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O policloreto de vinila (também conhecido como cloreto de vinila ou policloreto de vinil; nome IUPAC policloroeteno) mais conhecido pelo acrónimo PVC (da sua designação em inglês Polyvinyl chloride) é um dos polímeros síntéticos de plástico mais produzidos no mundo, com uma vasta possibilidade de aplicações, principalmente na construção civil, moda e medicina.[2][3] O PVC pode ser categorizado entre rígido (não modificado) ou flexível (plastificado).[2][3]
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Nota: "PVC" redireciona para este artigo. Para o comentarista de esportes, veja Paulo Vinícius Coelho.| Policloreto de vinila Alerta sobre risco à saúde[1] | |
|---|---|
| Nome IUPAC | Policloroeteno |
| Outros nomes | PVC |
| Identificadores | |
| Número CAS | |
| Propriedades | |
| Fórmula molecular | (C2H3Cl)x |
| Densidade | 1,38–1,40 g/cm3 [carece de fontes] |
| Ponto de fusão |
decompõe-se > 180 °C[1] |
| Solubilidade em água | praticamente insolúvel[1] |
| Compostos relacionados | |
| Compostos relacionados | Cloreto de vinila (monómero) |
| Página de dados suplementares | |
| Estrutura e propriedades | n, εr, etc. |
| Dados termodinâmicos | Phase behaviour Solid, liquid, gas |
| Dados espectrais | UV, IV, RMN, EM |
| Exceto onde denotado, os dados referem-se a materiais sob condições normais de temperatura e pressão Referências e avisos gerais sobre esta caixa. Alerta sobre risco à saúde. | |
O policloreto de vinila foi inicialmente descoberto pelo químico alemão Eugen Baumann em 1872. Baumann identificou o policloreto de vinila, mas o material não foi amplamente explorado até mais tarde.
A polimerização do PVC e seu desenvolvimento como um material comercialmente viável foram aprimorados por outros cientistas, incluindo Friedrich Klatte. Em 1926, Klatte, um professor na Universidade de Mainz, fez importantes descobertas sobre a polimerização do cloreto de vinila. Suas pesquisas contribuíram significativamente para transformar o PVC em um material amplamente utilizado em diversas indústrias.[4][5]
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Descoberta
O monômero cloreto de vinila (MVC) foi descoberto por Justus von Liebig em 1835, através da reação do dicloreto de etileno com hidróxido de potássio em solução alcoólica, sendo esse fato publicado por um de seus alunos Victor Regnault, que pensava ter obtido o PVC através da exposição do MVC à luz solar, quando na verdade tinha obtido o policloreto de vinilideno.[3] Entretanto, o primeiro registro de polimerização foi em 1872 quando Eugen Baumann, através da indução do monômero por luz, relatou o surgimento de uma substância sólida branca, cujas características coincidiam com a do PVC.[3]
Indústria
Em 1912, Fritz Klatte descobriu um método para obtenção do PVC através da reação do acetileno com o cloreto de hidrogênio, para uso comercial da empresa na qual trabalhava, a Griesheim-Elektron. Entretanto, havia muitas dificuldades, principalmente em relação à fragilidade do PVC quando exposto à luz e ao calor. Além disso, o PVC é termicamente instável e degrada na mesma temperatura necessária para seu processamento.[6]
Depois da Primeira Guerra Mundial, o interesse comercial pelo PVC diminuiu. Além disso, após a compra da Griesheim-Elektron pela IG Farben, optou-se por encerrar o desenvolvimento acerca do material. Apesar do projeto de Klatte ter sido interrompido, os cientistas da empresa continuaram trabalhando em fibras de PVC pós cloradas, obtendo sucesso em 1928, quando a IG Farben se tornou a primeira empresa a conseguir fabricar fibras de PVC. Mesmo assim, apesar do PVC clorado parecer promissor, futuramente se mostrou incapaz de competir com outras fibras em desenvolvimento, como o Nylon.[6]
Embora o fracasso com o PVC clorado, a IG Farben iniciou a produção em escala total do PVC em 1937, quando descobriram o processo de co-polimerização do PVC, diminuindo sua temperatura de fusão e permitindo a fabricação de materiais que permaneciam macios e flexíveis.[6]
Em 1926, Waldo Semon, pesquisador da B. F. Goodrich, descobriu uma forma de tornar o PVC flexível, elástico, inerte e resistente à corrosão ao misturá-lo com substâncias hoje conhecidas como plastificantes. A Goodrich Corporation iniciou sua produção de PVC em escala comercial em 1930.[7]
A produção do PVC no Brasil começou em 1954, através de uma associação entre a B. F. Goodrich e a Indústrias Químicas Matarazzo, cuja planta foi comprada e modernizada pela Braskem.[3]
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Monômero Cloreto de Vinila (MVC)
Processo Balanceado
A principal forma de obtenção do monômero cloreto de vinila é através da rota do eteno. A primeira etapa consiste na cloração direta do eteno, a partir da reação desse com cloro, para formar 1,2-dicloroetano ou dicloreto de etileno (DCE), como observado em (1). Na segunda etapa, ocorre a oxicloração do eteno (2). Por último, ambas as correntes de DCE são misturadas e craqueadas, obtendo o cloreto de vinila (3).[8]
(1)
(2)
(3)
Rota do Acetileno
Foi o processo mais utilizado até a década de 60. O acetileno pode ser obtido a partir da hidratação do carbureto de cálcio: [8]
Para obtenção do monômero, é feita a reação do acetileno com cloreto de hidrogênio: [8]
Rota do Etano
