lunes, 6 de junio de 2011

Politetrafluoruro de etileno

El politetrafluoroetileno es mejor conocido por el nombre comercial Teflon. Se utiliza para fabricar sartenes donde no se pegue la comida, y todo aquello que requiera de tales características. El PTFE también se utiliza para tratar alfombras y telas para hacerlas resistentes a las manchas. Y lo que es más, es también muy útil en aplicaciones médicas. Dado que el cuerpo humano raramente lo rechaza, puede ser utilizado para hacer piezas artificiales del cuerpo.
El politetrafluoroetileno, o PTFE, está compuesto por una cadena carbonada, donde cada carbono está unido a dos átomos de flúor. Se lo representa generalmente como en la siguiente:

Pero puede resultar más sencillo imaginarlo como en la figura de abajo, con una cadena carbonada de miles de átomos de longitud.
El PTFE es un polímero vinílico, y su estructura, si no su comportamiento, es similar al polietileno. Se forma a partir del monómero tetrafluoroetileno por polimerización vinílica de radicales libres.
El flúor es un elemento muy “extraño”. Cuando forma parte de una molécula, no le agrada estar alrededor de otras moléculas, incluso cuando éstas contengan átomos de flúor. Menos aún cuando se trata de otras clases de moléculas. De modo que una molécula de PTFE, estando tan repleta de átomos de flúor como está, quisiera estar lo más alejada posible de otras moléculas. Por esta razón, las moléculas en la superficie de un trozo de PTFE rechazarán cualquier cosa que intente acercárseles. Esta es la razón por la cual nada se pega al PTFE.

El PTFE es algo más que evasivo. Es también útil porque no reacciona con nada. ¿Por qué? En primer lugar, ¡si rechaza todo, ninguna molécula puede acercarse para reaccionar con él!
El enlace entre el átomo de flúor y el átomo de carbono es realmente fuerte. Es tan estable que nada reacciona con él. Incluso cuando se calienta tanto como una sartén, ¡ni siquiera el oxígeno reacciona con él!


Soporta temperaturas hasta 260°C
El plástico más resistente a la fricción
El plástico de mayor resistencia química conocido
Excelente aislante eléctrico
Apto para contactar con alimentos
Apto para uso dentro del cuerpo humano
Anti-stick: no se le pegotean productos

Descubrimiento
El teflón lo descubrió por accidente en 1939 el químico norteamericano Roy Plunkett siendo científico investigador de Kinetic Chemicals, empresa subsidiaria de DuPont, mientras trabajaba en la búsqueda de un nuevo gas refrigerante del tipo CFC (clorofluorocarbono o gas freón). El experimento salió mal y en lugar de un gas para uso en refrigeración lo que obtuvo fue un material blanco baboso que no se adhería a ninguna otra superficie. Un posterior análisis químico determinó que se trataba de politetrafluoretileno.

Al principio Plunkett no supo qué hacer con aquel material obtenido por casualidad, tal como ha sucedido con muchos otros inventos y descubrimientos a lo largo de la historia de la humanidad y que han sido después de gran utilidad para todos. En 1941 la empresa DuPont patentó el producto y en 1945 lo registró con el nombre comercial de Teflón. En 1946 la propia empresa DuPont comenzó a emplear el teflón en la fabricación de engranajes y otros elementos mecánicos autolubricados.

Ensayo
Método
Unidades
Valores 
Densidad
ASTM D792
g/cm³
2,14-2,18
Absorción de humedad:
-24 horas
ASTM D570
%
<0,01
Límite elástico
Resistencia a la tracción
ASTM D4745
N/mm²
25
Alargamiento a la rotura
ASTM D4745
%
>200
Dureza shore
ASTM D2240
shoreD
51-60
Resistencia a la compresión a 1% deformación
ASTM D695
N/mm²
4-5
Deformación bajo carga a temperatura ambiente durante 24 hs. a 13,7 N/mm²
ASTM D621
%
14-17
Punto de fusión
ASTM D3418
°C
327
Coeficiente de dilatación lineal térmica entre :25° y 100°C
ASTM D696
10-5/°C
12-13
Temperaturas de utilización admisibles:
en le aire , en contínuo
en frio


°C
°C

+260
-200
Resistencia a la llama-según ASTM
("índice  de oxigeno")
ASTM D2863
%
>95
Rigidez dieléctrica sobre muestra de espesor 0,5 mm
ASTM D149
kV/mm
20-40
Constante dieléctrica 
ASTM D150
1 MHz
2,1
Resistencia superficial      
ASTM D257  
 ohm sq
>1018
Identificación a la llama
NO arde 
No produce olor
Color de llama: NO quema , se deforma
No gotea







