jueves, 6 de febrero de 2014

Polifluoruro de vinilo (PVF)


Introducción
El polifluoruro de vinilo o polivinil fluoruro es un fluoropolímero semicristalino parcialmente fluorado con la unidad de repetición -(H2C-CHF)-, utilizado principalmente en los recubrimientos interiores de aviones y láminas en módulos fotovoltaicos. Está disponible en forma de película en una variedad de colores y formulaciones para diversos usos finales, y como una resina para revestimientos especiales. Tiene estabilidad térmica insuficiente para el moldeo por inyección; por lo tanto, esta generalmente disponible comercialmente como lámina o película.

Historia
El polifluoruro de vinilo fue descubierto en la década del 40 por la empresa Dupont y en la década de 1950, comenzó el desarrollo de productos basados en este material, reconociendo sus propiedades y potencial como una película que era inherentemente resistente a la intemperie, resistente a los químicos y ligero pero fuerte físicamente. DuPont comercializó películas de PVF bajo la marca Tedlar (inicialmente llamada Teslar) en 1961 y comenzó la producción de la película que ha sido clave en la protección de los edificios residenciales y comerciales y los interiores de los aviones. El Tedlar fue utilizado por primera vez en recubrimiento de interiores de aviones en 1963, en el boeing 727.
A finales de 1970, se comienza a utilizar como lámina posterior protectora de módulos fotovoltaicos. Hoy en día, sigue siendo la única película con rendimiento comprobado para proteger los módulos fotovoltaicos por más de sus esperados 25 años de vida útil.
Desde su comercialización, DuPont ha sido el mayor fabricante de polifluoruro de vinilo salvo por pequeñas cantidades fabricadas en Rusia y China. DuPont ha comercializado pequeñas cantidades de PVF en forma de resina utilizada para recubrimientos interiores para sistemas de líquidos de frenos y combustible en automóviles.
Se estima que, en 2005, la capacidad de producción de PVF de DuPont fue de 2500 ton/año.

Estructura química y síntesis
La estructura química base del polifluoruro de vinilo son unidades de repetición de fluoruro de vinilo
Estructura química del polifluoruro de vinilo
El PVF constituye un fluoropolímero parcialmente fluorado, es decir, sólo un hidrógeno en la unidad de repetición de la cadena carbonada del polímero se encuentra sustituido por un átomo de flúor.
El PVF es obtenido por polimerización de radicales libres a partir del fluoruro de vinilo
Síntesis del PVF
La primera polimerización para la obtención de PVF involucraba el calentamiento de una solución saturada del monómero, fluoruro de vinilo (VF), en tolueno a 67ºC, bajo 600 MPa de presión, durante 16 horas.
Una amplia variedad de iniciadores y condiciones de polimerización se han explorado. Existen ejemplos de polimerizaciones en masa y en solución, sin embargo, los métodos de suspensión o emulsión acuosas se prefieren en general. Copolímeros de VF con una amplia variedad de otros monómeros se han preparado. Más recientemente, los interpolímeros de VF se han reportado con TFE (tetrafluoroetileno) y otros monómeros altamente fluorados como HFP (hexafluoropropileno), perfluorobutiletileno y perfluoroetil vinil éter.

Propiedades y características
Los homopolímeros y copolímeros de PVF presentan excelentes resistencia a la degradación por la luz del sol, ataque químico, absorción de agua y a los solventes. Adicionalmente, tienen un elevado grado de transmitancia de la energía solar. Estas propiedades han resultado en la utilización de recubrimiento y film de PVF en aplicaciones exteriores e interiores tanto funcionales como decorativas. Los recubrimientos y films de PVF han encontrado uso en donde son requeridas estabilidad térmica, resistencia química, resistencia al manchado, durabilidad en exteriores y propiedades antiadherentes. El PVF es estable a elevadas temperaturas (hasta 175 °C por espacios cortos de tiempo), lo cual es importante en muchas de sus aplicaciones.

