Politetrafluoroetilene

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
Nota disambigua.svg Disambiguazione – Se stai cercando il materiale prodotto dalla E.I. Du Pont De Nemours and Company, vedi Teflon AF.
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 appartenente alla classe dei perfluorocarburi (PFC) derivante dall' omopolimerizzazione del tetrafluoroetene.

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 300 °C), 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 dinamico TFE-Acciaio pari a 0,04, mentre l'attrito statico è pari a 0,07 / 0,14[1].

Storia[modifica | modifica wikitesto]

Il "PTFE" venne scoperto casualmente nel 1938 da Roy Plunkett durante un tentativo di fabbricazione di un nuovo clorofluorocarburo da usare come refrigerante per i cicli a compressione. Plunkett stava misurando la portata di gas controllando il peso della bombola in cui era contenuto del tetrafluoroetene gassoso. La portata di gas si interruppe molto prima che la bilancia indicasse la bombola di tetrafluoroetilene come vuota. Una volta segata la bombola Plunkett notò che sulle pareti interne si era formato un rivestimento ceroso estremamente scivoloso e sostanzialmente insolubile anche a contatto con gli agenti chimici più aggressivi. Le analisi chimiche effettuate confermarono che si trattava di politetrafluoroetilene. Kinetic Chemicals brevettò il prodotto nel 1941,[2] e registrò il nome commerciale "Teflon" nel 1945.[3][4] 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. All'interno del Progetto Manhattan il PTFE venne usato come rivestimento interno nelle apparecchiature contenenti Esafluoruro di uranio nel complesso K-25 a Oak Ridge, Tennessee.[5]

Nel 1954 un ingegnere francese Marc Grégoire, su consiglio della moglie, provò il Teflon che usava per l'equipaggiamento da pesca sulle sue pentole. I risultati furono così buoni che iniziò la commercializzazione di pentole rivestite di PTFE sotto il marchio di Tefal[6]

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

Sintesi[modifica | modifica wikitesto]

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.

n F2C=CF2 → −(F2C−CF2)n (ΔHP ≈ -41 kcal/mol)

La reazione può essere condotta per polimerizzazione in sospensione o per polimerizzazione in emulsione acquosa (considerando l'insolubilità del PTFE in qualsiasi solvente organico). 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 wikitesto]

Il PTFE presenta una serie 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.


Applicazioni[modifica | modifica wikitesto]

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 del cambio.

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 wikitesto]

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

La pirolisi di PTFE è rilevabile a 200 °C e sviluppa diversi gas fluorocarburi[7] ed un sublimato. Uno studio su animali condotto nel 1955 ha concluso che è improbabile che questi prodotti vengano generati in quantità significative per la salute a temperature inferiori a 250 °C.[8] 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.[7][9]

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.[10][11] Questi sottoprodotti della degradazione possono essere letali per gli uccelli, e possono causare sintomi simil-influenzali negli esseri umani.[10] 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[12]

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.


Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ PTFE
  2. ^ {{{CountryCode}}} {{{PublicationNumber}}} 
  3. ^ History Timeline 1930: The Fluorocarbon Boom, DuPont. URL consultato il 10 giugno 2009.
  4. ^ Roy Plunkett: 1938. URL consultato il 10 giugno 2009.
  5. ^ Richard Rhodes, The Making of the Atomic Bomb, New York, New York, Simon and Schuster, 1986, p. 494, ISBN 0-671-65719-4. URL consultato il 31 ottobre 2010.
  6. ^ "Teflon History ", home.nycap.rr.com, Retrieved 25 January 2009.
  7. ^ a b Teflon offgas studies|Environmental Working Group. Ewg.org. Retrieved on 2013-01-01.
  8. ^ 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.
  9. ^ Can Nonstick Make You Sick?. ABC News. 14 November 2003
  10. ^ a b DuPont, Key Questions About Teflon, accessed on 3 December 2007.
  11. ^ http://www.medicalnewstoday.com/medicalnews.php?newsid=4716 "Can Teflon make you sick?", Medical News Today
  12. ^ Petition to Require Warning Labels|Environmental Working Group. (PDF) . Retrieved on 2013-01-01.

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Altri progetti[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]