EVOH etileno-alcohol vinílico

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EVOH

PVOH se puede modificar por una variedad de razones, que incluyen la mejora de la insolubilidad en agua, la creación de hidrogeles, la adición de reactividad específica al polímero, la fabricación de películas de alta barrera, etc. Copolimerización, reticulación, tratamiento térmico, modificación química, mezcla y la combinación con diferentes rellenos y nanorrellenos se encuentran entre los enfoques para modificar el PVOH. Los diferentes enfoques de modificación se analizan a continuación.

Copolímeros

La mayoría de los copolímeros de alcohol vinílico con otro monómero se preparan mediante la hidrólisis (saponificación) de los copolímeros con VAc. Muchos copolímeros que contienen etileno, ácido acrílico, ácido maleico, anhídrido maleico, polietilenglicol, poli (e-caprolactona), PVA, ácido alil sulfónico, aminopropilmetacrilamida cuaternaria, acrilamida de etilisopropilo, versatato de vinilo/ácido maleico, vinilpiridina, N-vinil succinimida, vinil trialcoxisilano, N-alcoximetacrilamida, estireno.

Etileno-alcohol vinílico

El etileno-alcohol vinílico (EVOH) es un copolímero termoplástico -(CH2-CH2)-, -(CH2-CH(OH))- que tiene una considerable utilidad comercial en la industria del envasado de alimentos, así como en la industria biomédica y farmacéutica, gracias a sus excelentes propiedades de barrera contra el gas, los hidrocarburos y disolventes orgánicos. Las propiedades del EVOH son muy dependientes del contenido en etileno. El etileno alcohol vinílico (EVOH) es un copolímero formal de etileno y alcohol vinílico. El copolímero se prepara polimerizando etileno y acetato de vinilo. El alto contenido de etileno EVOH tiene temperaturas de extrusión más bajas. El EVOH se usa comúnmente como barrera de oxígeno en el envasado de alimentos. Es mejor que otros plásticos mantener fuera el aire y los sabores. El poli (alcohol vinílico) se prepara mediante alcoholisis de poli (acetato de vinilo). El EVOH es un polímero atáctico, pero dado que la estructura de la red cristalina no se ve alterada por grupos hidroxilo, la presencia de grupos acetato residuales disminuye en gran medida la formación de cristales y el grado de enlace de hidrógeno. Los polímeros que están altamente hidrolizados (tienen un bajo contenido de acetato residual) tienen una alta tendencia a cristalizar y a formar puentes de hidrógeno con los termoplásticos A medida que aumenta el grado de hidrólisis, las moléculas cristalizarán muy fácilmente y los enlaces de hidrógeno las mantendrán asociadas si no están completamente dispersas antes de la disolución. A grados de hidrólisis superiores al 98%, los fabricantes recomiendan una temperatura mínima de 96°C para garantizar que los componentes de mayor peso molecular tengan suficiente energía térmica para disolverse. Los polímeros con bajos grados de acetato residual tienen una alta resistencia a la humedad.

Propiedades EVOH

Alto brillo
Es orgánicos
Alta transparencia
Resistencia a los rayos UV
Resistencia a la radiación
Resistencia a los solventes
Estabilidad térmica a largo plazo
Resistencia al agrietamiento por flexión
Excelente resistencia al aceite y los solvent
Excepcional barrera contra la permeación de sabores y aromas
Extraordinarias propiedades de barrera contra el oxígeno y otros gases

Nombre - Simbolo

EVOH
Etileno-alcohol vinílico
Etilen-Vinil-Alcohol
Etileno y alcohol vinílico
Copolímeros de etileno-alcohol vinílico
Copolímerode etileno y de alcohol vinílico
Copolímero de etil vinil alcohol
CAS n° 26221-27-2

Propiedades EVOH

A pesar de la falta de estereorregularidad, se ha verificado que los copolímeros de EVOH pueden cristalizar en todas las composiciones de copolímeros. Esto se atribuyó al hecho de que el tamaño de la los grupos hidroxilo en las cadenas de polímero son lo suficientemente pequeños, en relación con el espacio disponible en la estructura cristalina, de modo que la simetría del polímero no se vea afectada significativamente. EVOH es una familia de materiales plásticos de barrera excelentes propiedades de barrera para el oxígeno y una variedad de otros gases y productos volátiles (barrera de sabor).

