El fluoruro de polivinilo ( PVF ) o –(CH2CHF ) n– es un material polimérico utilizado principalmente en los revestimientos reductores de inflamabilidad de los interiores de los aviones y en las láminas posteriores de los módulos fotovoltaicos . [2] También se utiliza en impermeables y láminas metálicas. El fluoruro de polivinilo es un fluoropolímero termoplástico con una unidad repetida de fluoruro de vinilo y es estructuralmente muy similar al cloruro de polivinilo .
La película basada en PVF fue comercializada por primera vez en 1961 por DuPont bajo el nombre de Tedlar. [3] [4]
Las polimerizaciones más utilizadas del VF son en suspensiones o emulsiones acuosas . Se requieren altas presiones debido a la volatilidad del VF . La alta electronegatividad del flúor hace que la polimerización sea más difícil en comparación con otros haluros de vinilo . [4] Las temperaturas de polimerización varían de 50 °C a 150 °C y pueden afectar la cristalinidad , el punto de fusión y la ramificación del producto. La iniciación se realiza mediante peróxidos o compuestos azoicos . [3]
La estabilización por resonancia del intermediario que se propaga ( radical VF ) es deficiente, lo que a menudo conduce a inversiones de monómeros , ramificaciones y reacciones de transferencia de cadena . La presencia de impurezas afecta en gran medida el peso molecular y la estabilidad térmica del producto, ya que el radical VF es altamente reactivo. Esto también limita la elección de medios de polimerización , surfactantes , iniciadores u otros aditivos. [4]
El VF líquido se suspende en agua y se estabiliza mediante polímeros solubles en agua a base de celulosa o alcohol polivinílico . Las sales inorgánicas también pueden actuar como estabilizadores. La polimerización en suspensión suele iniciarse mediante peróxidos orgánicos (por ejemplo, peroxidicarbonato de diisopropilo), pero también se puede utilizar luz ultravioleta o radiación ionizante . Sin embargo, cuando no hay radicales presentes, la radiación ultravioleta descompone el VF en acetileno y HF . [4]
La polimerización en emulsión se puede realizar a presiones muy reducidas y temperaturas más bajas en comparación con la polimerización en suspensión . El control mejorado del proceso y la eliminación del calor de reacción conducen a un aumento del peso molecular , la velocidad de reacción y el rendimiento . Los surfactantes fluorados , como los ácidos carboxílicos perfluorados , mantienen una alta velocidad de reacción incluso después del 40% de conversión , son térmica y químicamente estables y su incorporación no afecta las propiedades del PVF. Otros emulsionantes ( sulfatos de alcoholes grasos , sulfonatos de alcanos, etc.) no son tan efectivos. [4]
El PVF se convierte habitualmente en películas delgadas y recubrimientos . Sin embargo, debido a sus enlaces de hidrógeno y cristalinidad , es necesaria una temperatura superior a 100 °C para disolver el PVF en disolventes latentes . El procesamiento por extrusión en estado fundido depende de la solvatación latente del PVF en disolventes altamente polares y su posterior coalescencia . La incorporación de aditivos ( plastificantes , pigmentos , estabilizadores , etc.) se realiza por dispersión con PVF en el disolvente latente . El disolvente se evapora después de la extrusión . [4]
Para crear películas orientadas biaxialmente , el PVF disperso en solvente debe arrastrarse en ambas direcciones transversales y orientaciones biaxiales, lo que da como resultado una mayor resistencia a la tracción . Las películas no orientadas también se estiran ligeramente después del moldeo . Son más flexibles y moldeables y exhiben un mayor alargamiento en la rotura que las películas orientadas. [5]
La mayoría de los enlaces en PVF son cabeza a cola, y solo el 12-18 % de los enlaces son cabeza a cabeza. Estas irregularidades son probablemente la causa de las variaciones en el punto de fusión , que varía de 185 °C a 210 °C. La cristalinidad de PVF varía de 20 a 60%, dependiendo del método de polimerización y el historial térmico del polímero . Se ha encontrado que una temperatura de polimerización más baja conduce a una disminución en los enlaces cabeza a cabeza y posteriormente aumenta en el punto de fusión ya que las estructuras altamente regulares muestran una mayor cristalinidad . En cuanto a la estereorregularidad , PVF es principalmente atácico , pero esto no afecta significativamente el punto de fusión . La película de PVF atáctica comercial muestra un pico de punto de fusión a 190 °C. [3] [4] [5]
Se producen varias fases de transición por debajo del punto de fusión , principalmente en la Tg inferior de -15 a -20 °C, y en la Tg superior con un rango de temperatura de 40 a 50 °C. [6]
El PVF es insoluble en disolventes comunes por debajo de los 100 °C. Cuando la temperatura aumenta, se vuelve soluble en disolventes polares ( amidas , cetonas , etc.). A temperatura ambiente , las películas de PVF son resistentes tanto a ácidos y bases como a líquidos alifáticos , aromáticos y alcohólicos . [3]
La estabilidad térmica del PVF es mejor que la de otros polímeros de haluro de vinilo , registrándose escisión de la cadena principal y pérdida de HF en una atmósfera inerte a 450 °C, mientras que en el aire la pérdida de HF ocurre a 350 °C. [4]
Dado que el PVF tiene una estabilidad térmica excepcional , es mucho más seguro que el PVC , que se degrada más fácilmente. Si se produce una degradación del PVF, se genera ácido HF altamente reactivo, pero se absorbe rápidamente en los materiales circundantes y se disipa. [7]
El monómero VF es inflamable y altamente reactivo, forma una mezcla explosiva con el aire y está clasificado como "probablemente cancerígeno para los humanos ". [7]
El PVF no ha provocado ninguna reacción cutánea ni efectos tóxicos , aunque tras una exposición excesiva el contenido de flúor en la orina aumentó. El sobrecalentamiento de los productos de PVF puede provocar una interacción con los aditivos, como pigmentos o rellenos , lo que puede suponer un riesgo adicional. Algunas formulaciones de las películas de Tedlar pueden contener compuestos de metales pesados , que pueden estar presentes en el polvo creado por operaciones secundarias (por ejemplo, lijado ). [7]
Los acabados exteriores e interiores de PVF no crean un peligro adicional de incendio en edificios residenciales e industriales, porque el monóxido de carbono creado por la combustión de otros materiales de construcción es mucho más peligroso. [7]
Las principales aplicaciones del PVF son los recubrimientos protectores y decorativos , gracias a su estabilidad térmica , y a su inercia general frente a productos químicos , corrosivos y agentes colorantes . Existen dos formas de aplicar el PVF, ya sea como película preformada ( laminación ) o a partir de dispersión ( recubrimiento ). Estos recubrimientos pueden ser transparentes o pigmentados . [4]
En la industria automotriz , la imprimación PVF se utiliza para mejorar la adherencia de la pintura , mientras que en la industria de la ingeniería aeroespacial , la película PVF se aplica a bolsas aislantes que contienen fibra de vidrio , que se utilizan en las paredes exteriores de los aviones , en el espacio de carga y en los conductos de aire acondicionado . [4]
En la parte superior de las células fotovoltaicas , la película de PVF transparente protege contra la humedad , mientras que la película pigmentada de blanco se utiliza en su superficie inferior. [4]
Las películas de PVF no se adhieren a las resinas fenólicas , acrílicas y epóxicas y, por lo tanto, se pueden utilizar como películas desprendibles , generalmente en el procesamiento a alta temperatura de estas resinas . [4]