Policloruro de vinilo (PVC)

Policloruro de vinilo (PVC)

Puntos clave

• El cloro define al PVC. El 57 % en peso de cloro le da resistencia a la flama (LOI cercano a 45), una superficie polar de unos 39 dyne/cm y soldabilidad por radiofrecuencia, además de HCl siempre que un láser lo degrada.
• El PVC rígido y el flexible se procesan de forma distinta. El plastificante a 20–50 phr lleva la Tg por debajo de la temperatura ambiente y migra a la superficie, disolviendo tintas y adhesivos.
• Se marca con láser con facilidad por carbonización, pero cada marca y cada corte desprenden HCl, por lo que el manejo de humos debe formar parte de la especificación.
• La esterilización cambia el sustrato. Los rayos gamma amarillean el PVC; verifique el contraste de la marca y la resistencia de la unión después del ciclo.

Policloruro de vinilo (PVC)

El policloruro de vinilo (PVC) es un termoplástico amorfo polimerizado a partir del monómero de cloruro de vinilo, con cerca de 57 % en peso de cloro. Se formula rígido (uPVC) para tubería, perfiles, tarjetas y señalización o, con 20–50 phr de plastificante, flexible para tubería médica, bolsas y forros de cable. El cloro aporta resistencia a la flama, polaridad superficial y pérdida dieléctrica, así como el principal riesgo de procesamiento: el polímero se deshidroclora a partir de unos 140 °C y libera cloruro de hidrógeno.

El PVC nunca se procesa puro: todo compuesto lleva un estabilizador térmico (calcio-zinc, organoestaño para grados transparentes, plomo en tubería heredada), lubricantes y pigmentos, y los grados flexibles añaden el plastificante. El CPVC, posclorado a 63–69 % en peso, eleva la Tg y la temperatura de servicio en aproximadamente 30 °C.

Grados y propiedades

En comparación, el polietileno y el polipropileno se ubican en 29–31 dyne/cm y solo desprenden hidrocarburos bajo un láser: el PVC es más fácil de humectar y marcar, y más difícil de ventilar.

Plastificantes, estabilizadores y migración

Los ftalatos (DEHP, DINP, DIDP) siguen siendo los plastificantes de mayor volumen para cable y artículos generales; los no ftalatos (DINCH, DEHT, TOTM, citratos) han sustituido al DEHP en compuestos médicos y de juguetes, donde el EU MDR 2017/745 exige etiquetar los plastificantes CMR por encima de 0.1 % en peso. La migración disminuye con el peso molecular: el TOTM, con 547 g/mol, migra mucho menos que el DEHP, con 391 g/mol.

La migración gobierna todo lo que sigue: el plastificante llega a la superficie como una película líquida, reduce la energía superficial en 4–8 dyne/cm y se disuelve en cualquier tinta o adhesivo aplicado encima. Los grados de calcio-zinc y organoestaño se marcan limpiamente; la carga de dióxido de titanio decide entre una marca clara por espumado y una oscura.

Marcado y corte láser del PVC

El PVC se marca por carbonización: el calor del láser arranca HCl de la cadena y deja un polieno conjugado que se lee oscuro. Los láseres de fibra a 1064 nm marcan grados pigmentados y con carga a 20–80 kHz y 300–1,500 mm/s; el UV a 355 nm marca grados transparentes, blancos y flexibles delgados con la zona afectada por el calor más pequeña; el CO2 a 10.6 µm graba y produce una marca atenuada. Los parámetros están en la guía de producción de marcado láser de PVC.

El subproducto es el problema. La deshidrocloración completa produce 0.58 g de HCl por gramo de PVC; con la humedad ambiental se convierte en ácido clorhídrico que ataca los recubrimientos de los espejos galvo y del lente f-theta, y la celda. El marcado retira microgramos por pieza, manejables con extracción en la fuente a través de un prefiltro y una etapa de carbón impregnado con álcali; el corte retira gramos, satura los filtros en cuestión de horas y forma compuestos orgánicos clorados en la columna más fría. Ese balance de masa, más las exclusiones de garantía, es la razón por la que la mayoría de los talleres se niega a cortar PVC con láser (véase corte láser frente a grabado). Los límites de exposición son 2 ppm (ACGIH) y 5 ppm (OSHA).

Impresión, pegado, recubrimiento y soldadura

El PVC rígido es fácil de decorar. Las tintas solventes de serigrafía, tampografía e inyección de tinta penetran en la superficie; los cementos solventes (mezclas de THF, ciclohexanona y MEK según ASTM D2564) sueldan la tubería en lugar de pegarla; los cianoacrilatos, poliuretanos y acrílicos lo pegan sin tratamiento. Los recubrimientos requieren un imprimante acrílico o de poliuretano compatible con vinilo; los imprimantes base solvente hinchan las piezas flexibles delgadas.

