¿Existe algún producto químico que pueda destruir el PTFE o el teflón?

Question

Politetrafluoroetileno fue descubierto por accidente. Ahora es un material importante en la industria, principalmente por su altísima energía de enlace, que evita la corrosión, detiene la reacción y reduce la fricción (sí ¡enlaces carbono-flúor! )

Y la gente lo habría puesto definitivamente a prueba, haciendo que contenga algunas de las sustancias más viciosas y químicamente diabólicas jamás creadas. Hay toda una serie de elementos que puede contener que algunos químicos han llegado a decir que eran "malignos":

1. Difluoruro de dioxígeno
   Conocido como el gas de Lucifer , hay toda una lista de personas que volaron y murieron mientras intentaban trabajar con uno de sus componentes, el flúor. Enciende cosas a temperaturas que la mayoría de las cosas que respiramos estarían en forma líquida . Nadie conoce realmente su estructura atómica (obviamente).

2. Ácido fluoroantimónico
   Con un asombroso pH de -25, mastica cosas que ni siquiera creerías que pudieran estar corroídas; como cera o el vidrio. Incluso puede extraer el hidrógeno del metano

...Hay muchos otros demonios químicos que puede contener, pero este no es el punto. Dejemos que esto sea suficiente: Comparación de la resistencia química (Spoiler: El flúor es buena en esto de la corrosión).

Con este tipo de hiper-resistencia a casi cualquier cosa químicamente destructiva, ¿hay algo que pueda destruir el teflón sólo por medios químicos? Un producto químico que reacciona exotérmicamente para liberar calor, que funde el PTFE no cuenta. Ya se entiende.

Además, tengo mucha curiosidad por saber si hay algo más resistente que el teflón. El politetrafluoroetileno está formado por muchos enlaces carbono-flúor en serie. Sin embargo, carbono-flúor es el segundo después del enlace Si-F. ¿Existe un teflón "sobreactuado" hecho de enlaces silicio-flúor que sea aún más fuerte?

Ahora sé que algunos, pero muy pocos, disolventes pueden hacer una marca en el teflón; pero mi pregunta no ha sido respondida: ¿Hay sustancias más resistentes?

(Más fanfarronadas de teflón; toma ese agua regia)

Answer 1

Corrosion Resistant Products, Ltd., con la ayuda de Dupont, ha establecido esta fuente de información sobre lo que puede y no puede comer el teflón.

Aquí tienes una lista:

• Sodio y potasio metálicos: reducen y defluoran el PTFE, que se utiliza para grabarlo.
• Los polvos metálicos finamente divididos, como el aluminio y el magnesio, provocan la combustión del PTFE a altas temperaturas

Estas reacciones probablemente reducen el PTFE de manera que se inicia:

$$\ce{(CF2CF2)_{n} + 2Na -> (CF=CF)_{n} +2NaF}$$

• Los oxidantes más potentes del mundo como $\ce{F2}$ , $\ce{OF2}$ y $\ce{ClF3}$ puede oxidar el PTFE a temperaturas elevadas, probablemente por:

$$\ce{(CF2CF2)_{n} + 2nF2 -> 2nCF4}$$

Cosas similares pueden ocurrir en condiciones extremas (temperatura y presión) con:

• Boranes
• Ácido nítrico
• NaOH o KOH al 80%
• Cloruro de aluminio
• Amoníaco, algunas aminas y algunas iminas

Answer 2

Sólo para añadir un poco a la excelente respuesta de Ben...

• Varios agentes fluorizantes también reaccionan con el PTFE, $\ce{XeF2}$ y $\ce{CoF3}$ ser ejemplos
• Ben mencionó la reacción del magnesio metálico. Normalmente, los metales deben estar en contacto íntimo con la superficie de PTFE, por lo que los metales fundidos o disueltos en disolventes anhidros reaccionarán.

La reacción del magnesio es de especial interés porque sirve de base para la thermite bengala. Dispositivo pirotécnico utilizado habitualmente en las contramedidas que utilizan los aviones para evadir los misiles que buscan el calor. La reacción de los metales con el PTFE viene dada por la siguiente ecuación (creo que ésta es la descripción general para la reacción de los metales con el PTFE; sospecho de la reacción propuesta por Ben que implica la formación de poli-perfluoroacetileno).

$$\ce{2Mg + -(C2F4){-} → 2MgF2 + 2C}$$

La formación de $\ce{MgF2}$ es extremadamente exotérmico. El calor desprendido junto con el hollín de carbono proporciona un nuevo objetivo, mucho más caliente, para que el misil atacante se fije en él.

En cuanto a si hay algo más resistente, sospecho que es poco probable. El $\ce{C-F}$ es más corto (135 pm) que el $\ce{Si-F}$ (160 pm) y, por lo tanto, sirve mejor para encapsular y proteger la columna vertebral del carbono. Aunque hay otros polímeros que tienen mejores propiedades mecánicas o térmicas, no conozco ninguno que tenga mejor resistencia química. En Polímeros para aplicaciones electrónicas y fotónicas de 2013, el autor afirma que "el PTFE es el polímero más resistente químicamente conocido".