Propiedades Físico-Mecánicas EVOH

En términos de propiedades fisico-químicas, este material tiene la ventaja de constituir una excelente barrera contra gases y aromas, posee una alta resistencia térmica y una alta cinética de cristalización, junto con excelentes propiedades mecánicas y características ópticas. Los grupos hidroxilo presentes en EVOH son responsable de la alta energía cohesiva (Densidad de energía cohesiva, CED) que distingue las macromoléculas. Esto da como resultado una disminución en el volumen libre disponible para el desplazamiento de las moléculas y, por lo tanto, determina excelentes propiedades de barrera. Sin embargo, la naturaleza hidrofílica del EVOH causa una disminución significativa en sus propiedades de barrera cuando llega este material expuesto a ambientes caracterizados por alta humedad relativa (HR). Este aspecto ha limitado el uso práctico del EVOH en películas multicapa, protegiéndolo entre capas de películas poliméricas hidrófobas, como el polipropileno (PP) o el polietileno (PE). Al aumentar el contenido en aclohol vinílico augmenta la dureza y se reduce la flexibilidad. Al aumentar el contenido en alcohol vinílico augmenta la temperatura de fusión. En general, los copolímeros de mayor contenido de alcohol vinílico tienen propiedades que se asemejan a las del PVOH. De manera similar, aquellos con mayor contenido de etileno se asemejan a las propiedades del PE. Por ejemplo, los copolímeros de EVOH con menor contenido de etileno tienen mejores propiedades de barrera a los gases. La composición de copolímero también afecta la absorción de agua y la transmisión de copolímeros de EVOH. Los copolímeros con bajo contenido de etileno absorben más agua que aquellos con mayor contenido de etileno.

Propiedades óptica EVOH

Las resinas EVOH otorgan un alto nivel de brillo y un bajo nivel de opacidad, lo que se traduce en unas características de claridad extraordinarias. El uso de resinas EVOH en la superficie exterior de los paquetes confiere un toque muy especial que mejora el aspecto exterior del paquete.

Propiedades Quimícas EVOH

Dado el mismo grado de hidrólisis, los EVOH son de hecho mucho menos solubles que el PVOH a temperatura ambiente. La resistencia de los copolímeros EVOH a los aceites y a los disolventes orgánicos es muy buena. Por lo tanto, las resinas EVOH resultan adecuadas para envasar alimentos aceitosos, aceites comestibles, aceites minerales, pesticidas agrícolas y disolventes orgánicos. Las resinas EVOH presentan una excelente resistencia a la intemperie. Incluso cuando están expuestas a condiciones meteorológicas externas, el polímero retiene su color, por lo que no amarillea ni se vuelve opaco. Los cambios en las propiedades mecánicas son mínimos, lo que demuestra una alta resistencia global a los fenómenos atmosféricos. Tiene una buena resistencia al agua tanto salada como dulce. Se trata de un material inflamable. Su resistencia a la radiación UV es buena, se puede esterilizar por radiación. Se produce una reducción significativa en sus propiedades barrera cuando es expuesto a humedades altas.

Polimerización EVOH

Es un copolímero aleatorio obtenido por la polimerización radical de etileno y alcohol vinílico. Sin embargo, dado que este último monómero existe principalmente en su forma tautomérica, acetaldehído, el copolímero se produce realmente mediante una reacción de síntesis entre etileno y acetato de vinilo para obtener acetato de etileno y vinilo (EVA). En un segundo paso, este copolímero, en presencia de un catalizador, se hidroliza posteriormente para dar EVOH. El EVA puede producirse mediante procesos de polimerización en solución, en suspensión, a granel y en emulsión. Para la producción del copolímero EVOH, el precursor EVA generalmente se obtiene por polimerización en solución para obtener un mejor control de la composición del copolímero, de la causalidad de la distribución de los monómeros, de la ramificación y del grado de polimerización del producto. Se sabe que para cristalizar un polímero debe poseer un cierto grado de regularidad química, geométrica y espacial. Se sabe que los copolímeros carecen naturalmente de la regularidad química necesaria a lo largo de la cadena. Además, la regularidad geométrica en estos copolímeros producidos por polimerización radical rara vez ocurre. Se sabe que las cadenas de EVOH son atácticas y poseen configuraciones espaciales desordenadas.

