Papel de cloruro de polivinilo
Revestimiento de suelo de cloruro de polivinilo
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El cloruro de polivinilo (policloroeteno IUPAC), generalmente abreviado como PVC, es un polímero termoplástico usado. Es uno de los productos más valiosos de la industria química en términos de ingresos generados. En todo el mundo, más del 50% de los productos de PVC se utilizan en la construcción. Como material de construcción, el PVC es barato, duradero y fácil de montar. En los últimos años, el PVC ha sustituido en muchos ámbitos a los materiales de construcción tradicionales como la madera, el hormigón y la arcilla.
El cloruro de polivinilo tiene muchos usos. Como plástico duro, se utiliza como revestimiento de vinilo, tarjetas de banda magnética, perfiles de ventanas, discos fonográficos (de donde proviene el término discos de vinilo), tuberías, tuberías y accesorios para conductos. Este material se utiliza comúnmente en sistemas de tuberías de presión de plástico para tuberías en la industria del agua y de aguas residuales debido a sus propiedades económicas y su flexibilidad. Los tubos de PVC suelen ser blancos, mientras que los de ABS suelen venir en gris, negro y blanco.
Se puede hacer más suave y elástico añadiendo plastificantes, siendo los más utilizados los ftalatos. De esta forma, se utiliza en prendas de vestir y tapicería, en la fabricación de mangueras y tuberías, pisos, membranas de techos y aislamiento de cables. También se utiliza habitualmente para figuritas.
Como se muestra en la figura, el cloruro de polivinilo se polimeriza a partir del monómero cloruro de vinilo. Dado que el 57% de su masa es cloro, se requiere menos petróleo para producir una masa determinada de PVC que muchos otros polímeros.
Historia
El cloruro de polivinilo fue descubierto accidentalmente en al menos dos ocasiones distintas en el siglo XIX, primero por Henri Victor Renault en 1835 y segundo por Eugen Baumann en 1872. En ambos casos, el polímero apareció como un sólido blanco en un matraz de cloruro de vinilo expuesto a la luz solar. A principios del siglo XX, el químico ruso Ivan Ostromislensky y Fritz Klatte, de la empresa química alemana Griesheim-Elektron, intentaron utilizar PVC (cloruro de polivinilo) en productos comerciales, pero las dificultades para procesar el polímero duro, a veces quebradizo, obstaculizaron su esfuerzo. En 1926, Waldo Semon y B.F. Goodrich Company desarrollaron un método para plastificar el PVC mezclándolo con varios aditivos. El resultado fue un material más flexible y más fácil de procesar que rápidamente encontró aplicaciones comerciales generalizadas.
El cloruro de polivinilo es uno de nuestros materiales sintéticos más comunes. El cloruro de polivinilo, a menudo denominado "PVC" o "vinilo", es una resina extremadamente versátil disponible en miles de formulaciones y configuraciones diferentes. En Estados Unidos produjimos más de 10 mil millones de libras de resina de PVC en 1992. Entre los plásticos, ocupa el segundo lugar después del polietileno. El PVC es el plástico más utilizado en la construcción: en 1992 se utilizaron 6.300 millones de libras de resina. Los compuestos de cloruro de polivinilo (resinas combinadas con diversos aditivos) se encuentran en una variedad de aplicaciones, como tuberías de alcantarillado, revestimientos de cables, pisos y burletes (consulte la tabla).
Si bien algunos productos de vinilo, como revestimientos y pisos, han sido criticados durante mucho tiempo, recientemente toda la industria del PVC ha sido criticada por razones ambientales. Los ataques recientes más feroces se han dirigido no sólo al PVC sino también a la cuestión más amplia del uso del cloro en la sociedad industrial. Como se informó en números recientes de EBN, Greenpeace está pidiendo la eliminación gradual de todas las industrias que contienen cloro, incluido el PVC, por una variedad de razones ambientales y de salud. Grupos menos políticos que Greenpeace también se han pronunciado contra el uso del cloro, aunque no con especial fuerza contra el PVC. Entre ellas se incluyen la Comisión Conjunta Internacional de los Grandes Lagos (IJC) y la Asociación Estadounidense de Salud Pública (APHA).
