor de fusión (kcal/mol)
1,181
|Calor de vaporización
5.735
|Indice de refracción a 15°
1,38
|Viscosidad a - 10°C (mPoisses)
2,63
|Presión de vapor a 25°C (mm)
3,000
|Calor específico del líquido (cal/g)
0,38
|Calor específico del vapor |Calor de combustión a 80°C (Kcal/mol)
10,8 - 12,83 286
En la industria existen dos tipos:
Rígido: para envases, ventanas, tuberías, las cuales han reemplazado en gran medida al hierro (que se oxida más fácilmente). •
Flexible: cables, juguetes, calzados, pavimentos, recubrimientos, techos tensados... •
El PVC se caracteriza por ser dúctil y tenaz; presenta estabilidad dimensional y resistencia ambiental. Además, es reciclable por varios métodos.
CARACTERÍSTICAS DEL PVC Resistente y liviano.Tiene una elevada resistencia a la abrasión, junto con una baja densidad de, (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 sesenta años como se comprueba en aplicaciones tales como tuberías para conducción de agua potable y sanitarios; de acuerdo al estado de las instalaciones se espera una prolongada duración de las mismas. 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 cesa 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. Reciclable. Esta característica facilita la reconversión del PVC en artículos útiles y minimiza las posibilidades de que objetos fabricados con este material sean arrojados en rellenos sanitarios. Pero aún si esta situación ocurriese, dado que el PVC es inerte no hay evidencias de que contribuya a la formación de gases o a la toxicidad de los lixiviados.
Recuperación de energía.Tiene un alto valor energético. Cuando se recupera la energía en los sistemas modernos de combustión de residuos, donde las emisiones se controlan cuidadosamente, el PVC aporta energía y calor a la industria y a los hogares. Buen uso de los recursos. Al fabricarse a partir de materias primas naturales: sal común y petróleo. La sal común es un recurso abundante y prácticamente inagotable. El proceso de producción de PVC emplea el petróleo (o el gas natural) de manera extremadamente eficaz, ayudando a conservar las reservas de combustibles fósiles. Es también un material liviano, de transporte fácil y barato. Rentable.Bajo costo de instalación y prácticamente costo nulo de mantenimiento en su vida útil. Aislante eléctrico.No conduce la electricidad, es un excelente material como aislante para cables. 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, no lo sostiene y tiene buena resistencia a los efectos del medio ambiente, principalmente al ozono.
CÓMO SE PROCESA EL PVC Calandreo.Se elaboran principalmente películas y láminas (flexibles y rígidas, transparentes y opacas, espumadas o no, encogibles y orientadas, con y sin carga, con y sin pigmento, etc.) El proceso en sí consiste en hacer pasar el compuesto de PVC por un juego de tres o más rodillos de considerable dimensión, alimentándose el compuesto previamente molineado, para que por rotación y compresión se forme la película o lámina, según el espesor deseado.
Extrusión.Es original de la industria hulera, y consiste en un tornillo sinfín dentro de un barril, en cuyo extremo se encuentra un dado que da forma a un sin número de perfiles rígidos y flexibles, tales como cintas, cordones, mangueras, tubos rígidos, perfiles rígidos para ventanas, puertas, cancelería, etc
Inyección.Consiste en un tornillo sinfín que empuja el compuesto de PVC fundido hacia un molde que debe ser completamente llenado. Se fabrica una gran variedad de artículos como tapas para licuadoras, gogles, manubrios de bicicletas, conexiones para tubería rígida, etc., pero principalmente para calzado completo y zapato tennis, productos de gran demanda.
Soplado.Es un proceso combinado de extrusión y soplado para producir artículos huecos, donde se aprovecha el mismo principio que para la producción de botellas de vidrio.
compresión o prensado Este es un proceso poco común, empleado principalmente para la fabricación de discos fonográficos; consiste en un molde de dos partes con calefacción propia que acciona por presión, forma el producto deseado .
Vaciado.El molde caliente es llenado y vaciado formando una película de espesor dependiente de la temperatura del molde. Posteriormente se aplica más temperatura para que la película cure adecuadamente y se extrae a mano el objeto moldeado. Los productos típicos de este proceso son las cabezas de muñeca Moldeo Rotacional.Se utiliza principalmente en la producción de pelotas y figuras de vinilo rígidos. Al molde frío se le pone una cierta cantidad de plastisol y se le cierra herméticamente. Se coloca dentro de un horno, donde el artículo se forma por medio de aplicación de calor y rotación al molde
Termoformado.Es un proceso de transformacion secundario que consiste en el calentamiento de una lamina de compuesto de PVC para reblandecerla y, posteriormente, acoplarla a la superficie de un molde con la ayuda de medios neumáticos o mecanicos. Despues se enfria el material para mantener la forma, se recortan las secciones utiles y se pasa a la siguiente etapa que puede ser un llenado, sellado o impresión.
Lecho fluidizado.Es un proceso muy especializado que se utiliza para recubrir objetos metálicos empleando energía calorífica para lograr la adherencia al metal y formar una película protectora.
