PVC clorado (CPVC)

Introducción

El policloruro de vinilo clorado (PVC-C o CPVC: chlorinated polyvinyl chloride) es un termoplástico producido por cloración del policloruro de vinilo (PVC) homopolímero. Los usos incluyen tuberías de agua fría y caliente, y el manejo de líquidos industriales. El CPVC fue comercializado por vez primera por Noveon en la década del 1960 y ha sido probado su valor en una variedad de aplicaciones industriales en las cuales son apreciadas su excelente resistencia química y alta temperatura de uso. Además de tuberías, están disponibles otros productos de CPVC para la manipulación fluidos en la industria, incluyendo bombas, válvulas, ductos, etc.

Estructura química y síntesis

La estructura química del CPVC consiste en un polímero de PVC en el cual se han sustituido algunos de sus átomos de hidrogeno por átomos de cloro similar a la mostrada a continuación:

Estructura química del CPVC

El CPVC es el PVC (policloruro de vinilo) que ha sido clorado a través de una reacción de cloración de radicales libres. Esta reacción suele ser iniciada por la aplicación de energía térmica o UV.

Descomposición atómica de la molécula de cloro (iniciación)

En el proceso, el gas cloro se descompone en cloro de radicales libres que se hace reaccionar con PVC en un paso posterior a la producción, esencialmente, reemplazando una parte del hidrógeno en el PVC con el cloro.

Cloración del PVC

El átomo de hidrógeno liberado reacciona con una molécula de cloro para formar cloruro de hidrogeno y otro átomo de cloro.

Descomposición atómica de la molécula de cloro (propagación)

El nuevo átomo de cloro ataca a la molécula del polímero y reemplaza otro átomo de hidrogeno, y esta secuencia continua mientras haya en el sistema cloro e hidrógeno en la cadena del polímero.

Dependiendo del método, una cantidad variable de cloro se introduce en el polímero permitiendo una forma de medida para ajustar las propiedades finales. El contenido de cloro puede variar de un fabricante a otro, la base puede ser tan baja como 56,7% en PVC hasta un máximo de 74% en masa, aunque la mayoría de las resinas comerciales tienen un contenido de cloro de 63% a 69%. A medida que el contenido de cloro en CPVC es mayor, su temperatura de transición vítrea (Tg) se incrementa significativamente. Bajo condiciones normales de funcionamiento, el CPVC se vuelve inestable en un 70% de la masa de cloro.

Varios aditivos se introducen en la resina con el fin de hacer al material procesable. Estos aditivos pueden consistir de estabilizadores, modificadores de impacto, pigmentos y lubricantes.

Proceso de cloración

La cloración es un proceso en el cual cloro en estado líquido o gaseoso es adicionado al proceso para la obtención de un producto clorado. Existen tres procesos comúnmente utilizados presentando ventajas y desventajas cada uno de ellos:

Proceso anhidro (en masa)

Este método se realiza en ausencia de solvente o suspensión. Se realiza en un lecho fluidizado. Presenta las desventajas de no poderse lograr un control de la temperatura pudiéndose presentar sobrecalentamiento, fusión o aglomeración del polímero y una posible decoloración del material.

Proceso por solución (con solvente)

El polímero es disuelto en un disolvente orgánico y posteriormente se adiciona cloro para producir el CPVC. Las principales desventajas de este método se encuentran en una baja solubilidad del polímero en el disolvente (costoso) por lo que es requerido elevadas cantidades del misma para la correcta disolución y la dificultad de recuperación del polímero y solvente una vez clorado.

Proceso sin solvente (Suspensión acuosa)

Hoy en día, este es el proceso más empleado y viable económicamente para la cloración del PVC. Sus principales ventajas radican en la posibilidad de un control adecuado de la temperatura del proceso y una adecuada relación de reacción. Además la reacción exotérmica y calor de disolución del HCl formado puede reducir los costos energéticos de este proceso. Las desventajas radicarían en los tiempos de reacción lentos y el costo de secado del producto.

Esquema del proceso de cloración en suspensión

Propiedades y características

El CPVC comparte la mayoría de las características y propiedades del PVC. También es fácilmente trabajable, incluyendo el mecanizado, soldadura, y la formación. Debido a su excelente resistencia a temperaturas elevadas, el CPVC es ideal para construcciones de auto-apoyo, donde las temperaturas de hasta 90°C (194°F) están presentes. La capacidad de doblar, la forma y soldadura del CPVC permite su uso en una amplia variedad de procesos y aplicaciones.

Tabla de propiedades típicas del CPVC

Propiedad	Norma	Unidad	Valor
Propiedades físicas
Densidad	ISO 1183	g/cm3	1,56
Absorción de agua 23°C	ISO 62	%	0,03
Absorción de agua 100°C	ISO 62	%	0,55
Propiedades mecánicas
Resistencia a la tracción	ISO 527	MPa	55
Módulo elástico (Young)	ISO 527	GPa	2,5
Resistencia a la flexión	ISO 178	MPa	104
Módulo de flexión	ISO 178	GPa	2,9
Resistencia a la compresión	ISO 604	MPa	70
Módulo de compresión	ISO 604	GPa	1,4
Resistencia al impacto Izod	ISO 180	J/m	80
Dureza (Rockwell)	ISO 2039	-	119
Propiedades térmicas
Conductividad térmica	ISO 8302	W/mK	0,14
Coeficiente de expansión térmica	ISO 11359	10-4 m/m-°C	0,61
Temp. de distorsión por calor	ISO 75	°C	103
Propiedades eléctricas
Resistencia dieléctrica	IEC 243	kV/mm	49
Const. dieléctrica a 60 Hz, -1°C	IEC 250	-	3,7

El CPVC puede soportar el agua corrosiva a temperaturas mayores que las de PVC, por lo general de 40 ° C a 50 ° C o superior, lo que contribuye a su popularidad como material para los sistemas de tuberías de agua en viviendas, así como la construcción comercial.

