Politetrafluoroetileno

Representación de la molécula de Teflón.

Fórmula del polímero de Teflón.

El Teflón (PTFE) es un polímero similar al polietileno, en el que los átomos de hidrógeno han sido sustituidos por átomos flúor. La fórmula química del monómero, tetrafluoroeteno, es CF₂=CF₂. La fórmula del polímero se muestra en la figura.

Bajo el nombre de Teflon, también llamado teflón en algunas regiones, la multinacional DuPont comercializa este y otros cuatro polímeros de semejante estructura molecular y propiedades. Entre ellos están la resina PFA (perfluoroalcóxido) y el copolímero FEP (Propileno Etileno Flurionado), llamados Teflon-PFA y Teflon-FEP respectivamente. En la siguiente figura se muestra la fórmula del PFA (perfluoroalcóxido):

Fórmula del PFA (perfluoroalcóxido).

Tanto el PFA como el FEP comparten las propiedades características del PTFE, ofreciendo una mayor facilidad de manipulación en su aplicación industrial.

Propiedades

La virtud principal de este material es que es prácticamente inerte, no reacciona con otras sustancias químicas excepto en situaciones muy especiales. Esto se debe básicamente a la protección de los átomos de flúor sobre la cadena carbonada. Esta carencia de reactividad hace que su toxicidad sea prácticamente nula; además, tiene un muy bajo coeficiente de rozamiento. Otra cualidad característica es su impermeabilidad, manteniendo además sus cualidades en ambientes húmedos.

No obstante, un subproducto presente en el teflón, el ácido perfluorooctanoico, resulta, además de contaminante (no es biodegradable), potencialmente cancerígeno para el ser humano. Incluso, ha sido relacionado con la infertilidad, los trastornos inmunitarios y problemas de crecimiento prenatal.^[1]

Es también un gran aislante eléctrico y sumamente flexible, no se altera por la acción de la luz y es capaz de soportar temperaturas desde -270°C (3,15 K) hasta 270 °C (543,15 K), momento en que puede empezar a agrietarse y producir vapores tóxicos. Su cualidad más conocida es la antiadherencia.

Historia

El creador fue Roy J. Plunkett (1910-1994), nacido en Ohio, graduado y doctor en química. Fue contratado en 1936 (año de su doctorado) por la empresa DuPont, en la que permaneció toda su vida laboral. Fue en 1938, mientras trabajaba en el desarrollo de sustancias refrigerantes, cuando realizó el hallazgo. Plunket estaba buscando la manera de producir cantidades de tetrafluoroetileno (TFE) suficientes como para poder utilizarlas industrialmente. Tras construir una planta piloto y obtener las cantidades necesarias pasó a realizar distintas pruebas con el TFE obtenido. Colocaba el TFE en cilindros refrigerados con CO₂ sólido (nieve carbónica). Con la colaboración de su ayudante, Jack Rebok, estaba un día vaporizando el contenido de un cilindro de TFE que contenía unas dos libras de gas. Según se vaporizaba el gas pasaba por unos medidores de flujo y entraba en una cámara donde el TFE reaccionaba con otros productos químicos. Aquel día, poco después de comenzar el experimento, Jack Rebok avisó a Plunkett de que algo no funcionaba bien. El flujo de TFE se había detenido, pero el cilindro seguía conteniendo masa. Al desmontar la válvula y abrir el cilindro encontraron en su interior una sustancia blanca en forma de polvo. Parecía que el TFE se había polimerizado dando lugar a este polvo. Al caracterizarlo, Plunkett descubrió que era inerte a todos los disolventes, ácidos y bases disponibles. La DuPont se interesó por el descubrimiento de su científico e incluyó el PTFE dentro de su sección de polímeros. Hoy, la marca Teflon® es registrada por E.I. du Pont de Nemours and Company y conocida mundialmente.

Descubrimiento

Traducción libre al español de las notas del descubridor respecto al Polifluoretileno:^{[cita requerida]}

"Para la solución de uno de mis problemas, estaba interesado en la producción de tetrafluoroetileno (TFE o Freon 1114). Hasta entonces el TFE solo había sido sintetizado en pequeñas cantidades en estudios de laboratorio. Yo quería disponer de unas 100 libras de este material.

Después de unos cuantos experimentos de laboratorio, yo había diseñado una planta piloto para la producción de la cantidad de TFE deseada desde diclorotetrafluoroetano.

