Alcohol de polivinilo

Introducción
El alcohol de polivinilo (PVOH, PVA, o PVal), también llamado polietenol o poli (alcohol vinílico), es un polímero sintético soluble en agua, de fórmula química general (C2H4O)n. No debe confundirse con acetato de polivinilo, un popular pegamento de madera.

Estructura química y síntesis
La estructura química abreviada del alcohol de polivinilo es la siguiente:

A diferencia de muchos polímeros vinílicos, el PVOH no es preparado por la polimerización del correspondiente monómero. Dado que el alcohol vinílico es inestable con respecto a la isomerización a acetaldehído su polímero debe prepararse por métodos indirectos. El monómero, alcohol vinílico, existe casi exclusivamente en la forma tautoméricas, el acetaldehído. El PVOH se prepara por alcohólisis (se emplean también los términos menos exactos hidrólisis y saponificación) parcial o total de acetato de polivinilo para eliminar los grupos acetato.

Para efectuar la alcohólisis puede utilizarse etanol o metanol, con un ácido o una base como catalizador. La hidrólisis alcalina es mucho más rápida. La hidrólisis ácida es más probable que produzca algunos enlaces en la cadena por medio de un mecanismo que implica la pérdida de una molécula de agua de dos grupos hidroxilos adyacentes. Se trata de una reacción no deseable. La alcohólisis se lleva a cabo usualmente disolviendo el poli (acetato de vinilo) en el alcohol, añadiendo el catalizador y calentando. El poli(alcohol de vinilo) precipita de la disolución.
Se puede controlar esta reacción de modo que queden grupos acetato en el polímero. Lo que se obtiene entonces, es un copolímero de poli (alcohol vinílico) y de poli (vinil acetato) llamado poli (alcohol vinílico-co-vinil acetato). Es un copolímero al azar, parecido al poli (alcohol vinílico) excepto que cada tanto tiene unidades repetitivas de vinil acetato.

Esto confiere al polímero zonas hidrofílicas (grupos alcohol) y zonas hidrofóbicas (grupos acetato). Propiedad útil para elaboración de pinturas acrílicas de base acuosa. Esto permite que el poli metil metacrilato (PMMA) forme una suspensión puesto que no es soluble en agua formando un látex, de aquí la denominación de pinturas al látex. El polímero se enrolla, quedando los grupos alcohol hacia afuera (en contacto con el agua) y los grupos acetato hacia dentro (cubriendo las moléculas de PMMA).

Propiedades
El alcohol polivinílico tiene excelentes propiedades para formar películas, como emulsionante y como adhesivo. También es resistente al aceite, grasas y disolventes. Es inodoro y no tóxico. Tiene alta resistencia y flexibilidad, así como alta propiedades de barrera para el oxígeno y los aroma. Sin embargo, estas propiedades dependen de la humedad, es decir, con mayor humedad más agua es absorbida. El agua, que actúa como un plastificante, a su vez reducirá su resistencia a la tracción, pero aumentan su elongación y resistencia al desgarro. El PVOH es totalmente degradable y se disuelve rápidamente. 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. Los enlaces dobles permanecen en la cadena y, a medida que se forman más en posiciones conjugadas, tiene lugar una coloración importante.
Aunque el poli (alcohol de vinilo) es amorfo cuando no está estirado, puede estirarse dando una fibra cristalina por ser los grupos hidroxilo lo bastante pequeños para encajar en un retículo cristalino a pesar de la estructura de cadena atáctica.
El poli (alcohol de vinilo) es soluble en agua. Se disuelve lentamente en agua fría, pero lo hace más rápidamente a temperaturas elevadas, y puede normalmente disolverse a más de 90°C. Las disoluciones acuosas no son particularmente estables, especialmente si hay presentes trazas de ácido o base. Las disoluciones pueden sufrir una compleja serie de reacciones de gelación reversibles e irreversibles. Por ejemplo, puede producirse entre-cruzamiento en los enlaces éter, lo que resulta en un aumento de viscosidad por la formación de productos insolubles.
EI poli (alcohol de vinilo) puede reacetilarse por calentamiento con un exceso de anhídrido acético en presencia de piridina. El poli (acetato de vinilo) resultante puede o no tener la misma estructura que el polímero madre a partir del cual se obtuvo el alcohol, debido a la naturaleza de la estructura de cadena ramificada del polímero.
El coeficiente de Poisson se ha medido a entre 0,42 y 0,48.

