Politetrafluoroetilene

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Politetrafluoroetilene
monomero base del Teflon
modello 3D del polimero
Nome IUPAC
Poli(tetrafluoroetene)
Abbreviazioni
PTFE
Nomi alternativi
Teflon, Fluon, Algoflon, Hostaflon
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare CnF2n+2
Numero CAS [9002-84-0]
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/l, in c.s.) 2200
Temperatura di fusione 327 °C (600,15 K)

Il politetrafluoroetilene (PTFE) è il polimero del tetrafluoroetene appartenente al gruppo delle olefiniche.

Normalmente è più conosciuto attraverso le sue denominazioni commerciali Teflon, Fluon, Algoflon, Hostaflon, in cui al polimero vengono aggiunti altri componenti stabilizzanti e fluidificanti per migliorarne le possibilità applicative.

È una materia plastica liscia al tatto e resistente alle alte temperature (fino a 200 °C e oltre), usata nell'industria per ricoprire superfici sottoposte ad alte temperature alle quali si richiede una "antiaderenza" e una buona inerzia chimica. Le padelle da cucina definite "antiaderenti", sono tali perché ricoperte all'interno di uno strato di PTFE (Teflon).

È inoltre il materiale con il coefficiente di attrito più basso conosciuto, con attrito statico TFE-Acciaio pari a 0,04, mentre l'attrito dinamico è pari a 0,07 / 0,14[1].

Storia[modifica | modifica sorgente]

Scoperto casualmente nel 1938 da Roy Plunkett all'interno di una bombola di tetrafluoroetilene occlusa, fu subito notata la sua elevata resistenza agli agenti chimici più aggressivi. Fu l'americana DuPont a produrlo per prima in un suo impianto pilota per fornirne alcune quantità all'esercito statunitense impegnato nella costruzione della prima bomba atomica.

In Italia la produzione industriale del PTFE iniziò nel 1954 ad opera della Montecatini, che lo commercializzò con il nome di Algoflon.

Sintesi[modifica | modifica sorgente]

La polimerizzazione a catena avviene per via radicalica in presenza di un opportuno iniziatore - spesso un ossidante quale l'acqua ossigenata, un persolfato o un perossido organico - in condizioni di temperatura e pressione che dipendono dal catalizzatore scelto.

CF2=CF2 → ...-CF2-CF2-CF2-CF2-CF2-CF2-CF2-CF2-... (ΔHP ≈ -41 kcal/mol)

La reazione può essere condotta per polimerizzazione in massa, per polimerizzazione in sospensione o per polimerizzazione in emulsione acquosa. La polimerizzazione è una reazione fortemente esotermica, si accompagna cioè ad un grande sviluppo di calore; sono quindi necessari accorgimenti per controllare la temperatura della reazione e impedirle di raggiungere livelli troppo elevati (maggiori di 80 °C), oltre i quali la reazione diventa esplosiva sviluppando tetrafluorometano e carbonio.

CF2=CF2 → CF4 + C (ΔHR ≈ -85 kcal/mol)

Proprietà[modifica | modifica sorgente]

Il PTFE presenta una serie interessante di caratteristiche peculiari che lo avevano portato ad essere considerato materiale strategico fino agli anni settanta. Le caratteristiche principali sono:

  • la completa inerzia chimica per cui non viene aggredito dalla quasi totalità dei composti chimici – fanno eccezione i metalli alcalini allo stato fuso, il fluoro ad alta pressione e alcuni composti fluorurati in particolari condizioni di temperatura – e soprattutto non modifica i fluidi con i quali viene posto in contatto, ad esempio i fluidi ultrapuri per l'industria elettronica;
  • la completa insolubilità in acqua e in qualsiasi solvente organico;
  • ottime qualità dielettriche (65 kV/mm di rigidità dielettrica e εr=2.1);
  • ottime qualità di resistenza al fuoco: non propaga la fiamma;
  • ottime proprietà di scorrevolezza superficiale: il coefficiente di attrito risulta il più basso tra i prodotti industriali;
  • antiaderenza: la superficie non è incollabile (l'angolo di contatto risulta essere 127°), non è noto alcun adesivo capace di incollare il PTFE.

Queste caratteristiche assumono ulteriore importanza se si considera che si mantengono praticamente inalterate in un campo di temperature comprese tra i -80 °C e i 250 °C.

