Teflón

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teflón


General

Nombre sistemático
Poli​(difluorometileno)​
abreviaturas

PTFE,

PTFE
nombres tradicionales Teflón, Fluoroplasto-4
química fórmula ( C 2 F 4 ) norte
Propiedades físicas
Estado sólido
Densidad 2,2 g/cm³
Resistencia a la tracción 15..27 N/mm²
Propiedades termales
La temperatura
 • descomposición 415°C
Oud. capacidad calorífica 1040 J/(kg·K)
Conductividad térmica 0,25 W/(m·K)
coef. temperatura extensiones (8..25)∙10 -5
Clasificación
registro número CAS 9002-84-0
registro Número EINECS 618-337-2
CHEBI 53251
La seguridad
NFPA 704 Diamante de cuatro colores NFPA 704 0 una 0
Los datos se basan en condiciones estándar (25 °C, 100 kPa) a menos que se indique lo contrario.
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Politetrafluoroetileno , o fluoroplasto -4 (−C 2 F 4 −) n , también conocido bajo la marca teflon  - un polímero de tetrafluoroetileno (PTFE), plástico , que tiene propiedades físicas y químicas raras y es ampliamente utilizado en tecnología y en el día a día vida.

La palabra "Teflon" es una marca registrada de Chemours ( una empresa derivada de DuPont Corporation ). El nombre genérico de la sustancia es "politetrafluoroetileno" o "fluoropolímero". En la URSS y Rusia, el nombre técnico tradicional de este material es fluoroplast-4 .

El politetrafluoroetileno fue descubierto en abril de 1938 por el químico de 27 años Roy Plunkett [1] [2] de Kinetic Chemicals, quien descubrió accidentalmente que el tetrafluoroetileno gaseoso bombeado en cilindros presurizados por él se polimerizaba espontáneamente en un polvo blanco similar a la parafina [3] [ 4 ] . En 1941, Kinetic Chemicals obtuvo una patente para el teflón y en 1949 se convirtió en una división de la empresa estadounidense DuPont .

Propiedades

Físico

El teflón es una sustancia blanca y transparente en una capa delgada, que se parece a la parafina o al polietileno en apariencia . Densidad según GOST 10007-80 de 2,18 a 2,21 g/cm 3 . Tiene una alta resistencia al calor y a las heladas, se mantiene flexible y elástico a temperaturas de -70 a +270 ° C, un excelente material aislante. El teflón tiene una tensión superficial y una adherencia muy bajas y no se humedece con agua , grasa o la mayoría de los solventes orgánicos .

El fluoroplástico es un material blando y fluido, por lo que tiene un uso limitado en estructuras cargadas. Tiene muy baja adherencia (pegajosidad).

DuPont indica la temperatura de inicio de fusión según la norma ASTM D3418 para diferentes tipos de teflón de 260 °C a 327 °C [5] .

Química

En términos de resistencia química, supera a todos los materiales sintéticos y metales nobles conocidos . No colapsa bajo la influencia de álcalis , ácidos e incluso una mezcla de ácidos nítrico y clorhídrico . Es destruido por fundidos de metales alcalinos, flúor y trifluoruro de cloro .

Producción

La producción de politetrafluoroetileno incluye tres etapas: en la primera etapa, el clorodifluorometano se obtiene reemplazando los átomos de cloro con flúor en presencia de compuestos de antimonio ( reacción de Swarts ) entre el triclorometano (cloroformo) y el fluoruro de hidrógeno anhidro ; en la segunda etapa, se obtiene tetrafluoroetileno por pirólisis de clorodifluorometano; en la tercera etapa se lleva a cabo la polimerización del tetrafluoroetileno [6] [7] .

Los productos F-4 se fabrican mediante prensado en frío seguido de horneado a una temperatura de 365 ± 5 °C [8] . El proceso de prensado parte de una emulsión acuosa de PTFE en presencia de un tensioactivo (por ejemplo, ácido perfluorooctanoico o perfluorooctanosulfónico ), que estabiliza la emulsión y permite producir politetrafluoroetileno disperso en agua.

El principal fabricante de fluoroplastos en Rusia es la planta química de Kirovo-Chepetsk que lleva el nombre de Konstantinov , Kirovo-Chepetsk, región de Kirov.

Aplicación

Los fluoropolímeros se utilizan en las industrias química , eléctrica y alimentaria, para la producción de prendas de membrana, en medicina , en vehículos, con fines militares, principalmente como revestimientos . Los fluoropolímeros son más conocidos por su uso generalizado en la producción de utensilios de cocina con recubrimientos antiadherentes [9] .

