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¿Qué es el cloruro de polivinilo?

• 2025-02-19

El cloruro de polivinilo, comúnmente conocido como PVC, es uno de los polímeros sintéticos más utilizados del mundo. Es un material termoplástico, lo que significa que puede derretirse y remodelarse varias veces cuando se calienta. PVC es producido por la polimerización de monómeros de cloruro de vinilo. Este proceso permite la creación de una larga cadena de unidades repetidas, dando a PVC sus propiedades únicas. Su fórmula química es (C₂h₃cl) ₙ, donde N representa el número de unidades repetidas en la cadena de polímeros.

El descubrimiento de PVC se remonta a 1835 cuando el químico francés Henri Victor Regnault observó que cuando el cloruro de vinilo estaba expuesto a la luz solar, formaba un sólido blanco, la forma más temprana conocida de PVC. Sin embargo, no fue hasta 1912 que el químico alemán Fritz Klatte sintetizó con éxito PVC y patentó el proceso. Pero en ese momento, el material era difícil de procesar y tenía aplicaciones limitadas.

En 1926, Waldo Semon, que trabaja para la Compañía B.F. Goodrich en los Estados Unidos, hizo un avance significativo. Desarrolló un método para plastificar PVC agregando ciertos productos químicos, lo que hizo que PVC fuera más flexible y más fácil de procesar. Esta innovación abrió la puerta a una amplia gama de aplicaciones comerciales para PVC. Durante la Segunda Guerra Mundial, la producción de PVC aumentó significativamente, ya que se utilizó como sustituto de los materiales escasos como el caucho y el metal en diversas aplicaciones militares, como el aislamiento de alambre y los recubrimientos protectores. Después de la guerra, con el crecimiento de las industrias de construcción y bienes de consumo, la demanda de PVC continuó aumentando, lo que llevó a su uso generalizado en la sociedad moderna hoy.

PVC es un polímero hecho a partir de la polimerización de monómeros de cloruro de vinilo (VCM). La fórmula química del cloruro de vinilo es C₂h₃cl. En el proceso de polimerización, el doble enlace en el cloruro de vinilo (ch₂ = chcl) está roto y los monómeros están unidos de forma a la cabeza a la cola para formar un polímero de cadena larga, con la unidad repetida de -Ch₂- CHCL-. La fórmula general de PVC es (C₂h₃cl) ₙ, donde N representa el grado de polimerización, que puede variar de varios cientos a varios miles, dependiendo del proceso de producción y las propiedades deseadas del producto final.

PVC es un polímero amorfo con una pequeña cantidad de estructura cristalina. Los átomos de cloro unidos a la columna vertebral de carbono de carbono de la cadena de polímeros juegan un papel crucial en la determinación de sus propiedades. La polaridad introducida por los átomos de cloro aumenta las fuerzas intermoleculares entre las cadenas de polímeros, lo que le da a PVC una mayor resistencia y dureza en comparación con otros polímeros como el polietileno. Al mismo tiempo, la presencia de átomos de cloro también hace que PVC sea más resistente a los ataques químicos y le da excelentes propiedades de retardantes.

Hay dos métodos principales para producir PVC: el método 电石 y el método de etileno. Cada método tiene sus propias materias primas, procesos de reacción y factores de influencia de costo.

Método de carburo de calcio

El método de carburo, también conocido como el método basado en acetileno, se usa más comúnmente en regiones con recursos de carbón ricos. El proceso de producción comienza con la producción de carburo de calcio (CAC₂). El carburo de calcio se produce calentando una mezcla de piedra caliza (caco₃) y coque en un horno de arco eléctrico a alta temperatura (alrededor de 2000 ° C). La reacción química es la siguiente: caco₃ → cao + co₂ ↑, y luego cao + 3c → cac₂ + co ↑.

Luego, el carburo de calcio reacciona con agua para producir acetileno (C₂H₂) e hidróxido de calcio (CA (OH) ₂). La ecuación de reacción es CAC₂ + 2H₂O → C₂H₂ ↑ + CA (OH) ₂. El gas de acetileno se purifica para eliminar impurezas como el sulfuro de hidrógeno (H₂S) y la fosfina (PH₃).

