Dr. Roy Plunkett, tânarul chimist de la DuPont, a descoperit din întâmplare un material excepţional in timp ce făcea experimente cu agenţi frigorifici (refrigeranţi). PTFE (PoliTetraFluoroEtilenă), acest material extraordinar, antiaderent universal, este rezistent la căldura şi agenţi chimici, mai târziu a fost denumit Teflon®. Teflon® este o marcă inregistrată, folosită numai de DuPont.
Descoperirea materialului:
Extras din anexa revistei Viaţă şi Ştiinţă
Autor: Dr Máthé Árpád Teflon® -ul şi întâmplarea
Dr Roy Plunkett, chimistul firmei DuPont, în aprilie 1938 în dorinţa de a prepara un nou agent frigorific a utilizat tetrafluor-etilenă (C2F4). A depozitat în câteva zeci de butelii din oţel 45 kilograme de gaz aflat în fierbere la -76 grade Celsius. Mai târziu, la deschiderea robinetelor, una din butelii părea gol….
În această butelie nu se mai afla gaz. Au îndepărtat robinetul. Sa descoperit că gazul tetrafluor-etilen sa transformat într-o pulbere albă care sa depus pe pereţi. Pentru a colecta pulberea au despicat butelia în două. După analizarea pulberii, concluzia a fost următoarea: compoziţia chimică corespunde cu cea a gazului tetrafluor-etilen. Pe timpul depozitării, independent de voinţa chimiştilor, a luat naştere poli(tetrafluor-etilen), pe scurt: PTFE.
Plunkett n-ar fi crezut că în timpul depozitării tetrafluor-etilena se poate polimeriza, deoarece, pentru a polimeriza clorura de vinil, un monomer asemănător, este nevoie de catalizator, un iniţiator care produce radicali. Polimerizarea spontană era cu atât mai surpinzătoare, cu cât cercetătorii au ales tocmai hidrocarburii de fluor-clor (freoane) pentru stabilitatea mărită a acestora. Poli(tetrafluor-etilena) a fost denumit Teflon®. Acest polimer – în mare parte compus din cristale – se plastifiază la căldură. Din gama maselor plastice acest material are cea mai mare rezistenţă la agenţi chimici: nu are dizolvant. Este rezistent la temperaturi extreme, se poate utiliza în regim permanent de la minus 269 grade Celsius la plus 260 grade Celsius. Este cea mai puţin inflamabilă dintre toate materialele plastice. Corespunde celor mai aspre cerinţe din domeniul alimentar şi medical, se poate implanta chiar şi în organisme vii.
Nu aderă la ea nicio materie, nici măcar la temperaturi înalte. De aceea putem găti şi fără grăsimi în vase acoperite cu peliculă de Teflon® . Nu se poate forma prin procedee clasice utilizate la mase plastice: densitatea ei este mai mare (2,3 grame/centrimetri-cubi), decât a celorlalte mase plastice, preţul este mult superior acestora.
Datorită posibilităţilor de utilizare speciale, în zilele noastre, anual, pe plan mondial se produc peste 50.000 tone de Teflont ® .
Teflon® -ul este produs prin polimerizarea cu radicali a tetrafluor-etilenei. Masa moleculară medie este mare (0,5–1 milliane), structura ei este 90% cristalină şi punctul ei de topire este la 341 grade Celsius. Este interesant faptul, că la acest polimer odată topit apoi răcit din nou, punctul de topire este deja 327 grade Celsius. Este stabil şi peste această temperatură, însă masa topită are vâscozitate mare, (1011 poise la 380 grade Celsius), încât nu se poate prelucra prin procedee clasice (prin extrudare sau formare prin injecţie). Materialul format din particule poroase, obţinut din reactoarele de polimerizare în suspensie, se filtrează, se usucă şi se macină în funcţie de solicitări. Granulele tipice a PTFE sunt formate din particule având diametrul de 400–800 micrometru.
Din acest material măcinat se realizează forma dorită prin presare la temperaturi joase, apoi semifabricatul se sinterizează în cuptor (la 380 grade Celsius, se tratează termic timp îndelungat, sub presiune). Astfel, din particulele primare, se obţine materialul solid, fără pori. Ulterior, acesta se poate prelucra prin metode cunoscute din industria metalelor (găurire, strunjire, frezare etc.).
Teflon®-ul în dispersie umedă se poate utiliza pentru realizarea acoperirilor, confecţionare de fire. Dispersia brută se stabilizează cu substanţe tensioactive, apoi se concentrează până la 50-60% de materie uscată. Aplicarea pe suprafaţa dorită se poate face prin diverse proceduri: suflare cu ajutorul unui gaz de propulsie, ungere cu ajutorul unui fluid, imersarea piesei sau prin aplicarea unui câmp electric, în urma acesteia se formează pelicula.