Answer 3

Soy consciente de que esta respuesta no describe un "producto químico que pueda destruir el PTFE". Sin embargo, dado que también se pregunta "¿hay algo que pueda destruir el teflón por medios exclusivamente químicos?", y para completar las demás respuestas, me gustaría añadir que el PTFE puede destruirse fácilmente mediante química de la radiación . (La radioquímica es el estudio de los efectos químicos de la radiación sobre la materia. No debe confundirse con la radioquímica, que es la química de los materiales radiactivos).

El PTFE es excepcionalmente sensible a la radiación. El PTFE experimenta daños significativos a niveles de exposición a la radiación más bajos que otros polímeros. En general, el PTFE se considera utilizable sin restricciones significativas sólo para dosis absorbidas de hasta $100\ \mathrm{Gy}$ .

Los efectos generales de la radiación sobre los polímeros son la formación de gas, la reticulación de las cadenas poliméricas y la escisión de las cadenas poliméricas. A diferencia de la mayoría de los demás polímeros, todos los átomos de hidrógeno del PTFE están sustituidos por átomos de flúor; por tanto, no se produce la eliminación de hidrógeno o fluoruro de hidrógeno ni la correspondiente formación de dobles enlaces. La eliminación de flúor debida a $\ce{C-F}$ es posible que se rompa el enlace; sin embargo, como $\ce{C-C}$ son claramente más débiles que $\ce{C-F}$ bonos, $\ce{C-C}$ predomina la ruptura de enlaces. Por lo tanto, el principal efecto de la radiación sobre el PTFE es la escisión de la cadena polimérica (ruptura de la gran molécula de polímero en partes más pequeñas). Debido a la ausencia de electrones π, los estados excitados no están especialmente estabilizados, lo que da lugar a altos rendimientos químicos de la radiación. Debido a la ausencia de enlaces insaturados, a la ausencia de grupos funcionales fácilmente eliminables y a la inercia química general, el PTFE no puede ser reticulado como un elastómero. Por lo tanto, la escisión de la cadena polimérica no se compensa con la formación de nuevos enlaces. Con el avance de la escisión de la cadena, el peso molar del polímero se reduce drásticamente desde un valor inicial de aproximadamente $6\times10^6\ \mathrm{g\ mol^{-1}}$ . Se divide por $4$ después de $250\ \mathrm{Gy}$ exposición y por cerca de $20$ para una dosis de $1000\ \mathrm{Gy}$ .*

El efecto de la reducción del peso molecular se produce principalmente en las propiedades mecánicas. La resistencia a la tracción se reduce en $25\ \%$ después de $500\ \mathrm{Gy}$ exposición y por $50\ \%$ para una dosis de aproximadamente $900\ \mathrm{Gy}$ . Para dosis superiores a $1500\ \mathrm{Gy}$ En el caso de que se produzca un fallo inminente del material, hay que suponer que se trata de un comportamiento frágil con una propagación inestable de la grieta.

Si es posible, los componentes de PTFE deben evitarse en entornos de alta radiación (centrales nucleares, instalaciones del ciclo del combustible nuclear, instalaciones de irradiación o aceleradores de partículas).

* Fayolle, B.; Audouin, L.; Verdu, J.: Radiation induced embrittlement of PTFE. En: Polímero 44 (2003) 2773-2780.

Answer 4

Una superficie de PTFE puede ser alterada químicamente para su unión a otros materiales mediante electrones solvatados en amoníaco líquido (dejando el PTFE grueso intacto). Clásicamente se han utilizado metales alcalinos para ello, pero se obtiene una reacción más controlada a partir de una solución de magnesio generada electrolíticamente [ Ref. 1 ]. Del resumen:

Las soluciones de electrones solvatados en presencia de magnesio ofrecen muchas ventajas para el tratamiento superficial del PTFE en comparación con las soluciones clásicas de electrones solvatados en presencia de álcalis: el polímero permanece blanco en lugar de negro, su superficie no se destruye y presenta un carácter hidrofílico controlado.

Referencia

1. K. Brace, C. Combellas, M. Delamar, A. Fritsch, F. Kanoufi, M. E. R. Shanahan y A. Thiébault, "A new reagent for surface treatment of polytetrafluoroethylene", Chem. Commun. , 1996 , 403-404.

Answer 5

Se han descompuesto poliflorinas similares mediante la molienda de PTFE con hidróxido de potasio seco. Hay un interesante artículo de Zhang et al. [ 1 ] que es realmente informativo y me hace pensar que el PTFE respondería de forma similar. Todo se descompone en los elementos minerales sin que se formen desagradables intermedios. La energía y la presión de las bolas de acero que aplastan el KOH en las poliflorinas hace que las reacciones se produzcan sin necesidad de una fase acuosa. Podría ser la respuesta para reducir el impacto de los residuos de PTFE en el medio ambiente.

Referencias

1. Zhang, K.; Huang, J.; Yu, G.; Zhang, Q.; Deng, S.; Wang, B. Destrucción del sulfonato de perfluorooctano (PFOS) y del ácido perfluorooctanoico (PFOA) por molienda de bolas. Medio ambiente. Sci. Technol. 2013 , 47 (12), 6471-6477. https://doi.org/10/gf5w4f .