                           
RESISTENCIA QUIMICA
Resistencia a Hidrocarburos   
Excelente
Resistencia a ácidos débiles a temperatura ambiente
Excelente
Resistencia a álcalis débiles a temperatura ambiente 
Excelente
Resistencia a productos químicos definidos 
Resiste prácticamente a todos
Efecto de los rayos solares: 
No lo afectan



Podemos resumir las propiedades como:

Elevada resistencia química (No es atacado ni por ácidos, bases, oxidantes y reductores)
Resiste temperaturas hasta los 300º C
No es inflamable
Altamente polarizable
No adhiere materiales hidrófilos  

APLICACIONES DEL PTFE

Materiales Arquitectónicos
Automóvil
Cableado
Utensilios de cocina (Recubrimientos sartenes)
Industrias farmacéuticas y Biotecnología
Válvulas de presión

Engranajes

Barras cilindricas de colores

Tubos

Bloques para torneado


Producción
El teflón está constituido por unidades de monómero de tetrafuoroetileno CF2=CF2, es una molécula lineal que se obtiene por polimerización radicalaria.
A pesar de que los compuestos fluorados no suelen ser tóxicos, el teflón es tóxico al someterlo a altas temperaturas (T>300ºC) y se emiten contaminantes a la atmósfera.

¿Cómo se obtiene el Teflón?

(U.V. a 450ºC)    
CH4 + Cl     CHCl3

(termólisis a 800ºC)   
CHCl3 + HF      2HClF2   F2C=CF2 + 2HCl  

Para la obtención del teflón partimos de un agente clorante en este caso cloro gaseoso y se hace reaccionar con metano a una temperatura de 450ºC, mediante la acción de la luz UV se van a formar radicales de Cl que se unirán al metano para formar triclorometano.
En un segundo paso el triclorometano se hace reaccionar con fluoruro de hidrógeno para dar HClF2 y bajo un calentamiento a 800ºC, reacción por lo tanto endotérmica (todas las anteriores son exotérmicas), obtenemos el monómero de tetrafluoroetileno y ácido clorhídrico.
El último paso seria la polimerización radicalaria del monómero de tetrafluoroetileno hasta obtener el PTFE o Teflón.

MOLDEADO Y PRESENTACIONES DEL PTFE
En la industria el PTFE es moldeado mediante extrusión ram. Lo que permite obtener diferentes piezas (barras cuadradas y redondas, perfiles y tubos) para su posterior mecanizado (frezado, torneado, limado, etc.).
A continuación diferentes presentaciones del PTFE:

BARRAS REDONDAS                   
Se presenta en barras de longitud standard 300 mm, y 500 mm.
Puede obtenerse en otras longitudes con facilidad. Color blanco.
Admite distintos tipos de cargas: Bronce, Grafito, Etc.
Espesores desde 8 mm hasta 140 mm. Pueden obtenerse mayores espesores.

PLANCHAS
Se presentan en placas de color blanco de espesores de 1 mm a 10 mm
pudiendo obtenerse en espesores mayores sobre pedido.
Las medidas standard son:
300mm x 300mm
500mm x 500mm
1000mm x 1000mm
Al igual que las barras, pueden adicionarse cargas especiales.

PELICULA DE PTFE
Se puede obtener mediante afeitado película de PTFE. De color blanco, se provee en un ancho de 300 mm y longitud hasta 15 metros, en espesores:
0,5 mm
1 mm
1,5 mm
 2 mm

CINTA DE PTFE PARA ROSCAS
Se presenta en rollos de color blanco de 30 metros de longitud y anchos: 
12,7 mm.
19 mm.
25,4 mm. 

TELA DE VIDRIO IMPREGNADA EN PTFE
Este material requiere un capítulo aparte dada sus creciente importancia y sus altas prestaciones.
Consiste en un tejido de  hilado de vidrio (tela) impregnado con politetrafluoroetileno.
El producto  obtenido reúne las sobresalientes características de ambos componentes; la excepcional resistencia mecánica y térmica del hilado de vidrio y las propiedades del PTFE (resistencia térmica, a los agentes químicos, y a la fricción, antipegado).
Este material tiene amplias aplicaciones en máquinas envasadoras de varios tipos, mordazas de sellado, túneles de termocontracción, selladoras por vacío,
horneados de alimentos, artículos deportivos, soldadores de máquinas de termosellado, movimientos de productos químicos y oleosos, bandas para máquinas de sellado, cintas transportadoras para industrias de la alimentación, higiene y sanidad, cintas transportadoras para serigrafía textil, cintas transportadoras para secado en general, diafragmas para altas temperaturas, revestimientos de rodillos en la industria textil e imprenta, revestimiento de zonas de deslizamiento, protección a la luz UV, cuños inferiores de soldadoras de polietileno y polipropileno.
Para su mejor utilización, actualmente se puede obtener con una cara adhesivada para de esta forma facilitar su colocación en determinadas piezas.

