poli(alcohol vinílico) (PVOH)
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PVOH
El alcohol polivinílico (PVOH) es un polímero sintético elaborado a partir de la hidrólisis parcial o total de acetato de polivinilo (PVA) para eliminar los grupos acetato. La polimerización por adición del monómero de alcohol vinílico no es posible, porque esta especie no existe en estado libre. El PVOH es un polímero hidrófilo que se disuelve en agua en un amplio rango de temperaturas. Este polímero es atáctico y tiene la capacidad de cristalizar, a diferencia del PVA. Las propiedades dependen de factores como el peso molecular, el grado de hidrólisis, el contenido de agua y la presencia de aditivos (es decir, plastificantes) y, hasta cierto punto, del método de fabricación. El PVOH no es tóxico con una alta barrera al oxígeno y los aromas, y es resistente al aceite, la grasa y los disolventes orgánicos. Hay muchos grados diferentes de PVOH que se producen al variar la estructura molecular durante el proceso de fabricación, lo que da como resultado una amplia gama de usos comerciales en medicina (por ejemplo, hidrogeles para andamios de tejidos, lentes, prótesis corneales, dispositivos de administración de fármacos), empaque, papel, textiles y otras aplicaciones. El primer uso práctico de PVOH en grandes cantidades fue para el encolado por urdimbre de rayón y otras fibras sintéticas. Se ha utilizado como emulsionante o estabilizador en polimerización en emulsión y como agente espesante para dispersiones acuosas.La copolimerización es una herramienta importante para combinar las propiedades deseables de dos o más materiales en el mismo polímero. El alcohol polivinílico (PvOH) por ejemplo, tiene una de las permeabilidades al oxígeno más bajas en condiciones de ausencia de humedad. Esto se debe a las altas interacciones entre la cadena y la cadena generadas por la formación de puentes de puentes de hidrógeno y dominios cristalinos que permiten obtener un alto empaquetamiento del polímero. Sin embargo, el polímero pierde sus propiedades de barrera a altos valores de humedad relativa y también se disuelve en agua. Las moléculas de agua tienen una alta afinidad por la matriz polimérica, lo que resulta en el cese de las interacciones secundario entre las cadenas y plastificando el polímero. En este estado, las cadenas de polímeros se vuelven flexibles y la permeabilidad aumenta en algunos órdenes de magnitud. La plastificación tiene lugar cuando la concentración del penetrante en la matriz polimérica es lo suficientemente alta como para favorecer los saltos de difusión de una molécula penetrante gracias a la presencia a nivel local de otra molécula penetrante. La reducción de la concentración de grupos químicos capaces de generar interacciones de puentes de hidrógeno en la cadena reduce la concentración de moléculas de agua en el polímero.
Tecnologías de polimerización y procesamiento
La unidad básica repetitiva (unidad constitucional) del PVOH es el alcohol vinílico. Sin embargo, el monómero de alcohol vinílico es inestable y no se puede aislar ni obtener en concentraciones elevadas. Es bien sabido que el VAc se obtiene mediante la adición de ácido acético al acetileno. Por lo tanto, es bastante natural suponer que el alcohol vinílico se formaría por la reacción del agua con acetileno. Sin embargo, esta reacción produce acetaldehído y no alcohol vinílico. Es muy probable que se forme alcohol vinílico en algún momento durante la reacción, pero cambia instantáneamente a acetaldehído. Debido a esta naturaleza inestable del monómero de alcohol vinílico, el método más común para sintetizar PVOH es mediante un proceso de dos pasos que implica la polimerización de radicales libres de VAc seguido de un proceso de hidrólisis para convertir los grupos funcionales acetato en grupos hidroxilo. La hidrólisis de acetato de polivinilo a PVOH El PVOH se obtiene a partir de la hidrólisis de PVA reemplazando los grupos acetato con grupos hidroxilo en la cadena del polímero usando un catalizador básico o ácido. Hermann y Haehnel, quienes fueron los primeros en producir PVOH a partir de PVA, lo obtuvieron agregando una solución de etanol que contenía hidróxido de potasio a una solución de PVA a temperatura ambiente. El proceso de hidrólisis alcalina o alcoholisis, que se describe mejor como transesterificación o saponificación en lugar de una simple hidrólisis. En la industria, el metanol se utiliza como disolvente para la hidrólisis de PVA. El metanol actúa como agente de transferencia de cadena y, junto con el tipo y la calidad del iniciador, permite ajustar las masas molares a varios valores. También sirve para eliminar el calor producido en la polimerización mediante enfriamiento evaporativo. El acetato de metilo se obtiene después de la saponificación. Por razones económicas, el metanol debe recuperarse y reciclarse al proceso. Se agrega una pequeña cantidad de ácido o base en cantidades catalíticas al disolvente de metanol para promover una reacción de intercambio de éster entre el PVA y el metanol, convirtiendo los grupos acetato del PVA en grupos hidroxilo para generar una reacción para formar PVOH. Se pueden usar catalizadores alcalinos tales como hidróxido/metóxido/etóxido de sodio o potasio, hidróxido de calcio y carbonato de sodio, y catalizadores ácidos tales como ácido sulfúrico o clorhídrico.