El acetileno purificado reacciona con cloruro de hidrógeno (HCl) en presencia de un catalizador (generalmente cloruro mercúrico, HGCl₂) para producir monómero de cloruro de vinilo (VCM). La reacción es C₂H₂+HCl → CH₂ = CHCL. Finalmente, los monómeros de cloruro de vinilo se polimerizan bajo la acción de un iniciador (como azobisisobutironitrilo, AIBN) para formar PVC.

El costo de la producción de PVC a base de carburo se ve muy afectado por los precios de las materias primas como el carbón, la piedra caliza y la electricidad. Dado que el carbón es una importante materia prima para producir carburo de calcio, las fluctuaciones en los precios del carbón pueden tener un impacto significativo en el costo de producción de PVC. Además, el proceso consume una gran cantidad de electricidad, por lo que los precios de la electricidad también juegan un papel importante en la determinación del costo general.

proceso de etileno

El método basado en etileno es más frecuente en regiones con abundantes recursos de petróleo y gas natural. En este método, la producción de PVC comienza con la producción de etileno (C₂H₄). El etileno se puede obtener del agrietamiento de hidrocarburos en petróleo o gas natural.

El etileno reacciona con cloro (CL₂) para formar 1,2 - dicloroetano (EDC, C₂h₄cl₂). La ecuación de reacción es C₂H₄+Cl₂ → C₂h₄cl₂. Luego, 1,2 - dicloroetano se agrieta térmicamente a una temperatura alta (alrededor de 500 - 550 ° C) para producir monómero de cloruro de vinilo (VCM) y cloruro de hidrógeno (HCl). La reacción es C₂H₄Cl₂ → CH₂ = CHCL + HCL. El cloruro de hidrógeno se puede reciclar y usar en el paso anterior de producir 1,2 - dicloroetano a través de una reacción de oxicloración.

Similar al método de carburo, los monómeros de cloruro de vinilo se polimerizan para formar PVC. El costo de la producción de PVC a base de etileno está influenciado principalmente por los precios del petróleo crudo, el gas natural y el cloro. Como el precio del petróleo crudo es un factor clave para determinar el costo del etileno, cualquier fluctuación en el mercado internacional de petróleo crudo puede afectar directamente el costo de producción de PVC.

PVC tiene una amplia gama de propiedades físicas y químicas que lo hacen adecuado para una variedad de aplicaciones.

PVC es un polvo blanco en su forma pura. Tiene una temperatura de vidrio (TG) en el rango de 77 - 90 ° C. La temperatura de transición de vidrio es la temperatura a la que el polímero cambia de un estado duro y vidrioso a un estado gomoso más flexible. Cuando se calienta por encima de 170 ° C, PVC comienza a descomponerse. Esta descomposición se debe principalmente a la eliminación del cloruro de hidrógeno (HCl) de la cadena de polímero. La reacción es autocatalítica, lo que significa que el HCl liberado puede acelerar aún más el proceso de descomposición. Esta mala estabilidad al calor y la luz es un gran inconveniente de PVC en su forma pura, por lo que a menudo se agregan estabilizadores durante el procesamiento para mejorar su estabilidad térmica y de luz.

A pesar de su vulnerabilidad al calor y la luz, PVC tiene muchas otras propiedades deseables. Es liviano, con una densidad de alrededor de 1,4 g/cm³, que es mucho más ligera que muchos metales y algunos otros polímeros. Esto hace que sea fácil manejar y transportar, y también reduce el peso de los productos finales.

PVC es un excelente aislante, con buenas propiedades de aislamiento térmico y eléctrico. Puede evitar efectivamente la transferencia de calor y electricidad, por lo que se usa ampliamente en aplicaciones como aislamiento para cables y cables eléctricos, y en la industria de la construcción para el aislamiento térmico en edificios.

También es altamente resistente a la humedad, lo que lo hace adecuado para su uso en entornos húmedos. El PVC a menudo se usa en sistemas de plomería para tuberías de agua porque no se corroe ni se degrada cuando está en contacto con el agua.