Industria y tecnología

En diversas industrias , las fibras obtenidas a partir de politetrafluoroetileno (teflón, polifeno) [10] son ​​ampliamente utilizadas como filtros de mangas para alta temperatura, diversos tipos de juntas resistentes al calor, hilos para tejidos textiles , así como en equipos automotrices , industriales de uso general. filtros, elementos de cierre y válvulas de control , agitadores y bombas , equipos de filtración y separación.

En la aviación, por ejemplo, las tuberías flexibles de metal y plástico de los sistemas hidráulicos están hechas de fluoroplástico, funcionan a alta presión (más de 200 kgf / cm 2 ) y con una alta temperatura del fluido de trabajo. .

El fluoroplástico de la marca F-4 se puede utilizar para producir columnas de destilación, bombas, tuberías, válvulas, fuelles, placas de revestimiento y empaquetaduras de prensaestopas. Como dieléctrico, el politetrafluoroetileno se usa con éxito en tecnología de alta y ultra alta frecuencia. La película fluoroplástica enrollada se utiliza en la fabricación de cables, alambres, condensadores de alta calidad, para bobinas aislantes, ranuras de máquinas eléctricas. Como material estructural, el politetrafluoroetileno se utiliza en la fabricación de diversas piezas de máquinas. El politetrafluoroetileno se utiliza especialmente en la fabricación de rodamientos que funcionan sin lubricante, con una cantidad limitada de lubricante y en presencia de un entorno corrosivo [8] .

Debido a su inercia química, hidrofobicidad (ángulo de contacto de fuga 108 ± 2°), oleofobicidad y fluidez, el material es ampliamente utilizado para sellar juntas roscadas y bridadas ( cinta FUM ) [11] .

Lubricante

El fluoroplasto-4 (teflón) es un excelente material antifricción [12] con un coeficiente de fricción deslizante, el más pequeño de los materiales estructurales conocidos disponibles (incluso menor que el del hielo derretido). Debido a su suavidad y fluidez, los cojinetes lisos de PTFE sólido rara vez se utilizan. En unidades altamente cargadas, se utilizan insertos de cojinetes de metal-fluoroplástico y cintas de soporte de metal-fluoroplástico. Este elemento deslizante puede soportar decenas de kilogramos por milímetro cuadrado y consta de una base de metal sobre la que se aplica un revestimiento de fluoroplástico [13] . También se utiliza como aditivo antifricción (lubricante sólido) que mejora las propiedades deslizantes de los polímeros base como el poliéter éter cetona (  PEEK ) o el sulfuro de polifenileno ( PPS ) y obtiene una composición " rodante  " de alta resistencia, resistencia al desgaste, resistencia a la fluencia y buenas propiedades antifricción.

Se conocen lubricantes con fluoroplastos finamente dispersados ​​introducidos en su composición . Se distinguen por el hecho de que el relleno, que se asienta sobre superficies metálicas que frotan, en algunos casos permite que los mecanismos funcionen durante algún tiempo con un sistema de lubricación completamente defectuoso, solo debido a las propiedades antifricción del fluoroplasto.

Electrónica

El teflón se usa ampliamente en la tecnología de alta frecuencia porque, a diferencia del polietileno o el polipropileno con propiedades similares , tiene una constante dieléctrica que cambia muy poco con la temperatura, un alto voltaje de ruptura y pérdidas dieléctricas extremadamente bajas . Estas propiedades, junto con la resistencia al calor, determinan su uso generalizado como aislamiento de cables, especialmente de alta tensión, todo tipo de piezas eléctricas, en la fabricación de condensadores de alta calidad, placas de circuito impreso .

En equipos electrónicos para fines especiales, se utiliza ampliamente el cableado con aislamiento de PTFE, resistente a ambientes agresivos y altas temperaturas: cables de las marcas MGTF , MS y varias otras. El alambre con aislamiento de teflón no se puede derretir con un soldador . La desventaja del fluoroplástico es su alta fluidez en frío : si mantiene el cable en un aislamiento de fluoroplástico bajo carga mecánica (por ejemplo, si le coloca una pata de mueble), el cable puede quedar desnudo después de un tiempo.

Medicina

Debido a su compatibilidad biológica con el cuerpo humano, el politetrafluoroetileno se utiliza con éxito para la fabricación de implantes para cirugía cardiovascular y general, odontología y oftalmología [14] . El teflón se considera el material más adecuado para la producción de vasos sanguíneos artificiales [15] y marcapasos cardíacos [16] .

