Introducción - Historia
El Policloruro de Vinilo (PVC) es un polímero termoplastico resultante de la asociación molecular del monómero Cloruro de Vinilo. Por sí solo es el mas inestable de los termoplasticos, pero con aditivos es la resina mas versatil, pues ademas de ser termoplastica, 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, y puede ser sometido a variados procesos para su transformación, lo que le ha hecho ocupar, por su consumo, en el segundo lugar mundial detras del Polietileno.
Ademas de su gran versatilidad, el PVC es la resina sintética mas compleja y difícil de formular y procesar, pues requiere de un número importante de ingredientes y un balance adecuado de éstos para poder transformarlo al producto final deseado. Historia del PVC

* 1835 Justus Von Liebig (Alemania) Sintetiza el cloruro de vinilo en un laboratorio.

* 1839 Victor Regnault (Francia) Describe la formación de un polvo blanco cuando una ampolleta de cristal sellado de cloruro de vinilo líquido se exponía al sol.

* 1860 Roald Hoffman (Polonia) Publica un informe sobre la obtención de poli bromuro de vinilo.

* 1872 Eugene Baumann (Alemania) Relató como se convertía el VCM en una masa sólida blanca: “no siendo afectada por los disolventes ni por los acidos”.

* 1912 Fritz Klatte (Alemania) Estableció los principios de la fabricación industrial.

* 1928 Waldo Semon (EUA) Extiende una parecida a un caucho en la mesa de un laboratorio. El solo estaba buscando un adhesivo sintético para la marca B.F. Goodrich.

* 1932 B.F. Goodrich y General Electric desarrollan una formulación de PVC plastificado para utilizarlo como aislante eléctrico en cable y alambre.

* 1938 Inicia la producción de PVC a gran escala.

* 1950 Cinco compañías principales competían en la fabricación de PVC.

* 1980 Veinte compañías producían PVC. Se da el mayor desarrollo tecnológico y de comercialización del PVC a nivel mundial.

Clasificación del policloruro de vinilo (PVC
El PVC puede clasificarse de cuatro maneras:
* Por su método de producción:
* Suspensión, Dispersión, Masa, Solución.
* Peso Molecular:
* Alto, Medio y bajo
* Tipo de Monómeros:
* Homopolímeros y Copolímeros
* Formulación:
* Rígido y Flexible
Estructura
Estructuralmente, el PVC es un polímerovinílico. Es similar al polietileno, con la diferencia de que cada dos atomos de carbono, uno de los atomos de hidrógeno esta sustituido por un atomo de cloro.

La estructura del policloruro de vinilo corresponde a una disposición cabeza-cola. Existe evidencia de la ramificación del polímero y ésta depende de la temperatura de polimerización y del peso molecular. El PVC es un polímero amorfo de baja cohesión molecular. Debido al pequeño tamaño del sustituyente puede presentar cierta cristalinidad. Los polímeros comerciales contienen aproximadamente un 5 % de regiones cristalinas, que han sido atribuidas a una estructura sindiotactica.

Polimerización
Por polimerización se entiende una reacción química, en el curso de la cual la adición sucesiva y rapida de combinaciones monoméricas, conteniendo enlaces dobles o de composición cíclica, susceptibles de producir reacciones, conduce a la formación de macromoléculas que se denominan Polímeros. Estas macromoléculas pueden estar compuestas de miles de moléculas de base y son el origen de todos los materiales plasticos.
El monómero puede ser polimerizado usando técnicas muy distintas.
El PVC esta compuesto de los siguientes elementos sencillos: cloro (derivado de la sal común) en un 57 % y etileno (derivado del petróleo) en un 43 %. El compuesto resultante de la reacción entre ambos, dicloro etano, se convierte a altas temperaturas en el gas cloruro de vinilo (CVM).
A través de una reacción química conocida como polimerización, el CVM se transforma en un polvo blanco, fino y químicamente inerte: la resina de PVC. Este es luegoaditivado para fabricar los diferentes productos convirtiendolo en un material rígido o de gran flexibilidad, compacto o espumado, opaco o de gran cristalinidad, mate o de gran brillo e infinidad de colores.
La polimerización del policloruro de vinilo, transcurre según la ecuación

Formulación del PVC
Resinas de PVC
Existe en el mercado una gran variedad de resinas cuyas propiedades van cambiando conforme a su peso molecular, o como comúnmente se le llama, su viscosidad inherente. Este cambio en propiedades sigue una línea de conducta establecida, de tal forma que podemos enunciar en forma general que conforme el peso molecular va subiendo; las propiedades físicas de tensión, elongación, compresión, etc van mejorando; la resistencia química a los solventes alcalis y acidos va aumentando; la estabilidad térmica es mayor; el punto de fusión es superior; la procesabilidad se hace mas difícil; la resistencia al envejecimiento es menor y la absorción de plastificante a una dureza dada es mayor.
Una forma sencilla de identificar la resina es mediante su valor K, que es una forma practica de presentar su viscosidad inherente. Comercialmente los valores K van de 49 a 81 unidades, conforme aumenta la viscosidad aumenta el valor K. Esta es una valoración muy común en el medio. Por lo tanto, tenemos que para la formulación de un compuesto para un producto determinado, es necesario escoger las resinas conforme a los requerimientos en propiedades físicas finales, flexibilidad, procesabilidad y aplicación.

