Policloruro de vinilo - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos



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Policloruro de vinilo

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PVC
XVYL - PVC Policloruro de vinilo

El PVC es el producto de la polimerización del monómero de cloruro de vinilo a policloruro de vinilo. Es un polímero obtenido de dos materias primas naturales cloruro de sodio o sal común (NaCl) (57%) y petróleo o gas natural (43%), siendo por lo tanto menos dependiente de recursos no renovables que otros plásticos. El PVC se presenta en su forma original como un polvo blanco, amorfo y opaco.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. 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 PVC tiene grupos polares (cloro) y es amorfo, por lo que se mezcla bien con otras sustancias. Las propiedades físicas requeridas de los productos finales (por ejemplo, flexibilidad, elasticidad, resistencia al impacto, antiincrustación, prevención del crecimiento microbiano, antivaho, retardante del fuego) se pueden diseñar a través de la formulación con plastificantes y diversos aditivos, modificadores y agentes colorantes . El PVC es el único propósito general del plástico que permite el uso de flexibilidad, elasticidad y resistencia al impacto, al agregar plastificantes, aditivos y modificadores. Dado que las propiedades físicas de los productos son ajustables mediante la combinación con aditivos, solo se requieren algunos tipos de resina para cubrir todas las aplicaciones (fibras, plástico rígido y flexible, goma, pintura y adhesivo).

Nombre - Simbolo           
               
          
  • PVC
  • Policloruro de vinilo
  • Cloruro de Polivinilo
                               
PVC Diferentes tipos de cloruro de polivinilo

Los compuestos de PVC con las mayores resistencias a corto y largo plazo son aquellos que no contienen plastificantes y el mínimo de ingredientes compuestos. Este tipo de PVC se conoce como UPVC o PVC-U. Se pueden agregar otras resinas o modificadores (como ABS, CPE o acrílicos) a UPVC para producir compuestos con una resistencia al impacto mejorada. Estos compuestos se conocen como PVC modificado (PVC-M). Los compuestos de PVC flexibles o plastificados, con una amplia gama de propiedades, también se pueden producir mediante la adición de plastificantes. CPVC (PVC-C) (PVC clorado), que tiene un mayor contenido de cloro y PVC orientado (PVC-O) que es PVC-U donde las moléculas se alinean preferentemente en una dirección particular.

PVC-U  rígido

PVC-U (sin plastificar) es duro y rígido con una tensión de tracción máxima de aproximadamente 52 MPa a 20 ° C y es resistente a la mayoría de los productos químicos. En general, PVC-U se puede utilizar a temperaturas de hasta 60 ° C, aunque el límite de temperatura real depende del estrés y las condiciones ambientales. 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

El PVC (plastificado) es menos rígido; tiene una alta resistencia al impacto; es más fácil extruir o moldear; tiene una menor resistencia a la temperatura; es menos resistente a los productos químicos y, por lo general, tiene una menor resistencia a la tracción final. PVC-U es la variabilidad de compuesto a compuesto en PVC plastificado es mayor que eso. Vinidex no fabrica tubos de presión con 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.Las propiedades de los productos vinílicos flexibles dependen de los aditivos que contienen. Cuando estos se dispersan adecuadamente en la matriz polimérica del PVC, no alteran la estructura molecular de los productos, pero sí modifican sus propiedades y su comportamiento en el proceso. Aproximadamente el 60 % de todos los aditivos para plásticos, se usa en el PVC flexible.La ventaja principal de estos plásticos es que están formulados y por eso es posible adaptarlos a tan amplia variedad de aplicaciones. Es el único plástico que puede procesarse por cualquiera de las técnicas conocidas.

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

PVC-C (clorado)

El PVC-C (clorado) es similar al PVC-U en la mayoría de sus propiedades, pero tiene una mayor resistencia a la temperatura, pudiendo funcionar hasta 95 ° C. Tiene un esfuerzo final similar a 20 ° C y un esfuerzo de tracción final de aproximadamente 15 MPa a 80 ° C.

PVC-O (PVC orientado)

PVC-O (PVC orientado) a veces se llama HSPVC (PVC de alta resistencia). Las tuberías de PVC-O representan un gran avance en la tecnología de la industria de tuberías de PVC. El PVC-O se fabrica mediante un proceso que da como resultado una orientación preferencial de las moléculas de PVC de cadena larga en la dirección circunferencial o circunferencial. Esto proporciona una mejora notable de las propiedades en esta dirección. Además de otros beneficios, se puede obtener una resistencia a la tracción máxima para duplicar la de PVC-U para PVC-O. En aplicaciones tales como tuberías de presión, donde se define que la direccionalidad de la tensión está presente, se pueden obtener ganancias muy significativas en la resistencia y / o ahorro de materiales.

