Poli (cloruro de vinilo)

Noviembre 2012 Polimeros I

ANTECEDENTES DEL PVC

El VCM fue sintetizado

por Regnault1835

Bauman estudio la

reacción de los haluros de

vinilo y acetileno

1872

Plausen descubrió la

forma de polimerizar PVC a partir del acetileno

seco

1921

Planta Bitterfield la

producción de PVC s comenzó

a hacer en escala

comercial

1931El mercado del

PVC era de 16.4%

1970 La cifra había subido a 17.8%1980

FORMULA

Estructura

• Estructuralmente, el PVC es un polímero vinílico. Es similar al polietileno, con la diferencia de que cada dos átomos de carbono, uno de los átomos de hidrógeno está sustituido por un átomo de cloro.

MÉTODO DE POLIMERIZACIÓN

Compuesto

Polimerización química

Los métodos de polimerización industrial

• Suspensión• Emulsión• Masa• Solución

suspención• Es el proceso más importante para la obtención de poli cloruro de

vinilo, ya que el 80% de la producción mundial se obtiene por esta tecnología.

• La polimerización se efectúa en autoclaves, en las que se cargan el agua (desmineralizada o de alta calidad controlada), el agente de suspensión (coloide protector), el iniciador (catalizador), buffers y seguidamente el monómero bajo presión. El contenido del autoclave se calienta hasta la temperatura de polimerización empleando una mezcla de vapor y agua en la “camisa” que la recubre. Una vez alcanzada la temperatura prefijada, comienza la polimerización y el calor del proceso se desarrolla gradualmente. Este calor se elimina mediante la circulación de agua enfriada por la camisa del autoclave. Al concluir con la polimerización y descargar el autoclave tendremos un sólido con alto contenido de humedad, la que se debe eliminar.

Emulsión

• Fue el primer método desarrollado industrialmente. Da lugar a polímeros muy uniformes, con grandes rendimientos en la polimerización y permite obtener éstos en forma de látex, muy aptos para operaciones de transformación posterior. El uso de un medio acuoso en la polimerización en emulsión, que como todas las polimerizaciones de compuestos vinílicos es muy exotérmica, asegura la disipación de calor de las áreas individuales de reacción. Esto permite mantener la constancia de temperatura sin cuidados especiales.

Masa

• Hay dos fases diferentes en el proceso; primero la formación de partículas en una fase líquida y luego el crecimiento de las mismas en una fase esencialmente sólido en polvo. Los requerimientos de agitación en las dos fases son diferentes, cada etapa debe ser realizada en reactores distintos.

Solución• Requiere un solvente orgánico como medio

donde se produce la polimerización. No tiene desarrollo comercial significativo y solo se lo conoce en aplicaciones muy particulares. El principal valor de los polímeros obtenidos por este medio es que por no necesitar el proceso el agregado de tenso activos, se obtienen resinas que dan lacas muy transparentes.

EL MERCADO DEL PVC EN EL MUNDO

Precios PVC

México

PVC rígido (para tuberías)

Costo por tonelada $ 10,200

PROPIEDADES DEL PVC

Propiedades Físicas

Forma y tamaño de la partícula

• Su forma es esférica y en algunos casos tiene similitud a la de una bola de algodón. El tamaño varía según se trate de resina de suspensión o de pasta.

Porosidad de la partícula

• A mayor porosidad, mayor facilidad de absorción del plastificante, acortándose los ciclos de mezclado y eliminando la posibilidad de que aparezcan “ojos de pescado” en el producto terminado.

Peso molecular• 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 de aceptar más carga será mejor y la fragilidad a baja temperatura será menor.

Gravedad específica

• Los valores típicos para la resina de suspensión tipo homopolímero son de 1.40 g/cc y para copolímeros cloruro-acetato de vinilo son de 1.36 a 1.40 g/cc. Los compuestos modifican su gravedad específica al adicionar cargas o plastificantes.

Estabilidad térmica

• A mayor peso molecular, se tiene mayor estabilidad térmica. Durante su procesamiento, la resina se degrada al recibir calor y trabajo.

