I perfluoropolieteri (PFPE) sono polimeri sintetici derivanti dalla fluoroalchilazione delle olefine prodotti inizialmente dalla Dupont e dalla Montedison e sintetizzati per la United States Air Force che richiedeva un lubrificante liquido che non reagisse con l’ossigeno.
I perfluoropolieteri hanno generalmente un peso molecolare medio compreso tra 500 e 16000 e sono una classe di lubrificanti liquidi in uso per oltre 25 anni in molte applicazioni su veicoli spaziali realizzati dalla polimerizzazione di monomeri perfluorurati costituiti da carbonio, ossigeno e fluoro.
Il legame C–O fornisce flessibilità e stabilità termica mentre il legame C–F mostra una resistenza chimica superiore e una bassa energia superficiale, con conseguente riduzione dell’attrito e migliore lubrificazione. I legami C–C costituiscono lo scheletro dei polimeri garantendo l’integrità strutturale.
I perfluoropolieteri sono specie polimeriche contenenti ripetizioni di unità di etere metilico, etere etilico o isopropilico perfluorurato e possono avere una varietà di gruppi terminali specifici a seconda dell’applicazione a cui sono destinati.
Sintesi dei perfluoropolieteri
I due principali metodi di sintesi del perfluoropolietere sono la polimerizzazione fotocatalitica e la polimerizzazione catalitica anionica. Nella polimerizzazione fotocatalitica i monomeri di partenza sono il tetrafluoroetilene o esafluoropropilene che reagiscono con l’ossigeno sotto l’azione di luce ultravioletta a bassa temperatura.
Tuttavia, nel prodotto della reazione oltre al gruppo terminale del fluoruro acilico, sono presenti gruppi perossido instabili, che vengono eliminati mediante riscaldamento o illuminazione, e quindi stabilizzati dal fluoro elementare.
Nella polimerizzazione anionica catalitica il monomero di partenza è l’ossido di perfluoropropilene come e lo ione fluoruro come catalizzatore in solvente non protico. Si ottiene un oligomero di ossido di perfluoropropilene contenente un gruppo terminale di fluoruro acilico e il perfluoropolietere può essere ottenuto mediante stabilizzazione del gruppo terminale di fluoruro acilico.
Tipi di perfluoropolieteri
A seconda dei diversi monomeri utilizzati e del metodo di polimerizzazione usati per la loro sintesi si possono ottenere perfluoropolieteri con differenti strutture molecolari che sono classificate rispettivamente con le lettere K, Y, Z e D.
La struttura di tipo K ha formula CF3CF2CF2O[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)COF. Tale struttura si riferisce a una serie di polimeri ramificati formati dalla polimerizzazione del 2,2,3-trifluoro-3-(trifluorometil)ossirano noto come ossido di esafluoropropilene (HFPO) catalizzata dal fluoruro di cesio.
I perfluoropolieteri con struttura di tipo Y hanno peso molecolare generalmente compreso tra 1000 e 10000 e formula CF3O (C3F6O) x (CF2O)yCF3 e sono polimeri formati dalla fotoossidazione del perfluoropropene (HFP)noto come esafluoropropene sotto luce ultravioletta.
La struttura di tipo Z ha formula CF3(C2F4O)m (CF2O)n CF3. Tali polimeri sono lineari con peso molecolare generalmente compreso tra 1000 e 100000 formati dalla fotoossidazione del tetrafluoroetilene (TFE) sotto l’azione della luce ultravioletta.
La struttura di tipo D ha formula C3F7O(CF2CF2CF2O)mC2F5 e sono ottenuti per fluorurazione diretta del prodotto polimerico del butano tetrafluoroossieterociclico. Hanno una struttura non schermante e la loro stabilità è scarsa rispetto alle altre strutture.
Possono essere utilizzati nella forma originale o essere formulati in grassi per applicazioni specifiche nelle industrie chimiche ed elettroniche, cosmetici, macchinari, aerospaziali e nucleari che richiedono elevate prestazioni lubrificanti.
Proprietà
I perfluoropolieteri sono incolori, insapori, non velenosi, ipoallergenici e hanno eccellenti proprietà di manipolazione, elevata stabilità chimica, viscosità inferiore e sono in grado di formare film. Inoltre, per il loro utilizzo quali lubrificanti liquidi, devono possedere determinate caratteristiche fisiche e proprietà chimiche.
Tra le proprietà peculiari dei perfluoropolieteri vi è una bassa tensione di vapore, una bassa tendenza allo scorrimento viscoso, indice di viscosità elevato, trasparenza ottica, resistenza alla corrosione e resistenza alle radiazioni e all’ossigeno atomico.
Sotto forma di oli o grassi sono sicuri da usare in varie applicazioni, dove la resistenza al fuoco è un requisito indispensabile. Grazie alla loro inerzia chimica e resistenza alle radiazioni sono utilizzati quali lubrificanti liquidi negli impianti chimici e nucleari.
l perfluoropolieteri hanno un ruolo importante nelle applicazioni energetiche a causa delle sue caratteristiche di superidrofobicità, non cristallinità, non infiammabilità, bassa tossicità e permeabilità ai gas.