Il PTFE, inteso solo come derivato 100% del TFE, non fonde a elevate temperature ma si decompone (essendo un termoindurente). A questo problema si è ovviato in diversi modi:

  • Sinterizzazione in presenza di cere
  • Addizione di monomeri modificanti in fase di polimerizzazione.

Con il secondo modo di procedere si ha la formazione del cosiddetto PTFE modificato, termoplastico, quindi lavorabile per estrusione.

A circa 500 °C si decompone, liberando una gamma di gas fluorurati tossici, fra i quali perfluoropropene e perfluoroisobutene.

...-CF2-CF2-CF2-CF2-CF2-CF2-CF2-CF2-... → CF2=CF2 → CF2=CF-CF3 + CF2=C(CF3)-CF3

Siccome tali prodotti possono prodursi solo a temperature elevate, un filo di olio oppure un po' d'acqua sul fondo delle padelle sono sufficienti a prevenire il fenomeno. A titolo precauzionale, è in ogni caso bene verificare che lo strato di teflon della padella sia integro.

Applicazioni[modifica | modifica sorgente]

Padella rivestita di Teflon
Prodotti in teflon da laboratorio

Le notevoli caratteristiche del PTFE ne hanno fatto uno dei materiali più utilizzati in campo tecnico. Nell'industria chimica è utilizzato per la realizzazione di guarnizioni e parti destinate al contatto con agenti corrosivi (ad esempio l'acido solforico concentrato).

Viene usato nei motori, per abbattere l'attrito cilindro-pistone.

Un film di teflon viene usato nei laboratori chimici per garantire la tenuta dei giunti di vetro smerigliato, senza il rischio di incorrere nell'eventuale difficile distacco delle parti.

Un foglio di teflon viene interposto tra due delle piastre metalliche che compongono a 'sandwich' gli apparecchi d'appoggio in acciaio dei ponti. Questi apparecchi d'appoggio funzionano per strisciamento, sfruttando il basso coefficiente d'attrito che si ha tra una superficie in acciaio inossidabile lavorata a specchio ed il PTFE.

Viene utilizzato anche nei tergicristalli dei veicoli.

Nell'industria elettrica è un utile materiale isolante.

In liuteria è utilizzato come additivo nel materiale di costruzione dei capotasti sintetici, come la grafite, affinché vi sia basso attrito tra le corde e il capotasto stesso.

Nella meccanica è utilizzato come ingrediente aggiuntivo al lubrificante per catene di trasmissione nei motocicli.

Nell'informatica è utilizzato come piedini di rimpiazzo dei mouse da gioco, per ridurne l'attrito e la frizione sui tappetini.

Nell'industria delle produzione di trafile per pasta alimentare è usato per la realizzazione della parte trafilante degli inserti, che dà alla pasta prodotta con essi l'aspetto liscio e giallo, al contrario della pasta prodotta con inserti con parti trafilanti in bronzo (tradizionali).

Sicurezza[modifica | modifica sorgente]

La pirolisi di PTFE è rilevabile a 200 °C e sviluppa diversi gas fluorocarburi[2] ed un sublimato. Uno studio su animali condotto nel 1955 ha concluso che è improbabile che questi prodotti sarebbero generati in quantità significative per la salute a temperature inferiori a 250 °C.[3] Più recentemente, tuttavia, uno studio ha documentato uccelli uccisi da questi prodotti di decomposizione a 202 °C, con rapporti non confermati di morti di uccelli a causa di pentole antiaderenti riscaldate a non più di 163 °C.[2][4]

Tuttavia si ritiene generalmente che il PTFE non presenti alcun rischio di tossicità finché viene mantenuto a temperature inferiori ai 200 °C, non richiede pertanto accorgimenti particolari per il suo impiego quotidiano. Vanno invece prese precauzioni durante le fasi di lavorazione e stampaggio.

Mentre normalmente il PTFE è stabile e non tossico, inizia a deteriorarsi dopo che la temperatura delle pentole raggiunge i 260 °C e si decompone al di sopra di 350 °C.[5][6] Questi sottoprodotti della degradazione possono essere letali per gli uccelli, e possono causare sintomi simil-influenzali negli esseri umani.[5] Nel maggio 2003, l’organizzazione per la ricerca e la difesa dell’ambiente Environmental Working Group ha presentato un sunto di 14 pagine con la US Consumer Product Safety Commission recante una petizione per una norma che richieda che pentole ed apparecchi riscaldanti con rivestimenti antiaderenti rechino l'etichetta di pericolo per le persone e per gli uccelli[7]

La carne è solitamente fritta tra 204 e 232 °C e la maggior parte degli oli inizia a fumare prima del raggiungimento della temperatura di 260 °C, ma ci sono almeno due oli da cucina (olio di cartamo ed olio di avocado raffinati) che hanno un punto di fumo più alto di 260 °C. Anche le pentole lasciate a scaldare vuote possono superare questa temperatura.