Después de toda esta publicidad, muchos constructores y arquitectos comenzaron a cuestionar la conveniencia de especificar materiales de PVC y buscar alternativas.
Sin embargo, para tomar una decisión informada, especialmente en un debate tan polémico, es útil tener algunos antecedentes.
Cómo se elabora
El cloruro de polivinilo está compuesto de cloro, carbono e hidrógeno. El cloro generalmente proviene de una solución de salmuera de sal gema común (cloruro de sodio). El cloro se separa mediante electrólisis: una fuerte corriente eléctrica que fluye a través de una solución líquida atrae iones de sodio al cátodo (con carga negativa), mientras que el cloro se acumula en el ánodo.
Hasta hace poco, la electrólisis requería el uso de mercurio líquido como cátodo, y trazas de mercurio tóxico a menudo contaminaban subproductos y fluidos residuales. La mayoría de los fabricantes ya no utilizan mercurio; sin embargo, en 1992, sólo el 14% de la producción de cloro en los Estados Unidos utilizaba mercurio.
Hoy en día, el proceso de separación de cloro más común utilizado en la producción de U.S. 77 se basa en diafragmas en celdas electrolíticas. Todas las instalaciones nuevas utilizan un enfoque más nuevo basado en membranas porque es más eficiente energéticamente y produce subproductos de mayor valor que otros sistemas. Esta tecnología de membrana representa aproximadamente el 7% de la producción de cloro.
La industria del PVC es el mayor consumidor industrial de cloro del mundo, utilizando aproximadamente el 30% de la producción de cloro. El resto se destina a papel, pesticidas, productos farmacéuticos y muchos otros productos y procesos. Algunos refrigerantes y propulsores a base de cloro (CFC y HCFC) se están eliminando debido a la preocupación por el daño a la capa de ozono.
Además de cloro, de la electrólisis de la sal se produce sosa cáustica (hidróxido de sodio), que se utiliza en la fabricación de jabón, papel y fibras artificiales, y como agente neutralizante en muchas otras industrias. Aunque inicialmente el cloro era un subproducto no deseado en la producción de soda cáustica, la demanda de cloro aumentó tanto que la soda cáustica se volvió relativamente barata, lo que llevó a su uso en un número cada vez mayor de procesos.
La resina de PVC contiene un 57% de cloro en peso. El resto es hidrógeno y carbono, que proceden de combustibles fósiles: principalmente gas natural y petróleo. Casi todo el PVC actual se fabrica a partir de etileno, el petroquímico elegido para muchos procesos industriales. En Estados Unidos, el etileno se produce craqueando etano en un reactor a aproximadamente 800°C. (El etano es un hidrocarburo ligero que se extrae durante el refinado del gas natural). Muchos subproductos de la producción de etileno (olefinas, dienos y metano) se utilizan en otras industrias. Un proceso más antiguo que producía cloruro de vinilo combinando cloro gaseoso con acetileno, aunque ya no compite con los procesos basados en etileno, todavía se utiliza en una o dos plantas existentes, donde una importante inversión en infraestructura ha dejado a los fabricantes atrapados en el oficio.
El etileno y el cloro se combinan para formar 1,2-dicloroetano (EDC), que luego se convierte en cloruro de vinilo. El cloruro de vinilo, a menudo llamado VCM en la industria (que significa "monómero de cloruro de vinilo"), es un gas a temperaturas y presiones normales. Un subproducto de la conversión de EDC en cloruro de vinilo es el ácido clorhídrico.
El EDC se produce a partir de etileno y cloro mediante dos procesos: cloración directa, utilizando cloro puro, y oxicloración, en la que se combina etileno con ácido clorhídrico (ver fórmula). El proceso de oxicloración ocurre a temperaturas más altas y produce subproductos mucho más tóxicos que la cloración directa. Esto se hace principalmente para aprovechar el subproducto de ácido clorhídrico que se produce cuando el EDC se convierte en cloruro de vinilo;
El cloruro de polivinilo se fabrica combinando cloruro de vinilo en cadenas o polímeros. Existen varios métodos diferentes de polimerización, cada uno de los cuales imparte diferentes propiedades al polímero. Con diferencia, el más común es el proceso de suspensión. Se agrega cloruro de vinilo al agua junto con pequeñas cantidades de metilcelulosa y peróxidos orgánicos, que inician la reacción de polimerización y evitan que las partículas poliméricas se aglutinen. Durante 6-8 horas se debe agitar vigorosamente el contenido de la cámara de polimerización. Además, el proceso debe enfriarse continuamente ya que genera aproximadamente 660 btu/lb de PVC. El enfriamiento se logra haciendo pasar agua a través de los lados del tanque de polimerización, usando aproximadamente 30 galones de agua por libra de PVC producido.