Reticulación

La reticulación de PVOH se utiliza para producir hidrogeles, que se han empleado en aplicaciones biomédicas como lentes de contacto, materiales oftálmicos, reparación de tendones y administración de fármacos. Los métodos para producir hidrogeles incluyen físicos, mediante procesos de congelación-descongelación, químicos y por radiación. La reticulación intermolecular por acetalización es un método práctico utilizado como se discutió anteriormente. Otras reticulaciones químicas con el uso de aldehídos, ácidos carboxílicos, ácidos inorgánicos, monoisocianatos y diisocianatos de poliacroleína, sulfatos de divinilo, metacrilato de glicidilo, etc.

Mezclas

El PVOH, aunque no siempre es miscible, es generalmente compatible con polímeros que tienen grupos polares. La miscibilidad depende de la interacción de los grupos hidroxilo de PVOH con los grupos laterales de un segundo polímero. Las mezclas de PVOH y almidón tienen turbidez debido a la separación de microfases. Los polímeros son compatibles pero no miscibles. El tamaño del microdominio disminuye cuando se usa el PVOH que contiene grupos carboxilo, lo que conduce a una disminución de la turbidez. El PVOH y la poli (N-vinil-2-pirrolidona) son miscibles y la mezcla forma películas transparentes. El PVOH y el ácido poliacrílico forman un complejo polimérico. La polianilina se dispersa como micropartículas irregulares en PVOH que no muestran interacción entre ellas. Las mezclas anteriores, excepto la mezcla de PVOH/polianilina, se preparan usando agua como disolvente común. Las mezclas de PVOH/celulosa se preparan con disolventes tales como una mezcla de dimetilformamida (DMF)/N2O4 y ácido fosfórico concentrado, mientras que las mezclas de PVOH/quitosano se preparan con ácido acético al 15%. Las partículas de polianilina se preparan con la polimerización de anilina en PVOH

Permeabilidad a los gases

Demás de su excelente impermeabilidad al oxígeno es también una eficaz barrera para el gas carbónico y los aromas. El aumento de la permeabilidad a los gases, particularmente contra el oxígeno, en condiciones de alta humedad relativa se atribuye al efecto de plastificación inducida por agua que es absorbida por el polímero debido a la afinidad con su estructura química, protegiendo las interacciones del puente de hidrógeno entre las cadenas del polímero y aumentando el volumen libre dentro del polímero. Algunos estudios experimentales han demostrado, por ejemplo, cómo la permeabilidad al oxígeno el EVOH varía exponencialmente según este factor y puede aumentar en aproximadamente dos órdenes de magnitud, aumentando la humedad relativa de 0 a 95%. Un segundo factor que afecta la permeabilidad de este material es el contenido del componente de etileno. El aumento de este componente, de hecho, disminuye la Tg y la Tm, mejora la estabilidad térmica del material, lo hace menos sensible a la acción de la humedad y evita su disolución en el agua, pero tiende a determinar un comportamiento de mayor permeación similar al del EP.

Compatibilidad

Además de una baja resistencia a la humedad, los copolímeros EVOH no tienen una buena compatibilidad (adhesión y miscibilidad) con otros polímeros, tanto polares como no polares. La falta de buena compatibilidad se considera una consecuencia del hecho de que los copolímeros de EVOH son muy auto interactivos, mientras que las interacciones de los grupos hidroxilo de EVOH con, por ejemplo, los grupos carboxilo de polímeros complementarios son comparativamente débiles. Por esta razón, aunque podemos pensar que el EVOH puede formar mezclas miscibles con ésteres, acrilatos, metacrilatos, piridinas, éteres, etc., son solo algunas las mezclas completamente miscibles.

