El politetrafluoroetilè, o PTFE, és un material molt comú que s'utilitza àmpliament en gairebé totes les principals indústries. Aquest fluoropolímer ultralubricós i multiús entra en contacte amb tothom, des de les indústries aeroespacial i automobilística (com a coberta aïllant en cablejat) fins al manteniment d'instruments musicals (es troba a l'oli de vàlvules d'instruments de llautó i de vent de fusta per al seu ús en les seves parts mòbils). Probablement el seu ús més famós és com a superfície antiadherent en olles i paelles. El PTFE es pot formar en peces emmotllades; utilitzar com a juntes de canonades flexibles, cossos de vàlvules, aïllants elèctrics, coixinets i engranatges; i extrudir com a tubs.
L'extrema resistència química i inertícia química, així com les propietats lleugeres però resistents del PTFE, el fan molt avantatjós en la fabricació i l'ús de dispositius mèdics. A causa del seu coeficient de fricció extraordinàriament baix (que és una manera matemàtica de dir que la superfície és notablement relliscosa),tub de PTFEes pot utilitzar per transferir productes químics agressius o eines mèdiques la puresa de les quals cal mantenir i que necessiten un pas segur al cos durant la cirurgia. El tub de PTFE és tan lubricós, resistent i prim que és perfecte per a un catèter guia ID (diàmetre interior) on eines com stents, globus, dispositius d'aterectomia o angioplàstia han de lliscar lliurement sense l'amenaça d'enganxalls o obstruccions. Com que res s'enganxa a aquest material, també pot interferir amb la capacitat dels bacteris i altres agents infecciosos per adherir-se al tub i causar infeccions adquirides a l'hospital.
Tots aquests increïbles atributs del PTFE fan que gairebé sempre estigui unit a alguna altra cosa. Si s'utilitza com a recobriment, com a junta de segellat o com a tub amb jaquetes de Pebax i ferrules connectives de plàstic, és molt probable que s'hagi d'adherir a un altre material. Potser heu notat el que ja hem dit: res s'enganxa al PTFE. Les propietats que fan que aquest material sigui tan atractiu per a les empreses de dispositius mèdics també tendeixen a crear reptes de fabricació durant el desenvolupament i la producció del producte. Aconseguir que els recobriments, els elastòmers i altres components del dispositiu s'adhereixin al PTFE és increïblement difícil i requereix controls de procés estrictes.
Aleshores, com fan els fabricants que aquest material no enllaçable, àmpliament utilitzat, sigui enllaçable? I com saben que ha estat tractat o preparat correctament i que està realment llest per unir o recobrir?
La importància del gravat químic del PTFE
Per explicar per què cal el gravat químic, cal entendre què causa la manca d'unió del PTFE. El PTFE està format per enllaços químics molt estables, cosa que dificulta que s'uneixi a qualsevol altra cosa, fins i tot breument.
Com que el PTFE és químicament inert, és a dir, la superfície no reacciona amb cap molècula química amb què entri en contacte, ja sigui la que es troba a l'aire o la que es troba a la superfície d'altres materials, cal modificar-la químicament per tal que s'adhereixi al cablejat, metalls o tubs als quals s'aplica.
Tota adhesió és un procés químic en què les capes moleculars superiors (1-5) d'una superfície interactuen amb els productes químics presents a les capes moleculars superiors (1-5) de qualsevol superfície que s'hi apliqui. Per tant, la superfície del PTFE s'ha de fer químicament reactiva en lloc de químicament inert per tal que s'uneixi correctament. En ciència de materials, una superfície altament reactiva i disposada a unir-se amb altres molècules s'anomena "superfície d'alta energia". Per tant, el PTFE ha de passar d'un estat de "baixa energia", que és la seva condició basal, a una qualitat d'unió d'"alta energia".
Hi ha diverses maneres de fer-ho, com ara el tractament amb plasma al buit, i hi ha qui diu que pot aconseguir una superfície adhesiva sobre PTFE polint, abrasant o utilitzant imprimacions dissenyades per a PVC o poliolefines. Tanmateix, el mètode més comú i científicament provat és un procés anomenat gravat químic.
El gravat trenca alguns dels enllaços carboni-fluor del PTFE (que formen tots els fluoropolímers), canviant així les característiques químiques de la zona gravada, convertint-la en una superfície inert en una d'activa i capaç d'interactuar químicament amb altres substàncies. La superfície resultant és menys lubricant, però ara és una superfície que es pot enganxar, modelar o unir a altres materials, a més de permetre imprimir-hi o gravar-hi.
