Introducción

¿En que pensamos cuando decimos o escuchamos la palabra plástico? Hace cien años, al mencionar el término plástico, éste se podía entender como algo relativo a la reproducción de formas o las artes plásticas, la pintura, la escultura, el moldeado. En la actualidad, esta palabra se utiliza con mayor frecuencia y tiene un significado que implica no sólo arte, sino también tecnología y ciencia.

En la época actual resultaría difícil imaginar que alguno de los sectores de nuestra vida diaria, de la economía o de la técnica, pudiera prescindir de los plásticos. Sólo basta con observar a nuestro alrededor y analizar cuántos objetos son de plástico para visualizar la importancia económica que tienen estos materiales. Dicha importancia se refleja en los índices de crecimiento que, mantenidos a lo largo de algunos años desde principios de siglo, superan a casi todas las demás actividades industriales y grupos de materiales.

Este blog está integramente dedicado a los materiales plásticos, su constitución, obtención, procesabilidad, propiedades y transformación. Como así también sus usos y reutilización.

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Polifluoruro de vinilo (PVF)

Introducción
El polifluoruro de vinilo o polivinil fluoruro es un fluoropolímero semicristalino parcialmente fluorado con la unidad de repetición -(H2C-CHF)-, utilizado principalmente en los recubrimientos interiores de aviones y láminas en módulos fotovoltaicos. Está disponible en forma de película en una variedad de colores y formulaciones para diversos usos finales, y como una resina para revestimientos especiales. Tiene estabilidad térmica insuficiente para el moldeo por inyección; por lo tanto, esta generalmente disponible comercialmente como lámina o película.

Historia
El polifluoruro de vinilo fue descubierto en la década del 40 por la empresa Dupont y en la década de 1950, comenzó el desarrollo de productos basados en este material, reconociendo sus propiedades y potencial como una película que era inherentemente resistente a la intemperie, resistente a los químicos y ligero pero fuerte físicamente. DuPont comercializó películas de PVF bajo la marca Tedlar (inicialmente llamada Teslar) en 1961 y comenzó la producción de la película que ha sido clave en la protección de los edificios residenciales y comerciales y los interiores de los aviones. El Tedlar fue utilizado por primera vez en recubrimiento de interiores de aviones en 1963, en el boeing 727.
A finales de 1970, se comienza a utilizar como lámina posterior protectora de módulos fotovoltaicos. Hoy en día, sigue siendo la única película con rendimiento comprobado para proteger los módulos fotovoltaicos por más de sus esperados 25 años de vida útil.
Desde su comercialización, DuPont ha sido el mayor fabricante de polifluoruro de vinilo salvo por pequeñas cantidades fabricadas en Rusia y China. DuPont ha comercializado pequeñas cantidades de PVF en forma de resina utilizada para recubrimientos interiores para sistemas de líquidos de frenos y combustible en automóviles.
Se estima que, en 2005, la capacidad de producción de PVF de DuPont fue de 2500 ton/año.

Estructura química y síntesis

La estructura química base del polifluoruro de vinilo son unidades de repetición de fluoruro de vinilo

Estructura química del polifluoruro de vinilo

El PVF constituye un fluoropolímero parcialmente fluorado, es decir, sólo un hidrógeno en la unidad de repetición de la cadena carbonada del polímero se encuentra sustituido por un átomo de flúor.
El PVF es obtenido por polimerización de radicales libres a partir del fluoruro de vinilo

Síntesis del PVF

La primera polimerización para la obtención de PVF involucraba el calentamiento de una solución saturada del monómero, fluoruro de vinilo (VF), en tolueno a 67ºC, bajo 600 MPa de presión, durante 16 horas.
Una amplia variedad de iniciadores y condiciones de polimerización se han explorado. Existen ejemplos de polimerizaciones en masa y en solución, sin embargo, los métodos de suspensión o emulsión acuosas se prefieren en general. Copolímeros de VF con una amplia variedad de otros monómeros se han preparado. Más recientemente, los interpolímeros de VF se han reportado con TFE (tetrafluoroetileno) y otros monómeros altamente fluorados como HFP (hexafluoropropileno), perfluorobutiletileno y perfluoroetil vinil éter.

