Policloruro de vinilo: historia, estructura, propiedades, usos
¿Qué es el policloruro de vinilo?
El policloruro de vinilo es un polímero cuyo uso industrial comenzó a desarrollarse a comienzos del siglo XX, debido entre otros aspectos a su bajo costo, su durabilidad, su resistencia y su capacidad de aislamiento térmico y eléctrico, entre otros motivos. Esto le ha permitido desplazar a los metales en numerosas aplicaciones y uso.
Como su nombre señala, consiste en la repetición de muchos monómeros de cloruro de vinilo, formando una cadena polimérica. Tanto los átomos de cloro como el vinilo se repiten n veces en el polímero, por lo que también se le puede llamar cloruro de polivinilo (polyvinyl chloride, PVC, en inglés).
Además, es un compuesto moldeable, por lo que puede ser usado para construir numerosas piezas de diferentes formas y tamaños. El PVC es resistente a la corrosión debida principalmente a la oxidación. Por lo tanto, no hay riesgo en su exposición al medio ambiente.
Como punto negativo se tiene que la durabilidad del PVC puede ser causante de un problema, debido a que la acumulación de sus desechos pueden ser contribuyentes de la contaminación ambiental que tanto afecta al planeta desde hace varios años.
Historia del policloruro de vinilo (PVC)
En 1838, el físico y químico francés Henry V. Regnault descubrió el cloruro de polivinilo. Más adelante, el científico alemán Eugen Baumann (1872) expuso una botella con cloruro de vinilo a la luz solar y observó la aparición de un material sólido de color blanco: era el policloruro de vinilo.
Al principio del siglo XX el científico ruso Iván Ostromislansky y el científico alemán Frank Klatte, de German Chemical Company Griesheim-Elektron, trataron de hallar aplicaciones comerciales para el policloruro de vinilo. Terminaron frustrados, porque a veces el polímero era rígido y otras veces era frágil.
En 1926 Waldo Semon, un científico que trabajaba para B. F. Goodrich Company, en Akron, Ohio, logró crear un plástico flexible, a prueba de agua, resistente al fuego y capaz de unirse al metal. Esta era la meta buscada por la compañía y constituyó el primer uso industrial del policloruro de vinilo.
La fabricación del polímero se intensificó durante la Segunda Guerra Mundial, ya que se usó en el recubrimiento del cableado de los barcos de guerra.
Estructura química del policloruro de vinilo
En la imagen superior se ilustra la cadena polimérica del policloruro de vinilo. Las esferas negras corresponden a los átomos de carbono, las blancas a los átomos de hidrógeno y las verdes a los átomos de cloro.
Desde esta perspectiva, la cadena tiene dos superficies: una de cloro y otra de hidrógeno. Su arreglo tridimensional se visualiza con mayor facilidad a partir del monómero cloruro de vinilo, y del modo en el que forma enlaces con otros monómeros para crear la cadena:
Aquí, una cadena está conformada por n unidades, las cuales están encerradas entre paréntesis. El átomo de Cl apunta fuera del plano (cuña negra), aunque también puede apuntar detrás de este, tal como se observa con las esferas verdes. Los átomos de H se orientan hacia abajo y, del mismo modo, puede comprobarse con la estructura polimérica.
A pesar de que la cadena posee solo enlaces simples, estos no pueden rotar libremente debido al impedimento estérico (espacial) de los átomos de Cl.
¿Por qué? Porque son muy voluminosos y no tienen espacio suficiente para rotar en otras direcciones. Si lo hicieran, se “golpearían” con los átomos de H vecinos.
Propiedades físicas y químicas del policloruro de vinilo
Capacidad de retardar el fuego
Esta propiedad es debida a la presencia de cloro. La temperatura de ignición del PVC es de 455 ºC, por lo que el riesgo de arder e iniciar un fuego es bajo.
Además, el calor liberado por el PVC al arder es menor al ser producido por el poliestireno y el polietileno, dos de los materiales plásticos más usados.
Durabilidad
En condiciones normales, el factor que influencia en mayor grado la durabilidad de un producto es su resistencia a la oxidación.
El PVC presenta átomos de cloro unidos a los carbonos de sus cadenas, lo que lo hace más resistente a la oxidación que los plásticos que solo poseen en su estructura átomos de carbono e hidrógeno.
El examen de tuberías de PVC enterradas durante 35 años, realizado por la Japan PVC Pipe & Fitting Association, no mostró deterioro en estas. Inclusive su fortaleza es comparable a las tuberías de PVC nuevas.
Estabilidad mecánica
El PVC es un material químicamente estable que muestra pocos cambios en su estructura molecular y en su resistencia mecánica.
Es un material viscoelástico de cadena larga, susceptible a la deformación por la continua aplicación de una fuerza exterior. Sin embargo, su deformación es baja, ya que presenta limitación en su movilidad molecular.
Procesamiento y moldeabilidad
El procesamiento de un material termoplástico depende de su viscosidad cuando está fundido o derretido. Bajo esta condición, la viscosidad del PVC es alta, siendo su comportamiento poco dependiente de la temperatura y es estable. Por esta razón, con el PVC se puede fabricar productos de gran tamaño y formas variables.
Resistencias a los químicos y los aceites
El PVC es resistente a ácidos, álcalis y casi todos los compuestos inorgánicos. El PVC se deforma o se disuelve en hidrocarburos aromáticos, cetonas y éteres cíclicos, pero es resistente a otros solventes orgánicos como los hidrocarburos alifáticos e hidrocarburos halogenados. Asimismo, su resistencia a los aceites y grasas es buena.
Densidad
1,38 g/cm3
Punto de fusión
Entre 100 ºC y 260 ºC.
Porcentaje de absorción de agua
0 % en 24 horas
Debido a su composición química, el PVC es capaz de mezclarse con números compuestos durante su fabricación.
Entonces, variando los plastificadores y aditivos usados en esta etapa, se pueden obtener diferentes tipos de PVC con una gama de propiedades, como flexibilidad, elasticidad, resistencia a los impactos y prevención el crecimiento bacteriano, entre otras.
Usos/aplicaciones del policloruro de vinilo
Construcción
El PVC es un material económico y versátil que se utiliza en construcción, cuidado de la salud, electrónica, automóviles, tuberías, revestimientos, bolsas de sangre, sondas plásticas, aislamiento de cables, etc.
Se utiliza en múltiples aspectos de la construcción debido a su fortaleza, resistencia a la oxidación, a la humedad y a la abrasión. El PVC es ideal para el revestimiento, para el marco de las ventanas, techos y vallas.
Ha sido de especial utilidad en la construcción de cañerías, ya que este material no experimenta corrosión y su índice de ruptura es de apenas del 1 % del que presentan los sistemas de metales fundidos.
Soporta los cambios de temperatura y humedad, pudiéndose utilizar en el cableado constituyendo su revestimiento.
Envasado
Se usa PVC en el envasado de diferentes productos, como grageas, cápsulas y otros elementos de uso médico. Asimismo, las bolsas de los bancos de sangre están construidas con un PVC transparentes.
Debido a que el PVC es asequible, duradero y resistente al agua, es ideal para impermeables, botas y cortinas de baño.