El PVC flexible anula todo eso por migración. Un limpiado con isopropanol retira la película y el tratamiento corona o por plasma eleva la energía por encima de 44 dyne/cm, pero la migración se reinicia de inmediato y la recuperación hidrofóbica se completa en horas, así que imprima o pegue dentro de 1–2 h. Especifique tintas y adhesivos resistentes a plastificantes (PSA acrílicos para vinilo, poliuretanos) o un promotor de adhesión de barrera. El desmoldante de silicón es el contaminante añadido más habitual.

La soldadura depende del grado. Rígido: soldadura con solvente, con gas caliente (300–350 °C, 60–80 % de la resistencia del material base) y ultrasónica de campo cercano. Flexible: la soldadura por radiofrecuencia a 27.12 MHz, impulsada por el dipolo C–Cl, es el estándar para bolsas y equipos de transfusión. La soldadura láser por transmisión funciona en PVC rígido transparente sobre una pieza absorbente a 940–1064 nm, pero la fusión a 160–190 °C queda muy cerca de la deshidrocloración descontrolada.

Grados médicos, esterilización y solución de problemas

Los compuestos médicos se califican según USP Clase VI e ISO 10993-5 y -10, con extraíbles según ISO 10993-18. El óxido de etileno es el esterilizante habitual; la aireación debe cumplir los límites residuales de ISO 10993-7. Los rayos gamma a 25–40 kGy amarillean el PVC por la misma formación de polienos que causa un láser; los grados estabilizados contra radiación (calcio-zinc con aceite de soya epoxidado) lo moderan. El vapor a 121 °C excede el HDT del material rígido. Las marcas carbonizadas sobreviven a todos los ciclos; el fondo se amarillea, por lo que el contraste disminuye.

Cómo especificar y verificar operaciones secundarias en PVC

Tres requisitos deben figurar en toda especificación de PVC, cada uno con su verificación:

• Manejo de humos. Extracción en la fuente con una etapa neutralizante de ácidos y ductos no galvanizados; verifique que el HCl en la posición del operador sea inferior a 2 ppm con un tubo detector o un sensor electroquímico.
• Migración del plastificante. Mida el nivel de dyne o el ángulo de contacto al recibir el material, después de un limpiado con isopropanol y después de 24 h a 50 °C; una diferencia superior a 4 dyne/cm indica un compuesto con migración. Añada la prueba de cinta ASTM D3359 después de 7 días a 50 °C.
• Durabilidad de la marca y de la unión después de la esterilización. Califique los códigos DataMatrix según ISO/IEC 29158 o ISO 15415 antes y después del ciclo validado y del envejecimiento ASTM F1980; mantenga los valores de cortante por traslape o de pelado bajo el mismo acondicionamiento.

Términos relacionados y lecturas

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• Recuperación hidrofóbica
• Marcado láser de plásticos
• Métodos de pretratamiento de superficies
• Tabla de marcado láser de plásticos

Aplicación en producción

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Preguntas frecuentes

¿Se puede marcar PVC con láser de forma segura?

Sí, con una extracción diseñada para ello. El marcado retira microgramos por pieza, de modo que la carga de HCl es pequeña pero continua y corrosiva. Capture en el punto de marcado, filtre a través de un prefiltro de partículas y una etapa de carbón impregnado con álcali, y mantenga la posición del operador por debajo del límite de 2 ppm.

¿Por qué los talleres láser se niegan a cortar PVC?

El corte retira gramos por pieza en lugar de microgramos, y cada gramo de PVC puede liberar 0.58 g de HCl. Ese volumen corroe la máquina, satura los filtros en cuestión de horas y forma compuestos orgánicos clorados en la columna más fría. Los fabricantes de láseres lo excluyen de la garantía.

¿Por qué la tinta se desprende del PVC flexible semanas después de pasar la prueba de cinta?

Migración del plastificante. La película superficial se limpia o se trata al imprimir, por lo que la primera prueba se aprueba, pero el DEHP o el DINP sigue difundiéndose desde el interior y ablanda la tinta. Use tinta resistente a plastificantes, especifique TOTM o DINCH, y vuelva a probar piezas envejecidas 7 días a 50 °C antes de liberarlas.

¿Qué láser es mejor para PVC: de fibra, UV o CO2?

Fibra a 1064 nm para grados rígidos pigmentados y con carga, que da una marca carbonizada oscura a alta velocidad. UV a 355 nm para grados transparentes, blancos y flexibles delgados, donde la zona afectada por el calor pequeña elimina el halo amarillo. CO2 para película de vinilo y señalización donde una marca atenuada es aceptable.

¿Afecta la esterilización con rayos gamma a una marca láser en PVC?

La marca sobrevive; el fondo cambia. Los rayos gamma a 25–40 kGy forman el mismo polieno que crea la carbonización, de modo que el PVC sin marcar se amarillea y el contraste disminuye. Especifique un grado estabilizado contra radiación, valide la dosis efectiva más baja y califique los códigos DataMatrix según ISO/IEC 29158 después de la esterilización, no en piezas nuevas.

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