Politetrafluoroetileno (PTFE)

Índice Introducción Síntesis Estructura Propiedades Aplicaciones

Introducción

POLITETRAFLUOROETILENO Cronología Hasta 1945 2ª Guerra Mundial Roy J. Plunkett (1910-1994) *Resistente al calor *Inerte a ácidos y bases fuertes ¿ ? 1938 Polvo blanco Desde 1947 Comercialización del PTFE (TEFLON®) POLITETRAFLUOROETILENO (PTFE) Algoflon®, Fluon®, Tetran®…

¿Qué es el PTFE? Polímero Carbono y flúor Propiedades espectaculares Gran cantidad de aplicaciones

Estructura del PTFE Estructura helicoidal Enlaces covalentes r C-C = 0.441 A r C-F = 1.632 A

Técnicas de determinación Difracción de rayos X Microscopía electrónica Cromatografía de permeación de gel (GPC) Análisis térmico Ángulos de contacto

Difracción de rayos X Fundamento: atenuación de la radiación incidente debido a la absorción o la difracción de la misma por el material irradiado. Fenómenos de interferencia  Difracción ley de Bragg

Microscopía electrónica Dos tipos diferentes de información: a) Imágenes directas de la estructura de secciones muy delgadas de material (100 – 200 A) b) Diagramas de difracción de electrones orientados. ¿Cómo se produce un haz de electrones?  Emisión termoiónica

Cromatografía de permeación de gel (GPC)

Análisis térmico Análisis térmico diferencial (DTA) y Calorimetría diferencial de barrido (DSC) Termogravimetría (TG) y termogravimetría derivada (DTG)

Análisis térmico diferencial y Calorimetría diferencial de barrido El DTA es una técnica en la cual se mide la diferencia de temperatura entre la muestra y un material de referencia inerte, en función de la temperatura. La DSC es una técnica de análisis térmico usada para medir cambios en los flujos de calor asociadas a transformaciones de fase.

DTA

DSC Tg  Temperatura de transición vitrea Tm  Temperatura de fusión Tc  Temperatura de cristalización

Termogravimetría y termogravimetría derivada La TG es una técnica en la cual el peso de una muestra se mide continuamente en función de la temperatura La DTG es una forma de expresar los resultados de TG por medio de la primera derivada de la curva en función de la temperatura o el tiempo.

TG

Ángulos de contacto Energía libre de superficie  fenómenos de adsorción, mojabilidad y adhesión En un sólido no es posible la determinación directa de su energía de superficie (falta de movilidad de sus moléculas)  medidas de ángulo de contacto Técnicas

Método de la gota o burbuja (sessile drop) Se basa en la medida del ángulo formado entre una gota de líquido depositada en una superficie sólida perfectamente lisa Cuanto mayor es el ángulo menor es la interacción entre el líquido y el sólido

Síntesis Obtención del monómero (TFE) Polimerización

Obtención del monómero (TFE) CaSO4 + 2 HF   CHCl3 + 3 HCl CHClF2 + 2 HCl CF2=CF2 + 2 HCl CaF2 + H2SO4 CH4 + 3 Cl2 CHCl3 + 2HF 2 CHClF2 UV 450ºC SbF3 D 800ºC CF2=CF2 Tetrafluoroetileno

Polimerización Etapas Condiciones de polimerización

Etapas Iniciación Propagación Terminación

Iniciación Formación de un radical libre Iniciadores Proceso

Iniciadores Peróxido de Benzoilo  BPO 2,2'-azo-bis-isobutirilnitrilo  AIBN

Proceso

Propagación Crecimiento de la molécula

Terminación Favorable Desfavorable

Favorable El acoplamiento genera moléculas de PTFE sin problemas

Desfavorable Desproporción Algo problemática Muy problemática

Algo problemática Dobles enlaces finales

Muy problemática Ramificación

Condiciones de polimerización Suspensión coloidal en medio acuoso   Dependiendo de:   -Agente dispersante (surfactante)  distintas cantidades   -Ágitación  distinta intensidad y tiempo   PTFE en distintas formas: -Polvo fino -Forma granular -Dispersión

Propiedades Las propiedades de cualquier material dependen de: Composición química y enlace Estructura molecular Procesado Propiedades del PTFE

Composición química y enlace Los enlaces “C-C” y “C-F” son enlaces covalentes muy estables

Estructura molecular Dibujo 3D

Propiedades del PTFE Propiedades físicas Inercia química Propiedades térmicas Propiedades eléctricas

Diagrama de OO.MM. LUMO DE HOMO

Propiedades físicas Baja energía superficial  gran antiadherencia Su superficie no se moja ni en agua ni en aceite Resistencia a disolventes Impermeabilidad al agua

El coeficiente de permeabilidad al agua de una capa de un espesor de 0,1mm ha sido determinado en Pw = 1,1 g/m h mbar

Resistencia a disolventes Es insoluble en casi todos los disolventes hasta una temperatura de 300ºC Los hidrocarburos fluorados le causan cierto hinchazón, aunque el proceso es reversible. Algunos aceites fluorados a partir de los 300ºC presentan cierto efecto de disolución.

