Copolímero de etileno-tetrafluoroetileno (ETFE)

Introducción

El copolímero de etileno-tetrafluoroetileno o poli(etileno-co-tetrafluoroetileno), conocido también por su acrónimo ETFE, es un fluoropolímero termoplástico, fue diseñado para tener una alta resistencia a la corrosión y resistencia a lo largo de un amplio rango de temperaturas. El ETFE tiene una temperatura de fusión muy alta, resistencia química y eléctrica y excelentes. Los nombres comerciales más conocidos para el ETFE son Tefzel de Dupont, Fluon de Asahi Glass Company y Neoflon ETFE de Daikin.

Historia

Originalmente, fue diseñado (alrededor de los años '70 cuando DuPont inventó un polímero de fluoro-carbono para ser utilizado como material aislante en la industria aeronáutica) para cubrir las necesidades de un material altamente resistente a la corrosión y de gran fortaleza bajo condiciones de variaciones térmicas muy amplias. DuPont no trató, inicialmente, de introducirlo en la industria de la construcción y fue el ingeniero mecánico alemán Stefan Lehnert quien, mientras investigaba sobre nuevas tecnologías para su uso en la navegación a vela, visualizó su potencialidad como material para la arquitectura, especialmente por su transparencia, auto limpieza y propiedades estructurales. En 1982, Stefan Lehnert, fundó Vector Foiltec en Bremen y su primera obra utilizando ETFE fue el pabellón de un zoológico en Arnheim, Holanda. Desde entonces, el ETFE se ha convertido en un material con popularidad creciente, no exento de la influencia de la moda, especialmente entre los arquitectos europeos y se lo ha visto utilizado en atrios de edificios de oficinas, en algunos edificios educacionales, clínicas, salas de exposiciones y zoológicos de Gran Bretaña y Alemania. El Proyecto Edén (año 2000) en Cornwall, Inglaterra de Grimshaw Architects, que consta de dos gigantescos invernaderos geodésicos cubiertos con ETFE, fue aclamado como una maravilla de la ingeniería y generó una ola de interés por el producto en todo el mundo.

Estructura química

El ETFE es un copolímero formado por monómeros de etileno -(C2H4)- y tetrafluoroetileno -(C2F4)- cuya estructura sería la siguiente:

Estructura química del ETFE

La relación molar entre las unidades polimerizadas basadas en tetrafluoroetileno (TFE) y las unidades polimerizadas basadas en etileno es de 40/60 a 80/20, comunmente de 50/50 a 70/30. Cuando la relación molar de las unidades polimerizadas basadas en TFE es demasiado pequeña, la resistencia al calor, a la intemperie, la resistencia química, las propiedades barrera frente a los gases, a los combustibles, etc. del producto formado de la composición de ETFE, tienden a ser bajas; y cuando la relación molar de las unidades polimerizadas basadas en TFE es demasiado grande, la procesabilidad en fusión de la composición de ETFE tiende a ser inapropiada, y la resistencia mecánica, etc. del producto formado de la composición de ETFE tienden a ser bajas. Si la relación molar se encuentra en el rango anterior, el ETFE y la composición de ETFE son excelentes en cuanto a su procesabilidad en fusión, siendo el producto formado de la composición de ETFE excelente en la resistencia al calor, resistencia a la intemperie, resistencia química, propiedades barrera a los gases, propiedades barrera a los combustibles, resistencia mecánica, etc.
El método para producir ETFE no está particularmente limitado, pudiéndose emplear un método de polimerización que utilice un iniciador de polimerización por radicales de los comúnmente empleados.

Características y propiedades

El ETFE es un plástico transparente de extraordinaria durabilidad: posee una elevada resistencia química y mecánica (al corte y a la abrasión), así como una gran estabilidad ante cambios de temperatura (soporta hasta 170ºC). Es además combustible pero no inflamable. Cuando se quema libera ácido fluorhídrico. La resina es procesable por extrusión, moldeo por inyección, por compresión, por transferencia y por presión de líquido.
Sin embargo, su cualidad más destacable es su elevada resistencia a los rayos ultravioleta, que permite, a diferencia de otros plásticos, no amarillee por su exposición a los rayos solares. Esta característica convierte al ETFE en una alternativa al vidrio en la edificación.
El ETFE pesa 100 veces menos que el vidrio, deja pasar más luz, y en configuración de doble lámina o "almohada" es más aislante. Además es fácil de limpiar.