Plastificantes
Se emplean para impartir flexibilidad. Cuando se formulan conhomopolímeros de suspensión, se obtienen compuestos para producción de materiales flexibles. Cuando se combinan con resinas de pasta, nos dan los plastisoles para producción de otros materiales también flexibles. Químicamente los plastificantes son solventes de baja volatilidad, los cuales son incorporados en la formulación del PVC para impartirle propiedades elastoméricas de flexibilidad, elongación y elasticidad. Por lo general son líquidos, aunque muy ocasionalmente los hay sólidos. Pueden ser ésteres dibasicos, alifaticos o aromaticos, diésteres glicólicos derivados de acidos monobasicos, poliésteres lineales, glicéridos epoxidados e hidrocarburos aromaticos de monoésteres, así como hidrocarburos alifaticos clorados.
Los plastificantes se clasifican en función de su eficacia, permanencia, flexibilidad a baja temperatura, compatibilidad y poder de solvatación en plastisoles. Entre mayor sea la polaridad, cromaticidad o grado de ramificación, mayor sera el poder de solvatación y compatibilidad del plastificante. Buenas características de flexibilidad a baja temperatura se obtienen con plastificantes que sean inferiores en solvatación y compatibilidad.
En nuestro medio, el DOP, el DIDP y el DINP son empleados como plastificantes generales y para aplicaciones especiales se usan DIP, BBP, TOTM, DOA, etc. Los epoxidados son plastificantes especiales en su género pues formulados en bajas proporciones, imparten buenas propiedades a baja temperatura y estabilidad térmica a largo plazo.
Estabilizadores
Se pueden clasificar como el único ingrediente indispensable en la formulaciónde un compuesto de PVC. Es importante mencionar que es el único ingrediente con el cual el PVC reacciona durante la fabricación del compuesto y su procesado; que seguira en cierta forma reaccionando durante la vida útil del producto, retardando la degradación que el calor y la luz producen en el producto. Los estudios de rastreo por radiocarbón han confirmado esta teoría.
Los estabilizadores pueden ser: sales organometalicas de Ba, Cd y Zn en forma de líquidos o polvos, mercapturos y carboxilatos de compuestos organoestanosos en forma de líquidos o polvos, jabones y sales de plomo, líquidos o polvos, combinaciones de estearatos de Ca y Zn atóxicos; estabilizadores organofosfitos, epoxis y algunos mas que contienen nitrógeno.
En forma general, para la producción de materiales flexibles, calandreados, extruídos, moldeados y plastisoles se usan comúnmente estabilizadores de bario-cadmio (zinc). Los compuestos rígidos generalmente son estabilizados con compuestos organoestanosos y jabones y sales de plomo. Los compuestos eléctricos, aunque son flexibles, deben estabilizarse con plomo por la baja conductividad de estos.
Es importante mencionar que el zinc, a pesar de ser estabilizador, en circunstancias especiales tiene efectos perjudiciales. Algunas resinas son mas sensitivas que otras al zinc, así como que éste no es tan efectivo en presencia de fosfatos y plastificantes derivados de hidrocarburos clorados.
Lubricantes
Uno de los aspectos mas importantes en la tecnología del PVC es la lubricación, pues esta muy unida a la estabilización, sobre todo en el procesado de losrígidos, donde la degradación durante la transformación es crítica. Existe lubricación interna, la cual se obtiene con acido estearico, estearatos metalicos y ésteres de acido graso y la lubricación externa, la cual se obtiene mediante el uso de aceites parafínicos, ceras parafínicas y polietilenos de peso molecular bajo. Los lubricantes internos contribuyen a bajar las viscosidades de la fusión y a reducir la fricción entre las moléculas. Los lubricantes externos funcionan esencialmente emigrando hacia la superficie, donde reducen la fricción del plastico fundido y las paredes metalicas del extrusor, calandria, etc. Esta particularidad también es empleada para impartir propiedades finales al producto, como la de anti-adeherencia (antiblocking) o de no pegafocidad (antitacking). De entre todos los lubricantes, el acido estearico es, con mucho, el mas empleado.
Cargas
Las cargas se usan con objeto de reducir costos, impartir opacidad y modificar ciertas propiedades finales, como la resistencia a la abrasión, al rasgado, etc. Los materiales empleados son generalmente productos inertes, inorganicos y minerales; entre ellos destaca el carbonato de calcio y silicatos, como la arcilla, caolin, talco y asbesto. El carbonato de calcio es el mas ampliamente usado, mientras que el asbesto se usa principalmente en la producción de loseta vinil-asbesto.
Pigmentos
Los pigmentos se usan principalmente como objeto decorativo. Se utilizan pigmentos metalicos de aluminio, cobre, oro y bronce y otros metalicos combinados, como organo-metalicos de Cd, Cu, Ba, etc. También, se emplean colorantescon el mismo objetivo. Sin embargo, los colores como el blanco y el negro son mas empleados en exteriores, por sus propiedades de reflexión y absorción de la luz, como en el caso de los paneles laterales (sidings) blancos y la tubería negra.
Espumantes
Los espumantes o esponjantes son productos empelados para formar materiales con baja densidad y con efectos y propiedades celulares; muy usados en recubrimientos de tela para tapicería. Se emplean principalmente plastisoles, aunque también es posible elaborarlos a partir de calandreado con resina de suspensión. Existen dos tipos de espumas para formulación de PVC; la química y la mecanica. La primera usa un producto químico organico que a cierta temperatura desprende dióxido de carbono y forma la célula o burbuja. La espuma mecanica, se produce exclusivamente con plastisoles y consiste en bajar la tensión superficial a tal grado que con agitación enérgica se forma la espuma o burbuja deseada. Este último proceso es practicamente nuevo. Para el espumado químico, comúnmente se emplea azodicarbonamidas y para el espumado mecanico se usan silicones. Existe también el PVC celular que es rígido y sigue similares principios de formulación aunque muy diferentes de proceso.
Absorbedores de rayos ultravioleta
La luz en la región de los rayos ultravioleta tiene una fracción donde hay suficiente energía de activación como para romper las ligaduras del PVC. Es debido a esta fracción con energía de activación que todo material, sin excepción, envejece, se amarillea y, en suma, se degrada. Por ello se emplea en algunas formulaciones de PVCagentes absorbedores de rayos ultravioleta, a fin de retardar el amarillamiento, puesto que el evitarlo permanentemente no es posible. Las benzofenonas y los derivados del acido salicílico son los absorbedores mas empleados.
Ayudas de proceso
Estos materiales se usan principalmente en la formulación de compuestos rígidos. Como su nombre lo indica, ayudan al proceso en forma similar a un lubricante interno. En general son acrílicos que hacen el procesado mas suave, dando un mejor acabado y una fusión mas rapida y temprana, pero aumentando la viscosidad de la fusión.
Modificador de impacto
Se emplea para aumentar la resistencia al impacto de los compuestos rígidos, creando una interfase, donde el elastómero entre la resina actúa como absorbedor de choque en el proceso de absorción y disipación de energía. Es muy importante darle un trabajo apropiado al compuesto formulado para lgorar una buena dispersión, pues de otra forma el producto no tendra las propiedades deseadas. También, se emplean los modificadores de impacto en los compuestos flexibles con objeto de que éstos puedan retener los grabados efectuados por operaciones de post-formado. Los materiales empleados como modificadores de impacto pueden ser el ABS, el polietileno clorado, el acrilato de butadieno, el estireno, los acrílicos, etc.
Modificadores de viscosidad
Su aplicación es exclusiva para plastisoles y se emplean para bajar, regular y conservar la viscosidad de éstos, ya que los plasisoles, con el tiempo incrementan su viscosidad a niveles no adecuados de operación. Estos modificadores son esencialmenteagentes surfactante que imparten por naturaleza efectos lubricantes y son comúnmente del género de los ésteres grasos del etilen-glicol.

