Caracterización de películas de β-PVDF preparadas en diferentes condiciones

Characterization of β-PVDF Films Prepared at Different Conditions

Se prepararon películas de poli(fluoruro de vinilideno), en la fase ferroeléctrica b, con diferentes técnicas: cristalización por disolución, estiramiento mecánico y electrospinning. Mediante espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y microscopia electrónica de barrido (SEM), observamos que las películas obtenidas por cristalización en solución de dimetilformamida (DMF) a 60 °C contienen únicamente fase b no orientada. Las películas obtenidas por estiramiento uniaxial a 80 °C y relación de estirado 4, de muestras originalmente en fase a, resultan predominantemente en fase b orientada, aunque con todavía una pequeña cantidad de fase a. Las membranas preparadas por el método de electrospinning están constituidas por nanofibras exclusivamente en la fase b y con el eje de la cadena preferentemente alineado a lo largo de las fibras, paralelo a la superficie de la membrana. El porcentaje de cristalinidad y la temperatura de fusión, inferidos ambos a partir de mediciones calorimétricas (DSC), se vieron poco influidos por las técnicas empleadas.

INTRODUCCIÓN

El poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF) ha sido ampliamente estudiado debido a sus atractivas propiedades piroeléctricas y piezoeléctricas, así como por su flexibilidad, excelente procesabilidad, estabilidad química y resistencia mecánica. Este polímero puede cristalizar en al menos 4 fases cristalinas distintas, denominadas α, β, γ y δ. La estructura cristalina y la conformación molecular de estas fases están bien descritas en la bibliografía [1]. Cada fase confiere al polímero propiedades características y, por tanto, diferentes aplicaciones. La fase β es la más deseable en aplicaciones tecnológicas importantes como sensores y actuadores porque tiene mejores actividades piro y piezoeléctricas. Sin embargo, es la fase α la que se obtiene más fácilmente cuando el PVDF se cristaliza a partir de la masa fundida.

Las películas en fase β para aplicaciones como elementos electroactivos se obtienen comúnmente por estiramiento mecánico uniaxial o biaxial de películas originalmente en fase α, con relaciones de estiramiento entre 3-5 y temperaturas inferiores a 90 °C [2-6]. La cristalización del PVDF a partir de la solución también forma la fase α, que depende de la temperatura y del disolvente utilizado, siempre que el disolvente se evapore lentamente [7,8]. Sin embargo, en este caso las películas obtenidas tienen cristalitos no orientados y alta porosidad. Se sabe que las propiedades piroeléctricas y piezoeléctricas del PVDF dependen no sólo de la fase cristalina, sino también de la distribución de la orientación de los cristalitos. Para favorecer la orientación dipolar durante la polarización por un campo eléctrico perpendicular a la superficie de la película, el eje cristalográfico c (dirección de las cadenas poliméricas) debe orientarse paralelamente a esta superficie. Esto ocurre en la orientación mecánica, donde el eje c de los cristalitos se orienta preferentemente paralelo a la dirección [6].