Din dispersia apoasă se poate trage fire de Teflon® . În acest procedeu dispersia se amestecă cu o masă plastică generatoare de matrice, de exemplu viscoză. Din mănunchiul de fire se îndepărtează prin încălzire polimerul auxiliar de formare de matrice, apoi firul se sinterizează, şi se întinde în continuare.
| 1. Teflon® PTFE |
| (poli-tetraf-luor-etilen) temperatură ridicată de regim, (250° C) coeficient de frecare scăzut. |
| 2. Teflon® FEP |
| (copolimer de etilen fluorurat) rezistenţă chimică excepţională, anti-aderenţă foarte bună. |
| 3. Teflon® PFA |
| (perfluor-alkoxy) temperatură ridicată de regim, grosime mare a peliculei, duritate extraordinară a peliculei. |
| 4. Teflon® ETFE |
| (copolimerul tetra-fluor-etilen al etilenei) rezistenţă chimică excepţională, duritate extraordinară a peliculei. |
TEFLON® este incomparabil mai versatil decât orice alt plastic
De când chimistul DuPont Roy Plunkett a documentat pentru prima dată descoperirea fluoropolimerului TEFLON® PTFE în 1938, DuPont a continuat să scrie istoria fluoropolimerului. De la tehnologia de bază la produse cu fluoropolimer proiectate individual, extinde continuu calitatea funcțională a acoperirilor TEFLON® în aplicațiile tehnice solicitante de astăzi.
Proprietăți remarcabile ale acoperirilor TEFLON®:
| Antiaderenţă Foarte puţine materile solide aderă permanent la Teflon®. Cu toate că materialele adezive pot prezenta o anumită aderenţă, aproape toate substanţele se desprind uşor. |
| Coeficient de frecare scăzut Coeficientul de frecare al materialului Teflon® se încadrează în intervalul de la 0,05 la 0,2, în funcţie de sarcina aplicată, viteza de alunecare şi tipul particular al acoperirii cu Teflon®. |
| Repulsia lichidelor Din moment ce suprafeţele acoperite cu Teflon® sunt atât oleofobe cât şi hidrofobe, ele nu se umezesc. Curăţirea fiind mai uşoară şi mai bună – în unele cazuri curăţindu-se de la sine. |
| Rezistenţă la temperaturi mari Acoperirile industriale cu Teflon® se pot utiliza continuu până la temperatura de 270°C, iar în cazul în care se asigură ventilaţie adecvată. |
| Proprietăţi electrice deosebite Materialul Teflon® – testat pe o plajă mare de frecvenţe – are rigiditate dielectrică foarte mare, factor de disipare scăzut şi o rezistivitate de suprafaţă foarte ridicată. Prin utilizarea unor metode speciale poate deveni conductor electric, şi prin urmare se poate utiliza ca o acoperire antistatică. |
| Rezistenţă la temperaturi joase Acoperirile industriale cu Teflon® nu-şi schimbă calităţile şi rezistă la temperaturi scăzute, extreme. Acoperirile cu Teflon® se pot utiliza şi la -270°C. |
| Rezistenţă la agenţi chimici, protecţie anticorozivă Materialul Teflon® este neutru, nu reacţionează cu agenţi chimici. Singurele substanţe cunoscute care afectează toate acoperirile cu Teflon® sunt metalele alcaline topite şi agenţii de fluorinare cu reactivitate ridicată. |
| PROPRIETĂŢI MECANICE – FIZICE |
| Datele prezentate mai jos sunt valori medii. |
| Proprietate | Standard ASTM | U.m. | Teflon® PTFE | Teflon® FEP | Teflon® PFA | Teflon® ETFE |
| Greutate specifică | D792 | – | 2,15 | 2,15 | 2,15 | 1,76 |
Rezistentă la întindere | D1457 D1708 D638 | MPa | 21-35 | 23 | 25 | 40-47 |
Alungire | D1457 D1708 D638 | % | 300-500 | 325 | 300 | 150-300 |
| Coeficient de încovoiere | D790 | MPa | 500 | 600 | 600 | 1.200 |
| Test de încovoiere | D2176 | ciklus | >106 | 5-80 x 103 | 10-500 x 103 | 10-27 x 103 |
| Rezistentă la şoc | D256 | J/m | 189 | Nincs törés | Nincs törés | Nincs törés |
| Duritate | D2240 | Shore D pencil | 50-65 HB | 56 HB | 60 HB | 72 HB |
| Rezistenţă la uzură – test Bell (1) – Sliding Arm (2) – Tabor Abrasion (3) | – | g/µm mg mg | 85 7,9-9,7 12 | – 11,1-15,2 14,8 | – – – | – 1,.4 – |
| Rezistenţă la zgâriere – început (4) – complet (5) | – | kg kg | 5,7-7,0 7,3-10,7 | 5,1-11,4 8,5-13,2 | – – | – – |
| Coeficient de frecare – static – dinamic | D1894 | – | 0,12-0,15 0,05-0,10 | 0,12-0,20 0,08-0,3 | 0,2 – | 0,24-0,50 0,3-0,4 |
