O politetrafluoroetileno, ou PTFE, é um material muito comum, amplamente utilizado em quase todos os principais setores industriais. Este fluoropolímero ultralubrificante e multiuso está presente em diversas áreas, desde as indústrias aeroespacial e automotiva (como revestimento isolante em cabos) até a manutenção de instrumentos musicais (é encontrado no óleo para válvulas de instrumentos de sopro de metal e madeira, para uso em suas partes móveis). Provavelmente, seu uso mais famoso é como revestimento antiaderente em panelas e frigideiras. O PTFE pode ser moldado em peças; usado como juntas flexíveis de tubos, corpos de válvulas, isoladores elétricos, rolamentos e engrenagens; e extrudado em forma de tubos.
A extrema resistência química e a inércia química, bem como as propriedades de leveza e resistência do PTFE, tornam-no altamente vantajoso na fabricação e utilização de dispositivos médicos. Devido ao seu coeficiente de atrito extraordinariamente baixo (que é uma forma matemática de dizer que a superfície é notavelmente escorregadia),Tubo de PTFEPode ser usado para transportar produtos químicos agressivos ou instrumentos médicos cuja pureza precisa ser mantida e que necessitam de passagem segura para dentro do corpo durante cirurgias. O tubo de PTFE é tão lubrificante, resistente e fino que é perfeito para o diâmetro interno (DI) de cateteres-guia, onde instrumentos como stents, balões, dispositivos de aterectomia ou angioplastia precisam deslizar livremente, sem o risco de ficarem presos ou obstruídos. Como nada adere a esse material, ele também pode interferir na capacidade de bactérias e outros agentes infecciosos de aderirem ao tubo e causarem infecções hospitalares.
Todos esses atributos incríveis do PTFE fazem com que ele esteja quase sempre ligado a alguma outra coisa. Seja como revestimento, junta de vedação ou tubo com revestimento de Pebax e conexões plásticas, é muito provável que precise aderir a outro material. Como já mencionamos, nada adere ao PTFE. As propriedades que tornam esse material tão atraente para empresas de dispositivos médicos também tendem a criar desafios de fabricação durante o desenvolvimento e a produção do produto. Fazer com que revestimentos, elastômeros e outros componentes do dispositivo adiram ao PTFE é extremamente difícil e exige controles de processo rigorosos.
Então, como os fabricantes tornam esse material amplamente utilizado e não aderente em aderente? E como eles sabem que ele foi tratado ou preparado adequadamente e está realmente pronto para ser aderido ou revestido?
A importância da corrosão química do PTFE
Para explicar por que a corrosão química é necessária, é preciso entender o que causa a falta de adesão do PTFE. O PTFE é composto por ligações químicas muito estáveis, o que dificulta sua união com qualquer outra coisa, mesmo que brevemente.
Como o PTFE é quimicamente inerte, ou seja, sua superfície não reage com nenhuma molécula química com a qual entre em contato, seja no ar ou na superfície de outros materiais, sua superfície precisa ser modificada quimicamente para que possa ser fixada a cabos, metais ou tubos nos quais será aplicado.
Toda adesão é um processo químico no qual as 1 a 5 camadas moleculares superficiais de uma superfície interagem com os compostos químicos presentes nas 1 a 5 camadas moleculares superficiais da superfície à qual está sendo aplicada. Portanto, a superfície do PTFE precisa ser quimicamente reativa, e não quimicamente inerte, para que a adesão seja bem-sucedida. Em Ciência dos Materiais, uma superfície altamente reativa e com grande afinidade por se ligar a outras moléculas é chamada de "superfície de alta energia". Assim, o PTFE precisa ser levado de um estado de "baixa energia", que é sua condição básica, para um estado de "alta energia", propício à adesão.
Existem algumas maneiras de fazer isso, incluindo o tratamento com plasma a vácuo, e há quem diga que é possível obter uma superfície aderente em PTFE por meio de lixamento, abrasão ou uso de primers desenvolvidos para PVC ou poliolefinas. No entanto, o método mais comum e cientificamente comprovado é um processo chamado ataque químico.
A corrosão rompe algumas das ligações carbono-flúor do PTFE (que compõem todos os fluoropolímeros), alterando, na prática, as características químicas da área corroída, transformando-a de uma superfície inerte em uma superfície ativa e capaz de interagir quimicamente com outras substâncias. A superfície resultante é menos lubrificante, mas agora pode ser colada, moldada ou unida a outros materiais, além de permitir impressão ou gravação.