LAMINA
En Rollos de 950 mm de ancho, de color beige brillante y longitud máxima 33 metros, en espesores: 76 a 90 micrones, 127 micrones   152 micrones. Se pueden obtener de “simple impregnación” y “PREMIUM o doble impregnación”. Estas últimas tienen la particularidad de poseer en ambas caras un tratamiento extra de PTFE, y por lo tanto mejores prestaciones.

CARACTERISTICAS
Espesor
76 / 90 micrones  
 127micrones        
152 micrones
Rango de tempeatura (°C)  
 -140 a +360 
 -140 a +360 
 -140 a +360 
Reistencia a la rotura (PLW)  
 70 libras 
 120 libras 
 120 libras 
Resistencia eléctrica (V.mm)
800
600
600

TELA DE VIDRIO IMPREGNADA EN PTFE AUTOADHESIVA
Esta variedad posee adhesivo en una de sus caras, que puede ser acrílico o siliconado (de acuerdo con las temperaturas a exponer: los adhesivos acrílicos soportan 180ºC, mientras que los siliconados 240ºC). Las telas siliconadas son especialmente recomendadas para cortinas de túneles de termocontracción.       
Se proveen  en rollos de 950 mm de ancho y 33 metros de longitud, en espesores de 76/90 micrones y 127 micrones. También pueden obtenerse en forma de cintas de vidrio impregnada en PTFE autoadhesivas.
Se proveen en rollos de 33 metros de longitud y espesor 127 micrones, en los siguientes anchos:
12,7 mm
15,9 mm
19 mm
22,2 mm
25,4 mm
30 mm
35 mm
40 mm
45 mm
50 mm


DuPont es la fábrica mas importante en la elaboración de Teflón y derivados poliméricos, es la mas avanzada tecnológicamente y a ella perteneció Roy J. Plunkett, su descubridor.



Comparación de los diferentes polímeros fluorados de DuPont
Las Propiedades están evaluadas a 23ºC (73ºF)


Propiedades Mecánicas
ASTM Standard
Unidades
Teflon
PTFE
Teflon FEP
Teflon PFA
Tefzel
Densidad específica
D792

2.13-2.22
2.15
2.15
1.70-1.78
Resistencia a la tracción
D1457
D1708
D638
MPa
(psi)
21-35
(3,000-5,000)
23
(3,400)
25
(3,600)
40-47
(5,800-6,700)
Elongación
D1457
D1708
D638
%
300-500
325
300
150-300
Módulo de Flexión
D790
MPa
(psi)
500
(72,000)
600
(85,000)
600
(85,000)
1,000
(145,000)
Plegamiento
D2176
(MIT)
ciclos
>106
5-80 x 103
10-500 x 103
10-27 x 103
Fuerza al Impacto
D256
J/m
(ft·lb/in)
189
(3.5)
No Rompe
No Rompe
No Rompe
Dureza
D2240
Shore D
50-65
56
60
63-72
Coeficiente de fricción dinámica
D1894
<3 m/min
(<10 ft/min)
0.1
0.2
0.2
0.23


Propiedades Térmicas
ASTM Standard
Unidades
Teflon
PTFE
Teflon FEP
Teflon PFA
Tezfel
Temperatura de fusión
D3418
°C
(°F)
327
(621)
260
(500)
305
(582)
245-280
(473-536)
Temperatura de servicio (20,000h)
UL746B
°C
(°F)
260
(500)
204
(400)
260
(500)
155
(311)
Resistencia a la llama
UL94
 
V0
V0
V0
V0
% de Oxígeno
D2863
%
>95
>95
>95
30-36
Poder calorífico
D240
MJ/kg
(Btu/lb)
5.1
(2,200)
5.1
(2,200)
5.3
(2,300)
13.7
(5,900)

Donde:
PTFE = Politetrafluoroetileno o Teflón
FEP = Etileno + Propileno fluorado
PFA = Teflón + Acetileno
Tezfel = Etileno-Tetrafluoroetileno = ETFE


