lunes, 1 de abril de 2013

Copolímeros de perfluoroalcoxi (PFA)

Introducción
Los copolímeros de perfluoroalcoxi o PFA son un tipo de fluoropolímeros con propiedades similares al politetrafluoroetileno (PTFE). Se diferencia de las resinas de PTFE en que es procesable en estado fundido usando métodos convencionales de moldeo por inyección y extrusión de tornillo.
El PFA fue inventado por DuPont, introducido al mercado en 1972 y se vende bajo el nombre comercial de Teflón PFA (Teflón es el más conocido nombre comercial del PTFE). Otros nombres comerciales son Neoflon PFA de Daikin o PFA Hyflon de Solvay.
El PFA, al igual que el PTFE, presenta bajo coeficiente de fricción y baja reactividad, pero es más fácilmente conformable. Los copolímeros de PFA son más blandos que el PTFE y funden a 305ºC.

Estructura química y síntesis
El PFA es un copolímero de tetrafluoroetileno (TFE) y un perfluoroalquilo vinil éter (PAVE) tales como el perfluoropropil vinil éter (PPVE).
Estructuras químicas comparativas del PTFE y el PFA
La copolimerización de perfluoroalquilo vinil éteres con TFE se puede realizar en un disolvente halogenado en una fase acuosa que contiene a veces un poco de disolvente halogenado, por lo general, en ausencia de un tenso-activo. El grupo lateral alquilo del PFA comúnmente está compuesto por 1 (metil), 2 (etil) o 3 (propil) carbonos perfluorados. Terpolímeros de esta clase contienen otros monómeros tales como hexafluoro propileno (HFP).
Comercialmente, el PFA se polimeriza por un mecanismo de polimerización por radicales libres por lo general en un medio acuoso a través de polimerización de adición de TFE y PPVE. El iniciador para la polimerización es, generalmente, un peróxido soluble en agua, tal como el persulfato de amonio.
Agentes de transferencia de cadena tales como metanol y acetona se utilizan para controlar el peso molecular de la resina. En general, el régimen de polimerización se asemeja a la utilizada para producir PTFE por polimerización en emulsión (la temperatura y el rango de presión de la polimerización por lo general se sitúan entre 15 a 95°C y 0,5 a 3,5 MPa).
Grupos terminales se estabilizan mediante el tratamiento de la PFA con metanol, amoníaco, aminas, y flúor elemental que produce grupos CF3 finales. El polímero se recupera, se seca y se extruda por fusión en cubos para procesos de fabricación en estado fundido. El PFA también está disponible en perlas (polimerizado), dispersión y en forma de polvo fino.
El tipo y la frecuencia de las cadenas laterales dictan las propiedades termomecánicas del polímero. Como regla general, un elevado número de cadenas laterales se proporcionan:
Baja capacidad térmica (punto de fusión bajo y resistencia a la fluencia bajo)
Alta tenacidad (alta tensión / deformación a la rotura)
Alta flexibilidad por tiempo prolongado
Estructura del PFA (comonómeros)
También el tamaño de la cadena lateral juega un papel importante. Las cadenas laterales metil-vinil-éter (MVE) fluoradas son más pequeñas que las etil vinil éter (EVE) que a su vez son más pequeñas que las propil vinil éter (PVE). Cuanto más grande es la cadena lateral, menor la cantidad de comonómero que se necesita para alcanzar el mismo grado de modificación de la cadena carbonada, permitiendo así el diseño de resinas de altas rango térmico.
Comonómeros mas comunes
El peso molecular del polímero es otro parámetro importante que afecta las propiedades mecánicas de una composición específica. Por lo general, el índice de flujo de fusión (MFI), medido a 372°C con un peso de 5 kg, se utiliza para proporcionar una indicación del peso molecular: un alto peso molecular conduce a la alta viscosidad que es una resina de bajo MFI. Como regla general, las resinas de bajo MFI muestran alta tenacidad y flexibilidad
El tamaño de las cadenas laterales se puede usar para equilibrar el efecto de bajo peso molecular y un gran comonómero permitirá el diseño de materiales de alta resistencia a la flexión, incluso a alto MFI.