La principal diferencia mecánica entre el CPVC y PVC, es que el CPVC es mucho más dúctil, permitiendo una mayor flexión y resistencia a la compresión. Además, la resistencia mecánica del CPVC lo convierte en un candidato viable para reemplazar a muchos tipos de tuberías metálicas en las condiciones en que la susceptibilidad del metal a la corrosión limita su uso.

El CPVC es similar al PVC en resistencia al fuego. Suele ser muy difícil de encender y tiende a autoextinguirse, cuando no se aplica una llama de forma directa

Debido a su contenido de cloro, la incineración del CPVC, ya sea un incendio o en un proceso de eliminación industrial, puede dar lugar a la creación de las dioxinas.

Tabla comparativa con el PVC

Propiedad	PVC	CPVC
Propiedades físicas
Densidad (g/cm3)	1,41	1,56
Resistencia a la tracción (psi)	7500	80000
Dureza (Rockwell R)	115	120
Propiedades térmicas
Coeficiente de expansión lineal (x10-5in/in/°F)	6,1	3,4
Temperatura de distorsión térmica (°C)	80	103
Temperatura máxima de operación (°C)	60	93

Al igual que el procesado del PVC, el CPVC es manufacturado en varios productos por extrusión, inyección y calandrado. La unión y fabricación además puede ser acompañada por soldadura química, soldadura por aire caliente, termoformado, mecanizado y soldadura de láminas por calor.

Aplicaciones

La principal aplicación del CPVC es en reemplazo del PVC en donde su mayor resistencia a la temperatura es requerida. El CPVC es utilizado para cañerías para conducción de fluidos industriales, principalmente calientes, como así también es utilizado en la fabricación de bridas y conectores. Otra aplicación importante es la fabricación de distintos tipos válvulas y carcasas de instrumentos sometidos a ciertos productos químicos y alta temperatura.

Tubos de CPVC

Conectores para tubería

Además de tubos y objetos moldeados por inyección, es posible conseguir CPVC en el comercio en forma de barras de sección variable y láminas o planchas para su moldeo por mecanizado (fresado, torneado, corte, etc.).

Planchas y barras de CPVC

Ductos para drenaje y extracción de humos corrosivos

Debido a sus características el CPVC es apropiado para la construcción de ductos industriales para drenaje y extracción de humos corrosivos aún con alta temperatura como, por ejemplo, para la extracción de humos de ácido crómico en un proceso de galvanoplastía.

Ductos de CPVC para la extracción de ácido crómico en galvanoplastía

Sistema de cañerías para red de incendio

El CPVC se utiliza para fabricar las cañerías de rociadores extintores para sistemas de lucha contra incendios en interiores. Las tuberías de CPVC tienen excelente resistencia al fuego, permitiendo que la deformación por el calor que se retrase. El CPVC es raramente bloqueada por el óxido o similar.

Tubería para rociadores de red de incendios

Cañerías para conducción de líquidos corrosivos calientes

El PVC clorado es utilizado para aplicaciones a temperaturas más altas que el PVC, especialmente para el manejo de líquidos corrosivos calientes. Con resistencia química y corrosiva similar al PVC, el incremento en el contenido de cloro le da al CPVC una resistencia térmica superior. EL CPVC no es recomendable para el uso de hidrocarburos clorados o aromáticos, ésteres, o solventes polares tales como cetonas.

Cañerías de CPVC para la conducción de ácido sulfúrico caliente y tinta

Hidrotomas con abrazaderas

El CPVC puede ser utilizado en sistemas de transición de metal a plástico. Estos se instalan sobre tuberías metálicas y crea un elemento de transición para sistemas de plástico.

Hidrotomas

Válvulas y bridas

El CPVC ha sido diseñado para una amplia gama de aplicaciones como accesorios y válvulas resistentes al calor. El CPVC puede ser moldeado por inyección como bridas y uniones para tubos industriales de gran diámetro.

Válvula de diafragma

Filtros

El CPVC es utilizado para fabricar carcasas de una variedad de sistemas filtrantes en donde es requerida una resistencia al calor superior al PVC como filtros tipo Y o filtros cartucho.

Filtros

Carcasa de dispositivos electrónicos

El CPVC es utilizado como pare de instrumentos electrónicos de medición, en donde, la resistencia al a corrosión y al calor son particularmente necesarios como, por ejemplo, en sensores sumergibles para medición de densidad de líquidos corrosivos o a elevada temperatura.

Hidrómetro Gardco con cabezal de CPVC

Ductos de cable eléctricos

Ductos de CPVC se pueden utilizar para proteger los cables de alta tensión u otros tipos de tendidos eléctricos subterráneos. El CPVC también se puede utilizar para ductos de protección de tuberías o de cables del acondicionador de aire expuestos al aire libre. Se utiliza en particular para phr (cañería frío-calor) oscura que alcanzan altas temperaturas cuando se exponen a la luz solar. El CPVC puede ser recomendado para aplicaciones como una alternativa al uso general del PVC.

Ductos de CPVC para cables de alta tensión subterráneos

Fuentes:
Design of Chlorinated Poly Vinyl Chloride (CPVC) Plant - United Arab Emirates University
http://www.sundow.com
http://www.briconatur.com
http://www.ppia-china.com
http://en.wikipedia.org
http://www.slideshare.net
http://www.supermateriales.com
http://revrok.net
http://www.gardco.com
http://www.iapd.org
http://www.3gplasticos.com
http://specificationonline.co.uk
http://www.thomasnet.com
http://cnchuangrong.en.made-in-china.com
http://www.lubrizol.com