El proceso finaliza cuando aproximadamente el 90% del cloruro de vinilo se ha polimerizado. El monómero de cloruro de vinilo restante se extrae al vacío y se recupera la mayor parte. Hasta hace poco, quedaban trazas de cloruro de vinilo en los materiales de PVC. El reconocimiento de la tendencia del cloruro de vinilo a filtrarse de los recipientes de PVC a los alimentos o al agua, junto con el descubrimiento de que es cancerígeno, llevó a controles estrictos sobre la cantidad de cloruro de vinilo residual en el PVC, especialmente en los recipientes utilizados para alimentos y agua.
Para cumplir con estos requisitos, los fabricantes de PVC han agregado un proceso de extracción separado para eliminar casi todos los monómeros residuales del PVC. Después de la extracción, el PVC existe como pequeñas partículas suspendidas en agua. Estos se secan en una centrífuga y luego se secan al aire antes de envasarlos.
Además del método de suspensión, otros dos métodos de polimerización también pueden producir PVC para fines específicos. Se utiliza un proceso de emulsificación para producir gránulos de PVC más finos, que se utilizan en la pasta de vinilo, también conocida como plastisol, a partir de la cual se fabrican algunos pisos de vinilo. El proceso a gran escala es más sencillo, aunque menos flexible a la hora de añadir copolímeros (otras resinas plásticas mezcladas con PVC para potenciar determinadas propiedades). La polimerización en masa representa aproximadamente el 20% del PVC producido en los Estados Unidos
Historia de la industria del cloruro de polivinilo
El PVC se produjo por primera vez en un laboratorio en 1872. Comenzó a producirse comercialmente en la década de 1930, cuando se conoció la tecnología de mezclarlo con plastificantes y el PVC surgió como una alternativa al caucho. Durante la Segunda Guerra Mundial, cuando la escasez de materiales limitó el suministro de tuberías tradicionales, los científicos alemanes desarrollaron tuberías de PVC para sistemas de agua.
En las décadas de 1950 y 1960, varias empresas estadounidenses establecieron instalaciones para polimerizar cloruro de vinilo en PVC. En aquel entonces, la agregación se hacía en barriles abiertos y requería relativamente poco capital. Las grandes cantidades de cloruro de vinilo a las que están expuestos los trabajadores durante el procesamiento no se consideran peligrosas, aunque a menudo producen efectos narcóticos. "Solíamos bromear sobre la emoción barata de hacerlo", dijo el profesor Rudolf Dineen de la Universidad de Massachusetts Lowell, que trabajaba en la producción de PVC en ese momento.
En 1971, se atribuyó el origen del angiosarcoma, un cáncer de hígado poco común, a la exposición al cloruro de vinilo entre los trabajadores del PVC, y la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) estableció límites estrictos de exposición en el lugar de trabajo. Estas restricciones requirieron cambios radicales en el entorno de fabricación: todas las tinas de polímero tuvieron que ser selladas y controladas. Los costos de estos cambios y las crecientes economías de escala de las que disfrutaban las plantas más grandes acabaron eliminando a los productores más pequeños, que cerraron sus instalaciones de producción de PVC o fueron adquiridos por productores más grandes.
Hoy en día, el mercado norteamericano del PVC está controlado por una docena de grandes fabricantes. Algunas de estas empresas, como Occidental Petroleum Corporation, operan instalaciones para todas las etapas del proceso, desde la producción de cloro y etileno hasta los productos finales. Sin embargo, la mayoría de las empresas compran algunos materiales refinados a otros productores. Dow Chemical Company produce grandes cantidades de cloruro de vinilo para venderlo a otras empresas, pero no produce cloruro de polivinilo por sí misma.