En odontología, las membranas de PTFE no reabsorbibles con o sin refuerzo de núcleo de titanio se utilizan en técnicas de regeneración ósea guiada (GBR). También hay una sutura de PTFE [17] .

En 2011, por primera vez, se utilizó para plastia de tabique nasal dañado y paredes de senos paranasales en lugar de mallas de titanio. Después de 12-15 meses, el implante se disuelve por completo y es reemplazado por tejido del propio paciente [18] .

Debido a las propiedades de baja fricción y no humectación , los insectos no pueden arrastrarse por la pared de teflón. En particular, la protección de teflón se usa cuando se mantienen insectos no voladores para que no puedan salir. .

Industria alimentaria y vida

Debido a su baja adherencia , no humectación y resistencia al calor, el teflón en forma de recubrimiento es ampliamente utilizado para la fabricación de moldes de extrusión y horneado , así como sartenes y ollas .

El teflón también se utiliza en la fabricación de otros electrodomésticos. El recubrimiento de teflón en forma de la película más delgada se aplica a las hojas de afeitar, lo que prolonga significativamente su vida útil y facilita el afeitado. .

Cuidado de utensilios de cocina recubiertos de teflón

El recubrimiento de teflón no tiene una gran resistencia , por lo tanto, cuando cocine en tales platos, debe usar solo accesorios blandos de madera, plástico o recubiertos de plástico ( palas , cucharones , etc.). La vajilla recubierta de teflón debe lavarse en agua tibia con una esponja suave, con la adición de detergente líquido , sin el uso de esponjas abrasivas o polvos para fregar, y evitar el sobrecalentamiento por encima de los 300 °C.

Ropa

En la producción de ropa moderna de alta tecnología, se utilizan materiales de membrana a base de politetrafluoroetileno expandido.

Por deformación física del teflón , se obtiene una fina película porosa, que se aplica a los tejidos y se utiliza en sastrería. Los materiales de la membrana, dependiendo de las características de fabricación, pueden tener propiedades tanto a prueba de viento como a prueba de agua, mientras están normalizados[ ¿Qué? ] el tamaño de los poros de la membrana de politetrafluoroetileno permite que el material pase efectivamente la evaporación del cuerpo humano .

  • Gore-Tex  es un tejido de membrana impermeable y transpirable.

Otros productos

Productos en cuya producción se utiliza teflón:

  • lámparas de calefacción;
  • dispositivos de calefacción portátiles (calentadores);
  • planchas de hierro;
  • fundas para tablas de planchar;
  • quemadores de cocina;
  • bandejas para hornear;
  • parrillas eléctricas;
  • dispositivos para hacer palomitas de maíz ;
  • cafeteras;
  • rodillos (con revestimiento antiadherente);
  • máquinas para hornear pan;
  • paletas para una brocheta o parrilla;
  • moldes para helados;
  • tazas de inodoro con revestimiento de teflón;
  • calderas;
  • sacacorchos;
  • superficies de estufas de cocina;
  • batería de cocina;
  • ollas y sartenes para freír;
  • woks (ollas chinas para freír verduras y carne);
  • moldes para hornear;
  • prensa para bocadillos calientes;
  • gofreras;
  • criostatos ópticos ;
  • hojas de afeitar;
  • revestimientos internos de barriles de tanques;
  • motores de cohetes eléctricos .
  • pinturas y barnices
  • sellos de mecanismos articulados (bisagras)

Los peligros del politetrafluoroetileno

El posible impacto negativo del politetrafluoroetileno en la salud humana ha sido objeto de debate durante muchos años. El polímero en sí es muy estable e inerte en condiciones normales. El PTFE no reacciona con alimentos, agua o productos químicos domésticos.

Cuando se ingiere, el politetrafluoroetileno es inofensivo [16] . La Organización Mundial de la Salud solicitó a la Organización Internacional para el Control del Cáncer que realizara un experimento con ratas. La experiencia ha demostrado que cuando se toma con alimentos hasta un 25 % de politetrafluoroetileno, no tiene ningún efecto. Este estudio se realizó en la década de 1960 y nuevamente en la década de 1980 en una población general de ratas que consumían PTFE todos los días en una cantidad correspondiente al 25 % de la ingesta total de alimentos [19] .