Características de procesabilidad

• La temperatura de fusión de la resina de 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 eléctricas

• Tiene gran poder de aislamiento eléctrico. Para medirlo se usa el método de resistividad volumétrica, el que también permite controlarla. Por ejemplo, tenemos que la resina 102 EP tiene una resistividad volumétrica de 2.0 ohms cm x 1012, a 95°C, mientras que el compuesto Geón 11015 la tiene de 0.6 ohms-cm x 1012 a 95°C.

Propiedades organolépticas

• Es inodoro, insípido e inocuo, además de ser resistente a la mayoría de los agentes químicos.

Propiedades Químicas

• El PVC es soluble en ciclohexanona y tetrahidrofurano e insoluble en agua. 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.

Propiedades Mecánicas

Resina de Pasta• 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 gr de plastisol por 100 seg.

Resina de suspensión

• Como resultados de la formulación de resinas de 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).

Índice de viscosidad.- "Valor K"

¿Por qué el PVC y no otros plásticos?

• Los resultados alcanzados por los primeros plásticos incentivaron a los químicos y a la industria a buscar otras moléculas sencillas que pudieran enlazarse para crear nuevos polímeros. En la década de los 30, químicos ingleses descubrieron que el gas etileno polimerizaba bajo la acción del calor y la presión, formando un termoplástico al que llamaron polietileno (PE). Hacia los años 50 aparece el polipropileno (PP). Al reemplazar en el etileno un átomo de hidrógeno por uno de cloruro se produjo el cloruro de polivinilo (PVC), un plástico duro y resistente al fuego.

Los beneficios y características que hacen del PVC un polímero tan utilizado son:

• Resistente y liviano• Versatilidad• Estabilidad• Longevidad• Seguridad• Reciclable• Recuperación de energía• Buen uso de los recursos• Rentable• Aislante eléctrico

TIPOS DE PVC

PVC rígido

• Se obtiene por la fusión y moldeo a temperatura adecuada de policloruro de vinilo con aditivos excepto plastificantes. Se obtiene un material que es resistente al impacto y estabilizado frente a la acción de la luz solar y efectos de la intemperie.

Otras ventajas de los plásticos de PVC rígido son:

• Bajo precio• Alta resistencia mecánica• Buena resistencia química• Baja absorción de agua• Alta resistencia al impacto (debidamente formulado)• Notables características de los tubos• Buena resistencia a la intemperie• No es combustible• Buena rigidez• Excelentes propiedades eléctricas• Buena apariencia superficial

Sus desventajas son:

– Dificultades en el procesamiento por su inestabilidad

– Baja deflexión térmica– Mala resistencia a la deformación bajo carga

estática a temperaturas altas

PVC flexible

• También llamado PVC plastificado. Los plásticos de policloruro de vinilo flexible incluyen una gran variedad de compuestos para moldeado, con una gran diversidad de propiedades y aplicaciones y que se procesan con casi todas las técnicas de transformación. El PVC tiene la ventaja de poder combinarse con plastificantes, como ningún otro plástico. Para producir este versátil plástico, el polímero de cloruro de vinilo se combina con plastificante, estabilizador, relleno o carga y otros aditivos que dependen de las propiedades deseadas y del proceso que se utilice.

Además tiene las siguientes cualidades:

• Buena resistencia química• Buen costo/beneficio• Alta tenacidad• Buena resistencia ambiental• Excelentes propiedades eléctricas• Se le puede volver conductor• Buena apariencia superficial• Se le puede limpiar fácilmente• Se le puede impartir resistencia a la flama• Amplia variedad de colores• Puede ser brillante o mate

Sus desventajas son:

• Muy sensible al calor• Poca resistencia a las cetonas y a los

hidrocarburos clorados• Tiene que ser formulado adecuadamente para

evitar problemas de manchas, afloración de aditivos

• Dificultades para procesarlo

Plastisol

• El plastisol es la mezcla de una resina (PVC), de un plastificante y otros aditivos que se encuentra en estado líquido a temperatura ambiente con propiedades visco-elásticas, es de color blanquecino (cuando no hay pigmento). Este compuesto, bajo la acción del calor (160º – 200º C), deja su estado líquido inicial para pasar a un estado sólido, sin pérdida de peso ni cambio de volumen notable.

