Politetrafluoretilenă
| Politetrafluoretilenă | |
|---|---|
 | |
 | |
| Numele IUPAC | |
| Poli (tetrafluoretene) | |
| Abrevieri | |
| PTFE | |
| Denumiri alternative | |
| Teflon, Fluon, Algoflon, Hostaflon, Inoflon, Guaflon | |
| Caracteristici generale | |
| Formula moleculară sau brută | C n F 2 n + 2 |
| numar CAS | |
| Numărul EINECS | 618-337-2 |
| Proprietăți fizico-chimice | |
| Densitate (g / l, în cs ) | 2200 |
| Temperatură de topire | 327 ° C (600,15 K) |
| Informații de siguranță | |
Politetrafluoretilena ( PTFE ) este polimerul aparținând clasei de perfluorocarburi (PFC) derivat din omopolimerizarea tetrafluoretenei .
În mod normal, este cel mai bine cunoscut prin denumirile sale comerciale Teflon , Fluon , Algoflon , Hostaflon , Inoflon și Guaflon , în care se adaugă la polimer alte componente stabilizatoare și fluidifiante pentru a-și îmbunătăți posibilitățile de aplicare, sau umpluturi pe bază de silice, carbon, bronz, inox oțel și sulfat de bariu pentru a crește performanța în domeniile mecanic, pneumatic sau chimic, precum și pentru aplicații farmaceutice.
Este un material plastic neted la atingere și rezistent la temperaturi de până la 260 ° C (533,1 K), utilizat în industrie pentru acoperirea suprafețelor supuse unor temperaturi ridicate care necesită "lipire" și o bună inertitate chimică. [1] Tigaile de bucătărie definite ca "antiaderente" sunt astfel deoarece sunt acoperite în interiorul unui strat de PTFE (teflon).
Este, de asemenea, materialul cu cel mai mic coeficient de frecare cunoscut, cu frecare dinamică din oțel TFE egală cu 0,04, în timp ce fricțiunea statică este de 0,07 / 0,14 [2] .
Istorie
„PTFE” a fost descoperit accidental în 1938 de Roy Plunkett în timpul unei încercări de fabricare a unei noi clorofluorocarburi care să fie folosită ca agent frigorific pentru ciclurile de compresie . Plunkett măsura debitul de gaz verificând greutatea buteliei în care se afla tetrafluoretena gazoasă. Debitul de gaz s-a oprit cu mult înainte ca solzii să indice că butelia de tetrafluoretilenă este goală.
Odată ce cilindrul a fost tăiat, Plunkett a observat că pe pereții interni s-a format o acoperire de ceară extrem de alunecoasă și substanțial insolubilă, chiar în contact cu cei mai agresivi agenți chimici. Analizele chimice efectuate au confirmat că este vorba de politetrafluoretilenă. Kinetic Chemicals a brevetat produsul în 1941, [3] și a înregistrat denumirea comercială „Teflon” în 1945. [4] [5]
DuPont-ul american a fost cel care l-a produs prima dată într-una din fabricile sale pilot pentru a furniza o cantitate armatei SUA angajată în construcția primei bombe atomice. Ca parte a Proiectului Manhattan , PTFE a fost utilizat ca acoperire internă în echipamente care conțin hexafluorură de uraniu la complexul K-25 din Oak Ridge, Tennessee . [6]
În 1954, un inginer francez, Marc Grégoire, la sfatul soției sale a testat pe ghiveci teflonul pe care l-a folosit pentru echipamentele de pescuit. Rezultatele au fost atât de bune încât comercializarea vaselor de vase acoperite cu PTFE a început sub marca Tefal . [7]
În Italia, producția industrială de PTFE a început în 1954 de către Montecatini , care l-a comercializat sub numele de Algoflon . Producția continuă astăzi pe site-ul italian Spinetta Marengo (AL).
Sinteză
Polimerizarea lanțului are loc pe cale radicală în prezența unui inițiator adecvat - adesea un oxidant precum peroxidul de hidrogen , un persulfat sau un peroxid organic - în condiții de temperatură și presiune care depind de catalizatorul ales.
