Policloreto de vinila

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Predefinição:Mais fontes Predefinição:Ver desambig Predefinição:Info/Química O policloreto de vinila (também conhecido como cloreto de vinila, policloreto de vinil ou cloreto de polivinila; nome IUPAC policloroeteno), mais conhecido pelo acrônimo PVC (do inglês Polyvinyl chloride), é um dos polímeros sintéticos termoplásticos mais produzidos e utilizados globalmente, com uma gama excepcionalmente ampla de aplicações que abrange desde a construção civil até a medicina, moda, eletrônica, artesanato e tecnologias emergentes como impressão 3D e baterias de íon-lítio.[1][2] Disponível em formas rígida (sem plastificantes) e flexível (com plastificantes), o PVC é valorizado por sua durabilidade, resistência química, baixo custo e capacidade de adaptação por meio de aditivos, sendo essencial em praticamente todos os setores industriais e domésticos.[1][2] Até 2025, sua produção global é projetada para atingir cerca de 60 milhões de toneladas, refletindo sua relevância econômica e desafios ambientais.[3]

O policloreto de vinila foi descoberto acidentalmente em 1835 por Henri Victor Regnault, que observou a formação de um sólido branco ao expor o cloreto de vinila à luz solar, embora sem explorar suas propriedades. Em 1872, Eugen Baumann confirmou a síntese do PVC, marcando o início de sua história científica.[2][4] Seu desenvolvimento comercial ganhou força no século XX com Fritz Klatte e Waldo Semon, que o tornaram versátil e amplamente utilizado.[5][6] Avanços recentes, como o PVC-O (PVC Orientado) e aplicações em tecnologias modernas, consolidam sua evolução.[7]

Histórico

Descoberta

O monômero cloreto de vinila (MVC) foi identificado em 1835 por Justus von Liebig, reagindo dicloreto de etileno com hidróxido de potássio em solução alcoólica, obtendo o gás precursor do PVC. Seu aluno, Henri Victor Regnault, observou a formação de um sólido branco sob luz solar, inicialmente confundido com PVC, mas identificado como policloreto de vinilideno.[2] Em 1872, Eugen Baumann confirmou a polimerização espontânea do MVC em policloroeteno, expondo-o à luz por semanas, resultando em um pó branco insolúvel e estável.[2][4] O material permaneceu uma curiosidade científica até o século XX devido à ausência de técnicas de processamento.

Desenvolvimento inicial

Em 1912, Fritz Klatte, da Griesheim-Elektron, patenteou a produção de PVC a partir de acetileno e cloreto de hidrogênio, usando cloreto de mercúrio como catalisador. Apesar de vislumbrar aplicações em plásticos e fibras, o PVC era quebradiço e sensível ao calor, degradando-se a 180 °C com liberação de HCl.[8][9] Após a Primeira Guerra Mundial, o interesse diminuiu, e o projeto foi arquivado pela IG Farben em 1925. Em 1928, a IG Farben produziu fibras de PVC pós-cloradas, mas estas não competiram com o nylon da DuPont.[8] Em 1937, a copolimerização com acetato de vinila marcou o início da produção em larga escala na Europa.[8]

Avanços comerciais

Nos EUA, Waldo Semon, da B.F. Goodrich, transformou o PVC em 1926 ao adicionar plastificantes como ftalatos, tornando-o flexível e resistente. Sua patente de 1933 consolidou o PVC como substituto da borracha natural.[10][11] Durante a Segunda Guerra Mundial, o PVC substituiu metais e borracha em tubos e cabos elétricos.[12] Em 1957, sistemas de abastecimento de água com tubos de PVC foram instalados nos EUA.[13] No Brasil, a produção começou em 1954 com a parceria entre B.F. Goodrich e Indústrias Químicas Matarazzo, modernizada pela Braskem.[2]

Evolução moderna

Até 2025, avanços incluem o PVC-O, desenvolvido nos anos 1970 pela Petzetakis, com processos modernos como o de Molecor (2006) e Rollepaal (RBlue, 2012), melhorando resistência e eficiência.[7] Plastificantes não ftalatos (citratos, adipatos) e polimerização radical controlada (RAFT) aprimoram propriedades.[14] Aplicações em impressão 3D, membranas e baterias de íon-lítio destacam sua versatilidade.[15][16]

Síntese

Monômero Cloreto de Vinila (MVC)

O MVC é produzido por três rotas principais:

Processo balanceado (Rota do eteno)