PROCESOS DE MOLDEADO

Calandrado

Extrusión

Inyección

Soplado

Compresión o prensado

Recubrimiento

Inmersión

Moldeo Rotacional

Lecho fluidizado

Aplicaciones del PVC

• El PVC es el producto de la polimerización del monómero de cloruro de vinilo a policloruro de vinilo. La resina que resulta de esta polimerización es la más versátil de la familia de los plásticos; pues además de ser termoplástica, a partir de ella se pueden obtener productos rígidos y flexibles. A partir de procesos de polimerización, se obtienen compuestos en forma de polvo o pellet, plastisoles, soluciones y emulsiones.

Construcción

Juguetes

Automóviles

Empaque

Medicina

Electricidad y Electrónica

IMPACTO AMBIENTAL DEL PVC

Acciones sobre los artículos de PVC al término de su vida útil

• Reciclado mecánico• Reciclado químico• Reciclado con recuperación de energía• Recuperación por sistema Viniloop.• Disposición segura en terrenos de relleno.

Reciclado mecánico

• Este proceso no afecta la composición química del polímero. Se efectúa luego de separar otros materiales ( vidrio, caucho o metales ). Los productos de PVC elegidos son entonces molidos y lavados para reprocesarlos en nuevos productos.

Reciclado químico

• Este proceso es conducente a superar las limitaciones de las tecnologías de reciclado mecánico. Los materiales alcanzados por este tipo de tecnología son mezclas de plásticos sin seleccionar o de productos diversos que no son separables económicamente; se incluyen en este grupo cables, ropas vinílicas, laminados de muebles y calzados deportivos.

Reciclado con recuperación de energía

• Se incluyen los artículos que por razones de costo o salubridad, no pueden ni deben ser reciclados pero que pueden ser destinados a plantas de combustión para recuperación de energía o simplemente incinerados.

Recuperación por sistema Viniloop

• Es un proceso que incluye molienda previa de los materiales y disolución de los mismos para recuperar el PVC por precipitación separación y secado. Está diseñado para artículos de PVC que contienen otros materiales, como por ejemplo cables, lonas, blisters, etc.

Disposición segura en terrenos de relleno

• Cualquiera que sea el proceso de recuperación del PVC siempre existe una pequeña fracción no reciclable que se destina a relleno. Estudios independientes confirman que la presencia de PVC en ellos no constituye un riesgo para el medioambiente.

Universidad Autónoma del estado de MéxicoUnidad Académica Profesional Tianguistenco

• Elaborado por:• Gutiérrez Montaño Leonardo Isaac• Pelaez Castro Oliva Jennifer• Ramírez Covarrubias Jorge• Torres Juárez Arturo• Vara Álvaro Daniel

Profesor:Ing. Hugo Manuel Morales Arellano

Bibliografía• http://www.eis.uva.es/~macromol/curso03-04/PVC/estruct_sintesis.html• http://www.aniq.org.mx/eventos/Memorias/2011/Provinilo/Archivos/Ricardo

%20Moreno.%20Mexichem.%20Mercado%20del%20PVC%20Mexico.pdf• http://www.eis.uva.es/~macromol/curso07-08/pvc/propiedades.html• http://www.eis.uva.es/~macromol/curso07-08/pvc/tiposdepvc.html• http://www.assa.es/documentos/20111121135853.pdf• http://www.eis.uva.es/~macromol/curso07-08/pvc/impactoambiental.html• http://www.aniq.org.mx/provinilo/aplicaciones.asp• Introducción a la Química de Los PolímerosEscrito por Raimond B.

Seymour,Charles E. Carraher• http://

www.contactopyme.gob.mx/guiasempresariales/guias.asp?s=14&guia=104&giro=10&ins=981

• http://vipal.gadbrivia.com.br/neoforma/esp/pvc.asp• http://www.eis.uva.es/~macromol/curso07-08/extrusion/caracteristicas.htm