Propiedades y características
Los homopolímeros y copolímeros de PVF presentan excelentes resistencia a la degradación por la luz del sol, ataque químico, absorción de agua y a los solventes. Adicionalmente, tienen un elevado grado de transmitancia de la energía solar. Estas propiedades han resultado en la utilización de recubrimiento y film de PVF en aplicaciones exteriores e interiores tanto funcionales como decorativas. Los recubrimientos y films de PVF han encontrado uso en donde son requeridas estabilidad térmica, resistencia química, resistencia al manchado, durabilidad en exteriores y propiedades antiadherentes. El PVF es estable a elevadas temperaturas (hasta 175 °C por espacios cortos de tiempo), lo cual es importante en muchas de sus aplicaciones.

Tabla de propiedades típicas del film de PVF

Propiedad	Unidad	Valor	Norma
Propiedades físicas
Densidad	g/cm3	1.38-1.72	ASTM D-1505
Resistencia al rasgado	g/mil	15–60	ASTM D-1922
Módulo de tracción	psi	300-380 x103	ASTM D-882
Alargamiento a la rotura	%	115-250	ASTM D-882
Absorción de agua	%	0.5	-
Transmisión de vapor de agua	g/m2-d	9–57	ASTM E-96
Coeficiente de fricción (film-metal)	-	0.18–0.21	ASTM D-1894
Propiedades térmicas
Temperaturas de uso continuo	°C	-72 a 107	-
Temperatura de uso discontinuo	°C	Hasta 175
Coeficiente de expansión lineal	in/in/°F	2.8 x10-5	-
Envejecimiento (150°C)	Horas	3000	-
Propiedades eléctricas
Constante dieléctrica	-	8.5 -11.0	ASTM D-150
Resistencia dieléctrica	kV/mil	3.4 - 3.5	ASTM D-150
Factor de disipación	%	1.4 - 1.6	ASTM D-150
Resistividad (22°C)	ohm.cm	4x 1013 - 7x 1014	ASTM D-257

Fuente: http://www2.dupont.com

Procesado
El procesamiento en estado fundido del PVF es dificultoso debido a la susceptibilidad de degradación térmica. El PVF requiere el desarrollo de una técnica poco habitual en la cual el polímero es dispersado en un solvente latente que permite el procesamiento en estado fundido sin degradación. Este proceso asemeja la tecnología del plastisol en el cual el PVC es mezclado con un plastificante antes del moldeado y procesado. La diferencia entre el procesado de PVC y PVF radica en que el solvente es removido del producto de PVF mientras que el plastificante es retenido en el artículo de PVC. El desarrollo de esta tecnología de procesamiento del PVF permite la manufactura de films orientados biaxialmente de este polímero.

Esquema de procesado del PVF por extrusión con un solvente latente (L.R.Bartron)

El PVF se degrada antes de alcanzar su punto de fusión por lo que no es posible de procesar mediante los métodos convencionales de conformación. Es requerido el uso de disolventes para ayudar a su conformarlo. Sin embargo, el PVF no se disuelve en la mayoría de los solventes a temperatura ambiente debido a su elevada cristalinidad y a la elevada cantidad de puentes de hidrogeno intermoleculares formados en su estructura química. La ausencia de una adecuada solubilidad dificulta su conformado en forma de film. Consecuentemente, el PVF no es conformable por fusión o disolución. Un método hibrido es utilizado para fabricar recubrimientos y film de PVF.
El PVF es dispersado en un solvente polar de alto punto de ebullición para coalescer y formar un film antes del punto de fusión del PVF. Posteriormente, el film es secado para eliminar el solvente.

Ejemplos de solventes latentes para PVF

Solvente	Punto de ebullición (ºC)
Acetofenona	202
Anilina	184
Ftalato de dialilo	300
Dibenciléter	295-298
Dibutilftalato	340
Di-n-butilsuccinato	275
Dibutiltartrato	392-312
n,n,dimetilacetamida	165
Tributilfosfato	289
Trietilfosfato	215

Las láminas de PVF admiten la impresión (previo tratamiento corona) y la adhesión a diferentes sustratos (aluminio, hierro galvanizado, sustratos celulósicos, láminas de termoplásticos, etc.) mediante el empleo de diversos adhesivos acrílicos. Ciertos grados especiales de PVF en láminas admiten el termosellado por impulso.