Adotado por sua eficiência, ocorre em três etapas:[17] Cloração direta: Eteno (C₂H₄) + Cl₂ → 1,2-dicloroetano (DCE), 50-70 °C, rendimento ~95%.[17] CA2HA4+ClA2⟶CA2HA4ClA2 Oxiclorização: 2C₂H₄ + 4HCl + O₂ → 2C₂H₄Cl₂ + 2H₂O, 200-300 °C, catalisador de cloreto de cobre.[17] 2CA2HA4+4HCl+OA2⟶2CA2HA4ClA2+2HA2O Craqueamento térmico: C₂H₄Cl₂ → C₂H₃Cl + HCl, 450-550 °C, rendimento 90-95%.[17] CA2HA4ClA2⟶CA2HA3Cl+HCl O HCl é reciclado, minimizando resíduos.[18]

Rota do acetileno

Dominante até os anos 1960, usa acetileno (C₂H₂) de carbureto de cálcio (CaC₂):[17] CaCA2+HA2O⟶CA2HA2+CO CA2HA2+HCl⟶CA2HA3Cl Substituída pela rota do eteno devido a custos e impacto ambiental do mercúrio.[17]

Rota do etano

Converte etano (C₂H₆) diretamente em MVC a 400-500 °C:[17] 2CA2HA6+ClA2+32OA2⟶2CA2HA3Cl+3HA2O Ideal em regiões ricas em gás natural.[17]

Purificação do MVC

Destilação remove impurezas, garantindo pureza >99,9%, essencial por sua inflamabilidade e carcinogenicidade.[19]

Policloreto de Vinila (PVC)

A polimerização do MVC é representada por:[20]

Esquema da polimerização

Métodos industriais

Método Participação na Produção Descrição Aplicações
Polimerização em suspensão 80% MVC disperso em água (30-150 µm), peróxidos (ex.: peróxido de benzoíla), 50-70 °C, 7-10 bar.[2][21] Extrusão, moldagem
Polimerização em emulsão 10-15% MVC em água com emulsificantes (0,1-1 µm), persulfato de potássio, 40-60 °C.[2][21] Plastissóis, adesivos
Polimerização em microsuspensão ~5% Similar à emulsão, partículas de 0,5-2 µm.[2][21] Pastas viscosas
Polimerização em massa 5% Sem solventes, 58 °C, 17 h, alta pureza.[2][21] Resinas especiais
Polimerização radical controlada Emergente RAFT ajusta peso molecular.[14] Aplicações avançadas

Propriedades

Estrutura molecular

PVC é atático, com baixa cristalinidade (5-10%), cadeias lineares head-to-tail, grau de polimerização 500-1500 (30.000-100.000 g/mol).[1][22] Tg varia de 60-80 °C.[1]

Propriedades físicas

Sólido branco rígido ou flexível, densidade 1,38–1,40 g/cm³, decompõe-se acima de 180 °C.[23][24]

Propriedades mecânicas

Tipo Módulo de Elasticidade (GPa) Resistência à Tração (MPa) Alongamento na Ruptura (%)
PVC Rígido 2,4-4,1 48-55 10-100
PVC Flexível - 20-40 200-400

Superior ao polietileno (0,2-0,7 GPa) e polipropileno (1,5-2 GPa).[25][26]

Propriedades térmicas

57% cloro, retardante de chamas (índice de oxigênio ~45%), condutividade térmica 0,14–0,28 W/(m·K) (rígido), 0,14–0,17 W/(m·K) (flexível).[25][27]

Propriedades químicas

Resistente a ácidos, bases, sais, solúvel em cetonas, DMF, THF.[25][28]

Propriedades elétricas

Resistividade 10¹⁶ Ω·cm, constante dielétrica 3,0-3,4.[29]

Aditivos

PVC é versátil devido a aditivos:[1][2]

Plastificantes

Ftalatos (DEHP, DINP, 90% do mercado), alternativas como adipatos, citratos (20-50% em peso).[1][30]

Estabilizantes

Sais de cálcio-zinco, organotinas previnem degradação.[2][31]

Lubrificantes

Ácidos graxos (internos), parafinas (externos) facilitam processamento.[32]

Preenchimentos

CaCO₃, talco, sílica (até 40%) aumentam rigidez.[1]

Pigmentos e cargas

TiO₂ (brancura), óxidos de ferro (cores), trióxido de antimônio (retardante).[33]

Aplicações

PVC é moldado por injeção, extrusão, calandragem, rotomoldagem.