Aditivos
La resina de PVC por sí sola no es tan útil. Sin embargo, es relativamente fácil de mezclar con aditivos que confieren a una variedad de compuestos de PVC con diferentes propiedades. La resina de PVC real normalmente sólo representa aproximadamente el 70% del producto final de PVC, a veces tan solo el 35 o el 40%. El PVC se puede mezclar con otras resinas poliméricas (copolímeros) durante el proceso de producción, o con diversos aditivos que se mezclan posteriormente. Los aditivos más comunes incluyen plastificantes, que dan al PVC la flexibilidad de muchos productos de vinilo, y estabilizadores, que reducen la tendencia del PVC a degradarse en diversas condiciones. El proceso de mezclar estos aditivos con PVC se llama mezcla. La mezcla la puede realizar el fabricante de PVC, una empresa especializada en este proceso o el productor del producto final.
Plastificantes
Los plastificantes contienen una gran cantidad de productos químicos, en su mayoría derivados de combustibles fósiles. Se utilizan en todos los productos de PVC que requieren flexibilidad, como cables, mangueras, juntas y pisos de vinilo. Los plastificantes también se utilizan con otras resinas plásticas, pero la industria del PVC consume la gran mayoría (aproximadamente el 80%) de todos los plastificantes. Aunque el PVC es inherentemente resistente al fuego debido a su alto contenido de cloro, la adición de plastificantes reduce esta resistencia al fuego, por lo que es necesario agregar también retardantes de llama.
El plastificante tradicional más común se llama DOP o DEHP (ftalato de di-2-etilhexilo). Cada año se producen aproximadamente 9 millones de toneladas de DOP en todo el mundo. El DOP fue identificado como sospechoso de carcinógeno en 1987 y su uso en bolsas de sangre médicas se suspendió cuando se descubrió que se filtraba en la sangre almacenada.
También existe preocupación por la liberación de DOP al medio ambiente. El Inventario de emisiones tóxicas (TRI) de la EPA informa que en 1991 se liberaron al aire más de 1 millón de libras de DOP.
Estabilizadores
Se añaden estabilizadores al PVC para reducir la degradación, principalmente debida al calor o los rayos UV. La principal función química del estabilizador es prevenir la formación de ácido clorhídrico dentro del PVC (o la absorción de cualquier ácido clorhídrico formado), ya que los ácidos pueden promover la degradación del material.
Tradicionalmente se han utilizado como estabilizadores metales pesados como el cadmio y el plomo. Las preocupaciones sobre la toxicidad de estos elementos han llevado a la industria a buscar alternativas en muchas aplicaciones. No obstante, un artículo reciente en Plastics Engineering informó que el 15% de todo el cadmio en las cenizas de los incineradores de desechos sólidos municipales proviene de productos de PVC. El plomo también se sigue utilizando para el aislamiento de cables y tuberías de gran diámetro (consulte la página 15). Las alternativas comunes a estos metales son las fórmulas de calcio, zinc y bario-zinc. Los costos más altos y las dificultades técnicas son razones por las cuales estas alternativas no se utilizan en todas las aplicaciones.
Otros aditivos
La lista de otros aditivos para productos de PVC es muy larga: coadyuvantes de procesamiento, modificadores de impacto, pigmentos, cargas inertes como tiza, lubricantes para ayudar a los agentes de extrusión, retardantes de llama. , supresores de humo y biocidas. Estos aditivos se suelen utilizar en cantidades mucho menores que los plastificantes y estabilizadores, y la mayoría de ellos también se utilizan en compuestos basados en otras resinas plásticas (sin PVC).
Es demasiado largo, cópielo usted mismo: /auth/article.cfm? fileName = 030101b . XML
Ver también:
La historia de los revestimientos para pisos de PVC (Revista PDF): /static/WMA/PDF/1/1/6/2/5/ wave 15_uk PDF
Productos de construcción de cloruro de polivinilo: http://www.vinylbydesign.org/site/page_two_col.asp?track=ampCID=30 ampDID=6