É mais econômica em relação às outras, já que não há necessidade de craquear o etano para obtenção do etileno. A conversão do etano em MVC é feita de forma direta: [8]
Policloreto de Vinil (PVC)
A síntese do PVC se dá a partir da polimerização do monômero cloreto de vinila: [9]
Esse processo pode ocorrer em suspensão (80% da produção mundial), emulsão ou microsuspensão (10 a 15%) e por polimerização em massa (5%).[3][10]
Polimerização em Suspensão
O MVC é colocado em forma de gotas de diâmetro de 30 a 150 µm e entra em contato com uma fase aquosa contínua por agitação, na presença de um agente de suspensão. Em seguida, um catalisador é adicionado, promovendo polimerização dentro das gotas em suspensão, através de um mecanismo de reações em cadeia de radicais livres.[3][10]
A maior parte do PVC utilizado nos processos de calandragem, extrusão e moldagem é preparada por polimerização em suspensão.[2]
Polimerização em Emulsão e Microsuspensão
Na polimerização em emulsão, o MVC é disperso em uma solução aquosa em forma de gotas muito pequenas, com diâmetro entre 0,1 e 1 µm. Através de um agente emulsificante e um catalisador, inicia-se o processo de polimerização no monômero emulsificado por reação em cadeia via radicais livres, assim como a polimerização em suspensão. A principal diferença está nas condições necessárias para a execução de cada tipo, como pressão, temperatura, diâmetro das partículas, etc.[3][10]
As resinas de PVC polimerizadas por emulsão são muito usadas na produção de plastissóis e organossóis.[2]
O processo em microsuspensão é o mesmo, com diferença no tipo de catalisador utilizado, sendo solúvel no monômero, sendo esse emulsificado na forma de pequenas gotículas, com distribuição de tamanhos mais limitados.[3][10]
Polimerização em Massa
A polimerização em massa ocorre através da adição de 0,8% de peróxido de benzoila em um cilindro rotativo contendo bolas de aço, por um período de 17 horas, a 58°C. Não há utilização de solventes ou água para remoção de calor, sendo o processo extremamente exotérmico. As resinas formadas possuem um alto grau de pureza e boas propriedades, porém o método está cada vez mais em desuso devido à dificuldade no controle da reação e no tamanho das partículas formadas.[3][10]
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Estrutura
A microestrutura do PVC é principalmente atática, mas existe uma pequena quantidade de porções sindiotáticas na cadeia, permitindo uma baixa fração de cristalinidade (cerca de 5%). A maior parte da cadeia é linear, mas há possibilidade de ramificações de cadeia curta. Os monômeros são principalmente arranjados na forma Head-To-Tail, havendo alternância entre cloretos e centros de carbono.[2]
A temperatura de transição vítrea varia de acordo com o método de polimerização, mas geralmente se encontra entre 60 e 80°C.[2]
Mecânica
Seu módulo de elasticidade é superior ao polietileno e o polipropileno, por exemplo, conferindo maior rigidez.[11] A massa molecular tem grande influência nas propriedades mecânicas do PVC.[12]
Térmica
O PVC contém, em peso, 57% de cloro e 43% de eteno, o que o torna um material pouco inflamável, aspecto relevante para a aplicação em construção civil.[11]
Química
A presença de cloro na estrutura do PVC também faz com que ele seja mais polar em relação à outros polímeros, podendo ser pintado sem a necessidade de um tratamento superficial prévio. Além disso, essa polaridade permite misturá-lo facilmente com diversos aditivos.[11]
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O PVC é um polímero extremamente versátil devido à sua alta capacidade de incorporação de aditivos. Através da escolha de uma ampla gama de substâncias químicas, é possível obter um produto final com as características necessárias para a aplicação.[2][3]
Plastificantes
Os plastificantes são considerados solventes não voláteis, que atuam amolecendo o material através da separação das cadeias poliméricas, permitindo maior flexibilidade. O resultado é um polímero mais macio, com maior extensibilidade, menor viscosidade do derretimento e menor temperatura de transição vítrea.[2][3]
Um dos plastificantes mais utilizados são os ftalatos, com 90% do mercado sendo destinado para o PVC.[13] Os ftalatos mais comuns são aqueles obtidos a partir de álcoois de cadeia ramificada, desde o isopentanol até o isononanol.[3]
Estabilizantes
A exposição do PVC ao calor ou à radição UV ou gama pode causar a liberação de HCl e na formação de ligações cruzadas na cadeia, resultando na degradação do mesmo, com mudança na coloração do material para amarelo ou marrom escuro.[3]
Um dos mais utilizados são os estabilizantes térmicos, que atuam capturando e estabilizando os íons cloreto formados, impedindo a propagação da reação e a consequente autocatálise do processo de degradação.[3]
Lubrificantes
Os lubrificantes atuam facilitando o processamento dos polímeros, reduzindo a barreira ao movimento relativo das partículas (lubrificantes internos) ou entre a massa polimérica fundida e seu entorno (lubrificantes externos).[14]
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O PVC possui uma vasta gama de aplicações devido à possibilidade de reformular a resina com os aditivos e pela capacidade de ser submetido a diversos processos de moldagem e transformação, como injeção, extrusão, calandragem, entre outros.