El gravat es realitza col·locant el PTFE en una solució de sodi, com el Tetra Etch que s'utilitza habitualment. La reacció química resultant amb la superfície elimina les molècules de fluor de la cadena principal de carboni-fluor del fluoropolímer, deixant àtoms de carboni amb deficiències d'electrons. La superfície recentment gravada té una energia molt alta i, quan s'exposa a l'aire, es permet que les molècules d'oxigen, el vapor d'aigua i l'hidrogen entrin volant per ocupar el lloc de les molècules de fluor, permetent la restauració dels electrons. Aquest procés de restauració dóna lloc a una pel·lícula reactiva de molècules a la superfície que permet l'adhesió.
Una de les grans avantatges del gravat químic és que només pot canviar les capes moleculars superiors i deixar la resta del PTFE intacta amb totes les seves propietats úniques.
Com verificar la consistència d'un procés de gravat químic.
Les propietats principals del PTFE romanen iguals, ja que el gravat químic només afecta les poques capes moleculars superiors. Tanmateix, pot haver-hi un tint marró o bronzejat al tub. La variació del color no sembla estar correlacionada amb la capacitat d'unió de la superfície, així que no utilitzeu aquesta decoloració com una indicació real de com de bé es va gravar el PTFE.
La millor manera de saber que el gravat ha creat el tipus de superfície que busques és utilitzar un mètode que tots els gravadors professionals utilitzen: mesures de l'angle de contacte amb l'aigua. Aquesta tècnica es fa dipositant una gota d'aigua altament purificada sobre el PTFE i mesurant com es comporta aquesta gota. La petita gota o bé es formarà perles perquè s'atreu més cap a si mateixa que el PTFE, o bé es "mullarà" i s'aplanarà contra la superfície perquè s'atreu més cap al PTFE. En general, com més reeixit sigui el gravat químic, més baix serà l'angle de contacte (més plana serà la gota). Això sovint es coneix com a prova de la "humectabilitat" de la superfície perquè, essencialment, si la superfície està correctament gravada i la gota d'aigua s'estén, més superfície es mulla.
La imatgea daltmostra una vista de dalt a baix d'una gota d'aigua (dins del petit anell groc i blau) sobre un tub de PTFE abans que s'hagi gravat. Com podeu veure, la vora de la gota forma un angle de 95 graus amb la superfície del tub.
La imatge superior mostra una gota d'aigua similar dipositada sobre un tub de PTFE després de ser gravat. Es pot veure que la gota s'ha estès més per la superfície del tub perquè l'anell groc i blau és més gran. Això significa que la vora de la gota crea un angle de contacte més baix amb la superfície del tub. I quan mesurem aquest angle amb el dispositiu Surface Analyst, del qual es van prendre aquestes dues imatges, veiem que sí, l'angle és de 38 graus. Si això compleix els nostres requisits predeterminats per al nombre que hem d'assolir per assegurar-nos que aquest tub es pugui unir, aleshores acabem de validar que la superfície s'ha gravat prou.
Per a l'ús més eficaç de la prova d'angle de contacte amb l'aigua, és important treballar amb un científic de superfícies per entendre quin és el rang d'angle ideal a assolir després del gravat. Això permet construir un procés d'unió predictible basat en una especificació quantificable. Perquè si sabeu que necessiteu crear una superfície amb un angle de contacte concret, sabeu que quan ho feu, l'adhesió serà un èxit.
A més, per garantir un procés de gravat eficient, és important prendre una mesura de l'angle de contacte amb l'aigua abans de dur a terme el gravat. Obtenir una avaluació de la neteja de referència us permet saber exactament quins han de ser els paràmetres del gravat per assolir els vostres requisits d'angle de contacte.
Manteniment del vostre gravat
L'emmagatzematge adequat del PTFE gravat és essencial per a un procés d'adhesió reeixit. L'emmagatzematge i l'inventari són un punt crític de control (PCC). Aquests PCC es troben en qualsevol lloc de tot el procés on la superfície d'un material té l'oportunitat de canviar, per bé o per mal, i potser sense voler. El PCC d'emmagatzematge és crucial per al PTFE gravat perquè la superfície recentment netejada químicament és tan reactiva que qualsevol cosa amb què entri en contacte pot alterar i degradar la vostra feina.
La millor pràctica per emmagatzemar el PTFE després del gravat és utilitzar l'embalatge original en què va arribar si és resellable. Si no està disponible, les bosses que bloquegen els raigs UV són una bona alternativa. Mantingueu el PTFE allunyat de l'aire i la humitat tant com sigui possible, i abans d'intentar unir-s'hi, assegureu-vos de prendre una mesura de l'angle de contacte per assegurar-vos que ha mantingut la seva capacitat d'unió.
El PTFE és un material extraordinari amb una infinitat d'aplicacions, però per treure'n el màxim profit, en la majoria dels casos s'ha de gravar químicament i després s'ha d'unir. Per assegurar-se que això es fa prou bé, cal utilitzar una prova sensible als canvis químics de la superfície. Col·laboreu amb un expert en materials que conegui el vostre procés de fabricació per optimitzar el gravat i inculcar certesa al vostre flux de treball.
Data de publicació: 17 de juliol de 2023