Usos
El alcohol polivinílico es la materia prima para hacer otros polímeros como:
- Nitrato de polivinilo (PVN): Se trata de un éster del ácido nítrico y el alcohol de polivinilo. El nitrato de vinilo se puede utilizar en algunos propulsores y explosivos moldeables.
- Polivinil acetales: los poli(acetales de vinilo) se preparan por reacción de aldehídos con el alcohol de polivinilo. El polivinil butiral (PVB) y polivinil formal (PVF) son ejemplos de esta familia de polímeros. Se preparan a partir de alcohol de polivinilo, por reacción con butiraldehído y el formaldehído, respectivamente. La preparación de butiral de polivinilo es el mayor uso del alcohol polivinílico en los EE.UU. y Europa Occidental. El polímero más importante, por mucho, de entre ellos es el poli (vinil butiral), que se usa como capa plástica intermedia para los vidrios de seguridad de aviones y automóviles. El poli (vinil formal) se utiliza en esmaltes para recubrimientos de cables eléctricos y en tanques de gasolina de auto-sellado.
El alcohol polivinílico se utiliza como ayuda en la polimerización en emulsión, como coloide protector, para hacer dispersiones de acetato de polivinilo. Esta es la aplicación más grande del mercado en China.
En Japón, su uso principal es la producción de fibra vinylon o vinalon.
En las fibras de poli (alcohol de vinilo), la forma final del polímero es insoluble en agua como resultado de un tratamiento químico. El polímero se hila en húmedo a partir de agua caliente pasando por una disolución acuosa concentrada de sulfato de sodio que contiene ácido sulfúrico y formaldehído. El polímero se insolubiliza por la formación de grupos formal:

Aproximadamente una tercera parte de los grupos hidroxilo se hace reaccionar para insolubilizar la fibra. Un cierto grado de acetalización entre las cadenas es deseable para reducir la contracción de la fibra, pero debe controlarse cuidadosamente la cantidad.
Las fibras de poli (alcohol de vinilo) poseen una absorción de agua (un 30 %) su­perior a las demás fibras. Pudiendo de este modo reemplazar al algodón en aquellos usos en los que la fibra está en contacto con el cuerpo. El tacto del tejido puede variarse de similar a la lana a similar al lino. Esta fibra se lava fácilmente, se seca pronto y tiene buena estabilidad dimensional. La tenacidad y resistencia a la abrasión son buenas.

Algunos otros usos de alcohol polivinílico incluyen:
1.- Papel adhesivo con ácido bórico en el bobinado de tubo en espiral y la producción de cartón compacto
2.- Espesante, modificador, de colas de acetato de polivinilo
3.- Apresto textil
4.- Revestimientos de papel.
5.- Como una película soluble en agua útil para el embalaje. Un ejemplo es el sobre que contiene detergente para la ropa en "liqui-tabs". Otro ejemplo son las bolsas de cebo que se disuelven en agua para la pesca deportiva en agua dulce
6.- Higiene femenina y productos de incontinencia para adultos como lámina de plástico biodegradable.
7.- Barrera de dióxido de carbono en botellas de tereftalato de polietileno (PET).
8.- Como un agente de liberación del molde para ciertos polímeros
9.- Juguete para niños cuando se combina con bórax forma un producto gelatinoso viscoso que escurre (juguete llamado Slime, Flubber u otros nombres comerciales)
10.- Se utiliza en gotas para los ojos y como una solución lubricante para lentes de contacto rígidos. También como agente de lágrimas artificiales para el tratamiento del ojo seco.
11.- Fibra de PVOH, como refuerzo en el concreto
12.- Se utiliza en protección guantes resistentes a químicos
13.- Se utiliza como fijador para la recogida de muestras, en especial las muestras de heces
14.- Como un agente de embolización en procedimientos médicos
15.- Excipiente, recubrimiento de pastillas, biofermentación y tópicos para productos farmacéuticos

Guantes de protección contra productos químicos con revestimiento de alcohol de polivinilo

 

Gotas para el alivio del ardor e irritación debido a sequedad ocular (Alcohol polivinílico al 1.4%)

Fibra de PVOH soluble en agua fría

Detergente para la ropa en bolsitas de película soluble en agua (liqui-tabs)

Flubber o slime con colorante verde añadido. El polímero normalmente no tiene color

Vidrios de seguridad laminado con film de PVB

La fabricación norcoreana de fibras Vinalon se produce a partir de alcohol de polivinilo. A pesar de sus propiedades inferiores como fibra para ropa, se produce por razones de auto-suficiencia, porque no se necesita de petróleo para producirla ya que se puede partir de antracita y piedra caliza como materia prima.
El consumo de alcohol de polivinilo fue de más de un millón de toneladas métricas en 2006. Los productores más grandes incluyen Kuraray (Japón y Europa) y Sekisui Specialty Chemicals (EE.UU.), pero China cuenta con una serie de instalaciones de producción muy grandes instaladas en la última década y en la actualidad representa el 45% de la capacidad mundial.

Fuentes:
Principales polímeros comerciales-Silvia Álvarez Blanco y José Luis Zaragozá Carbonell
Ciencia de los polímeros-Fred Wallace Billmeyer
N° de patente. 147,958, 20 de febrero de 1941, emitida al Instituto de Fibras Químicas de Japón. (Fibra vinalon)
http://en.wikipedia.org
http://www.pslc.ws
http://www.laboratoriosbiogen.com
http://www.merck-chemicals.es
http://www.suministrostorras.com
http://herlom.com