Tablas de propiedades típicas del ETFE

Propiedades Eléctricas
Constante Dieléctrica @1MHz			2,6
Factor de Disipación a 1 MHz			0,0005
Resistencia Dieléctrica (kV mm-1)			25
Resistividad Superficial (Ohm/sq)			>1014
Resistividad de Volumen (Ohm cm)			1016
Propiedades Físicas
Absorción de Agua (%)			0-0,03
Densidad (g cm-3)			1,7
Índice Refractivo			1,403
Índice de Oxígeno Límite (%)			30-32
Inflamabilidad			V0
Resistencia a la Radiación			Aceptable
Resistencia a los Ultra-violetas			Excelente
Propiedades Mecánicas
Alargamiento a la Rotura (%)			250-350
Dureza - Rockwell			R50
Módulo de Tracción (GPa)			0,8
Resistencia a la Tracción (MPa)			28-48
Resistencia al Impacto Izod (J m-1)			>1000
Propiedades Térmicas
Calor Específico (J K-1 kg-1)			1900-2000
Coeficiente de Expansión Térmica (x10-6 K-1)			90-170
Conductividad Térmica a 23C (W m-1 K-1)			0,24
Temperatura Máxima de Utilización (°C)			150-160
Temperatura Mínima de Utilización (°C)			<-100
Temperatura de Deflexión en Caliente -0.45MPa			105ºC
Temperatura de Deflexión en Caliente - 1.8MPa			70ºC
Resistencia Química
Ácidos - concentrados			Buena
Ácidos - diluidos			Buena
Álcalis			Buena
Alcoholes			Buena
Cetonas			Buena
Grasas y aceites			Buena
Halógenos			Buena
Hidrocarbonos halógenos			Buena
Hidrocarburos Aromáticos			Buena
Propiedades para Película de Copolímero de Etileno-Tetraflúoretileno
Propiedad		Valor
Permeabilidad al Agua @38C	x10-13 cm3.cm.cm-2s-1 Pa-1	170
Permeabilidad al CO2 @25C	x10-13 cm3.cm.cm-2s-1 Pa-1	3
Permeabilidad al N2 @25C	x10-13 cm3.cm.cm-2s-1 Pa-1	0,2
Permeabilidad al O2 @25C	x10-13 cm3.cm.cm-2s-1 Pa-1	0,6

Principales Ventajas:
Amplio espectro de temperaturas de ejercicio;
Baja inflamabilidad;
Excelentes propiedades mecánicas y dieléctricas;
Resistencia a disolventes y agentes químicos;
Elevada resistencia a condiciones climáticas exteriores;
Alta transmisión de la luz en los espectros del visible y del UV;
Alta antiadherencia;

Excelente resistencia al desgarro;
Bajísima permeabilidad;
Alta resistencia a la radiación

Aplicaciones principales
Uso en arquitectura

Un ejemplo aplicativo es como material para paneles neumáticos que recubren imponentes instalaciones deportivas, como Allianz Arena o el Beijing National Aquatics Centre (la estructura más grande del mundo que utiliza películas de ETFE).

Estadio de futbol Allianz Arena en Múnich

Centro de actividades acuáticas de Beijín

Una propiedad muy interesante para la arquitectura es que puede producirse como un film muy delgado y durable empacado en rollos por sus fabricantes: DuPont (Tefzel), Asahi Glass Company (Fluon) y Vector Foiltec (Texlon). Se puede utilizar en forma de hojas, como un vidrio, o inflado en paneles neumáticos (tal el caso de la mayoría de los proyectos más conocidos) como el Allianz Arena en Alemania o el Centro Acuático Nacional de Beijing (la estructura más grande del mundo realizada en film laminado de ETFE).

Panel del Allianz Arena

Los paneles del Proyecto Edén, en Cornwall, también fueron realizados con este copolímero. Otras propiedades muy importantes son: su peso es de sólo el 1%, transmite más luz y su costo es entre 24% y 70% menor, comparado con el vidrio. Además es muy resistente, pudiendo soportar hasta 400 veces su propio peso con una vida útil estimada de unos cincuenta años; repele la suciedad; puede estirarse hasta tres veces su largo sin perder su elasticidad y es totalmente reciclable.