-
n F 2 C=CF 2 → −(F 2 C−CF 2 ) n −(ΔH P ≈ -41 kcal / mol)
Reacția poate fi efectuată prin polimerizare în suspensie sau prin polimerizare în emulsie apoasă (având în vedere insolubilitatea PTFE în orice solvent organic). Surfactantul utilizat trebuie perfluorat ( PFOA , GenX , ...). Polimerizarea este o reacție puternic exotermă, adică este însoțită de o mare dezvoltare a căldurii ; de aceea, sunt necesare măsuri de precauție pentru a controla temperatura reacției și pentru a preveni atingerea unor niveluri prea mari (mai mari de 80 ° C), dincolo de care reacția devine explozivă dezvoltând tetrafluormetan și carbon.
-
CF 2 =CF 2 → CF 4 + C(ΔH R ≈ -85 kcal / mol)
Proprietate
PTFE are o serie de caracteristici deosebite care l-au determinat să fie considerat un material strategic până în anii șaptezeci.
Principalele caracteristici sunt:
- inertitate chimică completă, deci nu este atacată de aproape toți compușii chimici - cu excepția metalelor alcaline în stare topită, a fluorului de înaltă presiune și a unor compuși fluorurați în anumite condiții de temperatură - și mai ales nu modifică fluidele cu care este este pus în contact, de exemplu, cu fluide ultra-pure pentru industria electronică;
- insolubilitate completă în apă și în orice solvent organic;
- calități dielectrice excelente ( rezistență dielectrică 65 kV / mm și ε r = 2.1);
- calități excelente de rezistență la foc: nu răspândește flacăra;
- proprietăți excelente de netezire a suprafeței: coeficientul de frecare este cel mai mic dintre produsele industriale;
- antiaderent: suprafața nu poate fi lipită ( unghiul de contact este de 127 °), nu se cunoaște niciun adeziv capabil să lipească PTFE.
Aceste caracteristici capătă o importanță suplimentară dacă ne gândim că rămân practic neschimbate într-un interval de temperatură cuprins între -80 și 250 ° C (193,2-523,1 K).
PTFE, destinat doar ca un derivat 100% al TFE, nu se topește la temperaturi ridicate, ci se descompune.
Această problemă a fost rezolvată în mai multe moduri:
- Sinterizarea în prezența cerurilor
- Adăugarea de monomeri modificatori în faza de polimerizare.
Cu cel de-al doilea mod de procedare există formarea așa-numitului PTFE modificat care poate fi procesat prin turnare izostatică pentru realizarea produselor sau pentru căptușirea țevilor pentru transportul produselor corozive, până la varianta brevetată ULTRA cu dublu sinterizare multidirecțională a PTFE încărcat și PTFE conductiv electric pentru disiparea sarcinilor electrostatice.
Aplicații
Caracteristicile remarcabile ale PTFE l-au făcut unul dintre cele mai utilizate materiale în domeniile casnic și industrial.
După cum sa menționat mai sus, cea mai cunoscută aplicație este cu siguranță cea a tigăilor antiaderente (suprafața este acoperită cu un strat subțire de teflon, astfel încât alimentele să nu se lipească în timpul gătitului).
În industria chimică se folosește la fabricarea garniturilor și a pieselor destinate contactului cu agenți corozivi (de exemplu acid sulfuric concentrat).
Este utilizat în motoare, pentru a reduce frecarea cutiei de viteze și în sistemele de injecție cu încărcarea guaflexului de grafit pentru a reduce frecarea primei detașări.
PTFE extins este utilizat la stomatologi pentru a crea membrane nerezorbabile, utile în operațiile de regenerare osoasă ghidată (GBR).
O folie de teflon este utilizată în laboratoarele chimice pentru a garanta etanșeitatea îmbinărilor din sticlă măcinată, fără riscul de a suporta vreo detașare dificilă a pieselor.
O tablă de teflon este interpusă între două dintre plăcile metalice care alcătuiesc dispozitivele de susținere a oțelului podurilor sub formă de sandviș . Aceste dispozitive de rulment funcționează prin alunecare, exploatând coeficientul scăzut de frecare care apare între o suprafață din oțel inoxidabil finisată în oglindă și PTFE.
Se folosește și la ștergătoarele de vehicule.
În industria electrică este un material izolant util.
În lutherie este utilizat ca aditiv în materialul de construcție al piuliței sintetice, cum ar fi grafitul , astfel încât să existe o frecare redusă între corzi și piulița însăși.
În mecanică este utilizat ca ingredient suplimentar pentru lubrifiantul pentru lanțurile de acționare la motociclete și componente mecanice.
În informatică este folosit ca picioare de înlocuire pentru șoareci de joc, pentru a reduce frecarea și fricțiunea pe covorase.