Tabla de propiedades típicas del film de PVF
Propiedad
Unidad
Valor
Norma
Propiedades físicas
Densidad
g/cm3
1.38-1.72
ASTM D-1505
Resistencia al rasgado
g/mil
15–60
ASTM D-1922
Módulo de tracción
psi
300-380 x103
ASTM D-882
Alargamiento a la rotura
%
115-250
ASTM D-882
Absorción de agua
%
0.5
-
Transmisión de vapor de agua
g/m2-d
9–57
ASTM E-96
Coeficiente de fricción (film-metal)
-
0.18–0.21
ASTM D-1894
Propiedades térmicas
Temperaturas de uso continuo
°C
-72 a 107
-
Temperatura de uso discontinuo
°C
Hasta 175

Coeficiente de expansión lineal
in/in/°F
2.8 x10-5
-
Envejecimiento (150°C)
Horas
3000
-
Propiedades eléctricas
Constante dieléctrica
-
8.5 -11.0
ASTM D-150
Resistencia dieléctrica
kV/mil
3.4 - 3.5
ASTM D-150
Factor de disipación
%
1.4 - 1.6
ASTM D-150
Resistividad (22°C)
ohm.cm
4x 1013 - 7x 1014
ASTM D-257
Fuente: http://www2.dupont.com

Procesado
El procesamiento en estado fundido del PVF es dificultoso debido a la susceptibilidad de degradación térmica. El PVF requiere el desarrollo de una técnica poco habitual en la cual el polímero es dispersado en un solvente latente que permite el procesamiento en estado fundido sin degradación. Este proceso asemeja la tecnología del plastisol en el cual el PVC es mezclado con un plastificante antes del moldeado y procesado. La diferencia entre el procesado de PVC y PVF radica en que el solvente es removido del producto de PVF mientras que el plastificante es retenido en el artículo de PVC. El desarrollo de esta tecnología de procesamiento del PVF permite la manufactura de films orientados biaxialmente de este polímero.
Esquema de procesado del PVF por extrusión con un solvente latente (L.R.Bartron)
El PVF se degrada antes de alcanzar su punto de fusión por lo que no es posible de procesar mediante los métodos convencionales de conformación. Es requerido el uso de disolventes para ayudar a su conformarlo. Sin embargo, el PVF no se disuelve en la mayoría de los solventes a temperatura ambiente debido a su elevada cristalinidad y a la elevada cantidad de puentes de hidrogeno intermoleculares formados en su estructura química. La ausencia de una adecuada solubilidad dificulta su conformado en forma de film. Consecuentemente, el PVF no es conformable por fusión o disolución. Un método hibrido es utilizado para fabricar recubrimientos y film de PVF.
El PVF es dispersado en un solvente polar de alto punto de ebullición para coalescer y formar un film antes del punto de fusión del PVF. Posteriormente, el film es secado para eliminar el solvente.

Ejemplos de solventes latentes para PVF
Solvente
Punto de ebullición (ºC)
Acetofenona
202
Anilina
184
Ftalato de dialilo
300
Dibenciléter
295-298
Dibutilftalato
340
Di-n-butilsuccinato
275
Dibutiltartrato
392-312
n,n,dimetilacetamida
165
Tributilfosfato
289
Trietilfosfato
215

Las láminas de PVF admiten la impresión (previo tratamiento corona) y la adhesión a diferentes sustratos (aluminio, hierro galvanizado, sustratos celulósicos, láminas de termoplásticos, etc.) mediante el empleo de diversos adhesivos acrílicos. Ciertos grados especiales de PVF en láminas admiten el termosellado por impulso.

Aplicaciones
Las propiedades del PVF tales como resistencia ala intemperie, elevadas propiedades mecánicas, flexibilidad, resistencia química entre otras características lo han llevado a ser usado en varias aplicaciones

Paneles fotovoltaicos
Los film de PVF son utilizados para fabricar un panel posterior para encapsular y proteger las celdas en dispositivos fotovoltaicos. Esta aplicación ha ido en aumente rapidamente desde 2003, particularmente en Alemania, Japón, España, China y los Estados Unidos. El aumento de esta aplicación a sido estimulada por lo avances en la tecnología fotovoltaica y particularmente, por el creciente precio de la energía y reformas regulatorias que benefician a los consumidores comerciales y residenciales en este aspecto.
Estructura de un panel fotovoltaico
El más popular de los laminados para paneles fotovoltaicos es el denominado TPT (Tedlar-PET-Tedlar). El cual consiste en un laminado tricapa tipo sándwich constituido de una capa de un film poliéster entre dos capas de PVF.
Paneles fotovoltaicos
Recubrimiento interior de aviones
El PVF es utilizado como laminado en las paredes interiores de aeronaves proveyendo una superficie durable, de fácil limpieza y bajo mantenimiento. Pigmentos especiales son agregados al PVF para reducir el humo y la inflamabilidad en presencia de fuego. El PVF es resistente a la luz UV y a los detergentes utilizados para la limpieza de los interiores de los aviones. Esta aplicación representa una pequeña porción pero creciendo pudiéndose ampliar a otros ámbitos del transporte. En esta aplicación el PVF compite con los film de polifluoruro de vinilideno (PVDF).
Recubrimiento interior de aviones
Film antiadherente
Las excelentes propiedades mecánicas y de baja adherencia de ciertos grados de PVF tienen como resultado su aplicación en películas antiadherentes, utilizados principalmente en la fabricación de tableros de circuitos impresos (PCB).
Película de liberación
Construcción
El PVF puede ser fácilmente laminado a sustratos arquitectónicos prolongando su vida útil preservando la estética en aplicaciones externas e internas de las construcciones. También puede ser utilizado como un recubrimiento anti-graffiti en paredes.
Almacenamiento de carga del Aeropuerto Internacional de Honolulu en Hawai, utiliza un sistema de techo hecho con lámina de Tedlar unido a un material de poliéster con revestimiento de vinilo