Antiestaticos
Son productos empleados en la formulación de PVC con objeto de eliminar el efecto mencionado, defecto principal en los discos fonograficos donde crean ruidos indeseables. Químicamente, los productos empleados son surfactantes iguales a los modificadores de viscosidad.
Fungicidas
Estos productos, como los anteriores, no son muy empleados en nuestro medio porque éste no es muy propicio para la procreación de hongos. Se han usado en la formulación de tapiz para pared, producto donde esa protección sí es necesaria. En vista de que los compuestos organoestanosos tienen propiedades fungicidas y propiedades estabilizadoras, los compuestos trialquilestanosos se usan para este objeto. Los fungicidas mercuriales son poco usados.
Solventes
Se usan principalmente para la formulación de organosoles, es decir, plastisoles con solvente, así como para la regulación de la viscosidad de los plastisoles. Comúnmente son mezclas de MEC, MIBC y otros como toluolxilol, etc.
Propiedades
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. En el caso de la resina de suspensión, el diametro de la partícula va de 40 micrones (resina de mezcla) a 80-120 micrones (resina de uso general). En el caso de resina de pasta, el diametro de la partícula es de 0.8 a 10 micrones.
Porosidad de la Partícula
Es característica decada tipo de resina. A mayor porosidad, mayor facilidad de absorción del plastificante, acortandose los ciclos de mezclado y eliminando la posibilidad de que aparezcan “ojos de pescado” (fish eyes) en el producto terminado.
Peso Molecular
Su promedio se mide indirectamente valuando la viscosidad específica en soluciones al 0.4% de nitrobenceno o la viscosidad inherente en soluciones al 0.5% de ciclo-hexanona. En el primer caso, nos da valores de 0.30 a 0.71 y en el segundo de 0.650 a 1.348, con valor K de 50 a 75. Conforme disminuye el peso molecular, las temperaturas de procesamiento de las resinas seran mas bajas seran mas facilmente procesables, las propiedades físicas en el producto terminado, tales como la tensión y la resistencia al rasgado, seran mas pobres; el brillo y la capacidad de aceptar mas carga sera mejor y la fragilidad a baja temperatura sera 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. El plastificante reduce el peso específico; por cada 10 partes de DOP se reduce en aproximadamente 0.02 gramos, mientras que la carga lo aumenta en función del tipo de carga de que se trate.
Estabilidad Térmica
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 mecanicas delproducto. Es para evitar esto que se adicionan los estabilizadores.
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 Mecanicas
Resina de Pasta

Como resultado de la formulación de resina de pasta se obtiene el plastisol. Las principales propiedades del plastisol son la viscosidad, la dilatancia y el esfuerzo mínimo de deformación. La viscosidad, en las resinas de pasta es una característica basica, 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 (cms/seg) contra el espesor del recubrimiento (cms) nos da la relación de corte.

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, queda valores en gr de plastisol por 100 seg.

