Politetrafluoruro de etileno

Introducción
El politetrafluoroetileno (PTFE), 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. 

Historia

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.

Síntesis y estructura química

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!

CARACTERÍSTICAS:

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

PROPIEDADES

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 + Cl₂   →   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

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.

Fuentes:
http://www.pslc.ws
http://www.eis.uva.es