PVC-M (modificado)

PVC-M (modificado) es rígido y tiene una tenacidad mejorada, particularmente en impacto. El módulo de elasticidad, el límite elástico y la resistencia a la tracción final son generalmente más bajos que el PVC-U. Estas propiedades dependen del tipo y la cantidad de modificador utilizado.

Gama de productos PVC

Tenemos a su disposición la gama más amplia de grados de PVC rigido y flexible , con diferente dureza y estabilizaciones

PVC  Propiedades

El PVC tiene una estructura amorfa con átomos de cloro polar en la estructura molecular. Tener átomos de cloro y la estructura molecular amorfa están relacionados inseparablemente. Los plásticos parecen ser muy similares en términos de rendimiento y funciones en comparación con los plásticos de olefina que solo tienen átomos de carbono e hidrógeno en sus estructuras moleculares. El PVC es un material químicamente estable, que muestra pocos cambios en su estructura molecular. Sin embargo, los polímeros de cadena larga son materiales viscoelásticos y se pueden deformar mediante la aplicación continua. Esto se llama deformación por fluencia. El PVC es un material viscoelástico, su deformación por fluencia es muy baja en comparación con otras temperaturas, en contraste con el PE y el PP, que tienen un mayor movimiento molecular en sus secciones amorfas. La 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.

PVC Propiedades Termicas

El principal problema en torno al PVC es su baja estabilidad térmica causada por la presencia de defectos en la estructura molecular. Se cree que varios sitios de defectos en la cadena del polímero son responsables de esta inestabilidad. El poli (cloruro de vinilo) se descompone a una temperatura inferior a la temperatura de procesamiento. El PVC disponible comercialmente, por otro lado, ya se degradaría alrededor de 140 ° C, si no se estabilizara antes del procesamiento. 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.

PVC Propiedades Eléctricas PVC

Alta resistencia dieléctrica con unas propiedades eléctricas excelentes. Siendo un material  polar, con un TG elevado y baja absorción de agua, las propiedades eléctricas prácticamente no son afectadas por la variación de temperatura, frecuencia (hasta 106 Hz) y humedad, dentro de intervalos normales de trabajo. Tiene gran poder de aislamiento eléctrico. Para medirlo se usa el método de resistividad volumétrica, que también permite controlarla.

PVC Propiedades Quimícas PVC

Las reacciones químicas pueden ser muy complejas. Hay tantos factores que afectan la reacción de un sistema de tuberías a productos químicos es imposible construir gráficos para cubrir todos posibilidades. Algunos de los factores que afectan a la sustancia química resistencia son:  Productos químicos utilizado,  su concentración, temperaturas y durata y/o frecuencia de exposición. El PVC es resistente al ácido, al álcali y a casi todos los productos químicos inorgánicos. Aunque el PVC se hincha o se disuelve en hidrocarburos aromáticos, cetonas y éteres cíclicos, el PVC es difícil de disolver en otros disolventes orgánicos. El PVC absorberá estas sustancias y esto conducirá a una reducción de la resistencia. Para el trabajo normal de suministro de agua, las tuberías de PVC no se ven afectadas por los químicos del suelo y el agua. El PVC es resistente a muchos alcoholes, grasas, aceites y gasolina libre de aromáticos. También es resistente a los agentes corroídos más comunes, incluidos los ácidos inorgánicos, los álcalis y las sales. 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.

PVC  UV Resistance

El bajo costo y el excelente rendimiento del poli (cloruro de vinilo) lo convierten en un plástico muy atractivo y adecuado. Sin embargo, el PVC adolece de una pobre estabilidad térmica y lumínica. Bajo irradiación UV, y en presencia de oxígeno y humedad, el PVC se somete a un proceso muy rápido de deshidrocloración y peroxidación con la formación de polienos. Se somete a una deshidrocloración autocatalítica rápida al exponerse al calor y la luz durante su moldeo y uso, respectivamente. Aumente la decoloración del polímero y cambie sus propiedades físicas. La degradación también causa un cambio drástico en las propiedades mecánicas del polímero, lo que se acompaña de una reducción o aumento en el peso molecular como resultado de la escisión de la cadena o la reticulación de las moléculas del polímero, respectivamente.

Proceso de polimerización

El PVC es un material esencialmente amorfo con porciones sindiotácticas que no constituyen más de 20% del total, y que, generalmente, cuenta con grados de cristalinidad menores. El PVC es un polvo blanco, inodoro e insípido, fisiológicamente inofensivo. Tiene un contenido teórico de 57% de cloro, difícilmente inflamable, no arde por sí mismo. La estructura de la partícula a veces es similar a la de una bola de algodón. El diámetro varía dependiendo del proceso de polimerización. Tanto en los procesos en emulsión como en suspensión, el gas de VCM se polimeriza en un medio acuoso.

