El PVC está en todas partes. Está en las tuberías bajo el fregadero, en el suelo bajo los pies y en el aislamiento de los cables eléctricos. Con una producción mundial que alcanza los 60 millones de toneladas métricas anuales, el PVC ocupa el tercer lugar como plástico más producido en el mundo.
La mayoría de la gente compra productos de PVC sin pensarlo dos veces. No se preguntan cómo este material pasa de la materia prima al polvo blanco que los fabricantes moldean para fabricar tuberías, marcos de ventanas y tubos médicos.
¿Qué materias primas se utilizan para fabricar resina de PVC?
La resina de PVC en sí es un polvo blanco de flujo libre, con partículas de grado de suspensión que miden de 50 a 200 micrómetros de diámetro. Los grados de resina se clasifican por Valor K, un índice derivado de la viscosidad que abarca aproximadamente desde K55 hasta K72. — Las resinas de alto K se utilizan en tuberías rígidas y perfiles de PVC no plastificado, resinas de baja K en películas y cables flexibles. Tres rutas de producción dividen el mercado global: la polimerización en suspensión representa aproximadamente el 80%, la emulsión el 12% y la producción en masa el 8%, cada una de las cuales produce diferentes grados de resina de PVC con un comportamiento de composición distinto. Ese polvo final es lo que se obtiene al final. Ahora veamos qué ingredientes lleva.
El PVC comienza con sólo dos ingredientes principales: cloro y carbono.
- El cloro (57% del PVC) proviene de la sal común. Los fabricantes hacen pasar electricidad a través del agua salada en un proceso llamado electrólisis, produciendo gas cloro puro listo para reacciones químicas.
- El carbono (43% del PVC) proviene del petróleo o del gas natural. Las refinerías extraen el etileno, un hidrocarburo básico, mediante el craqueo térmico del petróleo crudo o de los líquidos del gas natural.
Piénsalo como hornear pan. Necesitas harina y agua en proporciones específicas. El PVC necesita cloro y carbono en una proporción precisa de 57:43.
Este enfoque de dos ingredientes hace que el PVC sea único entre los plásticos. Mientras que el polietileno y el polipropileno dependen completamente del petróleo, el PVC obtiene más de la mitad de su peso de la sal. Es decir, sal de roca, el material que se aplica en las aceras heladas.
¿Cómo se fabrica la resina de PVC paso a paso?
La producción de resina de PVC, también conocida como fabricación de cloruro de polivinilo, consta de cinco etapas distintas. En cada etapa, el proceso de producción de PVC transforma las materias primas hasta obtener el conocido polvo blanco. La fabricación de PVC se basa en la combinación de cinco reacciones químicas, cada una de las cuales da paso al siguiente producto.
Paso 1: Producción de dicloruro de etileno (EDC)
El dicloruro de etileno es el primer componente. Los fabricantes lo crean combinando cloro con etileno en grandes reactores.
Dos métodos funcionan. La cloración directa mezcla cloro gaseoso puro con etileno a temperaturas moderadas. La oxicloración recicla cloruro de hidrógeno (un subproducto de etapas posteriores) con etileno y oxígeno.
La mayoría de las instalaciones utilizan ambos métodos simultáneamente. La oxicloración captura y reutiliza materiales que, de otro modo, se desperdiciarían. Una planta bien diseñada prácticamente no desperdicia nada.
El EDC que sale es un líquido incoloro. No parece gran cosa, pero contiene todos los átomos necesarios para construir cadenas de PVC.
Paso 2: Creación de monómero de cloruro de vinilo (VCM)
El craqueo térmico transforma el EDC en monómero de cloruro de vinilo, el componente esencial del PVC.
Imagínate romper un huevo para extraer su contenido. El proceso de romper EDC funciona de forma similar. Los fabricantes calientan el EDC a temperaturas extremas (entre 480 °C y 510 °C) bajo una presión de 20-22 bares. En estas condiciones, las moléculas de EDC se descomponen.
Cada molécula de EDC se descompone en una molécula de cloruro de vinilo y una de cloruro de hidrógeno. El cloruro de vinilo avanza para convertirse en PVC. El cloruro de hidrógeno regresa al paso 1 para la oxicloración. No se desperdicia nada.
El horno de craqueo solo convierte aproximadamente el 50 % del EDC en cada pasada. El EDC no reaccionado se recicla nuevamente.
El VCM es un gas incoloro con un ligero olor dulce. Es el monómero, la unidad única que se une miles de veces para formar cadenas de polímero de PVC.