PVC es inherentemente llamado: retardante debido a la presencia de cloro en su estructura. Cuando se expone al fuego, los átomos de cloro en PVC pueden reaccionar con la llama, liberando gas de cloruro de hidrógeno, lo que puede diluir el oxígeno en el aire e inhibir el proceso de combustión. Esto hace que PVC sea una opción popular para aplicaciones donde la seguridad contra incendios es una preocupación, como en los materiales de construcción y el aislamiento eléctrico.

En términos de propiedades mecánicas, el PVC tiene buena estabilidad, propiedades dieléctricas y es duradera y resistente al envejecimiento. Puede mantener su forma y rendimiento durante un período largo en condiciones de uso normales. También tiene una fuerte resistencia a la flexión y una dureza de impacto, lo que significa que puede resistir la flexión y los impactos sin romperse fácilmente. Incluso cuando se rompe, tiene una alargamiento relativamente alto en el descanso, lo que permite que se estire hasta cierto punto antes de fallar por completo.

El PVC rígido, como su nombre lo indica, es un tipo de PVC que tiene un alto grado de dureza y rigidez. Contiene poco o ningún plastificantes, que son sustancias que pueden hacer que los plásticos sean más flexibles. Esta falta de plastificantes contribuye a su naturaleza rígida.

PVC rígido funciona bien en entornos al aire libre. Tiene excelentes propiedades mecánicas, lo que significa que puede resistir varias fuerzas mecánicas, como la tensión, la compresión y la flexión sin una deformación o daño significativo. Su alta rigidez lo hace adecuado para aplicaciones que requieren integridad estructural. Por ejemplo, en la industria de la construcción, se usa ampliamente para hacer tuberías para los sistemas de suministro de agua y drenaje. Las tuberías rígidas de PVC son resistentes a la corrosión del agua y varios productos químicos presentes en el agua, lo que garantiza una solución de transporte de agua larga y confiable.

Además de las tuberías, el PVC rígido también se usa comúnmente en la producción de marcos de ventana. La rigidez del material le permite mantener su forma con el tiempo, proporcionando un buen aislamiento y clima, pruebas de edificios. También es altamente resistente a la meteorización, incluida la exposición a la luz solar, la lluvia y las temperaturas extremas. Esta propiedad de resistencia a la intemperie garantiza que los marcos de ventana hechos de PVC rígido no se degraden fácilmente, manteniendo su apariencia y funcionalidad durante muchos años.

El PVC flexible, por otro lado, se caracteriza por su suavidad, capacidad de doblado y plasticidad. Estas propiedades se logran agregando plastificantes a la resina PVC. La cantidad de plastificantes agregados puede variar según el nivel deseado de flexibilidad.

PVC flexible es adecuado para aplicaciones donde el material debe deformarse o doblarse. En el campo de la ingeniería eléctrica, se usa ampliamente como capa de aislamiento para cables y cables. Su flexibilidad permite que los cables se enruten e instalen fácilmente en varios sistemas eléctricos, al tiempo que proporcionan excelentes propiedades de aislamiento eléctrico para evitar fugas eléctricas y garantizar la seguridad.

Otra aplicación común de PVC flexible está en la producción de juguetes inflables, como bolas de playa y piscinas inflables. La naturaleza suave y flexible del material hace que estos juguetes sean cómodos de usar y fáciles de inflar y desinflar. PVC flexible también se puede encontrar en la fabricación de algunos equipos deportivos, como esteras de yoga. La flexibilidad del material proporciona una superficie cómoda para los usuarios durante el ejercicio, y su durabilidad asegura que el tapete pueda soportar el uso repetido.

En el campo de la medicina, se utiliza PVC flexible en la producción de artículos como tubos intravenosos (IV). La flexibilidad de los tubos permite un manejo fácil durante los procedimientos médicos, y su biocompatibilidad asegura que no cause reacciones adversas cuando se ponga en contacto con el cuerpo humano. Sin embargo, se han planteado preocupaciones sobre la potencial lixiviación de plastificantes de dispositivos médicos de PVC flexibles, lo que puede tener implicaciones para la seguridad del paciente.