PFOA[modifica | modifica sorgente]

L’acido perfluoroottanoico (PFOA o C8) è stato collegato al cancro, malattie della tiroide, colite ulcerosa e colesterolo alto[8], riportato anche in un recente studio dell'EPA.[9] Sotto forma di sale di ammonio,[10] è usato come tensioattivo nella polimerizzazione in emulsione del PTFE,[11] [12] ed è stato rilevato in alcuni prodotti contenenti PTFE. [13][14] I livelli che sono stati misurati nelle pentole antiaderenti variano da non rilevabile fino a 75 parti per miliardo[14] [15] Questi valori sono inferiori rispetto a quelli in prodotti di PTFE come il nastro sigillante (con 1800 parti per miliardo (1,8 parti per milione) di PFOA rilevato) perché le pentole antiaderenti sono riscaldate al fine di volatilizzare il PFOA[13]

Uno studio di DuPont sul Teflon PTFE non ha rilevato alcun PFOA di sopra del loro limite di rilevabilità di 9 parti per miliardo,[16] e DuPont dice che il PFOA è assente nelle pentole col Teflon[17] Uno studio del 2009 condotto dall'EPA ha trovato livelli di PFOA in pentole antiaderenti oscillanti tra il “non rilevato” (con un limite di rilevabilità di 1,5 parti per miliardo) e 4,3 parti per miliardo[14] DuPont dice che non ci dovrebbero essere quantità misurabili su una padella a condizione che sia stata adeguatamente reticolata.[18] Sebbene il PFOA è stato individuato nell’ordine delle poche parti per miliardo gamma nel sangue delle persone,[19] l’esposizione da pentole antiaderenti è ritenuto non significativo[20][21], rispetto alla commercializzazione di altri prodotti. Tuttavia, a temperature ben superiori a quelle incontrate in cucina,[22] la pirolisi del PTFE può formare piccole quantità di PFOA.[23][24]

Nel gennaio 2006, DuPont, l'unica azienda che produce PFOA negli Stati Uniti, ha accettato di eliminare le emissioni della sostanza chimica dai suoi impianti di produzione entro il 2015,[25] ma non ha preso impegni per la completa eliminazione dell'uso della sostanza. Nella polimerizzazione in emulsione del PTFE, la Dyneon, consociata di 3M, ha sviluppato un emulsionante sostitutivo[26] nonostante DuPont affermi che il PFOA è un "coadiuvante del processo essenziale".[27] A partire da agosto 2008, la posizione dell'EPA era che "non dispone di informazioni che pongano in allarme circa l'uso di routine di articoli casalinghi o altri prodotti utilizzanti fluoropolimeri, come pentole antiaderenti o indumenti per il maltempo."[28]