Aplicaciones
Las propiedades del PVF tales como resistencia ala intemperie, elevadas propiedades mecánicas, flexibilidad, resistencia química entre otras características lo han llevado a ser usado en varias aplicaciones

Paneles fotovoltaicos
Los film de PVF son utilizados para fabricar un panel posterior para encapsular y proteger las celdas en dispositivos fotovoltaicos. Esta aplicación ha ido en aumente rapidamente desde 2003, particularmente en Alemania, Japón, España, China y los Estados Unidos. El aumento de esta aplicación a sido estimulada por lo avances en la tecnología fotovoltaica y particularmente, por el creciente precio de la energía y reformas regulatorias que benefician a los consumidores comerciales y residenciales en este aspecto.

Estructura de un panel fotovoltaico

El más popular de los laminados para paneles fotovoltaicos es el denominado TPT (Tedlar-PET-Tedlar). El cual consiste en un laminado tricapa tipo sándwich constituido de una capa de un film poliéster entre dos capas de PVF.

Paneles fotovoltaicos

Recubrimiento interior de aviones
El PVF es utilizado como laminado en las paredes interiores de aeronaves proveyendo una superficie durable, de fácil limpieza y bajo mantenimiento. Pigmentos especiales son agregados al PVF para reducir el humo y la inflamabilidad en presencia de fuego. El PVF es resistente a la luz UV y a los detergentes utilizados para la limpieza de los interiores de los aviones. Esta aplicación representa una pequeña porción pero creciendo pudiéndose ampliar a otros ámbitos del transporte. En esta aplicación el PVF compite con los film de polifluoruro de vinilideno (PVDF).

Recubrimiento interior de aviones

Film antiadherente
Las excelentes propiedades mecánicas y de baja adherencia de ciertos grados de PVF tienen como resultado su aplicación en películas antiadherentes, utilizados principalmente en la fabricación de tableros de circuitos impresos (PCB).

Película de liberación

Construcción
El PVF puede ser fácilmente laminado a sustratos arquitectónicos prolongando su vida útil preservando la estética en aplicaciones externas e internas de las construcciones. También puede ser utilizado como un recubrimiento anti-graffiti en paredes.

Almacenamiento de carga del Aeropuerto Internacional de Honolulu en Hawai, utiliza un sistema de techo hecho con lámina de Tedlar unido a un material de poliéster con revestimiento de vinilo

Casa con recubrimiento de Tedlar (Revista Time)

Otras aplicaciones
El PVF es utilizado para fabricación de bolsas para muestreo de gases recolectados, por ejemplo, de caños de escapes de automóviles o aire ambiental para su posterior análisis. Algunos grados especiales de film de PVF admiten el sellado por calor para la fabricación de estas bolsas.
El Tedlar puede ser utilizado como película protectora, para productos tales como marquesinas, toldos, techos y carteles, de los efectos de la radiación UV, suciedad, manchas y decoloración.
El Tedlar también es utilizado como película antiadherente en el conformado de materiales termoestables, polímero reforzado con fibras (FRP) y de polímero de fibra de carbono reforzado (CFRP). Las películas de Tedlar adicionalmente protegen el molde y tienen la capacidad de permanecer en el lugar durante el curado y procesamiento bajo condiciones de temperatura y presión.

Bolsa para muestreo de gases

Fuentes:
Polyvinyl Fluoride: Technology and Applications of PVF - Sina Ebnesajjad
Encyclopedia of Polymer Science and Engineerin - D.E. Brasure, S. Ebnesajjad
Introduction to Fluoropolymers - Sina Ebnesajjad
http://www.fluoroconsultants.com
http://pveducation.org
http://www2.dupont.com
http://www.tedlar.com
http://www.equipcoservices.com
http://fabricarchitecturemag.com
http://www.google.com/patents/US2810702
http://www.google.com/patents/US2953818

Poliepiclorhidrina

Introducción

La poliepiclorhidrina (PECH o CO) es un elastómero poliéter obtenido por polimerización de la epiclorhidrina (ECH). Su fórmula química abreviada es -(C3H5ClO)n-. La epiclorhidrina suele copolimerizarse con óxido de etileno y/o alil glidicil éter. Los elastómeros de epiclorhidrina y sus copolímeros presentan una excelente resistencia a las altas temperaturas, combustibles, aceites y al ozono, encontrando su principal aplicación en la industria automotriz, incluyendo tuberías, juntas y mangueras, entre otros artículos. Además, el homopolímero, posee una baja permeabilidad a los gases lo que lo hace adecuado para mangueras en equipos de aire acondicionado.