La investigación de expertos franceses, publicada en la revista "60 Millions de Consomateurs", los resultados de un estudio de laboratorio de 13 muestras de sartenes, confirman la seguridad del revestimiento antiadherente. La revista francesa informa que como resultado de las pruebas, se demostró la total seguridad de las ollas. Todas las muestras pasaron con éxito la prueba después de frotar las superficies con material abrasivo mil veces durante dos ciclos.

Los fluoroplásticos son biológicamente peligrosos en dos casos: en la producción y cuando el polímero terminado se sobrecalienta. Los propios monómeros fluoroplásticos y muchos otros componentes de su producción son sustancias tóxicas y cancerígenas que pueden entrar en el medio ambiente tanto por fugas como por contaminación del producto terminado. El producto también puede contener fracciones de bajo peso molecular que contienen grupos terminales activos, que pueden participar potencialmente en el metabolismo y en transformaciones impredecibles de la naturaleza, afectando significativamente las biocenosis. Los fragmentos de fluorocarbono en las moléculas suelen otorgarles propiedades citotóxicas, independientemente de su función bioquímica "principal".

Cuando el PTFE se sobrecalienta, se produce la descomposición térmica con la liberación de sustancias tóxicas [20] .

Contaminación industrial

Se considera que la principal fuente de riesgos biológicos en la producción de fluoropolímeros es el ácido perfluorooctanoico (PFOA, PFOA). Este compuesto se ha utilizado en los EE. UU. desde la década de 1950 [21] . Los primeros efectos sobre la salud se informaron en las fábricas de 3M y DuPont en la década de 1960. En la década de 1980, grupos científicos se sumaron al estudio de los efectos biológicos. A fines de la década de 1990, las autoridades reguladoras de EE. UU. llamaron la atención sobre el problema, lo que resultó en el reconocimiento del peligro de la sustancia y la regulación de las concentraciones máximas. Se han cambiado los procesos tecnológicos en los Estados Unidos para eliminar completamente el PFOA. Se han lanzado campañas a gran escala para controlar las concentraciones de PFOA y aclarar su impacto en la salud humana [22] [21] .

DuPont recibió cientos de millones de dólares en reclamos legales (que fue el tema de la película " Dark Waters ", 2019) de empleados de la compañía y residentes vecinos en relación con daños a la salud y el silencio de los peligros de producción [21 ] . En 2006, DuPont, por entonces el único fabricante de PFOA en los Estados Unidos, acordó retirar el reactivo residual de sus instalaciones para 2015 [23] . Según información oficial de la empresa, desde enero de 2012, DuPont no utiliza PFOA en la producción de platos y fuentes para hornear [24] .

Se sabe que el ácido perfluorooctanoico se descompone a una temperatura de 190 °C, mientras que el proceso tecnológico de sinterización de la base de una sartén con revestimiento antiadherente ocurre a una temperatura de 420 °C [25] . Por lo tanto, se supone que, de acuerdo con el proceso de fabricación, es improbable la presencia de PFOA en la sartén terminada [26] . Sin embargo, un estudio de 2005 encontró niveles de PFOA en utensilios de cocina nuevos recubiertos con PTFE que oscilaban entre 4 y 75 µg/kg (alrededor de 1800 µg/kg en film transparente y hasta 290 µg/kg en paquetes de palomitas de maíz) [27] .

Estudios europeos independientes han demostrado que los revestimientos antiadherentes no contienen PFOA en cantidades que excedan los límites de seguridad [28] . La Academia China de Control de Calidad, Inspección y Cuarentena (GAQSIQ), así como el Instituto Danés de Tecnología confirman que no se ha detectado exposición al PFOA utilizado en la fabricación de vajillas [28] [29] [30] .

En Rusia, no existen documentos normativos que limiten la contaminación industrial de los fluoroplásticos, que pueden afectar negativamente a la calidad de los productos que contienen fluoroplásticos [31] .

Descomposición térmica del politetrafluoroetileno

El estándar GOST 10007-80 [32] normaliza el rango de temperatura de funcionamiento del fluoroplástico hasta +260 °C e indica directamente el peligro de que se liberen gases tóxicos por encima de esta temperatura. DuPont no especifica las características de liberación de las sustancias tóxicas, pero da un punto de fusión según la norma ASTM D3418 para varios tipos de teflón desde 260 °C hasta 327 °C [5] .