Construção Civil
As aplicações diretamente ligadas à Construção Civil (tubos e conexões, perfis e fios e cabos principalmente) somam aproximadamente 62% da demanda total de PVC no Brasil.[3]
Tubos
Os primeiros tubos de PVC foram fabricados na Alemanha em 1934, sendo amplamente utilizados no transporte de água potável, esgotos, produção de alimentos, indústrias cervejeiras e condutores industriais para laboratórios químicos e aplicações de plantas. Hoje, quase metade da produção do PVC é destinada à produção de tubos para aplicações municipais e industriais.[15][16]
Cabos Elétricos, Eletrodutos e Forros
O PVC é muito utilizado no recobrimento de fios e cabos para isolamento elétrico. O átomo cloro presente em sua estrutura molecular o torna naturalmente resistente à propagação de chamas, fator relevante para fios e cabos elétricos, eletrodutos e forros/revestimentos residenciais.[16][17]
Essa aplicação exige a modificação do polímero através de plastificantes, conferindo também maior flexibilidade, resistividade elétrica, resistência à abrasão e boa relação custo benefício.[16]
Mobiliário Urbano
O PVC também é utilizado na produção de móveis para áreas externas, como bancos de praça e mesas de jardim, por ser resistente às intempéries, garantindo durabilidade mesmo em condições adversas.
Revestimentos de Piso
O PVC é amplamente empregado na fabricação de pisos vinílicos, que são populares devido à sua resistência, facilidade de manutenção e ampla variedade de padrões e cores disponíveis, oferecendo uma solução estética e prática para diversos ambientes.
Cartões de Crédito e Identificação
O PVC é também fundamental na produção de cartões de crédito, débito, identidade e outros tipos de cartões plásticos, devido à sua durabilidade, flexibilidade e capacidade de suportar impressões de alta qualidade.
Cortinas Industriais e de Segurança
Outro uso relevante do PVC está na fabricação de cortinas flexíveis para aplicações industriais, como barreiras térmicas ou acústicas em ambientes de trabalho, e em portas de frigoríficos para isolamento de áreas.
Filmes Plásticos
PVC é usado na produção de filmes plásticos, muito comuns em embalagens alimentícias, devido à sua transparência, capacidade de esticamento e resistência, preservando a qualidade e frescor dos produtos.
Brinquedos
O PVC é frequentemente utilizado na fabricação de brinquedos, especialmente aqueles que exigem uma combinação de flexibilidade, durabilidade e segurança para as crianças.
Equipamentos de Proteção Individual (EPI)
Na área de segurança, o PVC é empregado na produção de Equipamentos de Proteção Individual (EPIs), como botas impermeáveis e luvas de proteção, oferecendo resistência a produtos químicos e abrasivos.
Canais de Drenagem
O PVC também se destaca em aplicações de infraestrutura, como em sistemas de drenagem subterrânea, sendo escolhido por sua durabilidade e resistência à corrosão.