Construção civil

Canos de PVC

Tubos e conexões: Desde 1934, diâmetros 20 mm-1 m.[34][35] Cabos elétricos: Resistividade 10¹⁶ Ω·cm.[35][36]

Janelas e portas:

Janela de PVC

U-value ~1,3 W/m²·K, 30-50 anos.[37]

Medicina

35% dos plásticos médicos (bolsas de sangue, sondas).[35][38]

Moda

Roupas de PVC (0,1-0,5 mm) desde os anos 1960.[39]

Tecnologias emergentes

Impressão 3D: Filamentos (1,75-3 mm).[40] Tubos inteligentes: Sensores IoT.[41] Baterias de íon-lítio: Aglutinante em eletrodos.[16]

Impacto ambiental

Ciclo de vida: manufatura (1,5-2 MWh/t), uso (até 100 anos), descarte. Preocupações incluem dioxinas e microplásticos.[42][43]

Reciclagem

100% reciclável: Mecânica: 737.645 t (Europa, 2023), meta de 1 milhão até 2030.[44] Química: Pirólise, hidrólise.[45]

Segurança e saúde

MVC é carcinogênico; ftalatos disruptivos endócrinos.[46][47]

Produção global

44,3 milhões de t (2018), ~60 milhões até 2025, CAGR 6,2% até 2028.[3][48]

Ver também

Composto de madeira plástica

Disco de vinil

Engenharia dos materiais

Fetichismo por látex e PVC

Roupas de PVC

Tapume de vinil

Referências

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 Predefinição:Citar livro
  2. ↑ 2,00 2,01 2,02 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,09 2,10 2,11 Predefinição:Citar livro
  3. ↑ 3,0 3,1 Predefinição:Citar web
  4. ↑ 4,0 4,1 Predefinição:Citar web
  5. ↑ Predefinição:Citar web
  6. ↑ Predefinição:Citar web
  7. ↑ 7,0 7,1 Predefinição:Citar web
  8. ↑ 8,0 8,1 8,2 Mulder, Karel & Knot, J. Marjolijn. (2001). PVC plastic: a history of systems development and entrenchment. Technology in Society. 23. 265-286. doi:10.1016/S0160-791X(01)00013-6.
  9. ↑ Predefinição:Citar web
  10. ↑ B. Seymour, Raymond & F. Mark, Herman & Pauling, Linus & H. Fisher, Charles & Allan Stahl, G. & H. Sperling, L. & S. Marvel, C. & E. Carraher, Charles. (1989). Waldo Lionsbury Semon Pioneer in PVC. doi:10.1007/978-94-009-2407-9_10.
  11. ↑ Predefinição:Citar web
  12. ↑ Predefinição:Citar web
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  14. ↑ 14,0 14,1 Predefinição:Citar periódico
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  16. ↑ 16,0 16,1 Predefinição:Citar periódico
  17. ↑ 17,0 17,1 17,2 17,3 17,4 17,5 17,6 17,7 Teixeira, Eduardo Garcia. (2013). Análise do mercado brasileiro de PVC utilizado na construção civil. Trabalho de Graduação. Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre.
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  19. ↑ Predefinição:Citar livro
  20. ↑ Nass, L. I.; Heiberger, C. A. (1976). Encyclopedia of PVC. Vol. 1, p. 271. New York: Marcel Dekker.
  21. ↑ 21,0 21,1 21,2 21,3 Banegas, R. S. (2011). Estudos em filmes formados por PVC e agentes plastificantes. Dissertação – UFSC.
  22. ↑ Predefinição:Citar livro
  23. ↑ Erro de citação: Etiqueta <ref> inválida; não foi fornecido texto para as refs de nome GESTIS
  24. ↑ Predefinição:Citar web
  25. ↑ 25,0 25,1 25,2 Rodolfo Jr., Antonio & John, Vanderley. (2006). Desenvolvimento de PVC reforçado com resíduos de Pinus. Polímeros. 16. 1-11. doi:10.1590/S0104-14282006000100005.
  26. ↑ Titow, W. V. (1990). PVC Plastics: Properties, Processing and Applications. Elsevier.
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  30. ↑ Cadogan, David F. & Howick, Christopher J. (2000). "Plasticizers" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a20_439.
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  34. ↑ Rahman, Shah. (2007). PVC Pipe & Fittings. doi:10.13140/RG.2.2.28970.62408.
  35. ↑ 35,0 35,1 35,2 Predefinição:Citar web
  36. ↑ Beriache, M’hamed et al. (2018). Assessing PVC Cables. 73-84.
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  38. ↑ Testai, Emanuela et al. (2016). Safety of DEHP PVC. Regulatory Toxicology and Pharmacology. 76. 209. doi:10.1016/j.yrtph.2016.01.013.
  39. ↑ Contini, Mila. (1965). Fashion From Ancient Egypt To The Present Day. p. 317.
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  42. ↑ Thornton, Joe. (2010). Environmental Impacts of PVC.
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  46. ↑ Wagoner, J. K. (1983). Toxicity of PVC. Environmental Health Perspectives. 52. 61–66. doi:10.1289/ehp.835261.
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  48. ↑ Predefinição:Citar web

Ligações externas

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