Otros métodos de producción de PVOH
Si bien la producción industrial de PVOH sigue principalmente a la polimerización de PVA, ha habido algunos desarrollos para sintetizar el polímero a partir de otros monómeros, lo que da como resultado PVOH de diferentes tácticas y propiedades. Algunos de los monómeros que se han utilizado para la síntesis de PVOH incluyen formato de vinilo, benzoato de vinilo, éteres de vinilo, t-butilviniléter, pivalato de vinilo y benciléter. Se llevó a cabo la polimerización de ésteres de vinilo voluminosos, incluido el trifluoroacetato de vinilo, el pivalato de vinilo, el difenilacetato de vinilo y el 2,2-bis (trifluorometil) propionato de vinilo para producir PVOH. En otra investigación, la saponificación de polímeros obtenidos de la polimerización de ésteres de vinilo utilizando fluoroalcoholes como solventes produjo PVOH sindiotáctico. Utilizando tolueno como disolvente a -78°C, se obtuve un PVOH isotáctico a partir de poli (terc-butil vinil éter) polimerizado con catalizador BF3 · OEt2 y otros derivados. La hidrólisis se realizó con HBr a 0°C en cloruro de metileno o tolueno. El PVOH heterotáctico con fracciones sindiotácticas similares al comercial fue sintetizado a partir de la hidrólisis de poli(vinil dimetilfenilsilil éter) produjeron PVOH de peso molecular ultra alto utilizando una polimerización en emulsión fotoconcentrada de dos etapas de VAc. Sin embargo, hasta donde sabemos, ninguno de estos caminos alternativos se utiliza comercialmente.
Tacticidad
Las tres estereoregularidades de isotáctico, sindiotáctico y atáctico (o heterotáctico) se pueden obtener dependiendo del tipo de monómero precursor de éster de vinilo usado para producir el PVOH. La polimerización convencional de VAc y la subsiguiente hidrólisis de PVA da como resultado principalmente una configuración atáctica con sustituyentes orientados aleatoriamente a cada lado de la cadena principal del polímero. Se utilizan varios precursores de monómeros de vinilo para obtener una variedad de estereoregularidades, incluyendo pivalato de vinilo, t-butil vinil éter, bencil vinil éter, vinil trifluoroacetato, vinil formiato y vinil trimetilsil éter. En general, los monómeros de éter vinílico producen polímeros ricos en isotácticos, mientras que los ésteres de vinilo producen polímeros ricos en sindiotácticos. El PVOH de alto peso molecular con alta sindiotacticidad se preparó con éxito a partir de la polimerización por fotoemulsión y la saponificación de pivalato de vinilo. Estructura cristalina del PVOH La estructura altamente cristalina del PVOH se ha observado en los primeros años de su producción comercial. El PVA del que se deriva el PVOH no se ha sintetizado en forma cristalina, porque la presencia de grupos laterales acetato no facilita la cristalización del polímero.
