Conheça os fluoropolímeros – a classe do Teflon

Quem nunca ouviu falar sobre as incríveis propriedades do Teflon? Talvez a mais conhecida seja sua antiaderência, motivo pelo o qual o teflon é utilizado em utensílios domésticos. No entanto, há muito mais a ser descoberto sobre esse material e sobre a classe especial de polímeros do qual faz parte: os fluoropolímeros. Esta classe é conhecida por possuir as propriedades mais extremas do grupo dos polímeros, e é sobre isso que falaremos nos próximos parágrafos.

Os fluoropolímeros são polímeros fluorados, isto é, que contêm átomos de flúor em sua estrutura. Eles podem ser parcialmente fluorados, aqueles que contêm não somente átomos de flúor ligados aos carbonos da cadeia principal, mas também átomos de hidrogênio ou cloro, ou então perfluorados, os quais contêm apenas átomos de flúor ligados aos carbonos mencionados. Por causa desses diferentes graus de substituição por flúor, as duas classes de fluoropolímeros apresentam propriedades e características de processamento distintas. Polímeros parcialmente fluorados, por exemplo, possuem dureza mais elevada. Enquanto isso, os perfluorados têm excelentes estabilidade térmica e inércia química: são estáveis em quase todos os ambientes químicos, insolúveis em quase todos os reagentes e também são resistentes a processos de envelhecimento.

Por que essa diferença se os polímeros são parecidos em termos de estrutura química? Porque a excelente resistência térmica e química dos polímeros perfluorados resulta justamente da estabilidade das ligações C-F e C-C, as quais apresentam energias de ligação elevadas (552 kJ/mol e 607 kJ/mol, respectivamente). Além disso, a estabilidade é amplificada pelo efeito de blindagem causado pelo flúor, isto é, o empacotamento excelente destes átomos em torno da cadeia principal do polímero, possível devido a suas pequenas dimensões. Assim, normalmente a presença de outros átomos, tais como H e Cl, irá prejudicar o efeito de blindagem e ainda formar uma ligação de menor energia com o carbono, prejudicando as propriedades mencionadas. A figura abaixo comprova essas informações:

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Resistência química de fluoropolímeros a diversas substâncias. Adaptado de EBNESAJJAD, 2002.

Obs: PTFE (teflon) e PFA são polímeros perfluorados, enquanto ECTFE e PVDF (inércia química inferior) são parcialmente fluorados.

Apesar de essas propriedades já serem suficientes para garantir aos fluoropolímeros um lugar de destaque, esses materiais possuem ainda outras características importantes: baixa inflamabilidade, tenacidade e flexibilidade a baixas temperaturas, elevada rigidez dielétrica, baixa constante dielétrica, excelente biocompatibilidade, baixa energia de superfície e baixa absorção de umidade. Além disso, a maioria dos fluoropolímeros é pouco aderente, devido a sua abundância de pares de elétrons não ligantes e conferem normalmente baixo coeficiente de atrito a um sistema, no caso do teflon sendo comparado inclusive ao coeficiente de atrito existente entre duas superfícies de gelo úmido.

Sabendo de tudo isso, por que não vemos tantos fluoropolímeros em nosso dia-a-dia?

Porque de fato a produção total de fluoropolímeros é pequena em relação a outras classes de polímeros sintéticos, já que possuem custo superior. Assim, esses materiais são utilizados principalmente em aplicações mais específicas, quando os outros polímeros não conseguem atender à demanda. Setores industriais onde há maior aplicação desses materiais são manufatura de componentes elétricos para temperaturas elevadas e indústrias química, de semicondutores e automobilística. Com isso, a indústria de fluoropolímeros tem apresentado um crescimento contínuo, utilizando como principal força motriz a percepção pública de que utilizar matérias primas de elevado desempenho, ainda que possuam um custo elevado, resulta em grandes vantagens econômicas a longo prazo.

Fontes:

EBNESAJJAD, S. Introduction to Fluoropolymers.

BILLMEYER, F. W. Textbook of polymer science. 3rd. ed. New York: J. Wiley, c1984. 578p.

EBNESAJJAD, S. Fluoroplastics, Volume 2: Melt Processible Fluoroplastics: The Definitive User’s Guide. Norwich: William Andrew, 2002. 596p.

CHAMBERS, Richard D.Fluorine in organic chemistry. CRC Press, 2004.

SAUNDERS, K. J.Organic polymer chemistry:an introduction to the organic chemistry of adhesives, fibres, paints, plastics and rubbers. 2nd ed. London: Chapman and Hall, c1988. 502p.

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Você realmente conhece o Teflon?

No final dos anos 30 foi inventado pelo americano Roy J. Plunkett o politetrafluoretileno (PTFE), mais conhecido como Teflon e registrado pela companhia DuPont. Por mais que nós conheçamos ele geralmente por sua função antiaderente nas nossas panelas, a sua primeira aplicação foi bem diferente: A indústria bélica.
Durante a Segunda Guerra Mundial designers procuravam um material que fosse resistente aos componentes corrosivos das bombas e para essa aplicação eles utilizaram o PTFE. Apenas em 1954 dois engenheiros franceses descobriram que panelas revestidas desse material faziam com que a comida não grudasse nelas. Hoje, o Teflon possui inúmeras aplicações, como por exemplo na odontologia na área de regeneração óssea e tecidual e na medicina em forma de próteses. Além disso, pode ser utilizado para a fabricação de eletrodos e para a impermeabilização de tecidos.
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Para entender como esse material possui a propriedade antiaderente, temos que olhar primeiramente a sua estrutura química. O monômero do polímero, representado na figura abaixo, nos mostra que ao longo de todas as cadeias do PTFE existem apenas átomos de carbono e flúor.
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A forte ligação entre esses dois átomos pode ser explicada pela alta eletronegatividade do flúor.
Mas o que é eletronegatividade mesmo? Quando um átomo é muito eletronegativo há uma grande atração de elétrons por seu núcleo.
Através da tabela periódica abaixo, vemos que o flúor é o elemento mais eletronegativo. Por essa razão, as forças elétricas envolvidas nas moléculas, conhecidas como forças de Van der Waals, fazem com que os compostos contendo flúor repilam quaisquer átomos que se aproximem.
Por isso, é um material com grande estabilidade química em baixas temperaturas e que possui um dos menores coeficientes de atrito.
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Uma das grandes discussões hoje em questão é a toxicidade ou não do material. Sabemos que a pirólise do Teflon começa por volta de 220°C, porém cientistas acreditam que só fará mal à saúde se a temperatura em que o produto é exposto for maior do que 250°C. A pirólise gera alguns gases tóxicos como produtos da reação, alguns deles estão nessa lista. Esses podem ter diversos efeitos nos seres humanos e nos outros animais e podem até mesmo parecer com sintomas semelhantes aos do vírus da gripe.
Para termos uma noção, a carne é frita entre 200-232ºC e o ponto de fumo da maioria dos óleos é antes de 260°C. Por isso, é muito importante sabermos quais materiais podemos e não podemos usar em certas situações do nosso dia.
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