F F F F F F F F C C C C C C C C F F F F F F F F F F F F F F F F C C C C C C C C F F F F F F F F

H H O F F F F F F F F C C C C C C C C F F F F F F F F

Inercia química Resistencia a agentes químicos Resistencia al fuego Resistencia a las radiaciones Resistencia a agentes atmosféricos

Resistencia a agentes químicos Es prácticamente inerte para casi todos los elementos y compuestos conocidos. Solamente es atacado por metales alcalinos en estado elemental, por el trifluoruro de cloro y por el flúor en estado elemental a altas temperaturas y presiones.

Resistencia al fuego Es incombustible y no inflamable. Ante un incremento de la temperatura y la presión y en presencia de oxígeno se descompone en contaminantes peligrosos.

Resistencia a las radiaciones Presenta una buena resistencia frente a los rayos UV motivada por los enlaces fuertes “C-F”  Diagrama OO.MM. Las radiaciones de alta energía rompen la molécula de PTFE, especialmente en presencia de oxígeno.  Diagrama OO.MM.

Diagrama de OO.MM. LUMO DE HOMO

Diagrama de OO.MM. LUMO DE HOMO

Propiedades térmicas Estabilidad térmica Puntos de transición Dilatación Capacidad calorífica y conductividad térmica Calor específico, punto de fusión y rango de temperaturas de utilización

Estabilidad térmica Uno de los materiales plásticos con mayor estabilidad térmica. A partir de los 400ºC muestra una apreciable descomposición física.

Puntos de transición

Dilatación El coeficiente de dilatación varía con la temperatura. También varía en relación con la dirección de compresión.

Capacidad calorífica y conductividad térmica Su capacidad calorífica es relativamente elevada (1050 J/Kg-K). Su coeficiente de conductividad térmica no varía con la variación de la temperatura. Es relativamente bajo (0,25W/m-K). Por ello se considera un buen aislante. La mezcla y agregado con otros materiales aumenta su conductividad térmica.

Calor específico, punto de fusión y rango de temperatura El calor específico aumenta con la temperatura. Su punto de fusión es 327ºC. El rango de temperaturas de utilización oscila entre los –200ºC y +260ºC.

Propiedades eléctricas Es un aislante excelente debido a la baja polarizabilidad del flúor y un buen dieléctrico.

Aplicaciones del PTFE Para fontanería Para barras, tubos, placas y láminas Automoción Bandas industriales Ollas y sartenes antiadherentes Telas y mallas de teflón Mangueras recubiertas de PTFE Otras aplicaciones

Para fontanería Evitar las fugas en las uniones entre roscas Formato de cinta para cubrir la rosca

Para barras, tubos, placas y láminas Material de alta tecnología para ser utilizado en condiciones extremas. Aplicaciones en todo tipo de industria

Automoción Material autolubricante Alta duración sin mantenimiento

Bandas industriales

Bandas industriales Empaque y embalaje En la elaboración de tortillas y pastas como la pizza (alimentos precocidos). Cocción y refrigeración de masa para elaborar pan Cocción y tratamiento de carne, pescado, frutas y verduras Estampado en prendas de vestir Fabricación de tapetes y alfombras Fabricación de productos especiales de madera Selladores y barreras anticontaminantes Secado en papel, cartón, serigrafía, impresos, metal, cristal, madera, plástico y textil

Ollas y sartenes antiadherentes Evitar que la comida se pegue Proporciona una textura fina al alimento.

Telas y mallas de teflón Mallas y telas con características de resistencia tanto mecánica como química.

Mangueras recubiertas de PTFE Diseñada para aplicaciones totales de flujo donde se requiere una máxima flexibilidad y peso mínimo. Fácil de manipular y resiste la abrasión y el ataque químico

Otras aplicaciones Placas selladoras Agitadores Dosificadores Rodillos Textiles Matrices de Inyección Rodillos antiadherentes

FIN