Seguimiento de la historia de los materiales poliméricos:Parte 10

Roy Plunkett, el hombre al que se le atribuye el descubrimiento del PTFE, era un químico contratado por DuPont casi inmediatamente después de recibir su doctorado en Ohio State. Había realizado su trabajo de pregrado en Manchester College, donde durante al menos parte del tiempo su compañero de habitación fue Paul Flory. Flory, como recordará, ayudó a Wallace Carothers a comprender la reacción química asociada con la polimerización de materiales de nailon y realizó una investigación fundamental innovadora en polímeros por la que recibió el Premio Nobel de Química de 1974.

Mientras Flory exploraba materiales a un nivel teórico, Plunkett dedicó toda su carrera al mundo de los esfuerzos prácticos en DuPont. Su primer proyecto fue una investigación de nuevas químicas para refrigerantes. Estos tomaron la forma de fluorocarbonos clorados, los mismos CFC que desde entonces se han convertido en el símbolo de los impactos ambientales negativos. Es fácil olvidar que antes de la llegada de los CFC, los refrigerantes se basaban en sustancias químicas como el amoníaco y el dióxido de azufre, que frecuentemente envenenaban a los trabajadores de la industria alimentaria, así como a las personas afortunadas de tener refrigeración en sus hogares.

Plunkett había sintetizado alrededor de 100 libras de tetrafluoroetileno y había almacenado el gas en pequeños cilindros a temperaturas muy bajas en preparación para la cloración para fabricar los nuevos refrigerantes. Un día, mientras preparaba uno de los cilindros, el asistente de Plunkett, Jack Rebok, descubrió que cuando abría la válvula del cilindro no salía gas. Sin embargo, el cilindro tenía el mismo peso que un cilindro lleno de gas. Cuando Plunkett y Rebok desenroscaron la válvula del cilindro, encontraron una pequeña cantidad de una sustancia blanca y cerosa con algunas propiedades notables. El material presentaba un punto de fusión muy alto, era químicamente inerte y tenía un coeficiente de fricción extremadamente bajo. Al abrir el cilindro, se obtuvo una mayor cantidad de la nueva sustancia. El análisis mostró que bajo presión, el tetrafluoroetileno se había polimerizado a PTFE.

Plunkett nunca tuvo la oportunidad de desarrollar PTFE en el producto comercial que finalmente se convirtió en teflón (esta familia de fluoropolímeros se escindió de DuPont en 2013 en Chemours Company). La comercialización se retrasó hasta 1945 debido al alto costo de fabricación del polímero. y el hecho de que su combinación de propiedades lo convirtió en un material esencial para los esfuerzos militares de la Segunda Guerra Mundial. Específicamente, el PTFE resolvió un problema acuciante asociado con la purificación de uranio fisionable. El proceso de conversión de uranio implica la producción de hexafluoruro de uranio (UF ₆ ), que es muy corrosivo y presentaba importantes problemas de manipulación en Los Alamos y en los Laboratorios Nacionales Oak Ridge, donde se estaba trabajando en el enriquecimiento de uranio como parte del desarrollo de las primeras armas atómicas. PTFE tenía la resistencia química necesaria para prevenir la corrosión por el UF ₆ .

Las patentes se presentaron para PTFE en 1941. En ese momento, Plunkett había sido ascendido a una división diferente de DuPont que producía el aditivo de gasolina tetraetil plomo. Esto ilustra una relación interesante entre DuPont y General Motors durante este período de tiempo y produjo una intersección interesante entre la carrera de Plunkett y la del químico Thomas Midgely.

Midgely era un químico que comenzó a trabajar en General Motors en 1916 y en 1921 hizo el descubrimiento de que la adición de tetraetilo de plomo a la gasolina evitaba los golpes en los motores de combustión interna. En 1923, GM creó General Motors Chemical Company para supervisar la producción de tetraetilo de plomo por DuPont. A finales de la década de 1920, Frigidaire era una división de General Motors. La división de investigación de GM vio la necesidad de desarrollar un refrigerante que fuera una alternativa no inflamable y no tóxica a los tradicionales, como el amoníaco, el dióxido de azufre y el propano.

Identificaron los haluros de alquilo como los materiales ideales ya que estos compuestos eran volátiles y químicamente inertes. Midgely formó parte del equipo que sintetizó el primer CFC, diclorodifluorometano, ahora conocido como Freón 12. Fue este compuesto el que Plunkett estaba en proceso de producir cuando descubrió el PTFE. Su participación en CFC continuaría cuando fue asignado a dirigir la producción de Freon en DuPont más adelante en su carrera.

El descubrimiento del PTFE eventualmente condujo a la creación de una gama de fluoropolímeros procesables por fusión que permiten el moldeo por inyección complejo, así como el moldeo por extrusión y soplado. (Foto:Performance Plastics Ltd.)

El PTFE proporcionó la plataforma para el desarrollo de una amplia variedad de fluoropolímeros que son más manejables que el PTFE puro y generalmente pueden procesarse por fusión. Algunos de estos materiales, como el etileno propileno fluorado (FEP) y el perfluoro alcoxi (PFA), se moldean en condiciones muy exigentes. Los copolímeros con menor contenido de flúor, como el etileno-tetrafluoroetileno (ETFE) y el etileno-clorotrifluoroetileno (ECTFE) se pueden ejecutar a temperaturas algo más bajas, y el fluoruro de polivinilideno (PVDF) se puede moldear a temperaturas relativamente suaves debido a su punto de fusión de aproximadamente 160 C (320 F).

Algunos de estos materiales son elastómeros, mientras que otros son materiales semirrígidos relativamente blandos que a menudo están rellenos de mineral o carbono. Todos estos materiales se benefician en diversos grados de la presencia del flúor, que aporta resistencia química, resistencia a la combustión y bajo coeficiente de fricción. Muchos de estos materiales también proporcionan excelentes propiedades de aislamiento eléctrico y se utilizan ampliamente en aplicaciones eléctricas y electrónicas. El PTFE también encuentra uso como relleno en muchos otros polímeros para impartir un coeficiente de fricción más bajo y propiedades de desgaste mejoradas.

La propiedad por la que el PTFE es más conocido, su carácter antiadherente, no se explotó comercialmente hasta mediados de la década de 1950, cuando se aplicó por primera vez a los utensilios de cocina metálicos. Hasta el día de hoy, el PTFE es el único material conocido al que los pies de un gecko no pueden adherirse y es objeto de más patentes que cualquier otro producto que DuPont haya desarrollado. Si bien Plunkett nunca participó en la comercialización del polímero, su nombre figura en la mayoría de estas patentes y sigue siendo la persona más conocida asociada con PTFE.

Continuó recibiendo el reconocimiento por su descubrimiento fortuito durante muchos años. Dado lo que sabemos hoy, es posible que la historia no vea favorablemente su participación posterior con gasolina con plomo y refrigerantes CFC, pero es innegable que la creación de PTFE y sus polímeros derivados ha tenido un impacto beneficioso significativo en el estado de nuestras tecnologías modernas.

En nuestra próxima entrega, centraremos nuestra atención en el desarrollo continuo de la familia de termoplásticos de ingeniería con una discusión sobre otro material muy influyente, el policarbonato.

SOBRE EL AUTOR:Michael Sepe es un consultor independiente de procesamiento y materiales con sede en Sedona, Arizona, con clientes en América del Norte, Europa y Asia. Tiene más de 45 años de experiencia en la industria del plástico y ayuda a los clientes con la selección de materiales, el diseño para la fabricación, la optimización de procesos, la resolución de problemas y el análisis de fallas. Contacto:(928) 203-0408 •[email protected]