Casa con recubrimiento de Tedlar (Revista Time)
Otras aplicaciones
El PVF es utilizado para fabricación de bolsas para muestreo de gases recolectados, por ejemplo, de caños de escapes de automóviles o aire ambiental para su posterior análisis. Algunos grados especiales de film de PVF admiten el sellado por calor para la fabricación de estas bolsas.
El Tedlar puede ser utilizado como película protectora, para productos tales como marquesinas, toldos, techos y carteles, de los efectos de la radiación UV, suciedad, manchas y decoloración.
El Tedlar también es utilizado como película antiadherente en el conformado de materiales termoestables, polímero reforzado con fibras (FRP) y de polímero de fibra de carbono reforzado (CFRP). Las películas de Tedlar adicionalmente protegen el molde y tienen la capacidad de permanecer en el lugar durante el curado y procesamiento bajo condiciones de temperatura y presión.
Bolsa para muestreo de gases




Fuentes:
Polyvinyl Fluoride: Technology and Applications of PVF - Sina Ebnesajjad
Encyclopedia of Polymer Science and Engineerin - D.E. Brasure, S. Ebnesajjad
Introduction to Fluoropolymers - Sina Ebnesajjad
http://www.fluoroconsultants.com
http://pveducation.org
http://www2.dupont.com
http://www.tedlar.com
http://www.equipcoservices.com
http://fabricarchitecturemag.com
http://www.google.com/patents/US2810702
http://www.google.com/patents/US2953818

9 comentarios:

  1. Hola Mariano, excelente blog ! . . . Estamos trabajando en un proyecto de reciclaje de plástico y queremos producir bloques sólidos de una tonelada de peso. Que tipos de plásticos y que proceso recomiendas para hacerlo?? . .. y que tamaño debe tener cada bloque para alcanzar ese peso??

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    1. Hola William. Te conteste en la entrada de polietileno de alta densidad

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  2. amigo como puedo saber el % de cristalinidad de PVF y tener al menos dos esquemas del proceso de polimerización como ejemplo el de suspensión y también emulsión

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    1. Hola Gustavo. La cristalinidad de un polímero se puede conocer mediante calorimetría diferencial de barrido, espectroscopía de infrarrojo, difracción de rayos X o resonancia magnética nuclear. No dispongo de esquemas de polimerización.
      Saludos

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  3. Hola
    Se puede reciclar el tedlar de los paneles fotovoltaicos?
    Como?

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    1. Hola Miguel. Es muy difícil de reciclar. La lámina utilizada en paneles solares generalmente es un laminado tricapa de Tedlar y PET. Lo cual sería muy costoso de separar y no existe un mercado de este plástico que permita un desarrollo en este aspecto. Pienso que tal separación podría hacerse con el uso de solventes. Salvo que se pueda recuperar íntegramente la lámina y volver a reutilizarla. La separación de la lámina del panel se podría hacer con calor ya que está adherida mediante un adhesivo hotmelt de EVA.
      Saludos

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  4. Hola, tengo una gran duda, fabricó bolsa con materiales reciclados (polietileno de baja y alta densidad) me gustaría saber si existe algún aditivo que pueda agregar a mi mezcla y pueda disminuír o erradicar el aroma que tiene mi producto terminado, entiendo que es reciclado y por ello su aroma, pero si me gustaría saber si existe algo para dejar inoholora mi bolsa.

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    1. Hola Eduardo. Existen aditivos desodorizantes. Puedes ver en los siguientes enlaces…
      http://www.bpf.co.uk/plastipedia/additives/Fragrances.aspx
      http://polymer-additives.specialchem.com/product-categories/additives-deodorants-fragrances
      http://www.plastemart.com/Plastic-Technical-Article.asp?LiteratureID=1498&Paper=controlling-odour-in-recycled-polymers-by-use-of-special-additives-or-methods
      Saludos

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