Propiedades de barrera, mecánicas y ópticas de las películas de PVOH
Generalmente, el PVOH no se puede procesar a menos que se modifique con plastificantes. Por esta razón, la colada en solución es el método de elección. En algunos casos especiales, las películas de PVOH se pueden producir mediante procesos de conversión comunes, como los procesos de película fundida, película soplada y moldeo por inyección. Las películas de PVOH se preparan vertiendo aproximadamente una solución al 10% que contiene plastificante a través de una hendidura en un secador giratorio después de la evaporación. Las películas también se preparan mediante la extrusión de soluciones concentradas. Como plastificantes se utilizan glicoles como glicerol, sorbitol, urea, etc. Las películas producidas a partir de PVOH tienen una excelente barrera a gases como oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono a muy baja humedad relativa (RH). La permeabilidad al oxígeno de la película de PVOH biaxialmente orientada a 20°C y 0% de HR es <0,0015 cc mil/100 pulgadas 2 días. En comparación, la permeabilidad al oxígeno del etileno vinil alcohol (EVOH) con 29% mol. El aumento de la HR disminuye la resistencia a la tracción y el módulo de Young, pero aumenta la elongación y la resistencia al desgarro.
Solubilidad del PVOH en agua
El agua es el disolvente más común e importante para el PVOH. La solubilidad del PVOH en agua se ve muy afectada por los grados de hidrólisis y polimerización, siendo especialmente significativo el efecto del primero. El fuerte enlace de hidrógeno intramolecular e intermolecular en PVOH completamente hidrolizado reduce su solubilidad en agua, requiriendo temperaturas superiores a 70°C para disolverse. Por otro lado, la presencia de grupos acetato residuales en PVOH parcialmente hidrolizado debilita los enlaces de hidrógeno y permite la solubilidad a temperaturas más bajas. La naturaleza hidrófoba de los grupos acetato da como resultado un calor de solución negativo, que aumenta a medida que aumenta el número de grupos acetato.
Otros disolventes y diluyentes
Además del agua, varios otros disolventes o mezclas de disolventes altamente polares e hidrófilos pueden disolver el PVOH, incluido el dimetilsulfóxido (DMSO), etilenglicol y N-metil pirrolidona, acetamida, dimetilformamida.
Nombres y simbol
- PVAL
- PVOH
- PVAI
- Polietenol
- Poli(alcohol vinílico)
Propriedades
- Es un material soluble en agua
- 100% no contaminantes
- Se puede extruir en cualquier máquina de extrusión de plástico
- Se disuelven por completo en 60-120 días una vez en contacto con agua
- Se disuelven por completo en 4-5 minutos una vez en contacto con agua a 95°C
- La vida silvestre puede ingerir su contenido sin ningún problema
- No contiene ningún químico
Poli (alcohol vinílico) (PVOH)
Los poli(alcohol vinílico) (PVOH) se reconoce como uno de los pocos polímeros vinílicos solubles en agua que también es susceptible de biodegradación final en presencia de microorganismos adecuadamente aclimatados. El alcohol polivinílico (PVOH) es un material con propiedades barrera al oxígeno similares al copolímero de etileno y vinil alcohol (EVOH), pero que presenta ciertas peculiaridades como por ejemplo la solubilidad relativa en agua y la biodegradabilidad. No debe confundirse con acetato de polivinilo, un popular pegamento de madera. El alcohol polivinílico es un polímero sintético, que es una sustancia compuesta de muchas, muchas moléculas unidas entre sí. Comienza su vida como etileno, una hormona gaseosa natural emitida por las plantas que hace que la fruta madure. En este caso, el etileno se produce sintéticamente (pero es idéntico a la naturaleza), luego se convierte en acetato de vinilo a través de una reacción química con oxígeno y ácido acético (en forma diluida conocida como vinagre), luego se polimeriza (se une para formar moléculas repetitivas) y luego se disuelve en alcohol para convertirse en un polímero soluble en agua.
Propiedades térmicas PVOH
El PVOH es totalmente degradable y se disuelve rápidamente. El polímero seco es un termoplástico cristalino duro, incoloro e inodoro con una Tg de aproximadamente 160°C. El PVOH tiene un punto de fusión de 230°C y 180-190ºC para los grados totalmente hidrolizado y parcialmente hidrolizado respectivamente. Se descompone rápidamente por encima de 200°C. El poli (alcohol de vinilo) no funde como un termoplástico, sino que se descompone por pérdida de agua de dos grupos hidroxilos adyacentes a temperaturas superiores a 150°C. Al enfriarse por debajo de la temperatura ambiente, los poli (acetato de vinilo) se vuelven quebradizos. El punto de fragilidad puede reducirse mediante plastificación o copolimerización. Cuando se calienta por encima de la temperatura ambiente y por encima de la temperatura de transición vítrea del polímero (30°C), todos los grados de viscosidad se vuelve muy flexibles y, a 50°C, se vuelven flácidos. La temperatura de transición vítrea del PVAc se reduce por la incorporación de humedad, lo que hace que el polímero sea más flexible en condiciones húmedas. El poli (acetato de vinilo) se puede calentar a 125°C durante horas sin cambiar, pero a 150°C se oscurece gradualmente y a más de 225°C libera ácido acético formando una resina marrón insoluble que se carboniza a una temperatura mucho más alta. Los productos de la descomposición térmica del PVAc se encuentran a 150-200°C de ácido acético ya 300-350°C de compuestos aromáticos, es decir, benceno, tolueno, naftaleno, etc.. PVAc resiste la oxidación y degradación por radiación UV y visible; por tanto, sus cualidades de envejecimiento son excelentes.