Propiedades y características

Los polímeros PFA son completamente fluorado (salvo por los enlaces C-O) y procesable en estado fundido. Tienen una resistencia química y estabilidad térmica comparable con el PTFE. La gravedad específica de resinas de perfluoroalcoxi está en el intervalo de 2.12 a 2.17. El PFA tiene un límite superior temperatura de uso continuo de 260°C.
La cristalinidad y la gravedad específica de las piezas de PFA disminuyen
cuando la velocidad de enfriamiento del polímero fundido se incrementa. La más baja cristalinidad obtenida por enfriamiento rápido del fundido de PFA
en el hielo fue del 48% (peso específico 2,123).
El PFA tiene excelentes propiedades eléctricas tales como alta resistencia de aislamiento, constante dieléctrica baja (2,1), y bajo factor de disipación. La constante dieléctrica y factor de disipación permanecen prácticamente sin cambios en el rango de -40 a -250°C y 100 Hz a 2,4x1010 Hz. la resistencia Dieléctrica (corto plazo) es 80 kV / mm para una película de 0,25 mm de espesor.
Las propiedades químicas del PFA son similares a las del PTFE. El PFA es atacado por radiación, y comienza la degradación en el aire a una dosis algo mayor que la del PTFE, que empieza a degradar a 0,02 Mrad.

Tabla de propiedades típicas

Propiedades Eléctricas
Constante Dieléctrica a 1kHz
2,05-2,06
Constante Dieléctrica a 1MHz
2,05-2,06
Factor de Disipación a 1 kHz
0,0001-0,0002
Factor de Disipación a 1 MHz
0,0008
Propiedades Físicas
Absorción de Agua (%)
<0,03
Densidad (g/cm3)
2,15
Índice de Oxígeno Límite (%)
>95%
Índice Refractivo
1,35
Inflamabilidad
V0
Propiedades Mecánicas
Alargamiento a la Rotura (%)
300
Resistencia a la tracción (MPa)
25
Propiedades Térmicas
Coefic. de Expansión Térmica (x10-6K-1)
76-78
Temp de Deflexión 0.45MPa (°C)
63-80
Temp de Deflexión 1.8MPa (°C)
48-50
Temperatura Máxima de Uso (°C)
260
Resistencia Química
Ácidos - concentrados
Excelente
Ácidos - diluidos
Excelente
Álcalis
Excelente
Alcoholes
Excelente
Cetonas
Excelente
Grasas y Aceites
Excelente
Halógenos
Excelente
Hidrocarburos Aromáticos
Excelente
Propiedades para copolímero de tetrafluoroetilen-perfluoro(alcoxivinil éter) - Film
Permeabilidad al H2O a 25°C (x10-13 cm3. cm/cm2 s Pa)
13
Permeabilidad al CO2 a 25°C (x10-13 cm3. cm/cm2 s Pa)
10
Permeabilidad al N2 a 25°C (x10-13 cm3. cm/cm2 s Pa)
1
Permeabilidad al O2 a 25°C (x10-13 cm3. cm/cm2 s Pa)
3

Tabla comparativa de fluoropolímeros

Técnicas de procesado
Como se ha mencionado, las resinas de fluoropolímeros PFA son procesadas mediante técnicas convencionales de extrusión e inyección en fundido, compresión, rotomoldeo, transferencia y soplado. Sin embargo, la alta viscosidad del fundido y alta temperatura de procesamiento de estas resinas puede llegar a dificultar su moldeo. Se deben utilizar metales resistentes a la corrosión para estar en contacto con la resina fundida puesto que a alta temperatura de procesamiento, el PFA corroe la mayoría de los metales pudiendo provocar la contaminación del polímero. Se recomiendan diseños especiales de tornillos para el caso del moldeo por inyección. Para calentar la resina a la temperatura requerida de procesado se utilizan cañones largos (con respecto el diámetro) para proveer tiempo de residencia en el mismo.

Aplicaciones típicas
Entre las aplicaciones típicas de las resinas de PFA se encuentra: válvulas, bombas, recubrimiento interiores resistentes a los químicos, recipientes y contenedores de químicos, carros para transporte de productos químicos, materiales de laboratorio (beakers, frascos erlen meyer, probetas, etc.), cables calefactores, aplicaciones eléctricas, recubrimiento de cables, piezas o recubrimientos de equipos para procesado de alimentos y empaque, películas anti-adhesivas, conectores, tanques y tubería para bancos húmedo en la industria de los semiconductores, conductos para cables, tubos corrugados y flexibles, tubos contraíbles por calor, tubería en general y elementos estructurales entre otros tantos usos.

Tubo corrugado flexible para proteger cables eléctricos del calor y productos químicos corrosivos
Cubas de PFA
Bola de válvula
Dosificadores de PFA
Piezas de bomba (impulsor)
Carros para transporte de contenedores de productos químicos
Vaso de precipitados de PFA
Recubrimiento de contenedores de procesos químicos industriales
Recubrimiento de bandejas o fuentes para horno



Fuentes:
http://www2.dupont.com
http://www.solvayspecialtypolymers.com
http://www.zeusinc.com
http://www.maquimsa.com
http://www.goodfellow.com
http://www.osdir.com
http://www.entegris.com
http://www.international.com
http://www.auxilab.es
http://www.laminations.com
http://www.alibaba.com

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