Procesabilidad EVOH

Las resinas EVOH son polímeros termoplásticos y pueden procesarse en equipos de fabricación convencionales, como extrusión de película monocapa (soplada o moldeada), coextrusión de película multicapa (soplada o moldeada), coextrusión de láminas, moldeo por coextrusión y soplado, coextrusión de tuberías y tubos, recubrimiento por extrusión o coextrusión, recubrimiento por coextrusión de tuberías y tubos, moldeo por coinyección y laminación. Las resinas EVOH se pueden coextrudirse con muchos tipos de poliolefinas, poliamidas, poliestirenos y poliésteres. El copolímero EVOH de bajo contenido en etileno (32% molar) presenta dificultades para ser conformado, particularmente en conformados profundos y a velocidades elevadas, debido a la aparición de grietas y desgarros. Los usuarios pueden procesar resinas EVOH mediante extrusión de plástico convencional y otros equipos de fabricación. Las resinas de EVOH exhiben propiedades reológicas similares a otras resinas y pueden coextruirse con muchos tipos de poliolefinas, nailon, poliestireno, cloruro de polivinilo, poliésteres y poliuretanos termoplásticos. Las resinas de EVOH tienen una adhesión muy pobre a la mayoría de los polímeros "no polares", por lo que los fabricantes emplean resinas adhesivas de poliolefina modificadas, comúnmente llamadas "resinas de unión", para unir la capa de EVOH a la capa adyacente en coextrusión. Las resinas polares como las medias de nailon se adhieren directamente al EVOH sin el uso de resina de unión. Los fabricantes también pueden procesar resinas de EVOH en equipos disponibles comercialmente. Estos son algunos de los procesos más utilizados:

Extrusión de film multicapa soplado y fundido
Moldeo por soplado y coextrusión
Lámina de coextrusión y termoformado
Recubrimiento de coextrusión para película y papel
Laminado de película de coextrusión

Aplicaciones EVA

Con un grupo -OH en su cadena molecular, la superficie de la resina EVOH puede imprimirse fácilmente y sin un tratamiento especial. Tiene una considerable utilidad comercial en la industria del envasado de alimentos, así como en la industria biomédica y farmacéutica, gracias a sus excelentes propiedades de barrera contra el gas, los hidrocarburos y disolventes orgánicos. En comparación con los polímeros termoplásticos más utilizados y conocidos, el EVOH, un compuesto ecológico, combina propiedades únicas, como se describe en el siguiente gráfico. EVOH es extruible y procesable térmicamente; las películas muestran alta transparencia, excelente brillo y buena capacidad de impresión. Son rígidos pero plegables y también resistentes al agua y a la intemperie. Ningún otro polímero alcanza sus excelentes propiedades en cuanto a barrera de gases, barrera de sabor, conservación de aromas y especias, resistencia a aceites y disolventes y comportamiento higroscópico. Los usuarios pueden procesar EVOH en películas, láminas, tubos o botellas por su excelente efecto barrera contra gases y líquidos orgánicos. El contenido de etileno de la molécula de polímero influye en este efecto de forma bastante evidente, como se ve en las figuras de la tabla anterior. Se necesitan contenidos de etileno superiores al 27% en moles para recibir una adecuada resistencia al agua e insolubilidad en un lado, así como suficiente termoplasticidad para la termoprocesabilidad exigida en el otro lado. Niveles más altos de etileno (hasta un 38% en moles) facilitan la trabajabilidad y no influyen demasiado en el efecto barrera deseado. El 44% en moles presenta una procesabilidad aún más fácil, pero ya existe una transmisión de oxígeno ligeramente mayor en comparación con el 32% o 38% de EVOH. Pero incluso los tipos de EVOH con un contenido de etileno del 40-50% en moles todavía tienen un efecto de barrera de EVOH notablemente más alto que cualquier otra película orgánica.

Para un proceso de coextrusión, los fabricantes deben extruir dos o más materiales a través de una sola matriz con dos o más orificios dispuestos de manera que las masas termoplásticas calientes se fusionen y se suelden en una estructura laminar antes de enfriarse. Luego, los procesadores alimentan cada material a la matriz desde una extrusora separada, pero pueden colocar los orificios en los que cada extrusora suministra dos o más capas del mismo material. La coextrusión puede ser útil en procesos de soplado de película, extrusión de película libre y recubrimiento por extrusión. La ventaja de la coextrusión es que cada capa del laminado imparte una propiedad característica especial deseada, como rigidez, termosellado, impermeabilidad o resistencia a algún entorno, todas cuyas propiedades serían imposibles de alcanzar con un solo material.