Propiedades Quimica PVOH
Es altamente soluble en agua, totalmente biodegradable pero resistente a solventes y aceites, y tiene una adhesión excepcionalmente buena a la celulosa y otras superficies hidrofílicas. Las disoluciones acuosas no son particularmente estables, especialmente si hay presentes trazas de ácido o base. Es dúctil pero fuerte, flexible y funciona como una alta barrera de oxígeno y aroma. No tiene olor, no es tóxico y es resistente a grasas, aceites y solventes. Cuando el grado de alcoholisis es inferior al 88%, el alcohol polivinílico puede disolverse en agua a temperatura normal; cuando el grado de alcoholisis alcanza el 97%, se requiere agua caliente a 60-80ºC para su disolución. Solubilidad: El polvo de alcohol polivinílico (PVA) tipo 17-88 y 24-88 son parcialmente solubles en alcohol, por lo que pueden ser solubles en agua a temperatura ambiente. Estabilidad de la solución. La solución acuosa de PVA de baja viscosidad es estable a temperatura ambiente y no se deteriora durante el almacenamiento. l alcohol polivinílico se ha formado una excelente película, emulsionantes y propiedades adhesivas. También es resistente al aceite, grasas y disolventes. Es inodoro y no tóxico. Tiene alta resistencia al oxígeno y a los diferentes aromas, también posee gran flexibilidad. Sin embargo, estas propiedades dependen de la humedad. El agua, que actúa como un plastificante, reducirá su resistencia a la tracción, pero aumentan su elongación y resistencia al desgarro. El alcohol polivinílico (PVA de sus siglas en inglés) se presenta en forma de gránulos o polvo blanco. Comercialmente se encuentra disponible en diferentes grados que difieren en peso molecular o en el contenido de acetato, tiene color estable hasta 140ºC. El PVA forma un coloide reversible en agua caliente, es insoluble en agua fría. En agua a 20ºC y con un contenido máximo de 10% de acetato se hincha, es soluble entre un 10% y un 38%, forma un gel fino entre 38% y 75% y contenidos mayores lo hacen insoluble. Debido a su parámetro de solubilidad, son solubles en disolventes orgánicos, por ejemplo, ésteres, cetonas, aromáticos, hidrocarburos halogenados, ácidos carboxílicos, etc., pero son insolubles en los alcoholes inferiores (excluyendo el metanol), glicoles, agua y líquidos no polares como éter, disulfuro de carbono, hidrocarburos alifáticos, aceites y grasas. Los alcoholes, por ejemplo, etilo, propilo y butilo, que contienen 5-10% en peso de agua, disuelven PVAc; El alcohol butílico o el xileno, los cuales solo hinchan el polímero a temperaturas normales, lo disuelven cuando se calienta. Las propiedades eléctricas se ven fuertemente afectadas por la capacidad del poli (acetato de vinilo) para absorber agua. Mientras que la resina seca tiene una constante dieléctrica de 3.3 y un factor de pérdida de 0.08 ± 0.02 a 35°C y 60 Hz, después de la exposición al 100% de humedad relativa, los números se vuelven 10 y 0.7, respectivamente.
Polimerizacion PVOH
El alcohol polivinílico (PVOH) se produce hidrolizando acetato de polivinilo, la cantidad de hidroxilación determina sus propiedades físicas y mecánicas. Osea mientras que otros polímeros de vinilo se preparan por polimerización de su monómero correspondiente, el PVOH se somete a una hidrólisis parcial o completa de acetato de polivinilo para eliminar los grupos acetato.
