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Fluoropolimeri

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Fluoropolimeri
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I fluoropolimeri sono una classe di polimeri anfifilici che presentano, nella loro struttura, atomi di fluoro.[1] Si tratta di omopolimeri o copolimeri in cui tutti o parte degli atomi di idrogeno sono sostituiti da fluoro (perfluoropolimeri) o da una miscela di fluoro e cloro (polimeri parzialmente fluorurati).[2]

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Struttura dell'ETFE
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Struttura del nafion
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Struttura del polivinilfluoruro

Storia

Lo sviluppo dei fluoropolimeri e la loro industrializzazione sono stati resi possibili dalla scoperta accidentale del PTFE da parte di Plunkett nel 1938 durante le ricerche sui refrigeranti.[2] Mentre stava lavorando con il gas tetrafluoroetilene, scoprì che non c’era più pressione nel cilindro precedentemente pressurizzato, ma vi era una massa solida bianca, identica al gas di tetrafluoroetilene. Dopo numerose valutazioni, fu confermato che il materiale era resistente alle alte temperature e alla corrosione provocata da acidi, solventi e basi, rispetto ad altri materiali plastici.[3]

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Caratteristiche strutturali e fisiche

Lo ione fluoro, fortemente elettronegativo, rende il legame carbonio–fluoro molto forte e stabile. Possiedono proprietà simili ai fluorocarburi; cioè, sono meno soggetti alle forze di van der Waals rispetto agli idrocarburi. I fluoropolimeri possono essere classificati come termoplastici o termoindurenti.[4] Mostrano un basso attrito e sono ottimi isolanti termici. Alcuni di questi materiali, con l’aggiunta di specifici additivi, inclusi quelli lavorabili a caldo, mostrano anche un’eccellente resistenza all’usura.[5]

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Sintesi

Storicamente, i fluoropolimeri venivano prodotti utilizzando due tipi di acidi: l’acido perfluorottansolfonico e l’acido perfluorottanoico. Tuttavia, questi materiali sono persistenti nell’ambiente e provocano effetti negativi sul corpo umano. Attualmente, le aziende hanno sostituito queste sostanze chimiche con alternative in grado di svolgere la stessa funzione senza causare problemi alla salute o all’ambiente.[3]

Reattività e caratteristiche chimiche

Riepilogo
Prospettiva

I fluoropolimeri sono chimicamente inerti e rimangono tali anche nella maggior parte delle condizioni biologiche,[2] questi polimeri sono infatti molto resistenti a acidi, basi, solventi, alla corrosione e alle alte temperature.[3] La maggior parte dei fluoropolimeri presenta un ampio intervallo di temperatura: alcuni possono raggiungere temperature criogeniche, mentre i limiti superiori possono variare da 150 °C a 260 °C.[5]

Generalmente mostrano una maggiore affinità verso le molecole polarizzabili rispetto a quelle non polarizzabili. La rete interpenetrante del fluoropolimero contiene doppi legami e pendenti, responsabili della maggiore interazione con le molecole di gas. L’effetto induttivo porta alla formazione di interazioni dipolari indotte, che conferiscono al fluoropolimero caratteristiche di assorbimento e desorbimento che li rendono altamente selettivi nei confronti delle piccole molecole di gas. Presentano inoltre un ridotto adsorbimento dell’acqua.[2]

I fluoropolimeri sono soggetti ad aggregazione in soluzioni acquose, il che consente la co-assemblaggio di fluoropolimeri e proteine cargo in complessi stabili.[1]

Composti

Sebbene teoricamente siano possibili diverse combinazioni, solo i fluoropolimeri derivati da etilene e propilene sono riconosciuti commercialmente come polimeri fluorocarbonici. Sono disponibili anche silicati, acrilati, immidi, carbammati fluorurati, ecc.[2]

  • policlorotrifluoroetilene (PCTFE)
  • ECTFE
  • Nafion
  • PTFE
  • polivinilfluoruro (PVF)
  • polivinildenfluoruro (PVDF)
  • etilene propilene fuorurato (FEP)
  • perfluoropoelitere (PFPE)
  • PFAS
  • etilene tetrafluoroetilene (ETFE)
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Biochimica

L’idrofobicità intrinseca delle catene laterali fluorurate migliora l’affinità di legame tra il polimero e la membrana cellulare, offrendo un’eccellente capacità di trasporto attraverso le stesse. Inoltre, impedisce la fusione con i fosfolipidi durante l’endocitosi o la traslocazione diretta attraverso la membrana. Sono in grado di trasportare proteine cargo sia caricate negativamente che positivamente in diverse cellule.[1]

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Applicazioni

I fluoropolimeri sono disponibili in diverse forme, come film, dispersioni, granulati, materiali lavorabili a caldo e paste.[3] Grazie alle eccellenti caratteristiche fisiche e chimiche, i fluoropolimeri hanno trovato applicazione in numerosi settori come quello medico, elettrico/elettronico, chimico, spaziale, alimentare, edilizio, automobilistico e petrolchimico, tra ciui:

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Note

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