También es importante considerar que al aplicar calor a una dispersión de PVC en plastificante (plastisol), la viscosidad se eleva gradualmente y el material se transforma en sólido. Existe una temperatura óptima de fusión (175°C) a la cual se logran las propiedades óptimas de elongación y tensión.

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 mas adecuadas para realizar la operación de transformación (160°C-180°C).
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 basicas y acidas; soluciones salinas y otros solventes y productos químicos. Tiene buena estabilidad dimensional. Es termoplastico 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 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 resistividadvolumétrica 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.
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 mas versatil de la familia de los plasticos; pues ademas de ser termoplastica, 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
• Buenas propiedades eléctricas y de aislamiento sobre un amplio rango de temperaturas.
• Excelente durabilidad y tiene aproximadamente una vida útil de 40 o mas años.
• Características de procesamiento faciles para obtener las especificaciones deseadas del producto final.
• Resistente a ambientes agresivos.
Usos del PVC en la construcción
1. Aislamiento de cables y alambres
2. Marcos de puertas y ventanas
3. Ductos y tuberías
4. Membranas de revestimiento y de tejados
5. Tapices de paredes
6. Suelo
7. Losetas
8. Perfilería
Juguetes
Muchos juguetes de diferentes tipos son hechos de PVC o contienen PVC, como
• Muñecas
• Patos de baño
• Juguetes playeros inflables
• Piscinas para niños
• Pelotas
• Algunos artículos para el cuidado del bebé
Automóviles
• Paneles para puertas
• Tableros
• Asientos
• Molduras
• Cables eléctricos
• Perfiles para sello de ventanas
• Filtros para aire y aceite
• Selladores automotrices y arneses.
Empaque
• Garrafones y botellas para aguapurificada.
• Botellas para aceite comestible, vinagre y jugos de fruta, así como para envasar productos farmacéuticos, cosméticos, limpiadores y aditivos automotrices.
• Película para empaque de carne, frutas y vegetales.
• Empaque rígido para medicinas y productos diversos.
• Plastilatas y sellos de garantía.
Medicina
• Guantes quirúrgicos
• Tubos
• Bolsas para sueros
• Bolsas para transfusiones de Plasma y sangre
• Dialisis
- Estudios realizados demuestran que el uso del PVC como material en contacto con la sangre y el plasma, permite prolongar en un 30% la vida útil de estas sustancias biológicas.
Usos Generales
• Agricultura: tuberías para riego, mangueras, película para invernadero y almacenamiento de agua.
• Mobiliario: muebles para casa habitación, oficina y jardín.
• Calzado: zapatos, suelas para tenis, botas para jardín e industriales, sandalias.
• Tarjetas de crédito.
• Tapicería: para muebles, bolsas, maletas, carteras, lonas, impermeables, tapiz para muros.
• Película para anuncios publicitarios.
• Señalamientos viales.
• Albumes fotograficos.
• Cortinas para baño.
• Mantelería.
• Película para forros de libros.
• Pasillos plasticos para alfombras.
• Persianas
Electricidad y Electronica
• Recubrimiento para cable eléctrico, de uso doméstico, telefonía e industria.
• Recubrimiento para cable telefónico.
• Recubrimiento para cable industrial.
• Recubrimiento para cable de uso doméstico.
 
Ventajas del PVC
Eléctricas y electrónicas
• Buenas propiedades eléctricas y de aislamiento sobre un amplio rango de temperaturas.
• Excelentedurabilidad y tiene aproximadamente una vida útil de 40 o mas años.
• Características de procesamiento faciles para obtener las especificaciones deseadas del producto final.
• Resistente a ambientes agresivos.
Construcción
• Fuerte y ligero la resistencia del PVC a la abrasión, su ligereza y su buena resistencia y fuerza mecanica son la clave de su uso en la construcción.
• Resistencia al fuego.- el PVC difícilmente se incendia, ademas si llegara a quemarse, se detendra en el momento en que la fuente de calor sea removida. Esto lo hace conveniente para usarse en ventanas, puertas y vestiduras.
• Durabilidad el PVC es resistente al ambiente, a la acción de químicos, corrosión, shock y abrasión. Por ello se le elige para muchas aplicaciones en donde se requiera una larga vida útil del material.
• Costos los componentes del PVC usados en la construcción ofrecen excelentes ventajas de costo.
• Versatilidad las propiedades físicas del PVC permiten diseños de alto grado de libertad cuando se diseñan nuevos productos.
• Reciclable todos los materiales de PVC usados en la construcción son reciclables.
Juguetes
• Es resistente y con mucha durabilidad
• Es un material muy versatil y las formulaciones pueden ser ajustadas para dar el comportamiento exacto y los requisitos de calidad para cada tipo de juguete.
• Tiene un bajo costo, permitiendo buena calidad, juguetes de un precio razonable.
• Es muy adecuado en juguetes que necesiten ser producidos en masa.
Vehículos
• El PVC hace que los carros duren mas (El promedio de vida útil de un vehículo de camino modernofue: en 1970 duraba 11½ años, ahora dura 17 años
• El PVC conserva los combustibles fósiles, ya que consume muy poca energía.
• Reduce el ruido de los ocupantes del auto.
• Hace mas costeables a los coches.
• Ayuda a salvar vidas (El PVC es importante en los componentes absorbentes del shock en caso de impacto).
• Aumenta la libertad del diseño.