A corrosão é realizada mergulhando o PTFE em uma solução de sódio, como o Tetra Etch, comumente utilizado. A reação química resultante com a superfície remove moléculas de flúor da cadeia principal de carbono-flúor do fluoropolímero, deixando átomos de carbono com deficiência de elétrons. A superfície recém-corroída possui alta energia e, quando exposta ao ar, permite a entrada de moléculas de oxigênio, vapor de água e hidrogênio, que substituem as moléculas de flúor, restaurando a carga eletrônica. Esse processo de restauração resulta na formação de uma película reativa de moléculas na superfície, que possibilita a adesão.
Uma das grandes vantagens da corrosão química é que ela consegue alterar apenas as camadas moleculares mais superficiais, deixando o restante do PTFE intacto, com todas as suas propriedades únicas.
Como verificar a consistência de um processo de corrosão química.
As propriedades essenciais do PTFE permanecem as mesmas, visto que a corrosão química afeta apenas as camadas moleculares mais superficiais. No entanto, pode haver uma tonalidade marrom ou bege no tubo. A variação de cor não parece estar relacionada à capacidade de adesão da superfície, portanto, não utilize essa descoloração como um indicador preciso da qualidade da corrosão do PTFE.
A melhor maneira de saber se a sua gravação química criou o tipo de superfície desejado é usar um método utilizado por todos os profissionais da área: a medição do ângulo de contato com a água. Essa técnica consiste em depositar uma gota de água altamente purificada sobre o PTFE e medir o comportamento da gota. A pequena gota irá formar uma pequena gota, pois é mais atraída por si mesma do que pelo PTFE, ou irá se espalhar e se achatar contra a superfície, devido à forte atração pelo PTFE. De modo geral, quanto mais bem-sucedida for a gravação química, menor será o ângulo de contato (e, consequentemente, mais achatada a gota). Isso é frequentemente chamado de teste de "molhabilidade" da superfície, pois, essencialmente, se a superfície for gravada corretamente e a gota de água se espalhar, uma área maior da superfície ficará molhada.
A imagemacimaA figura mostra uma vista de cima de uma gota de água (dentro do pequeno anel amarelo e azul) em um tubo de PTFE antes de ser gravado. Como você pode ver, a borda da gota forma um ângulo de 95 graus com a superfície do tubo.
A imagem acima mostra uma gota de água semelhante depositada em um tubo de PTFE após ser gravado. É possível perceber que a gota se espalhou mais na superfície do tubo, pois o anel amarelo e azul está maior. Isso significa que a borda da gota está criando um ângulo de contato menor com a superfície do tubo. E quando medimos esse ângulo com o dispositivo Surface Analyst, com o qual ambas as imagens foram obtidas, vemos que, de fato, o ângulo é de 38 graus. Se isso atender aos nossos requisitos predeterminados para garantir que este tubo seja adequado para adesão, então acabamos de validar que a superfície foi gravada suficientemente.
Para obter o máximo desempenho no teste de ângulo de contato com água, é fundamental trabalhar com um cientista de superfícies para entender qual a faixa de ângulo ideal a ser alcançada após o ataque químico. Isso permite criar um processo de adesão previsível, baseado em uma especificação quantificável. Afinal, se você sabe que precisa criar uma superfície com um ângulo de contato específico, então sabe que, ao atingi-lo, a adesão será bem-sucedida.
Além disso, para garantir um processo de corrosão eficiente, é importante medir o ângulo de contato com a água antes da corrosão. Obter uma avaliação inicial da limpeza permite saber exatamente quais parâmetros a corrosão precisa ter para atingir os requisitos de ângulo de contato.
Manutenção da sua gravação
O armazenamento adequado do PTFE gravado é essencial para o sucesso do processo de adesão. O armazenamento e o controle de estoque são Pontos Críticos de Controle (PCC). Esses PCCs estão presentes em qualquer ponto do processo onde a superfície de um material possa sofrer alterações, sejam elas positivas ou negativas, e talvez até mesmo involuntárias. O armazenamento é crucial para o PTFE gravado, pois a superfície recém-limpa quimicamente é tão reativa que qualquer coisa com que entre em contato pode alterar e degradar o trabalho.
A melhor prática para armazenar PTFE após a gravação é usar a embalagem original, se possível, e resselá-la. Caso contrário, sacos com proteção UV são uma boa alternativa. Mantenha o PTFE o mais longe possível do ar e da umidade e, antes de tentar colá-lo, certifique-se de medir o ângulo de contato para garantir que ele mantenha sua capacidade de adesão.
O PTFE é um material extraordinário com inúmeras aplicações, mas para obter o máximo proveito dele, na maioria dos casos, é necessário submetê-lo a um processo de corrosão química e posterior adesão. Para garantir que esse processo seja realizado de forma adequada, é preciso utilizar um teste sensível às alterações químicas na superfície. Trabalhe em parceria com um especialista em materiais que entenda seu processo de fabricação para otimizar a corrosão e garantir a precisão do seu fluxo de trabalho.
Data da publicação: 17 de julho de 2023