Se encuentran signos de descomposición a una temperatura de 200 °C. El proceso procede de forma relativamente lenta hasta los 420 °C. A temperaturas de 500 °C a 550 °C, la pérdida de peso alcanza el 5-10 % por hora en medios inertes, acelerándose bruscamente en presencia de oxígeno atmosférico. A temperaturas entre 300 y 360 °C, los productos de descomposición son predominantemente hexafluoroetano y octafluorociclobutano . Por encima de 380 °C, aparecen perfluoroisobutileno y otros productos de pirólisis [33] [34] [35] .

Entre los productos de la descomposición térmica del politetrafluoroetileno, el perfluoroisobutileno se considera el más peligroso, un gas extremadamente venenoso, aproximadamente 10 veces más venenoso que el fosgeno [36] .

Los productos de descomposición térmica provocan un patrón de envenenamiento que recuerda a la fiebre de la fundición . Posiblemente, el aerosol de politetrafluoroetileno, especialmente recién obtenido, en el que se absorben los productos de degradación, también es venenoso y tiene un efecto pirogénico. Cuando se inhaló polvo de politetrafluoroetileno frío, después de 2 a 5 horas, todos los trabajadores experimentaron síntomas que se denominaron "fiebre de teflón". Se ha observado fiebre típica del teflón con PTFE calentado a >350°C. El examen de 130 personas y la presencia de un aerosol de politetrafluoroetileno en el aire a una concentración de 0,2-5,5 mg/m3 reveló que la mayoría de los trabajadores sufrían repetidos ataques de fiebre. Se encontró flúor (0,098-2,19 mg/l) en la orina de las mismas personas. La liberación de flúor resultó ser significativamente mayor con más experiencia y ataques repetidos [20] .

Dado que la liberación masiva de sustancias tóxicas con teflón comienza a temperaturas superiores a los 450 °C, los utensilios de cocina con recubrimientos antiadherentes se consideran seguros, ya que tales temperaturas no se pueden alcanzar durante el funcionamiento normal [28] . Debe tenerse en cuenta que los fabricantes consideran que solo calentar con agua o aceite en una sartén es la norma. El agua evita que el teflón se sobrecaliente, y su completa evaporación indica un calentamiento importante de la vajilla, que ahora no se visualiza de ninguna manera y puede llegar a ser crítico. Los aceites comestibles se descomponen a temperaturas de hasta 200 °C con la liberación de humo, lo que facilita la identificación del sobrecalentamiento. El calentamiento en una estufa de utensilios de cocina secos se considera anormal y, en este caso, las temperaturas de pirólisis de teflón se alcanzan fácilmente. Para simplificar el funcionamiento, algunos modelos de utensilios de cocina revestidos de teflón están equipados con indicadores de temperatura visuales incorporados [37] .

Peligro de los productos de descomposición del teflón para las aves

La estructura especial del sistema respiratorio de las aves las hace hipersensibles a las sustancias tóxicas contenidas en el medio ambiente. Se ha establecido que incluso una cantidad mínima de ácido perfluorooctanoico, que ingresa al cuerpo de un ave con aire inhalado, afecta su sistema respiratorio y provoca la muerte después de un tiempo (desde varios minutos hasta decenas de horas) [38] .

Las aves pequeñas son más sensibles a las sustancias tóxicas, solo necesitan unos segundos de inhalación de vapores de teflón y la muerte ocurre dentro de las próximas 24 horas [39] [40] [41] .

Al principio, cuando se conoció por primera vez la noticia de los efectos letales del teflón en las aves, en general se aceptaba que los gases letales solo se liberaban a temperaturas muy altas. Hasta la fecha, se ha registrado fehacientemente la muerte del 52% de las aves, respirando durante 3 días los vapores de las superficies de teflón de las lámparas de iluminación calentadas a 202 °C [42] . Según otros, solo alrededor de 163 °C (325 °F) [42] [43] o incluso 140–149 °C (285–300 °F) [39] [44] son ​​suficientes para un efecto negativo , pero estos datos requerir[ ¿por qué? ] verificación adicional.

Hay muchos informes sobre la muerte de aves de corral (por ejemplo, loros) debido a los vapores de las sartenes de teflón que se dejan desatendidas y se sobrecalientan por encima de una temperatura segura [45] [42] [40] [44] [46] [47] [ 48] .

Notas

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  3. Invención accidental del teflón (enlace inaccesible) . Fecha de acceso: 6 de enero de 2011. Archivado desde el original el 2 de diciembre de 2013. 
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  5. 1 2 Comparación de fluoropolímeros: propiedades típicas (enlace no disponible) . Fecha de acceso: 28 de octubre de 2012. Archivado desde el original el 23 de diciembre de 2006. 
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