PVC plastificado es lo mismo que PVC flexible. Al agregar plastificantes, el material de PVC se vuelve más maleable. Los plastificantes comunes utilizados en PVC incluyen ftalatos, como di - (2 - etilhexilo) ftalato (DEHP). Estos plastificantes funcionan insertándose entre las cadenas de polímeros de PVC, reduciendo las fuerzas intermoleculares entre las cadenas y permitiendo que las cadenas se muevan más libremente. Esto da como resultado un material que es más flexible, más fácil de procesar y ha aumentado la resistencia al impacto. El PVC plastificado se usa en una amplia gama de productos, desde pisos de plástico en casas y edificios comerciales hasta los componentes interiores de los automóviles, como cubiertas de asientos y paneles. También se usa para fabricar cuero artificial, que es una alternativa popular al cuero natural en muchas aplicaciones debido a su menor costo y un mantenimiento más fácil.

PVC no plástico es equivalente a PVC rígido. Sin la adición de plastificantes, las cadenas de polímeros de PVC se mantienen unidas más bien por las fuerzas intermoleculares. Esto da como resultado un material con alta dureza, excelente estabilidad dimensional y buena resistencia química. PVC no plástico se usa en productos donde estas propiedades son cruciales. Por ejemplo, en la fabricación de materiales de construcción como hojas de techos y paneles de pared, PVC no plástico proporciona la resistencia y la durabilidad necesaria para resistir factores ambientales como el viento, la lluvia y la radiación UV. También se utiliza en la producción de equipos y componentes industriales que requieren materiales de alta resistencia y químicos resistentes, como tanques de almacenamiento químico y tuberías en plantas de procesamiento químico.

PVC se usa ampliamente en la industria de la construcción debido a sus propiedades favorables. PVC rígido se emplea comúnmente en la fabricación de tuberías de plástico para sistemas de plomería. Estas tuberías son altamente resistentes a la corrosión del agua, los productos químicos y otras sustancias que pueden estar presentes en el suministro de agua o los sistemas de drenaje. Por ejemplo, en los edificios residenciales, las tuberías de PVC se utilizan para líneas de suministro de agua fría y caliente y de agua, así como para la eliminación de agua de alcantarillado y desechos. Su durabilidad garantiza una vida útil larga, reduciendo la necesidad de reemplazos y mantenimiento frecuentes.

PVC también es una opción popular para hacer marcos de ventanas. Las excelentes propiedades de aislamiento del material ayudan a reducir la transferencia de calor entre el interior y el exterior de un edificio. Esto conduce a ahorros de energía, ya que se requiere menos energía para calentar o enfriar el edificio. Además, los marcos de ventana de PVC son resistentes a la meteorización, incluida la radiación UV, la lluvia y las variaciones de temperatura. Mantienen su color y forma con el tiempo, proporcionando una solución de costo: efectiva y estéticamente agradable para la construcción de fachadas.

En la industria del envasado, PVC encuentra varias aplicaciones. Se utiliza para hacer botellas de plástico, especialmente para productos como cosméticos, productos farmacéuticos y algunos alimentos. Las botellas de PVC ofrecen alta transparencia, lo que permite a los consumidores ver fácilmente el contenido dentro. También tienen buenas propiedades de barrera, que pueden evitar la entrada de oxígeno y humedad, ayudando a preservar la calidad y la vida útil de los productos.

PVC también se usa en la producción de películas y hojas de grado alimenticio, que se usan comúnmente para envolver productos alimenticios. Estas películas proporcionan una capa protectora que puede prevenir la contaminación, mantener la frescura y mejorar el atractivo visual de los alimentos envasados. Sin embargo, el uso de PVC en el envasado de alimentos ha sido un tema de cierta controversia. Existen preocupaciones sobre la posible migración de plastificantes, como los ftalatos, del empaque de PVC hasta productos alimenticios, que pueden tener efectos adversos para la salud. Como resultado, en algunas regiones, existen regulaciones estrictas que rigen el uso de PVC en las aplicaciones de contacto de alimentos.