Janelas
Segundo o Instituto Brasileiro do PVC, a janela de PVC, quando comparada a outros tipos, apresenta melhor desempenho econômico, ambiental, isolamento térmico e reduz o consumo energético necessário para refrigerar ou aquecer um ambiente, sendo mais ecoeficiente.[18]
Medicina
Aproximadamente 35% dos equipamentos plásticos utilizados na medicina são de PVC. Entre esses, destaca-se instrumentos utilizados em exames e cirurgias, bolsas de sangue e soro, tubos usados para coleta de sangue, aparelhos de hemodiálise, sondas, entre outros. Esse uso intenso PVC na área médica se dá principalmente em razão de sua versatilidade e segurança, podendo lidar com medicamentos delicados devido à capacidade de impermeabilidade, proteção contra oxidação, maleabilidade e devido ao fato de ser quimicamente inerte.[16][19]
Moda
As roupas de PVC se tornaram tendência a partir da década de 60, sendo confeccionadas botas, capas de chuvas, vestidos, entre outras. Era comum ver roupas de PVC em filmes e séries, tornando-se também um objeto de fetiche.[20]
Hoje, o PVC vem cada vez mais atraindo a atenção de estilistas por causa de sua polivalência, podendo ser flexível ou rígido, transparente ou opaco, colorido e resistente. Além disso, é mais barato do que couro, látex e borracha, podendo ser usado para simular esses materiais.[16]
Couro sintético
O PVC pode ser utilizado na manufatura de couro artificial, com aplicações no setor de roupas e acessórios. Com a adição de plastificantes, pode se tornar muito resistente aos diversos climas, sendo usado na fabricação de casacos, sapatos, jaquetas, equipamentos de esqui, entre outros.[16]
Outro uso para o couro sintético à base de PVC está nos assentos de automóveis, com estudos que mostram que a adição do PVC proporciona uma sensação mais fresca e tem maiores tempos de reação em relação às variações da temperatura ambiental, proporcionando maior conforto térmico.[21]
Geomembranas
A geomembrana consiste numa manta de liga plástica e flexível usada para revestimento impermeabilizante, com aplicações no armazenamento de água, tratamento de efluentes, aterros sanitários, reservatórios para criação de peixes, irrigação, mineração, entre outros.[22]
Cerâmica Plástica
Cerâmica plástica[23] ou argila polimérica é um tipo de argila com aspecto e propriedades de gel, que tem em sua composição o polímero cloreto de polivinila (PVC). É utilizada para modelagem, criando itens de artesanato, jóias, bijuteria (bijouterias), boneco (bonecos e bonecas) e objetos de decorações. Assim, pode ser utilizada em aplicações comerciais como decoração. Atualmente, é possível encontrar arte feita com cerâmica plástica em grandes museus. Também conhecida como polymer clay em inglês.
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O ciclo de vida do PVC é composto por 3 etapas: a manufatura, que envolve a produção do etileno e do gás cloro, obtenção do monômero, polimerização, composição com uso de aditivos e moldagem; o uso, podendo o produto ter uma vida útil mais curta no caso de uma embalagem (dias ou semanas) ou mais longa no caso de pisos ou materiais de cobertura (9 a 10 anos) e o descarte após sua vida útil, geralmente em incineradores ou aterros sanitários.[24]
Os riscos ambientais estão mais presente na etapa de descarte, com a permanência ao longo prazo de substâncias vinílicas no solo e à liberação de subprodutos da combustão não intencionais quando incinerado ou processado em uma fundição secundária para reciclagem. Na fase de uso, há impactos devido à liberação de substâncias tóxicas no ambiente interno ou externo ou durante sua combustão acidental, especialmente quando usado em grande quantidade, como em membranas de revestimento.[24]
O PVC é obtido a partir de 57% de insumos provenientes do sal marinho ou terrestre (sal-gema) e 43% de fontes não renováveis (petróleo, gás natural), podendo essas serem substituídas por derivados do petróleo e de álcool vegetal (cana de açúcar, por exemplo). É caracterizado como um material de longo ciclo de vida, ou seja, sua vida útil antes do descarte é grande, com 42% dos produtos durando entre 20 e 100 anos.[3]
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O PVC é 100% reciclável, sendo os processos de reciclagem química mais adequados por permitirem a remoção do cloro, possibilitando a produção de cloreto ao invés do gás cloro.[25]
No Brasil, o processo mais utilizado é a reciclagem mecânica, que consiste na combinação de alguns processos operacionais (moagem, aglomeração, granulação) para o reaproveitamento do resíduo plástico, transformando-o em grânulos que são usados como matéria prima para fabricação de outros produtos.[26][27][28]
A reciclagem energética ocorre por meio da compactação dos resíduos e uma posterior incineração, convertendo a energia química liberada em energia calorífica ou elétrica. Os gases gerados são tratados para redução do impacto ambiental e as cinzas são dispostas em aterros.[28]
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Está comprovado que o seu monômero, o cloreto de vinila, presente durante o processo de fabricação do PVC, é carcinogênico, estando associado a angiossarcoma, um tipo de câncer do fígado, assim como câncer em outros orgãos, enquanto que a inalação da serragem de PVC pode aumentar as chances de câncer de pulmão e pneumoconiose.[29][30][31][32]
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