Los copolímeros y terpolímeros se caracterizan por su disipación electrostática, lo que los hace apropiados para ciertas aplicaciones como por ejemplo los rodillos de impresión.

Algunos nombres comerciales de los elastómeros de epiclorhidrina y sus copolímeros son: Hydrin, Herclor, Gechron, Epichlomer.

Historia

Se previó que los poliéteres de alto peso molecular exhibían propiedades físicas interesantes, debido a la presencia de los átomos de oxígeno en la cadena principal del polímero, que imparte una mayor flexibilidad a la cadena de polímero. Además, una cadena de polímero saturado proporciona una resistencia al ozono superior. Debido a esto, E.J. Vandenberg desarrolló una investigación y descubrió, en 1957, que los catalizadores órgano-metálicos dieron polímeros de alto peso molecular a partir de epóxidos. Los elastómeros comercialmente importantes desarrollados como resultado de este trabajo fueron poliepiclorhidrina, copolímeros de óxido de etileno - epiclorhidrina y los terpolímeros de alil glicidil éter - epiclorhidrina - óxido de etileno.

BF Goodrich fue el primero en comercializar poliepiclorhidrina en 1965, bajo un acuerdo de licencia de Hercules Inc., con el nombre comercial Hydrin. En 1966 Hercules Inc. comenzó a comercializar polímeros similares con el nombre comercial Herclor.

BF Goodrich compró el negocio de la poliepiclorhidrina y la planta de fabricación en Hattiesburg, en Misisipi, de Hercules Inc. en 1986. En 1989, Nippon Zeon compró la división de elastómero de BF Goodrich y formó Zeon Chemicals. Nippon Zeon tenía su propia línea de elastómeros epiclorhidrina, y continuó haciendo esto bajo el nombre comercial Gechron. Además, Daiso en Japón produce bajo el nombre comercial Epichlomer.

Estructura química y síntesis

La poliepiclorhidrina es obtenida a partir de la epiclorhidrina por polimerización de apertura de anillo:

Síntesis de poliepiclorhidrina

El monómero, la epiclorhidrina, se fabrica a partir de cloruro de alilo en dos pasos, comenzando con la hidrocloración usando ácido hipocloroso, que proporciona una mezcla de dos alcoholes. En la segunda etapa, esta mezcla se trata con base para dar el epóxido. También puede ser obtenida a partir de glicerol, que es un co-producto del biodiesel.

En elastómeros comerciales la epiclorhidrina suele copolimerizarse principalmente con óxido de etileno (EO) y/o alil glidicil éter (AGE). Otros copolímeros están disponibles. A continuación se muestran las estructuras químicas de la poliepiclorhidrina y copolímeros más comunes.

Estructura química de poliepiclorhidrina y copolímeros

Designación de polímeros y copolímeros

La Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM) ha designado estos polímeros según la norma ASTM D1418 de la siguiente manera:

Homopolímero de epiclorhidrina (ECH): CO

Copolímero de epiclorhidrina / alilglicidiléter (ECH / AGE): GCO

Copolímero de epiclorhidrina / óxido de etileno (ECH / EO): ECO

Terpolímero de epiclorhidrina / óxido de etileno / alilglicidiléter (ECH / EO / AGE): GECO

Fabricación

En la fabricación de poliepiclorhidrina, se utilizan catalizadores basados ​​en aluminio junto con monómeros epiclorhidrina (ECH), óxido de etileno (EO), y alil glicidil éter (AGE) en una polimerización en solución. La propagación de la cadena polimérica es efecto de un mecanismo de coordinación catiónico. Debido a su asimetría, el monómero ECH puede polimerizar en la forma de cabeza a cabeza, cabeza a cola o cola a cola. El polímero comercial es 97-99% de cabeza - cola y ha demostrado ser estéreo al azar y atáctico. Los polímeros de CO, ECO y GECO son amorfos y lineales.

Los principales pasos en la fabricación de ECO son de polimerización (un proceso continuo), la coagulación, secado y envasado.