El TFE fue colocado en cilindros y guardado en una caja refrigerada con CO₂ sólido (nieve carbónica).

[para ] la investigación que estaba desarrollando necesitaba hacer reaccionar el TFE con otros reactivos químicos para producir nuevos compuestos.

Un día, con la ayuda de mi ayudante Jack Rebok estaba vaporizando TFE desde un pequeño cilindro que contenía aproximadamente 2 libras de TFE. El TFE gaseoso que emergía desde un cilindro situado en el plato de una balanza era pasado por uno medidores de flujo e introducido en la cámara de reacción donde el TFE reaccionaba con otros productos químicos.

Ese día en particular, poco después de que el experimento comenzara, mi ayudante me avisó de que el flujo de TFE se había detenido. Comprobé el peso del cilindro y me encontré con que contenía una gran cantidad de material de lo que yo creía que era TFE. Abrí la válvula completamente e hice pasar un alambre por la válvula de apertura, pero el gas no salía. Cuando sacudí el cilindro y me di cuenta de que material sólido dentro, quité la válvula y así pudo salir el polvo blanco del cilindro. Finalmente, con la ayuda de una sierra el cilindro fue abierto y salió una gran cantidad de polvo blanco.

Enseguida fue obvio para mí que el TFE había polimerizado y que el polvo blanco era un polímero de TFE.

Siguiendo este descubrimiento, inmediatamente inicié los pasos necesarios para caracterizar el polvo blanco y determinar la forma por la que pudo formarse.

En unas pocas semanas, las pruebas de laboratorio mostraron que el polímero era inerte a todos los disolventes, bases y ácidos disponibles.

Mientras me daba cuenta de que el PTFE (politetrafluoroetileno) era un material inusual, no sabía que hacer con él. Sin embargo fui afortunado por estar asociado con una compañía que tenía un gran interés en los polímeros y que mantenía varios científicos e ingenieros trabajando en el campo de la química de los polímeros.

Por tanto, pregunté a algunos de mis asociados en el Central Research Department [en Wilmington, Delaware] acerca de cómo caracterizar y estudiar el nuevo polímero. En seguida desarrollaron técnica de laboratorio para la fabricación y uso del PTFE.

Las evaluaciones técnicas y económicas sobre los costes de producción para el desarrollo de procesos de producción comercial y para los procedimientos de fabricación de productos útiles fueron tan desalentadores que fue difícil justificar el inicio del desarrollo."

Aplicaciones

Uno de los primeros usos que se dio a este material fue en el Proyecto Manhattan como recubrimiento de válvulas y como sellador en tubos que contenían hexafluoruro de uranio (material altamente reactivo).

El PTFE tiene múltiples aplicaciones, aunque no se le dio salida en un principio (no se empezó a vender hasta 1946). Algunas de ellas se citan a continuación:

• En revestimientos de aviones, cohetes y naves espaciales debido a las grandes diferencias de temperatura que es capaz de soportar.
• En la industria se emplea en elementos articulados, ya que su capacidad antifricción permite eliminar el uso de lubricantes como el Krytox.
• En medicina, aprovechando que no reacciona con sustancias o tejidos y es flexible y antiadherente se utiliza para prótesis, creación de tejidos artificiales y vasos sanguíneos, en incluso operaciones estéticas (body piercing).
• En electrónica, como revestimiento de cables o dieléctrico de condensadores por su gran capacidad aislante y resistencia a la temperatura. Los condensadores con dieléctrico de teflón se utilizan en equipos amplificadores de sonido de alta calidad. Son los que producen menores distorsiones de audiofrecuencias. Un poco menos eficientes, les siguen los de poliester metalizado (MKP).
• En utensilios de cocina, como sartenes y ollas por su capacidad de rozamiento baja, así son fáciles de limpiar y mantiene un grado menor de toxicidad.
• En pinturas y barnices.
• En estructuras y elementos sometidos a ambientes corrosivos, así como en mangueras y conductos por los que circulan productos químicos.
• Como recubrimiento de balas perforantes. El teflón no tiene efecto en la perforación del misil, sino que reduce el rozamiento con el interior del arma para disminuir su desgaste.

Notas

• 1. ↑ Cf. Melinda Wenner Moyer, «Teflón: tan útil como peligroso», Investigación y Ciencia, 409, octubre de 2010, pág. 7.

Enlaces externos

• Plasma Processes and Adhesive Bonding of Polytetrafluoroethylene (en inglés)