Distintos métodos de Fabricación
Los métodos de polimerización industrial del policloruro de vinilo en orden de importancias son: suspensión, emulsión y masa. La polimerización en solución sólo se utiliza para la obtención de copolímeros muy específicos. La polimerización por Emulsión y en Masa son tecnologías alternativas para la producción de PVC, pero mucho menos utilizadas. La polimerización por Emulsión produce resinas mas finas con partículas mucho mas pequeñas, las cuales son requeridas para ciertas aplicaciones. Este tipo de resinas es algunas veces llamado “pasta” de PVC e industrialmente se lo conoce como P-PVC.
Emulsión
Fue el primer método desarrollado industrialmente. Por un tiempo fue el método mas utilizado, debido a las condiciones ventajosas que presenta. Da lugar a polímeros muy uniformes, con grandes rendimientos en la polimerización y permite obtener éstos en forma de latex, 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 areas individuales de reacción. Esto permite mantener la constancia de temperatura sin cuidadosespeciales. Puede hacerse de manera continua, con dispositivos no muy complicados y con seguridad absoluta. Los tiempos de operación son mas cortos que por cualquier otro método. El único problema es la contaminación del polímero con las impurezas presentes en el agua, en particular el agente de emulsión que disminuye la pureza del polímero, modificando algunas propiedades del mismo (como la estabilidad a la luz, calor y mayor absorción de agua de los productos acabados). Dos tipos principales de polímero se producen empleando los procesos de polimerización por emulsión: “pastas” y los llamados polímeros de emulsión.
Masa
Este procedimiento permite evitar el agua y los dispersantes, aunque con una cierta dificultad para evacuar el calor de la reacción. El PVC así fabricado esta exento de agentes de ayuda, presentando una estructura ventajosa en su aplicación.
Las resinas utilizadas actualmente en la fabricación de tubos son principalmente obtenidas por suspensión, aunque también pueden utilizarse los polimerizados en 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 sólida en polvo. Los requerimientos de agitación en las dos fases son diferentes, cada etapa debe ser realizada en reactores distintos.
Solución
Como su nombre lo sugiere, requiere un solvente organico 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 medioes que por no necesitar el proceso el agregado de tensoactivos, se obtienen resinas que dan lacas muy transparentes. Para aquellos usos en los cuales el polímero es usado en solución, esta es una excelente manera de hacer un producto disuelto en el solvente requerido. Desafortunadamente, la producción de estos materiales es cara y el precio de venta de los mismos puede ser tres o cuatro veces el precio de un homopolímero normal. La polimerización en solución se usa casi exclusivamente para la preparación de copolímeros de cloruro de vinilo con acetato de vinilo.

Suspensión
Es el proceso mas importante para la obtención de policloruro de vinilo, ya que el 80% de la producción mundial se obtiene por esta tecnología.
La polimerización se efectúa en autoclaves. Primero, el material VCM puro (monómero) es presurizado y licuado, y luego se introduce en el reactor de polimerización (autoclave), el cual contiene agua (desmineralizada o de alta calidad controlada) y agentes de suspensión (coloide protector) de antemano. A través de una agitación a alta velocidad dentro del reactor, se obtienen pequeñas gotitas de VCM. Después, el iniciador de polimerización (catalizador) se introduce al reactor. El contenido del autoclave se calienta hasta la temperatura de polimerización (40-60°C) 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 (la temperatura ha deser perfectamente controlada para evitar aglomeración de las perlas). Al concluir con la polimerización y descargar el autoclave tendremos un sólido con alto contenido de humedad, la que se debe eliminar. La mayor parte del agua puede ser eliminada mediante centrifugación y el resto mediante sistemas de lecho fluido. El PVC obtenido por este método se suspende en agua como partículas de 50-200 μm de diametro (en “slurry form” o “lechada”). A partir de entonces, esta mezcla descargada del reactor de polimerización es separada del monómero residual, deshidratada, secada y el tamaño de partícula se controla para obtener PVC en forma de polvo blanco. El VCM que no reaccionó es completamente recuperado, y luego de la purificación, reciclado como material puro para ser reutilizado en este proceso. La resina de PVC producida vía “suspensión” es conocida en la industria con la abreviatura S-PVC.
-Debido a la ausencia de agentes de emulsión, la dispersión ha de conseguirse por agitación fuerte.
- El producto resultante (perlas) es mucho mas puro y facil de lavar.
- La suspensión presenta las mismas características ventajosas que la emulsión, respecto a rendimiento y control.

Explicación general del proceso total de obtención del PVC.

1. Electrólisis
Partiendo de materias primas tan basicas como la sal común y la energía eléctrica, y mediante un proceso de electrolisis, se obtienen una serie de productos fundamentales para la industria: cloro, sosa caustica, hidrógeno, hipoclorito sódico y acido clorhídrico.
La obtención de potasa en las minas produce gran cantidad de residuossalinos, que son depositados en escombreras. Las petroquímicas aprovechan parte de estos residuos salinos para obtener la sal industrial, necesaria para su proceso electrolítico. La obtención de la sal por flotación de los residuos salinos, depurada en parte de los sulfatos que lleva, y secada, llega transportada por ferrocarril (FFCC). La planta de Solvay Martorell de España, por ejemplo, consume del orden de 450.000 ton/año de sal.
La energía eléctrica es una materia prima de la electrólisis: gran parte de esta energía se encuentra en los productos terminados, cuyo nivel energético es superior al de los productos de partida. La energía eléctrica es necesaria para la electrolisis y para el funcionamiento de la maquinaria.