Resina en masa

Como resultado de la formulación de resina en masa se obtiene el plastisol. En los procesos en emulsión, junto con el PVC se produce látex acuoso con un tamaño de partículas medio (en peso) de entre 0,1 y 3 µm. Para las aplicaciones de polímeros en pasta o plastisol, la distribución exacta del tamaño de la partícula de látex que se alcanza durante el proceso de polimerización determinará principalmente la reología del plastisol, cuando el polímero se redisperse en plastificante. 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.

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). En el proceso de PVC en suspensión (S-PVC), se produce una suspensión de partículas de PVC, con un tamaño medio de entre 50 y 200 μm. Además del tamaño de las partículas, las principales diferencias entre las distintas categorías de S-PVC dependen de la longitud media de las cadenas de polímeros y la porosidad de las partículas. El PVC en suspensión siempre se produce de manera discontinua en un recipiente de mezcla. Después del secado, el PVC en suspensión se suele tamizar para eliminar las partículas gruesas, que podrían causar problemas durante la transformación.

Las reacciones de polimerización son reacciones exotérmicas y, por lo tanto, los reactores deben disponer de equipos de refrigeración. La presión en el reactor suele variar entre 0,4 y 1,2 MPa y la temperatura de reacción suele ser de 35 a 70 °C. Al final de la reacción, entre un 85 % y un 95 % del VCM se convierte en PVC.

PVC Procesabilidad

La procesabilidad de un material termoplástico depende en gran medida de su viscosidad en estado fundido. El PVC no es adecuado para el moldeo por inyección de productos de gran tamaño, ya que su viscosidad en estado fundido es comparativamente alta. Por otro lado, el comportamiento viscoelástico del PVC fundido depende menos de la temperatura y es estable. Por lo tanto, el PVC es adecuado para la extrusión de formas complejas (por ejemplo, materiales de alojamiento), así como para el calandrado de películas y láminas anchas (por ejemplo, películas agrícolas y cuero de PVC). El PVC también exhibe una procesabilidad secundaria excelente en la fabricación por flexión, soldadura, unión de alta frecuencia y conformado al vacío, así como la trabajabilidad. 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.

Nota de ingenieria

El PVC disponible comercialmente es altamente ramificado y tiene baja cristalinidad. El PVC con alto peso molecular (valor K> 100 con peso molecular promedio en número de hasta 150,000) tiene varias ventajas, como una estructura más ordenada, más linealidad, mayor grado de cristalinidad y mayor resistencia mecánica.
El PVC se plastifica con los llamados "monoméricos" y plastificantes "poliméricos" de bajo peso molecular. Los plastificantes "poliméricos" de bajo peso molecular son materiales de poliéster oligoméricos que son líquidos a temperatura ambiente. os aditivos, como plastificantes y estabilizantes, son un componente necesario de todas las formulaciones de PVC. Sin estos aditivos, el PVC es frágil, se degrada fácilmente y no es versátil. Los suavizantes no están unidos químicamente al polímero de PVC, sino que flotan alrededor del polímero, como el agua en una esponja, dando al plástico la flexibilidad requerida.
El debate actual en torno a los juguetes de cloruro de polivinilo (PVC o vinilo) se centra en si el riesgo para los niños de la exposición a los suavizantes (plastificantes) conocidos como ésteres de ftalato que se filtran durante el uso es lo suficientemente significativo como para justificar restricciones o prohibiciones de este plástico. Los estudios de laboratorio demuestran que los ftalatos pueden causar cáncer y daños reproductivos, y la evidencia emergente apunta a algunos ftalatos como posibles hormonas disruptores.

PVC Aplicaciones

El PVC se ha identificado como el peor plástico desde una perspectiva del ciclo de vida debido a la creación de dioxinas y otros organoclorados persistentes durante su producción, uso y eliminación; riesgos planteados por su monómero canceroso, cloruro de vinilo; su falta de reciclabilidad; y su uso intensivo de aditivos peligrosos y los ésteres de ftalato que pueden filtrarse durante el uso. Estos peligros del ciclo de vida han llevado a varias naciones europeas, gobiernos locales, fabricantes, organizaciones científicas y de salud pública a examinar y / o aprobar restricciones sobre el uso del PVC. En carpintería plástica, cortinas de enrollar, planchas, placas y plafones para revestimientos decorativos, cañerías para instalación sanitaria, desagües. Esta última aplicación tiene la ventajas de que son materiales livianos para el transporte y manipuleo, más económicos, no se corroen, etc. Los plásticos de PVC rígidos son productos formulados que tienen propiedades notables. Estos versátiles materiales, que ofrecen la posibilidad de preparar un número casi ilimitado de compuestos, se producen con materias primas de bajo costo. El 56.7 % de las moléculas de PVC están constituidas por cloro. Esto significa que ni el precio ni la disponibilidad del polímero dependen totalmente de materiales que provienen del petróleo.

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