În industria producției de matrițe pentru paste alimentare se folosește pentru realizarea părții de desenare a inserțiilor, ceea ce conferă pastelor produse cu ele un aspect neted și galben, spre deosebire de pastele produse cu inserții cu piese de desen din bronz (tradițional).
Întreaga acoperire externă a Allianz Arena din München este acoperită cu 2 874 perne pneumatice PTFE, care sunt iluminate în funcție de echipa de pe teren.
Este utilizat în varianta HPTFE pentru construirea plăcilor schimbătorului de căldură GUARDIAN pentru a garanta, împreună cu tuburile din carbură de siliciu, un schimb de căldură de 10 ori mai mare decât oțelul inoxidabil, dar cu o rezistență chimică de neegalat la oxidanți.
Siguranță
La aproximativ 500 ° C (773,1 K) se descompune, eliberând o serie de gaze fluorurate toxice, inclusiv perfluoropropen și perfluoroizobuten .
Piroliza PTFE este detectabilă la 200 ° C (473,1 K) și dezvoltă mai multe gaze fluorocarbonate [8] și un sublimat . Un studiu efectuat pe animale efectuat în 1955 a concluzionat că este puțin probabil ca aceste produse să fie generate în cantități semnificative pentru sănătate la temperaturi sub 250 ° C (523,1 K). [1]
Cu toate acestea, se crede în general că PTFE nu prezintă risc de toxicitate atâta timp cât este menținut la temperaturi sub 200 ° C (473,1 K); prin urmare, nu necesită precauții speciale pentru utilizarea sa zilnică. În schimb, trebuie luate măsuri de precauție în timpul fazelor de procesare și turnare.
În timp ce PTFE este în mod normal stabil și netoxic, acesta începe să se deterioreze când temperatura vaselor ajunge la 260 ° C (533,1 K) și se descompune peste 350 ° C (623,1 K). [9] [10] Aceste produse secundare de degradare pot fi letale pentru păsări și pot provoca simptome asemănătoare gripei la oameni. [9] În mai 2003, organizația de lucru pentru mediu pentru organizația de cercetare și apărare a mediului a depus un rezumat de 14 pagini la Comisia de siguranță a produselor de consum din SUA care a solicitat un standard care impune ca oalele și încălzitoarele cu acoperiri cu produse antiaderente să poarte eticheta de pericol pentru oameni și păsări [11]
Carnea se prăjește de obicei între 204 și 232 ° C (477,1-505,1 K) și majoritatea uleiurilor încep să fumeze înainte de a ajunge la 260 ° C (533,1 K), dar există cel puțin două uleiuri de gătit (ulei de șofrănel rafinat și ulei de avocado ) care au un punct de fum mai mare. Chiar și tigaile goale lăsate să se încălzească pot depăși această temperatură.
Notă
- ^ a b ( EN ) Zapp JA, Limperos G, Brinker KC, Toxicitatea produselor de piroliză a rășinii tetrafluoretilenice „Teflon” , în Proceedings of the American Industrial Hygiene Association Annual Meeting , 26 aprilie 1955.
- ^ PTFE , pe centerplast.it . Accesat la 2 aprilie 2014 (arhivat din original la 4 martie 2016) .
- ^ {{{CountryCode}}} {{{PublicationNumber}}}
- ^ History Timeline 1930: The Fluorocarbon Boom , DuPont . Adus la 10 iunie 2009 .
- ^ Roy Plunkett: 1938 . Adus la 10 iunie 2009 .
- ^ Richard Rhodes , The Making of the Atomic Bomb , New York, New York, Simon și Schuster, 1986, p. 494, ISBN 0-671-65719-4 . Adus la 31 octombrie 2010 .
- ^ " Istoria teflonului ", home.nycap.rr.com , Accesat la 25 ianuarie 2009.
- ^ Teflon offgas studies | Environmental Working Group. Arhivat 4 februarie 2013 la Internet Archive . Ewg.org. Adus la 01.01.2013.
- ^ a b DuPont, Întrebări cheie despre teflon , accesat la 3 decembrie 2007.
- ^ http://www.medicalnewstoday.com/medicalnews.php?newsid=4716 „Teflonul vă poate îmbolnăvi?”, Medical News Today
- ^ Petiție pentru a solicita etichete de avertizare | Grup de lucru pentru mediu Arhivat 15 octombrie 2012 la Arhiva Internet. (PDF). Adus la 01.01.2013.
Elemente conexe
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre politetrafluoretilenă
linkuri externe
- Fluoropolimeri , pe Ovest.it .