El cloro se produce en una sala de cien electrolizadores donde globalmente se produce la reacción: 2 NaCl + 2 H2O = Cl2 + 2 NaOH + H2. A base de salmuera disuelta en agua y energía eléctrica se obtiene cloro, sosa caustica e hidrógeno.
El cloro húmedo abandona la celda a 80ºC. Para su utilización posterior se procede a su secado. El cloro seco y sin impurezas se envía en su mayor parte (95%) a la planta de cloruro de vinilo. El 5% restante se utiliza para la fabricación de hipoclorito sódico.

*Problemas ambientales
La mayoría de las plantas de Europa usan Mercurio como electrodo negativo o catodo en este proceso. El mercurio mantiene separados a los productos altamente reactivos, los cual es esencial para una operación de la planta segura y eficiente.
Como el mercurio es un metal tóxico, la industria esta convirtiendo progresivamente lasplantas a otras tecnologías cuando alcanzan el fin de su vida económica. Este cambio es ayudado por el alto costo de la energía, ya que la tecnología de membranas, por ejemplo, es mas eficiente que las celdas de mercurio.

2. Cloración
El cloro extraído de la sal se hace reaccionar con etileno, un compuesto hidrocarbonado derivado del petróleo, en la Unidad de Cloración del etileno. Se produce una reacción espontanea y exotérmica para formar un compuesto intermedio llamado dicloruro de etileno, EDC (1 – dicloroetano).
El cloro es suministrado por tubería, desde la unidad electrolítica del Complejo.
El etileno es suministrado por una refinería, a través de una tubería enterrada a un metro de profundidad.

3. VCM Cracker
El tratamiento de las moléculas EDC en una caldera a alta temperatura produce una molécula de cloruro de vinilo monómero, VCM, y una molécula de acido clorhídrico. El acido clorhídrico puede ser reciclado para producir mas EDC mediante oxicloración, o vendido como un subproducto (acido clorhídrico).
El VCM es el material clave para la obtención del PVC.
Es un gas con un peso molecular de 62,5 y punto de ebullición de -13,9°C, por lo cual tiene una alta presión de vapor a temperatura ambiente. Por consiguiente, el VCM es manufacturado bajo un estricto control de calidad y seguridad. Hay dos formas de producir VCM a partir etileno (obtenido por cracking térmico); el Método de Cloración Directa y el Método de Oxicloración.

En el método directo de cloración, etileno y cloro (obtenido de la electrólisis de la sal) reaccionan dentro de un reactor quecontiene catalizador, para formar el compuesto intermedio EDC. Éste es luego crackeado térmicamente para producir VCM a cientos grados de temperatura. Cuando el cloruro de hidrógeno obtenido como subproducto en este método reacciona con etileno en presencia de catalizador y aire (u oxígeno), se obtiene EDC nuevamente. Este proceso es llamado “Oxicloración”. Cuando el EDC del proceso de oxicloración es deshidratado y luego térmicamente crackeado (junto con el EDC del método directo), se obtiene VCM. Estos dos métodos son usualmente combinados en las plantas mas importantes de VCM.
Viejas tecnologías de producción de VCM.
Historicamente, el VCM no se producía a partir del EDC, sino por la reacción de acetileno (etino) con HCl en presencia de cloruro de mercurio como catalizador. La industria ha utilizado durante varias décadas esta tecnología, pero al parecer no era satisfactoria ambiental y económicamente. En efecto, hay un fuerte incentivo medioambiental para cesar el uso de catalizadores basados en mercurio involucrado en el proceso basado en acetileno. Hoy en día, este proceso es mayormente obsoleto fuera de China, donde la disponibilidad de carbón de coque (que al reaccionar con CaO se obtiene el CaC2 necesario para la obtención del etino al reaccionar con agua) relativamente barato hace económicamente atractivo continuar con esta tecnología. Es poco probable que esta tecnología continúe por largo tiempo, pero hay aún interesados en esta tecnología, donde los suministros de petróleo son escasos.
Peligros del VCM
Se debe tener cuidado en el manejo y almacenamiento deVCM. Principalmente porque este es un gas altamente inflamable y potencialmente explosivo. Pero también porque, si se aspira en cantidad, es un narcótico fuerte (como el cloroformo). De hecho, durante la década del 1950, el VCM se probó como un gas anestésico potencial para aplicaciones médicas. Sin embargo, también se sabe ahora, de estudios sobre trabajos en plantas de polimerización de PVC durante 1970, que el VCM puede ser cancerígeno, con el potencial para causar una forma poco común de cancer (cancer de vasos sanguíneos del hígado conocido como angiosarcoma), si hay exposición significativa durante un periodo prolongado. Una vez descubierto esto por la industria, se tomaron mayores medidas para reducir el nivel de exposición. Los trabajadores son regularmente evaluados para asegurar los mas bajos niveles de exposición y no se han detectado casos de angiosarcoma relacionados a la exposición ocurrida desde que el proceso producción de PVC se modificó.
En el proceso de polimerización, practicamente todo el VCM se convierte en cadenas poliméricas inertes, que constituyen el plastico PVC. Es posible que niveles extremadamente bajos de VCM no polimerizado residual permanezcan en el polímero y eventualmente migren a la comida desde los embalajes (packaging), pero sólo a niveles que son considerados totalmente inofensivos para la salud por las autoridades, y caen dentro de las regulaciones de la Unión Europea. Incluso la migración de cantidades microscópicas de algunos residuos químicos desde sustancias del packaging hacia los alimentos esta altamente regulada. Esto estademostrado por toxicólogos independientes.
Transporte del VCM
Transportar VCM presenta los mismos riesgos que transportar otros gases inflamables tales como el propano, butano (LPG) o gas natural (por lo cual se aplican las mismas regulaciones de seguridad). No han ocurrido accidentes fatales en Europa durante los últimos 40 años involucrados al transporte de VCM. El accidente mas severo durante este tiempo fue en 1996, en Alemania. La causa de este fueron las condiciones de la vía, no un problema del producto o de los carros que lo transportaban. El equipo usado para transporter VCM esta especialmente diseñado para ser resistente a impactos y corrosión, y la industria se comprometió a mejorar mas la seguridad del transporte de VCM, tanto como sea razonablemente posible.

