Aplicações Práticas da Fluoretação Direta em Polímeros

Resumo:-

A Fluoretação direta aumenta as propriedades de interesse comercial nos artigos em polímeros. As aplicações importantes são membranas de separação e purificação de gases, propriedade de barreira, aumento de adesão e molhabilidade, resistência à fricção etc.

 

Introdução:-

 

Fluoretação direta é um método conhecido para modificação de superfície de polímeros. A espessura da camada modificada do polímero pode ser controlada e variar aproximadamente entre 0,01 a 10 micra. Esta tecnologia é conhecida/chamada de “seca” ( pois somente gases são utilizados ) e os artigos em polímero com quaisquer formato podem ser modificados (superfície). O processo pode ocorrer a temperatura ambiente ou acima e não há necessidade de iniciadores ou catalisadores. A principal vantagem da fluoretação direta é que apenas uma camada delgada superficial do polímero é modificada e, portanto as propriedades da massa do polímero praticamente não se modificam. Existem diferentes maneiras de aplicar flúor em materiais poliméricos para modificar suas propriedades.

  1. Fluoretação direta é o tratamento de materiais poliméricos com flúor molecular ou flúor misturado a um gás inerte, por exemplo, nitrogênio, hélio, argônio etc. Neste caso de forma simplificada os átomos de hidrogênio da cadeia polimérica são substituídos pelos átomos de flúor, duplas ligações e ligações conjugadas são saturadas pelo flúor. Há a formação de ligações cruzadas C – C e destruição de ligações C – C. O grau de transformação química é muito tênue a camada superior (0, 001 – 0,01 micra) depende da quantidade de flúor aplicada e o tempo de duração do tratamento.
  2. Oxifluoretação é o tratamento de materiais poliméricos com flúor molecular na presença de oxigênio. Neste caso podemos inserir na estrutura do polímero =C=O, F-C=O e OH-C=O.
  3. A oxifluoretação acompanha formação de polímero de enxerto (graft polimerization). É conhecido que polímeros tratados com misturas de flúor/oxigênio em quantidade controladas há a formação de radicais peroxi RO2’. Modificações adicionais no polímero podem ser obtidas por polímero de enxerto com monômeros que apresentam dupla ligação , por exemplo, tetrafluoretileno, acido acrílico metil metacrilato e acrilonitrila. Este método de polímero de enxerto é de grande interesse, pois pode variar as propriedades da superfície de forma significativa, por exemplo, de hidrofóbica para hidrofílica. Além disso o polímero modificado por enxerto por oxifluoretação pode ser fluoretado novamente.

 

O procedimento de fluoretação direta possui algumas modificações mas segue em geral:

  1. Fluoretação sob condições estáticas. O material polimérico é colocado em uma câmara de vácuo (reator). Em seguida é feito o vácuo ( alto vácuo não é necessário, o ar residual pode estar por volta de 0,1 a 1,0 Torr ) então a câmara é preenchido por gás flúor ou gás flúor e suas misturas. É determinado um tempo de tratamento e após este período é feita a evacuação dos gases reacionais.
  2. Fluoretação em fluxo. O material polimérico é colocado em uma câmara ( isolado do meio ambiente ) e um fluxo de gás flúor ou gás flúor e suas misturas é aplicado à pressão atmosférica ou a um valor um pouco abaixo para permitir que haja fluxo através da câmara.
  3. Fluoretação durante a fabricação. O tratamento de embalagens processadas pelo método de sopro; quando a temperatura do polímero está acima da temperatura ambiente ( temperatura do parison ) é soprado gás flúor   (0,1 a 1,0%) misturado com gás inerte preferencialmente nitrogênio; onde a fluoretação ocorre em velocidade elevada.

A fluoretação direta pode ser usada para aumentar as propriedades de produtos poliméricos, segue abaixo as possíveis aplicações com interesse comercial:

Propriedade de Barreira - Atualmente a propriedade de aumento da barreira das embalagens poliméricas é de grande interesse comercial. A fluoretação direta cria uma barreira que evita a permeação de hidrocarbonetos através das paredes da embalagem. Diversas razões são explicadas para produção deste efeito. Primeiramente a fluoretação direta resulta em um aumento significativo na densidade superficial do polímero; ocorre também a diminuição do volume livre superficial onde a permeabilidade do polímero diminui sensivelmente. Ainda a fluoretação direta resulta em ocorrências de ligações cruzadas no polímero o efeito de inchamento e plastificação do polímero sob a ação de hidrocarbonetos fica suprimida então os valores de permeação diminuem muito. Finalmente a energia superficial da superfície polimérica tratado com flúor em muitos casos é aumentada e líquidos orgânicos de baixa polaridade diminuem a permeabilidade pelas paredes fluoretadas.