Politetrafluoroetileno

1. Politetrafluoroetileno (PTFE)

2. Índice • Introducción • Síntesis • Estructura • Propiedades • Aplicaciones

3. Introducción

4. Cronología Hasta 1945 2ª Guerra Mundial Roy J. Plunkett (1910-1994) *Resistente al calor *Inerte a ácidos y bases fuertes ¿ ? Polvo blanco 1938 Comercialización del PTFE Desde 1947 (TEFLON®) POLITETRAFLUOROETILENO (PTFE) Algoflon®, Fluon®, Tetran®…

5. ¿Qué es el PTFE? Polímero Carbono y flúor Propiedades espectaculares Gran cantidad de aplicaciones

6. Estructura del PTFE Estructura helicoidal Enlaces covalentes r C-C = 0.441 A r C-F = 1.632 A

7. Técnicas de determinación • Difracción de rayos X • Microscopía electrónica • Cromatografía de permeación de gel (GPC) • Análisis térmico • Ángulos de contacto

8. Difracción de rayos X • Fundamento: atenuación de la radiación incidente debido a la absorción o la difracción de la misma por el material irradiado. • Fenómenos de interferencia  Difracción • ley de Bragg

10. Microscopía electrónica • Dos tipos diferentes de información: a) Imágenes directas de la estructura de secciones muy delgadas de material (100 – 200 A) b) Diagramas de difracción de electrones orientados. • ¿Cómo se produce un haz de electrones?  Emisión termoiónica

11. Cromatografía de permeación de gel (GPC)

12. Análisis térmico • Análisis térmico diferencial (DTA) y Calorimetría diferencial de barrido (DSC) • Termogravimetría (TG) y termogravimetría derivada (DTG)

13. Análisis térmico diferencial y Calorimetría diferencial de barrido • El DTA es una técnica en la cual se mide la diferencia de temperatura entre la muestra y un material de referencia inerte, en función de la temperatura. • La DSC es una técnica de análisis térmico usada para medir cambios en los flujos de calor asociadas a transformaciones de fase.

14. DTA

15. DSC Tg Temperatura de transición vitrea Tm  Temperatura de fusión Tc  Temperatura de cristalización

16. Termogravimetría y termogravimetría derivada • La TG es una técnica en la cual el peso de una muestra se mide continuamente en función de la temperatura • La DTG es una forma de expresar los resultados de TG por medio de la primera derivada de la curva en función de la temperatura o el tiempo.

17. TG

18. Ángulos de contacto • Energía libre de superficie fenómenos de adsorción, mojabilidad y adhesión • En un sólido no es posible la determinación directa de su energía de superficie (falta de movilidad de sus moléculas)  medidas de ángulo de contacto • Técnicas

19. Método de la gota o burbuja(sessile drop) • Se basa en la medida del ángulo formado entre una gota de líquido depositada en una superficie sólida perfectamente lisa • Cuanto mayor es el ángulo menor es la interacción entre el líquido y el sólido

20. Síntesis • Obtención del monómero (TFE) • Polimerización

21. Obtención del monómero (TFE) CaF2 + H2SO4 CH4 + 3 Cl2 CHCl3 + 2HF 2 CHClF2 CaSO4 + 2 HF CHCl3 + 3 HCl CHClF2 + 2 HCl CF2=CF2 + 2 HCl UV 450ºC SbF3 D 800ºC CF2=CF2 Tetrafluoroetileno

22. Polimerización • Etapas • Condiciones de polimerización

23. Etapas • Iniciación • Propagación • Terminación

24. Iniciación Formación de un radical libre • Iniciadores • Proceso

25. Iniciadores Peróxido de Benzoilo  BPO 2,2'-azo-bis-isobutirilnitrilo  AIBN

26. Proceso

27. Propagación Crecimiento de la molécula

28. Terminación • Favorable • Desfavorable

29. Favorable El acoplamiento genera moléculas de PTFE sin problemas

30. Desfavorable Desproporción • Algo problemática • Muy problemática

31. Algo problemática Dobles enlaces finales

32. Muy problemática Ramificación

33. Condiciones de polimerización Suspensión coloidal en medio acuoso Dependiendo de:   -Agente dispersante (surfactante)  distintas cantidades   -Ágitación  distinta intensidad y tiempo PTFE en distintas formas: -Polvo fino -Forma granular -Dispersión

34. Propiedades Las propiedades de cualquier material dependen de: • Composición química y enlace • Estructura molecular • Procesado Propiedades del PTFE

35. Composición química y enlace • Los enlaces “C-C” y “C-F” son enlaces covalentes muy estables

36. Estructura molecular • Dibujo 3D

37. Propiedades del PTFE • Propiedades físicas • Inercia química • Propiedades térmicas • Propiedades eléctricas

38. Diagrama de OO.MM. LUMO DE HOMO

39. Propiedades físicas • Baja energía superficial  gran antiadherencia • Su superficie no se moja ni en agua ni en aceite • Resistencia a disolventes • Impermeabilidad al agua

41. Resistencia a disolventes • Es insoluble en casi todos los disolventes hasta una temperatura de 300ºC • Los hidrocarburos fluorados le causan cierto hinchazón, aunque el proceso es reversible. • Algunos aceites fluorados a partir de los 300ºC presentan cierto efecto de disolución.

42. F F F F F F F F C C C C C C C C F F F F F F F F F F F F F F F F C C C C C C C C F F F F F F F F

43. H H O F F F F F F F F C C C C C C C C F F F F F F F F

45. Inercia química • Resistencia a agentes químicos • Resistencia al fuego • Resistencia a las radiaciones • Resistencia a agentes atmosféricos

46. Resistencia a agentes químicos • Es prácticamente inerte para casi todos los elementos y compuestos conocidos. • Solamente es atacado por metales alcalinos en estado elemental, por el trifluoruro de cloro y por el flúor en estado elemental a altas temperaturas y presiones.

47. Resistencia al fuego • Es incombustible y no inflamable. • Ante un incremento de la temperatura y la presión y en presencia de oxígeno se descompone en contaminantes peligrosos.

48. Resistencia a las radiaciones • Presenta una buena resistencia frente a los rayos UV motivada por los enlaces fuertes “C-F”  Diagrama OO.MM. • Las radiaciones de alta energía rompen la molécula de PTFE, especialmente en presencia de oxígeno.  Diagrama OO.MM.

49. Diagrama de OO.MM. LUMO DE HOMO

50. Diagrama de OO.MM. LUMO DE HOMO