Esquema del proceso de fabricación

Formulación

La formulación de compuestos ECH \ ECO \ GECO es mucho el mismo que el desarrollo de un compuesto de elastómeros más comunes, es decir, SBR, EPDM, NBR, etc. Se pueden utilizar negro de humo, cargas blancas y ayudas de proceso, junto con diversos antioxidantes (ditiocarbamatos metálicos, aminas e imidazoles).

Se deben usar los plastificantes que están cerca de la misma polaridad que el polímero, a un máximo de aproximadamente 30 phr, dependiendo del nivel de llenado. Estos plastificantes son por lo general los diésteres y éteres. Ejemplos de plastificantes son compatibles DOP (dioctil ftalato), DIDP (ftalato diisodecil), de TOTM (trioctilo trimetilato), DBEEA (Di (butoxi-etoxi-etil) adipato).

Curado

En el homopolímero (ECH) y el copolímero de ECH y EO, que están completamente saturados, los sistemas de curado tradicionales no se utilizan. Sin embargo, el AGE que contiene polímeros, tipos GCO y GECO, se puede curar fácilmente con azufre y peróxido. Esto es porque el AGE introduce insaturación como una cadena lateral.

Para elastómeros CO \ ECO, se requieren a menudo paquetes de curación únicos. la etilentiourea (ETU) y el óxido de plomo ha sido el sistema de curado de elección desde 1960. El cambio de regulaciones ambientales llevó al uso de sistemas de curado sin plomo. La etilentiourea es un goitrógeno, teratógeno y carcinógeno.

Existen principalmente tres sistemas de curado alternativos sin plomo viables para los elastómeros de CO y ECO son: triazina, tiadiazol y bis-fenol. La tasa de curación del sistema de triazina es fácilmente ajustable mediante la variación de ciertos ingredientes acelerantes, DPG (difenilguanidina), o retardantes, CTP (N-(ciclohexiltio) ftalimida. También se puede modificar la tasa de curación mediante un aceptor ácido como el carbonato de calcio.

Propiedades y características

Los compuestos de epiclorhidrina se pueden formular para soportar 70 horas a 150°C en el aire, y continuar siendo flexible a -40°C.

Los compuestos de epiclorhidrina pueden proporcionar amortiguación de vibraciones comparable al caucho natural (NR). Esta característica los hace buenos candidatos para montajes de suspensión y amortiguadores de impactos.

El cambio en la resistencia a la tracción es el mejor indicador de esfuerzo / deformación de la vida útil de un compuesto de epiclorhidrina. CO \ GCO \ ECO \ GECO degradan en última instancia por el reblandecimiento. El alargamiento inicialmente decrece, luego se nivela durante un tiempo antes de que en definitiva se reduzca a cero. Sin embargo, la resistencia a la tracción disminuye de manera constante a cero.

También tienen excelente flexibilidad a baja temperatura, a alrededor de -40ºC. Este atributo hace que los compuestos de ECO y GECO se utilicen en las mangueras, conductos y diafragmas de los vehículos.

Tabla de propiedades típicas para elastómeros de epiclorhidrina

Propiedad	Unidad	Condición	Valor
Peso molecular (unidad de repetición)	g/mol	-	92.5
Temperatura de transición vítrea	K	n = 5000-20000	258,5
Resistencia a la tracción	MPa	-	17
Elongación	%	-	280
Dureza	Shore A	-	72
Resistencia al desgarro	kN/m	-	36
Compresión	%	70 h at 100°C	26
Cambio de volumen (ASTM Fuel C)	%	70 h, 20°C	25
Cambio de volumen (ASTM Oil #3)	%	70 h, 150°C	1
Tensión superficial	mN/m	M=1500,T=293,5K	43,2
Mínima temperatura de uso	°C	Según formulación	-40 a -50
Máxima temperatura de uso	°C	Según formulación	107 a 135

Procesado

Mezclado

Los compuestos de poliepiclorhidrina se pueden mezclar en un molino o en un mezclador interno. El procedimiento de mezcla para cualquiera de los métodos es prácticamente el mismo que para compuestos de SBR, NBR y EPDM. Debido a cuestiones referidas a vida útil, una mezcla de dos pasadas puede ser preferible.