Paso 3: Polimerización de VCM en resina de PVC
La polimerización es donde ocurre la magia. Las moléculas individuales de VCM se unen formando largas cadenas, creando el polímero de PVC.
Aproximadamente el 80% de la producción mundial de PVC utiliza polimerización en suspensión. Es el método más utilizado.
El proceso comienza cuando los operadores bombean VCM licuado a un gran reactor lleno de agua. Añaden agentes de suspensión e iniciadores químicos. Luego, sellan el reactor y lo calientan a 40-60 °C bajo una presión de unos pocos bares.
Dentro del reactor, diminutas gotas de VCM flotan en el agua como gotas de aceite en un aderezo para ensaladas. Los iniciadores desencadenan una reacción en cadena. Las moléculas de VCM comienzan a unirse entre sí, formando cadenas de polímero cada vez más largas. Cada gota se convierte en una diminuta partícula de PVC.
Así es como se forman las cadenas de PVC: cada molécula de VCM se une a la cadena en crecimiento como un bloque de LEGO, construyendo algo mucho más grande que la suma de sus partes individuales. Una sola cadena de PVC puede contener miles de unidades monoméricas enlazadas.
La reacción dura varias horas. Cuando la conversión alcanza aproximadamente el 90 %, los operadores detienen el proceso. El reactor contiene ahora una suspensión de partículas de PVC suspendidas en agua.
La polimerización en emulsión representa otro 12% de la producción. Crea partículas mucho más finas para aplicaciones especiales como recubrimientos y cuero sintético. La polimerización en masa constituye el 8% restante, produciendo resina de alta pureza sin agua.
Paso 4: Recuperación y purificación
No todo el VCM se convierte en PVC. Aproximadamente un 10 % permanece sin reaccionar, y su recuperación es importante para la seguridad y la economía.
Los operadores transfieren la suspensión de polímero a un recipiente de purga a menor presión. La mayor parte del VCM no reaccionado se evapora en forma de gas y se captura para su reutilización. Posteriormente, la suspensión pasa por columnas de desorción adicionales que eliminan las trazas restantes de VCM.
El VCM recuperado regresa al reactor de polimerización. La suspensión purificada avanza para su secado.
Paso 5: Secado y acabado
La etapa final transforma la pasta húmeda de PVC en el polvo blanco seco que compran los clientes. El PVC se produce mediante esta cadena de cinco pasos, donde cada etapa transforma las materias primas un poco más.
Las centrífugas centrifugan la suspensión a alta velocidad, separando la mayor parte del agua de las partículas de PVC. La torta húmeda resultante aún contiene algo de humedad.
Los secadores flash y ciclónicos aplican aire caliente sobre la torta húmeda. La humedad se evapora rápidamente. El objetivo es un contenido de humedad del 0.2-0.3 %. Si la humedad es mayor, la resina causará problemas de procesamiento. Si la temperatura es mayor, se desperdicia energía.
Las cribas clasifican el polvo seco según el tamaño de partícula. Las partículas de PVC en suspensión suelen tener un diámetro de entre 50 y 200 micrómetros, aproximadamente el grosor de un cabello humano.
El producto final es un polvo blanco de flujo libre e inodoro. Su apariencia es similar a la de la harina. Se trata de resina de PVC, lista para ser mezclada y procesada en productos plásticos de PVC.
¿Qué sucede después de que se produce la resina de PVC?
La resina de PVC por sí sola es frágil e inestable. Necesita ayuda antes de convertirse en un producto útil.
- La composición incorpora estabilizadores, lubricantes y otros aditivos. Los estabilizadores térmicos previenen la degradación durante el procesamiento. Los plastificantes flexibilizan el PVC rígido. Los pigmentos aportan color.
- El procesamiento transforma el compuesto en productos. El proceso de PVC, desde la resina hasta el producto terminado, consta de tres etapas: composición, procesamiento (extrusión, inyección y calandrado) y control de calidad. La extrusión empuja el material a través de matrices para crear tuberías, perfiles y láminas. El moldeo por inyección llena los moldes para fabricar accesorios y conectores. El calandrado produce películas delgadas y revestimientos para pisos.
- Las pruebas de calidad garantizan que los productos finales cumplan con las especificaciones. Las normas ASTM rigen todo, desde la resistencia a la tracción hasta la resistencia al fuego.
La etapa de composición demuestra la versatilidad del PVC. La misma resina base puede utilizarse para fabricar tuberías de drenaje rígidas o tubos médicos flexibles, según los aditivos elegidos.