Biodegradabilidad PVOH
El material se ajusta durante la producción para disolverse de manera diferente en varias temperaturas. Si la bolsa toca agua a temperatura ambiente, no se verá afectada, a menos que el agua permanezca en el material durante un período prolongado de tiempo 60-120 dias. Para acelerar el proceso de disolución, la bolsa se puede sumergir en agua hirviendo, generalmente 70-80°C. Cuando se coloca en agua hirviendo, la bolsa se disolverá en unos 4-5 minutos.
Procesabilidad PVOH
El PVA o PVOH presenta diferentes propiedades dependiendo del grado de hidrólisis y del tamaño de las cadenas (viscosidad) que presente. Por lo que se requiere de una plastificación previa para ser procesado en un línea convencional de extrusión. Los PVAs comerciales seleccionados se han plastificado utilizando diferentes plastificantes y en diferentes proporciones hasta obtener grados de PVOH con diferente viscosidad. Puede ser procesado por extrusión, extrusión lámina plana, extrusión film, soplado y inyección, solo se necesitarán ajustes menores.
Impacto ambiental y reciclaje
El PVA es susceptible de biodegradación en presencia de microorganismos adecuadamente aclimatados. Algunas mezclas, compuestos y copolímeros a base de PVA pueden biodegradarse. Si tales materiales se dispersan en sistemas acuosos, pueden interferir directamente con el ciclo de vida de los organismos acuáticos. La mayoría de los microorganismos que pueden degradar el PVA son bacterias aerobias pertenecientes al género Pseudomonas, al género Alcaligenes y al género Bacillus. Además, el PVA puede ser degradado por hongos, como Phanerochaete crysosporium. Se encuentran disponibles estudios de caso sobre la biodegradación en condiciones de compostaje, en ambientes de suelo y en ambientes acuosos.
Aplicaciones PVOH
El PVOH tiene infinidad de usos, desde fortalecer los hilos textiles y hacer que el papel sea más resistente a la grasa y el aceite hasta crear limo de juego para niños y lubricante para lentes de contacto. Se usa para crear paquetes de cápsulas de un solo tamaño, solubles en agua, que contienen liquido para lavavajillas, refuerzo de oxígeno y lavandería. Las aplicaciones importantes incluyen papel y adhesivos removibles, acabado textil y tratamiento superficial de papel. El PVOH se usa ampliamente como aglutinante, emulsionante y espesante para una gran cantidad de productos, incluidos cosméticos, alimentos y productos farmacéuticos y para preparar emulsion serigrafica. El alcohol polivinílico se usa ampliamente para fortalecer el hilo textil y los papeles, particularmente para hacer que este último sea más resistente a los aceites y grasas. También se utiliza en la pesca deportiva de agua dulce. Puede aplicarse en una variedad de masilla en polvo seco, mortero seco, productos de yeso, adhesivo para azulejos y baldosas. Puede aumentar eficazmente la adhesión de cemento, ceniza de calcio en polvo y yeso. Puede aumentar la fluidez y retardar el tiempo de secado de la superficie para evitar que la superficie del producto se agriete. Es adecuado para acabados de paredes y techos, y pastas de azulejos y baldosas.
Algunos otros usos de alcohol polivinílico incluyen:
- Adhesivo y el material espesante en las pinturas de látex, recubrimientos de papel, capa protectora, lacas, champús y colas.
- Textil agente de encolado
- Barrera de dióxido de carbono en el tereftalato de polietileno (PET)
- Fantasmas carótida para su uso como vasos sintéticos en pruebas de flujo Doppler
- Película efecto práctico y masilla de juegos para niños o limo cuando se combina con bórax
- Higiene femenina y productos de incontinencia para adultos, como una lámina de plástico biodegradable respaldo.
- Como una liberación del molde ya que los materiales, tales como epoxi no se adhieren a ella
- Como una película soluble en agua útiles para el embalaje.
- Como refuerzo de fibra en el hormigón
- Como surfactante para la formación de polímero encapsulado nanobeads
- Se utiliza con acetato de polivinilo para hacer pegamento Elmer
- Se utiliza en gotas para los ojos y la solución para lentes de contacto duros como lubricante
- Utilizados en protección guantes resistentes a químicos
- Cuando dopado con yodo, PVA se puede utilizar para polarizar la luz
- Como un agente de embolización en los procedimientos médicos
- Como una película que se utiliza en el proceso de impresión de transferencia