La preparación de la superficie del rodillo del molino es extremadamente importante. Estos compuestos tienden a pegarse a las superficies del rodillo cuando ciertos residuos, a partir de otros compuestos con diferentes tipos de polímeros, se mantienen sobre los mismos. Esta condición, por lo general, se produce de forma errática. No todos los residuos pueden pegarse. Uno de los residuos que parecen adherirse en mayor proporción, es a partir de compuestos de EPDM curado con peróxido. Los rodillos de la máquina deben ser limpiados a fondo para evitar sistemáticamente los problemas de pegado. El revestimiento del molino con ácido esteárico antes de la molienda puede mejorar la liberación del material de la superficie del rodillo.

Extrusión

Las características de extrusión de los compuestos de epiclorhidrina pueden ser excelentes. La cantidad de carga tiene un gran impacto en las características de extrusión, como lo hace con casi cualquier elastómero. El uso de cargas relativamente altas de negro de humo ayuda a dar al compuesto extruido una superficie lisa. Las altas cargas también ayudan a proporcionar suficiente resistencia en verde, lo que permite a un tubo mantener su forma extrusionada.

Moldeo

Los compuestos CO \ ECO \ GECO pueden ser moldeados por compresión, transferencia o inyección. El moldeo por inyección puede ser el método más comúnmente utilizado. Procesos híbridos se dan también en la práctica, tal como inyección / transferencia y moldeado en insertos metálicos (el Ty Ply BN es un adhesivo recomendado para ECO para la vinculación con metal)

Los compuestos para moldeo por compresión tienden a tener una viscosidad más alta, por ejemplo, 90 a 120 de Mooney @ 100ΕC. Esto se logra generalmente con más refuerzo y/o mayor carga de relleno. Por ejemplo, 50 phr o 90 phr de negro de humo. También, 2 a 5 phr de plastificante, tal como TOTM o DBEEA, debería ayudar a que el compuesto fluya con mayor facilidad para llenar toda la cavidad sin ser demasiado suave, lo que podría conducir a la oclusión de aire.

Los compuestos para moldeo por transferencia es probable que tengan viscosidades más bajas, dependiendo de los tamaños y ubicación de la colada y forma de la cavidad. Ayudas de proceso de cera se utilizan típicamente en un intento de permitir que el compuesto fluya más fácilmente.

Los compuestos para moldeo por inyección pueden variar sustancialmente en relleno y plastificante, por lo tanto tienen una amplia gama de valores de la viscosidad. También en este caso, el tamaño de la colada y la forma de la cavidad son factores importantes en la determinación de los requisitos de viscosidad para desempeñarse con éxito en el llenado de la cavidad del molde. Las viscosidades inferiores a compuestos de transferencia se encuentran comúnmente necesarias. Sin embargo, con el calentamiento y la masticación del compuesto de caucho por el barril y el tornillo, puede no ser necesaria baja viscosidad.

Aplicaciones

Las aplicaciones típicas de los elastómeros de epiclorhidrina incluyen:

- Mangueras de combustible de automóviles y embarcaciones

- Tubos de emisiones de los vehículos

- Conductos de aire (donde los humos del motor se recirculan a través del conducto)

- Rollos para impresoras (propiedad electrostática disipativa)

- Amortiguación de vibraciones (una mejor resistencia al calor y aceite que el caucho natural, con características de amortiguación similares)

- Juntas tóricas (O-rings)

- Mangueras de aire acondicionado / refrigerador (excelente resistencia a la permeación de gases, flexibilidad a baja temperatura)

- Neumáticos (baja permeabilidad, pueden reducir el peso de los neumáticos utilizando menos caucho)

- Diafragmas

- Revestimiento de cables

- Cintas transportadoras

Actuador neumático

Conductos de aire

Mangueras

Rodillo de impresión

Diafragma

Mangueras de aire acondicionado

Fuentes:
Elastomers Synthetic Polyether - K. Owens y V. Kyllingstad
Epichlorohydrin by Any Other Name May or May Not be Epichlorohydrin - P. Petroff
The Long Term Heat Resistance of Acrylate and Epichlorohydrin Polymers - J.T. Oetzel
Polyepichlorohydrin elastomers - C. Cable
Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry – F. Ullmann
Polymer data handbook - Universidad de Oxford
http://www.zeonchemicals.com
http://www.gbsa.com
http://www.daiso-co.com
http://www.krahn.de
http://zenithcarb.co.uk
http://www.icis.com
http://www.solvaychemicals.com
http://www.elastomer.co.uk
http://www.primasil.com

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