Proyecto Edén en Inglaterra

Una desventaja importante es que puede ser dañado por elementos punzantes aunque, si se rasgara, podría emparcharse en caliente con piezas del mismo material. Este método de soldadura permite trabajar con piezas más grandes que el vidrio: una 'tira' de ETFE puede medir hasta 55m de largo por 3,66m de ancho. Generalmente dos o tres capas del material son soldadas y enmarcadas en forma plana, luego se inflan formando los paneles neumáticos. Estos paneles requieren de una presión de aire semi-continua para mantenerlos estables y agregarle propiedades térmicas, por lo que la mayoría de los sistemas incluyen pequeñas válvulas que se enchufan en los mismos y se conectan a líneas de suministro de aire conectadas a un sistema computarizado que monitorea la presión de aire en los paneles y puede agregarle o quitarle de manera individual y aún de entre cada una de sus capas, lo que también admite un mayor control del paso de luz que los paneles permiten. En algunas instalaciones esto se realiza automáticamente mediante sensores de luz. La utilización del ETFE, es directamente desaconsejado en obras de pequeña escala o domésticas dada su complejidad. Otra importante desventaja es que los paneles, al utilizarse inflados en las cubiertas, pueden amplificar los ruidos de la lluvia ya que la tensión superficial de las caras del panel actúan como el parche de un tambor. Los fabricantes han desarrollado algunas técnicas para evitar ruidos de este tipo, incluyendo el intercalado de capas de policarbonato, pero su uso aún no se ha extendido. Su utilización en interiores, como divisiones de oficinas, presenta el problema de que el ETFE transmite más sonido que, por ejemplo el vidrio o la madera, y resulta ciertamente inconveniente en salas de reuniones o conferencias. Este inconveniente se convierte en una ventaja para interiores ruidosos ya que el sonido es despejado hacia el exterior dado su permeabilidad.

Configuración de los paneles de ETFE

Revestimientos y recubrimientos

Los recubrimientos con capas internas de ETFE en cañerías son estables frente a la mayoría de los productos químicos (ácido, álcali, disolvente, etc.) y se mantiene efectiva cuando se someten a un incremento o disminución de la temperatura o la presión.

Revestimiento interior de tubo

Cables y alambres
Gracias a sus buenas propiedades eléctricas en un amplio rango de temperatura, y una resistencia mecánica superior, especialmente a la flexión, el ETFE es adecuado para el recubrimiento de alambre y de cable.

Cables y alambres recubiertos de ETFE

Tubos y mangueras
Los tubos de ETFE son adecuados para el transporte de líquido de alta viscosidad, gracias a su no-adherencia y suavidad de la superficie interior peculiar del fluoropolímero.

Tubos de ETFE

Material de relleno en torres de contacto gas-líquido
Gracias a su resistencia química y su peso ligero, el ETFE es adecuado para ser utilizado, en la industria química, como material de relleno auto-limpiante en torres de contacto de gas-líquido (como por ejemplo: torres de desodorización, lavado, tratamiento de gases, enfriamiento de gases corrosivos, etc.)

Material de relleno de ETFE en torres de contacto de gas-líquido

Otras aplicaciones
El ETFE, debido a su resistencia a la corrosión, propiedades aislantes y barrera a los gases, puede ser empleado como separador en celdas o pilas de combustible.
Debido a su resistencia y excelentes propiedades ópticas puede ser utilizado como película externa protectora en paneles solares flexibles. Películas de ETFE también pueden utilizarse como protección en circuitos electrónicos en la fabricación de dispositivos electrónicos que luego son retirados.

Estructura de una pila de combustible

Estructura de un panel solar flexible

Película protectora de circuitos electrónicos

Fuentes:
http://www.todoarquitectura.com
http://patentados.com
http://www.pati-films.com
http://www.fluon.jp
http://www.ql-ingenieria.es
http://www.toyo-ci.co.jp
http://www.archiexpo.es
http://www.boedeker.com
http://www.goodfellow.com
http://www.businessweek.com
http://www.daikin.com
http://www.bcptfesheet.com