4. Enfriado rapido
Para prevenir que la molécula de VCM se degrade, es necesario realizar un enfriamiento rapido. Este proceso es llamado quenching, y es realizado haciendo circular el gas VCM caliente a través de un tubo intercambiador de calor muy largo, a medida que es producido mediante el proceso de cracking.

5. Enfriamiento del agua
En cada paso del proceso de producción del PVC, se utilizan grandes cantidades de agua para enfriar el proceso y controlar las reacciones químicas. El agua por lo tanto, necesita ser constantemente enfriada, lo cual produce grandes nubes de vapor en las plantas de producción. Algunas personas confunden esto con contaminación, pero en realidad es calor liberado a través de evaporación, como el vapor de una tetera hirviendo.

6. Purificación
El VCM es luego purificado enaltas columnas de destilación, que se destacan en la planta de producción, antes de ser empacado para almacenamiento en tanques esféricos especiales para gas.

7. Almacenamiento y manejo
Se debe tener mucho cuidado en el manejo y almacenamiento del VCM, principalmente debido a que es un gas altamente inflamable y explosivo, al igual que el gas butano que contienen los encendedores, pero también si se inhala en cantidad tiene un fuerte efecto narcótico similar al cloroformo. Estudios realizados en trabajadores de la industria del PVC durante la década del 1970 demostraron que el VCM posee un potencial efecto en el desarrollo de una rara forma de cancer de hígado si existe una significante exposición del operario durante un período prolongado de tiempo. Por este motivo todos los procesos de fabricación que utilizan VCM hoy en día son muy estrictos, minimizando y monitoreando la exposición del personal.
8. Sala de control
Todos los procesos involucrados en la cadena de producción de PVC estan automatizados (por ejemplo, el operador de polimerización comanda desde la sala de control los procesos sucesivos de cargue, reacción y descargue del producto), la intervención manual solo se requiere para elevadores y mantenimiento. El proceso es monitoreado por un equipo de técnicos que usan monitoreo computarizado y equipos de control con el confort y la seguridad de salas de control central de última tecnología.

9. Polimerización
El VCM luego se hace reaccionar con catalizadores en autoclaves (reactores de acero inoxidable) con agua, estos son similares a grandes ollas a presióny en este proceso exotérmico el doble enlace entre los carbonos se abre y las moléculas polimerizan, es decir forman una cadena de cloruro de polivinilo (PVC) obteniéndose un polvo blancuzco suspendido en agua.
*Reactor Autoclave reactor : 8-12 bars, 50 - 70°C
Puesto que el MCV reacciona en presencia de oxígeno, el reactor esta dotado de un eje interior con aspas que permite una buena homogenización de la masa reaccionante. Al reactor estan conectadas diversas líneas de transferencia que permiten depositar en su interior el MCV, el agua desmineralizada y los aditivos requeridos en el proceso.

Las condiciones típicas del reactor son
Carga 20 toneladas de MCV con 23 toneladas de agua desmineralizada. En el reactor del tipo batch clasico se sucede la reacción de polimerización en fase líquida (agua desmineralizada), entre el peróxido, que se descompone en presencia de calor ( el del agua desmineralizada ) y el monómero ; así mismo se adicionan emulsificantes, los cuales ayudan a obtener un tamaño fino de PVC y evitan la formación de aglomerados.
Igualmente entre los aditivos se adiciona una solución buffer a fin de obtener un pH adecuado de la reacción, el cual es aproximadamente neutro. Todos los aditivos ingresan al reactor en forma de suspensiones.
El tiempo de reacción comprende un rango entre 4 y 6 horas, según la serie de PVC que se esté obteniendo, así como la cantidad de iniciador presente, la presión es de aproximadamente 151 psig, (no se considera un proceso a alta presión) y el reactor se mantiene entre 130 y 150o F. Son reactores de alta conversión,cercana al 98%.
El sistema de control de temperatura consta basicamente de bafles que aparte de proporcionar turbulencia y eliminar vórtices, poseen en su interior sistemas de circulación de agua de enfriamiento a fin de retirar calor a la masa reaccionante. Aparte de este sistema de regulación de temperatura, se cuenta con un sistema de cañuelas o anillos exteriores al recipiente de reacción, los cuales son encargados de absorber el calor de reacción generado principalmente en las paredes del reactor por medio de agua de enfriamiento circulante.
El resultado de la reacción es un producto blanco de aspecto lechoso, denominado lechada de PVC. Después que ha transcurrido el tiempo de reacción, la operación de descargue, limpieza y cargue de reactante (tiempo muerto), toma aproximadamente una 1 hora.
Debido a que durante la reacción siempre queda algo de MCV sin reaccionar, el cual aparece como una nube gaseosa en la parte superior del reactor, es imprescindible su recuperación, siendo ésta la siguiente fase del proceso.
Clasificación del reactor
Tanque agitado – Discontinuo- Catalítico – Heterogéneo – Exotérmico
Catalizadores:
Principalmente se utilizan Iniciadores pertenecientes a la familia de los peróxidos organicos (trimetil hidroxicarbonato).
Ademas hay estudios sobre el uso de “Metalocenos” (de dicloro indenil titanio) como catalizadores en la industria del PVC. Según estos estudios, el polímero resulta ser mas sensible a la degradación pero mas estable a la oxidación y acción catalítica de sus productos de descomposición, que lo convierte en un material con unaenergía de activación a la degradación mayor al necesario para una muestra de PVC comercial.