PVC es un material común en muchos productos diarios de vida. Se usa para hacer cuero de imitación, que a menudo se encuentra en bolsos, billeteras, zapatos y tapicería de muebles. El cuero de imitación hecho de PVC puede imitar la apariencia y la textura del cuero real a un costo más bajo. También es más fácil de limpiar y mantener en comparación con el cuero natural, lo que lo convierte en una opción popular para los consumidores que desean un cuero, como un aspecto sin los requisitos de alto costo y mantenimiento.

PVC también se usa en la industria textil. Se puede recubrir a las telas para agregar agua: resistencia, haciéndolos adecuados para usar en impermeables, carpas y equipo al aire libre. Además, PVC se usa para hacer algunos tipos de accesorios de ropa, como cinturones y hebillas, debido a su durabilidad y capacidad de moldeo.

En la industria médica, PVC se utiliza en la producción de una variedad de dispositivos médicos desechables. Por ejemplo, las bolsas y tubos intravenosos (IV) a menudo están hechos de PVC flexible. La flexibilidad del material permite un manejo fácil durante los procedimientos médicos, y su biocompatibilidad lo hace adecuado para el contacto con el cuerpo humano. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, existen preocupaciones sobre la lixiviación de los plastificantes de los dispositivos médicos de PVC, lo que ha llevado a la investigación de materiales alternativos o procesos de fabricación mejorados para minimizar este riesgo.

En la industria electrónica, PVC se utiliza como material aislante para cables y cables. Sus excelentes propiedades de aislamiento eléctrico evitan la fuga de electricidad, asegurando el funcionamiento seguro de los dispositivos eléctricos y electrónicos. Los cables aislados de PVC se utilizan ampliamente en electrodomésticos domésticos, sistemas de distribución de energía y redes de comunicación.

El impacto ambiental de PVC es un problema complejo que abarca varios aspectos de su ciclo de vida, desde la producción hasta la eliminación.

Durante el proceso de producción, la fabricación de PVC requiere una cantidad significativa de energía. Tanto el método de carburo como el método de etileno consumen grandes cantidades de materias primas y energía. Por ejemplo, en el método de carburo, las reacciones de alta temperatura en la producción de carburo de calcio consumen una gran cantidad de electricidad. Este alto consumo de energía no solo contribuye al agotamiento de los recursos energéticos, sino que también da como resultado un aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero, que están asociados con el cambio climático.

Además, la producción de PVC puede liberar contaminantes nocivos. En la etapa de producción de monómero de cloruro de vinilo (VCM), existe un riesgo de fuga de VCM. VCM es un carcinógeno conocido. Incluso pequeñas cantidades de VCM liberadas en el medio ambiente pueden representar una amenaza para la salud humana y el ecosistema. Además, el uso de ciertos catalizadores y aditivos en el proceso de producción también puede conducir a la generación y liberación de otros contaminantes.

Cuando los productos de PVC están en uso, existen preocupaciones sobre la posible liberación de sustancias dañinas. En productos flexibles de PVC, a menudo se agregan plastificantes como ftalatos. Estos plastificantes pueden filtrarse con el tiempo, especialmente cuando el producto PVC está en contacto con ciertas sustancias como alimentos o en entornos de alta temperatura. Los ftalatos se han asociado con una variedad de problemas de salud, incluida la interrupción endocrina, y su presencia en el medio ambiente también puede tener impactos negativos en la vida silvestre.

Después del final de la vida de los productos PVC, la eliminación se convierte en un problema importante. PVC es un material no biodegradable. Cuando los desechos de PVC se envían a los vertederos, puede persistir en el medio ambiente durante cientos de años, ocupando un valioso espacio para vertederos y potencialmente filtrando sustancias nocivas en el suelo y el agua subterránea. Si los desechos de PVC se incineran sin un tratamiento adecuado, puede liberar sustancias altamente tóxicas como las dioxinas. Las dioxinas son extremadamente dañinas para la salud humana y el medio ambiente, causando diversos problemas de salud, incluido el cáncer, y también pueden acumularse en la cadena alimentaria.