Como se adhiere el PTFE a otros materiales.
Para cubrir ollas y sartenes con teflón se usan dos técnicas diferentes. El método de sintetización y el de bombardeo.
El de sistetización consiste en elevar la temperatura del teflón hasta unos 400 grados, para a continuación imprimirlo en la superficie que queramos. Este método presenta un inconveniente cuando el teflón se enfría cabe la posibilidad de que se separe de la sartén con el tiempo.
El de bombardeo es más complejo y seguro, pues se modifica químicamente el lado del teflón que queremos pegar a la sartén bombardeándolo con iones en un campo eléctrico y en el vacío, a fin de desprender átomos de flúor de la parte que queremos adherir a la sartén.
Lo que provoca que el teflón no sea adherente son estas moléculas de flúor, de modo que sin ellas ahora podemos añadir a esa cara sin flúor cualquier otro material que favorezca la adición, como por ejemplo el oxígeno.

Ventajas y desventajas  del teflón en utensilios de cocina

Ventajas:
La mayor ventaja de las cazuelas, sartenes y otros utensilios de teflón es que no requieren, necesariamente, de ningún tipo de grasa para freír o cocinar los alimentos, así como lo fácil que resulta limpiarlas al finalizar la faena.

Desventajas:
Por otra parte, la mayor desventaja del uso de utensilios de teflón es que no se debe superar nunca los 260 ºC de temperatura (500 ºF) al utilizarlos para cocinar. Al freír carne en una sartén o cocinar en una cazuela por ningún motivo se debe descuidar que sobrepase esa temperatura. Lo más aconsejable entonces es cocinar o freír siempre los alimentos a fuego medio o a fuego lento y NUNCA PRECALENTAR VACÍOS esos utensilios, pues en cualquier descuido en uno o dos minutos pueden llegar a alcanzar o sobrepasar los 342 ºC de temperatura, punto de fusión medio donde el teflón comienza a liberar gases altamente nocivos para la salud.


17 comentarios:

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  2. Cómo se recicla el Teflón? Mecánicamente, Químicamente o se vuelve a utilizar?

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    1. Hola Stephanie. El PTFE extrudado se puede reciclar mecánicamente. No es común su reciclado debido a que no es un plástico de uso masivo sino que encuentra aplicaciones muy técnicas específicas y de uso prolongado. Lo cual, puede hacer su reciclado poco viable desde el punto de vista económico. Además es un material difícil de procesar. Generalmente requiere técnicas especiales de procesamiento. Igualmente, puede reciclarse, pero con pérdida de sus propiedades mecánicas. Razón por lo cual, el reciclado se destina a aplicaciones con menores requerimientos técnicos.
      Técnicas recientes consisten en aplicar al PTFE un haz de electrones para generar la escisión de la cadena polimérica. Lo que permite moler el PTFE en un fino polvo para ser utilizado en recubrimientos y tintas.
      http://www.iotron.com/home/services/chain-scission/
      Saludos

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  3. Hola buenas tardes, ¿como se trabaja el Teflón?.

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    1. Hola. El teflón, en general, es conformado en forma de barras, planchas, perfiles, tubos de variada geometría por medio de extrusión a pistón. Luego estos productos pueden ser conformado mediante mecanizado sustractivo (torneado, fresado, corte, perforado, cepillado, etc.). Te sugiero que veas el siguiente artículo del blog…
      http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com.ar/2011/06/mecanizado-de-plasticos.html
      Saludos

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  4. Respuestas
    1. Hola Juan. El UL94 es un procedimiento de prueba y el sistema de calificación para determinar la inflamabilidad de termoplásticos y siliconas de Underwriters Laboratories, una organización que proporciona tests y pruebas de seguridad de productos y su certificación. Son el estándar generalmente aceptado en casi todo el mundo. Existen varias clasificaciones de los materiales (5VA, 5VB, V-0, V-1, V-2 y HB). La V denotaría un ensayo de quema vertical. En la clasificación V0, el fuego se extingue en 10 segundos sin goteo.
      Saludos

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  5. ¿Cual es su clasificación de reciclaje?

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    1. Hola Jackie. Se clasifica con el número 7 correspondiente a otros plásticos.
      Saludos

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  6. Como afecta al medio ambiente y a la salud el politetrafluoruro de etileno

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    1. Hola Raúl. Puedes fijarte en las hojas de seguridad del material como, por ejemplo,…
      https://www.spectrumchemical.com/MSDS/ZQ475.pdf
      Saludos

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  7. Hola Mariano! En serio agradezco tu informacion! Mi trabajo quedarà muy completo. :D Es un gran blog.

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    1. Hola Melanie. Me alegro de que te haya sido útil el blog. Suerte con tu trabajo
      Saludos

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  8. Respuestas
    1. Me alegro de que te haya servido el blog
      Saludos

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