10. Remoción
La mezcla húmeda de PVC en agua es cargada en una columna de remoción donde el VCM no reaccionado es recuperado y vuelto al purificador para ser limpiado y reducido. De esta manera el sistema es completamente cerrado lo cual asegura que el 100% del VCM es procesado.

11. Centrifugado
La solución de PVC es ahora una “pasta aguada” que atraviesa distintas fases de secado. La primera es un centrifugado para eliminar el exceso de agua.
12. Secado
En la etapa final de secado se utilizan grandes secadores calientes. El tambor luego agrega el PVC húmedo a una corriente caliente hasta que un polvo blanco y seco conocido como resina es generado.

13. Cernido
La resina de PVC seco es luego cernida (colada) a través de un tamizador para separar los granos en un polvo fino de consistente calidad. La resina de PVC es producida en lotes de diferente grado, dependiendo del uso final del plastico.

14. Empaquetamiento y despacho
Todos los lotes producidos con el mismo grado de resina de PVC son cuidadosamente mezclados para asegurar que se alcance una calidad total consistente. Luego el PVC de cada grado es almacenado en grandes silos, listo para ser distribuido a los clientes. El polvo de resina seco es entregado a través de camiones tanque, o camiones llevando bolsas de una tonelada o pallets de pequenas bolsas de 25 kg, similares a las bolsas de cemento.

15. Combinación
La razón por la cual el PVC es un polímero tan versatil es que el cloro en la cadena del polímeroprovee espacios en los cuales pueden ser agregados una gran variedad de aditivos. Esto significa que una gran variedad de mezclas compuestas de PVC pueden ser creadas a partir de la resina de PVC con diferentes y útiles propiedades: se necesita agregar estabilizadores para hacerla procesable a altas temperaturas; plastificantes si se requiere suave y flexible, en vez de dura y rígida; pigmentos para darle distintos colores; y modificadores de impacto si el producto final necesita ser resistente a roturas por fuertes golpes.

16. Conversión
Los compuestos terminados de PVC pueden ser fundidos y formar todo tipo de productos, divertidos, útiles, modernos, constructivos y seguros. Utilizando una gran variedad de procesos de formación desde moldeado y extrusión hasta calendering and dipping.

17. Reciclado
El PVC es muy durable, por lo que los productos de este material pueden ser utilizados por muchos anos, pero es también un material adecuado para el reciclado al final de su vida productiva. El hecho de que, por ejemplo, una ventana de PVC teóricamente puede ser reciclada 8 veces sin afectar la estructura basica del polímero, lo convierte en uno de los mas reciclables de los plasticos.

Medio ambiente y reciclaje
El PVC otorga amplios beneficios ecológicos a la sociedad en general, ya que

• Tiene baja dependencia del petróleo, recurso no renovable.
• Menor consumo de energía en su obtención y procesamiento.
• Debido a su ligereza, el transporte de productos terminados de PVC permite un menor consumo de combustible.
• Botellas de PVC
• Marcos de ventanas
• Opcionespara el manejo de desechos
Ahorro de energía con el uso de productos plasticos
Un claro ejemplo del ahorro de energía lo proporcionan los automóviles fabricados con partes plasticas. Comparados con otros materiales los plasticos son mas ligeros, requiriendo menor energía para su transporte, con el consecuente ahorro de combustible.
Debido a su baja conductividad térmica los materiales de construcción hechos con plasticos colaboran en la economía de energía en el hogar, proporcionando aislamiento contra los efectos climatológicos.
Botellas
El reciclaje de botellas de PVC es de vital importancia, ya que las botellas plasticas son usualmente producidas con PVC, PET y HDPE.
Como paso inicial, las botellas plasticas se separan en dos corrientes: PVC y HDPE/PET.
El producto final del reciclado tiene una pureza del 99.9%.
Marcos de ventanas
Los marcos de ventanas son reciclados mecanicamente y no hay tratamiento para alterar la composición química del polímero durante el proceso de reciclado. El trabajo esencial del reciclado, es separar al PVC de otros materiales; como: vidrio, goma, madera, metales ferrosos y no ferrosos.
El PVC separado es lavado, secado y cortado al tamaño requerido y almacenado. El PVC que se obtiene es la materia prima para los futuros marcos de ventana.
Opciones para el manejo de desechos
• Prevención de desechos
• Reciclaje
• Recuperación de energía
• Depósitos

Bibliografía
* www.aniq.org.mx/provinilo/links.asp
* www.zerbitzu-orokorrak.ehu.es
* www.pvc.org
* www.solvayplastics.com
* www.solvaymartorell.com