| Unghi de umezire maxim (apă) | – | deg | 104-111 | 95-105 | 104-111 | 90-100 |
| Observaţii: 1. Dispozitiv pentru test de fricţiune Bell: material de uzură grame/micron 2. Test Sliding Arm: 1000 de cicluri, sarcină 500 gr, hârtie abrazivă tip 400, suprafaţă 35,5 cm2 3. Test de uzură Tabor: roată Cs 17, sarcină 1kg, 1000 de cicluri, pierdere de greutate în miligrame 4. Test de rezistenţă la zgâriere Scratch Master: început – de-îndată ce apare metalul de bază 5. Test de rezistenţă la zgâriere Scratch Master: complet – de-îndată ce se desprinde complet pelicula. | ||||||
| PROPRIETĂŢI TERMICE |
Proprietate | Standard ASTM | U.m. | Teflon® PTFE | Teflon® FEP | Teflon® PFA | Teflon® ETFE |
| Punct de topire | D3418 | °C | 327 | 260 | 305 | 267 |
| Temperatura de coacere | – | °C | 380-430 | 360-390 | 380-400 | 300-325 |
| Temperatura maximă de regim continuu | – | °C | 270 | 205 | 260 | 150 |
| Temperatura maximă de regim intermitent | – | °C | szakmai egyeztetést igényel | |||
| Clasificare de inflamabilitate | UL94 | – | VO | VO | VO | VO |
| Index de oxigen limitat | D2863 | % | >95 | >95 | >95 | 30-36 |
Căldură de ardere | D240 | MJ/kg | 5,1 | 5,1 | 5,3 | 13,7 |
| Coeficient de transfer termic | – | W/m·K | 0,25 | 0,20 | 0,19 | 0,24 |
| PROPRIETĂŢI CHIMICE |
| Proprietate | Standard ASTM | U.m. | Teflon® PTFE | Teflon® FEP | Teflon® PFA | Teflon® ETFE |
| Rezistenţă chimică şi la solvenţi | D543 | – | Excelent | Excelent | Excelent | Excelent |
| Capacitate de umezire, 24 h | D570 | % | <0,01 | <0,01 | <0,03 | <0,03 |
| Rezistenţă la apă sărată (1) – pe aluminiu – pe oţel | B-117 | Ore Ore | 744+ 192 | 744+ – | 1000 – | 1000 – |
| Rezistenţă la detergent de spălare vase (2) – aluminiu – aluminiu sablat – oţel sablat | – | Ore Ore Ore | 264 624 24 | 744 600 480 | – – – | – – – |
| Rezistenţă meteorologică | Condiţiile Florida excluse | Nr. de ani neschimbat | 20 | 20 | 10 | 15 |
| Observaţii: 1. Rezistenţă la apă sărată la 35°C, în soluţie de saramură de 5%, măsurat în ore până la străpungere (permeabilitate). 2. Rezistenţă la detergent de spălare vase măsurat în ore. | ||||||
| PROPRIETĂŢI ELECTRICE |
| Proprietate | Standard ASTM | U.m. | Teflon® PTFE | Teflon® FEP | Teflon® PFA | Teflon® ETFE |
| Constantă dielectrică | D150 | 1 MHz | 2,1 | 2,1 | 2,1 | 2,6 |
| Rigiditate dielectrică** | D149 | V/µm | 18 | 53 | 80 | 79 |
| Coeficient de disipaţie | D150 | 1 MHz | <0,0001 | 0,0006 | 0,0001 | 0,007 |
| Rezistenţă la arc | D495 | sec | >300 | 300 | >180 | 122 |
| Rezistenţă volumetrică | D257 | ohm·cm | >1018 | >1018 | >1018 | >1017 |
| Conductivitate superficială | D257 | ohm/sq | >1018 | >1016 | >1017 | >1015 |
| ** Intensitatea câmpului în material la o peliculă de 100 µm. | ||||||
| Coeficient de transmisie a vaporilor la un strat de grosimea de 25 microni Teflon® FEP, la ASTM E-96 (valori măsurate la un strat mai gros recalculate la 25 microni) | ||
Vapori | Temperatură, °C | g/100 inch 2 sau g/625 cm2 (24 Ore) |
| Acid acetic | 35° | 0,41 |
| Acetonă | 35° | 0,95 |
| Acetofenonă | 25° | 0,50 |
| Benzol | 35° | 0,64 |
| Tetraclorură de carbon | 35° | 0,31 |
| Acetat de etil | 35° | 0,76 |
| Hexan | 35° | 0,56 |
| Acid clorhidric, 20% | 25° | <0,01 |
| Piperidin | 25° | 0,04 |
| Acid azotic concentrat | 25° | 7,5-1,4 |
| Hidroxid de sodiu, 50% | 25° | <0,01 |
| Acid sulfuric, 98% | 25° | 0,00001 |
| Apă | 39,5° | 0,40 |
Observaţii:
Scopul publicării datelor de mai sus este să oferim asistenţă tehnică pentru clienţi, conform celor mai relevante cunoştinţe, pe baza experienţei dobândite şi potrivit stadiului actual al ştiinţei. Nu ne asumăm răspundere juridică pentru proprietăţile specificate şi pentru utilizabilitate în aplicaţii concrete. Pentru evitarea eventualelor efecte nedorite apărute în urma utilizării, recomandăm clienţilor să facă teste, analize proprii, noi le acordăm întreaga noastră asistenţă.