Dadas las preocupaciones ambientales asociadas con el PVC, los esfuerzos de reciclaje y sostenibilidad son de gran importancia.

Existen varios métodos para reciclar PVC. El reciclaje mecánico es uno de los métodos más comunes. En este proceso, los residuos de PVC se recolectan, se clasifican y luego se trituran y se derriten. El PVC derretido se vuelve a procesar en nuevos productos. Por ejemplo, las tuberías de PVC que han alcanzado el final de su vida útil se pueden reciclar mecánicamente y convertirse en nuevas tuberías u otros productos basados ​​en PVC. El reciclaje mecánico es relativamente sencillo y costo, efectivo para algunos tipos de desechos de PVC. Sin embargo, tiene limitaciones. La calidad del PVC reciclado puede degradarse después de múltiples ciclos de reciclaje, y es principalmente adecuada para reciclar productos de PVC con una composición relativamente simple y sin contaminación significativa.

El reciclaje químico es otro enfoque. Este método implica descomponer el polímero de PVC en sus monómeros o componentes químicos más pequeños a través de reacciones químicas. Estos componentes se pueden usar para producir nuevos PVC u otros productos químicos. Por ejemplo, a través de un proceso llamado pirólisis, el PVC se puede calentar en ausencia de oxígeno para descomponerlo en sus bloques de construcción químicos básicos. El reciclaje químico tiene el potencial de producir materiales reciclados de alta calidad y puede manejar corrientes de desechos de PVC más complejas. Sin embargo, a menudo es más energía, es intensivo y requiere tecnología e infraestructura más avanzadas.

Además del reciclaje, existen otros esfuerzos de sostenibilidad relacionados con el PVC. Algunos fabricantes están trabajando en el desarrollo de productos de PVC con un impacto ambiental reducido. Esto incluye el uso de materias primas más sostenibles, como materias primas basadas en biografía para la producción de PVC. También hay esfuerzos para mejorar los procesos de producción para reducir el consumo de energía y las emisiones de contaminantes. Por ejemplo, se están explorando nuevos sistemas de catalizador para que el proceso de polimerización sea más eficiente y ecológico.

Además, promover el concepto de economía circular en la industria del PVC es crucial. Esto implica el diseño de productos de PVC para un desmontaje y reciclaje más fáciles, establecer sistemas de reciclaje y reciclaje de desechos eficientes, y alentar la reutilización de los productos PVC. Al implementar estas medidas de sostenibilidad, la industria del PVC puede esforzarse por reducir su huella ambiental y avanzar hacia un futuro más sostenible.

En conclusión, PVC es un polímero sintético increíblemente versátil e importante con una amplia gama de aplicaciones en diversas industrias. Su combinación única de propiedades físicas y químicas, como resistencia, durabilidad, aislamiento y llamas, retraso, lo convierte en un material ideal para usos en construcción, embalaje, productos diarios de vida, dispositivos médicos y electrónica.

Sin embargo, las preocupaciones ambientales asociadas con el PVC, incluido el consumo de energía durante la producción, la liberación potencial de sustancias nocivas y los desafíos en la eliminación, no pueden ignorarse. A medida que avanzamos, el desarrollo futuro de PVC estará estrechamente vinculado a la sostenibilidad. La mejora continua de las tecnologías de reciclaje, el desarrollo de procesos de producción más sostenibles y el uso de aditivos ecológicos serán cruciales para la viabilidad a largo plazo de PVC en el mercado global.

Alentamos a los lectores a mantenerse informados sobre los últimos desarrollos en tecnología de PVC y esfuerzos de sostenibilidad. Ya sea que sea un consumidor, un profesional en la industria de los plásticos o un entusiasta del medio ambiente, entendiendo el impacto ambiental de PVC y los pasos que se toman para abordarlo puede ayudarnos a tomar decisiones más informadas. Al apoyar las prácticas y productos sostenibles, todos podemos contribuir a un futuro más ecológico y al mismo tiempo beneficiarnos de las muchas ventajas que PVC tiene para ofrecer.

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