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ PTFE
  2. ^ a b Teflon offgas studies|Environmental Working Group. Ewg.org. Retrieved on 2013-01-01.
  3. ^ Zapp JA, Limperos G, Brinker KC, Toxicity of pyrolysis products of 'Teflon' tetrafluoroethylene resin in Proceedings of the American Industrial Hygiene Association Annual Meeting, 26 aprile 1955.
  4. ^ Can Nonstick Make You Sick?. ABC News. 14 November 2003
  5. ^ a b DuPont, Key Questions About Teflon, accessed on 3 December 2007.
  6. ^ http://www.medicalnewstoday.com/medicalnews.php?newsid=4716 "Can Teflon make you sick?", Medical News Today
  7. ^ Petition to Require Warning Labels|Environmental Working Group. (PDF) . Retrieved on 2013-01-01.
  8. ^ C8 Science Panel, C8 Probable Link Reports. URL consultato il 1º novembre 2012.
  9. ^ Summary of Teflon Related TSCA 8(e) Action Against DuPont - La Leva di Archimede (ENG)
  10. ^ "Substance flow analysis for Switzerland ", (UW-0922-E), pp.40–41, 2009-12-03, 1787 kB, Swiss Federal Office for the Environment, Retrieved 8 April 2008
  11. ^ Martha Sandy, Petition for Expedited CIC Consideration of Perfluorooctanic Acid (PFOA), The State of California, Office of Environmental Health Hazard Assessment, Cancer Toxicology and Epidemiology Section, Reproductive and Cancer Hazard Assessment Branch. URL consultato il 27 settembre 2008.
  12. ^ Lau C, Anitole K, Hodes C, Lai D, Pfahles-Hutchens A, Seed J, Perfluoroalkyl acids: a review of monitoring and toxicological findings in Toxicol. Sci., vol. 99, n. 2, 2007, pp. 366–94. DOI:10.1093/toxsci/kfm128, PMID 17519394.
  13. ^ a b PFOA in Norway TA-2354/2007, Norwegian Pollution Control Authority, 2007, p. 18. URL consultato il 29 agosto 2009.
  14. ^ a b c Guo Z, Liu X, Krebs KA (March 2009). Perfluorocarboxylic Acid Content in 116 Articles of Commerce (PDF), USEPA, p. 40.
  15. ^ Begley TH, White K, Honigfort P, Twaroski ML, Neches R, Walker RA, Perfluorochemicals: potential sources of and migration from food packaging in Food Addit. Contam., vol. 22, n. 10, 2005, pp. 1023–31. DOI:10.1080/02652030500183474, PMID 16227186.
  16. ^ Powley CR, Michalczyk MJ, Kaiser MA, Buxton LW, Determination of perfluorooctanoic acid (PFOA) extractable from the surface of commercial cookware under simulated cooking conditions by LC/MS/MS in Analyst, vol. 130, n. 9, 2005, pp. 1299–302. Bibcode:2005Ana...130.1299P, DOI:10.1039/b505377c, PMID 16096677.
  17. ^ Teflon firm faces fresh lawsuit in BBC News, 19 luglio 2005. URL consultato il 24 gennaio 2009.
  18. ^ About Teflon, DuPont. URL consultato il 9 febbraio 2010 (archiviato dall'url originale il 29 febbraio 2008).
  19. ^ Houde M, Martin JW, Letcher RJ, Solomon KR, Muir DC, Biological monitoring of polyfluoroalkyl substances: A review in Environ. Sci. Technol., vol. 40, n. 11, 2006, pp. 3463–73. DOI:10.1021/es052580b, PMID 16786681. Supporting Information (PDF).
  20. ^ Trudel D, Horowitz L, Wormuth M, Scheringer M, Cousins IT, Hungerbühler K, Estimating consumer exposure to PFOS and PFOA in Risk Anal., vol. 28, n. 2, 2008, pp. 251–69. DOI:10.1111/j.1539-6924.2008.01017.x, PMID 18419647.
  21. ^ Nonstick pans: Nonstick coating risks in Consumer Reports. URL consultato il 4 luglio 2009.
  22. ^ "Cooking up a storm in a frying pan ", Royal Society of Chemistry, Chemistry World, September 2005, Retrieved 8 April 2010
  23. ^ Ellis DA, Mabury SA, Martin JW, Muir DC, Thermolysis of fluoropolymers as a potential source of halogenated organic acids in the environment in Nature, vol. 412, n. 6844, 2001, pp. 321–4. DOI:10.1038/35085548, PMID 11460160.
  24. ^ Ellis DA, Martin JW, Muir DC, Mabury SA, The use of 19F NMR and mass spectrometry for the elucidation of novel fluorinated acids and atmospheric fluoroacid precursors evolved in the thermolysis of fluoropolymers in Analyst, vol. 128, n. 6, 2003, pp. 756–64. Bibcode:2003Ana...128..756E, DOI:10.1039/b212658c, PMID 12866900.
  25. ^ Juliet Eilperin, Harmful PTFE chemical to be eliminated by 2015 in Washington Post, 26 gennaio 2006. URL consultato il 10 settembre 2006.
  26. ^ Michael McCoy, Dyneon Phasing Out Perfluorooctanoate in Chemical & Engineering News, vol. 86, n. 46, 2008, p. 26. DOI:10.1021/cen-v086n033.p026.
  27. ^ Learn More About DuPont Teflon, DuPont. URL consultato il 16 maggio 2009.
  28. ^ Failure to Report Chemical Risks Can Result in Major Fines, EPA Office of Civil Enforcement, Environmental Protection Agency, 2008-08. URL consultato il 19 gennaio 2009.

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