El politetrafluoroetileno, o PTFE, es un material muy común y ampliamente utilizado en casi todas las industrias importantes.Este fluoropolímero ultralubricante y de usos múltiples llega a todos, desde las industrias aeroespacial y automotriz (como cubierta aislante en el cableado) hasta el mantenimiento de instrumentos musicales (se encuentra en el aceite de válvulas de instrumentos de viento de madera y latón para su uso en sus partes móviles).Probablemente su uso más famoso sea el de superficie antiadherente en ollas y sartenes.El PTFE se puede formar en piezas moldeadas;utilizados como juntas de tuberías flexibles, cuerpos de válvulas, aisladores eléctricos, cojinetes y engranajes;y extruido como tubo.
La extrema resistencia química y la inercia química, así como las propiedades livianas pero fuertes del PTFE, lo hacen muy ventajoso en la fabricación y uso de dispositivos médicos.Debido a su extraordinariamente bajo coeficiente de fricción (que es una forma matemática de decir que la superficie es notablemente resbaladiza),tubos de PTFEse puede utilizar para transferir productos químicos agresivos o herramientas médicas cuya pureza debe mantenerse y necesita un paso seguro al cuerpo durante la cirugía.Los tubos de PTFE son tan lubricantes, resistentes y delgados que son perfectos para un catéter guía ID (diámetro interior) donde herramientas como stents, balones, dispositivos de aterectomía o angioplastia deben deslizarse libremente sin la amenaza de engancharse u obstruirse.Debido a que nada se pega a estas cosas, también puede interferir con la capacidad de las bacterias y otros agentes infecciosos para adherirse a los tubos y causar infecciones adquiridas en el hospital.
Todos estos increíbles atributos del PTFE significan que casi siempre está adherido a otra cosa.Si se utiliza como revestimiento, como junta de sellado o como tubería con camisas de Pebax y casquillos de conexión de plástico, es muy probable que deba adherirse a otro material.Habrás notado lo que ya hemos dicho: nada se pega al PTFE.Las propiedades que hacen que este material sea tan atractivo para las empresas de dispositivos médicos también tienden a crear desafíos de fabricación durante el desarrollo y la producción de productos.Lograr que los recubrimientos, elastómeros y otros componentes del dispositivo se adhieran al PTFE es increíblemente desafiante y requiere controles de proceso estrictos.
Entonces, ¿cómo hacen los fabricantes para que este material no adherible y ampliamente utilizado sea adherible?¿Y cómo saben que ha sido tratado o preparado adecuadamente y que realmente está listo para adherir o recubrir?
La importancia del grabado químico del PTFE
Para explicar por qué es necesario el grabado químico, es necesario comprender qué causa la falta de capacidad de unión del PTFE.El PTFE está formado por enlaces químicos muy estables, lo que dificulta que se una a cualquier otra cosa, aunque sea brevemente.
Dado que el PTFE es químicamente inerte, lo que significa que la superficie no reacciona con ninguna molécula química con la que entra en contacto, ya sea en el aire o en la superficie de otros materiales, su superficie debe modificarse químicamente para poder fijarse al cableado. metales o tubos a los que se aplica.
Toda adhesión es un proceso químico en el que las 1 a 5 capas moleculares superiores de una superficie interactúan con los productos químicos presentes en las 1 a 5 capas moleculares superiores de cualquier superficie que se le esté aplicando.Por lo tanto, la superficie del PTFE debe volverse químicamente reactiva en lugar de químicamente inerte para poder adherirse con éxito.En ciencia de materiales, una superficie que es altamente reactiva y ansiosa por unirse con otras moléculas se llama "superficie de alta energía".Por lo tanto, es necesario llevar el PTFE de un estado de “baja energía”, que es su condición básica, a un estado de “alta energía” adherible.
Hay algunas formas de hacer esto, incluido el tratamiento con plasma al vacío, y hay quienes dicen que pueden lograr una superficie adherible en PTFE lijando, desgastando o usando imprimaciones diseñadas para PVC o poliolefinas.Sin embargo, el método más común y científicamente probado es un proceso llamado grabado químico.
El grabado rompe algunos de los enlaces carbono-flúor del PTFE (que componen todos los fluoropolímeros), cambiando de hecho las características químicas del área grabada, llevándola de una superficie inerte a una que es activa y capaz de interactuar químicamente con otras sustancias. .La superficie resultante es menos lubricante, pero ahora es una superficie que se puede pegar, moldear o unir a otros materiales, además de permitir imprimirla o grabarla.
El grabado se realiza colocando el PTFE en una solución de sodio, como el Tetra Etch de uso común.La reacción química resultante con la superficie elimina las moléculas de flúor de la columna vertebral de carbono-flúor del fluoropolímero, dejando átomos de carbono deficientes en electrones.La superficie recién grabada tiene una energía muy alta y, cuando se expone al aire, se permite que las moléculas de oxígeno, el vapor de agua y el hidrógeno vuelen para ocupar el lugar de las moléculas de flúor, lo que permite la restauración de los electrones.Este proceso de restauración da como resultado una película reactiva de moléculas en la superficie que permiten la adhesión.
Una de las ventajas del grabado químico es que puede cambiar sólo las pocas capas moleculares superiores y dejar el resto del PTFE intacto con todas sus propiedades únicas.
Cómo verificar la consistencia de un proceso de grabado químico.
Las propiedades fundamentales del PTFE siguen siendo las mismas, ya que el grabado químico sólo afecta a las pocas capas moleculares superiores.Sin embargo, es posible que el tubo tenga un tinte marrón o tostado.La variación de color no parece correlacionarse con qué tan adherible es la superficie, así que no use esta decoloración como una indicación real de qué tan bien se grabó el PTFE.
La mejor manera de saber que su grabado creó el tipo de superficie que busca es utilizar un método que utilizan todos los grabadores profesionales: mediciones del ángulo de contacto con el agua.Esta técnica se realiza depositando una gota de agua altamente purificada sobre el PTFE y midiendo cómo se comporta esa gota.La pequeña gota formará gotas porque se siente más atraída hacia sí misma que el PTFE, o se “humedecerá” y se aplanará contra la superficie porque se siente muy atraída por el PTFE.En términos generales, cuanto más exitoso sea el grabado químico, menor será el ángulo de contacto (más plana será la gota).Esto a menudo se conoce como prueba de "humectabilidad" de la superficie porque, esencialmente, si la superficie se graba adecuadamente y la gota de agua se esparce, se moja una mayor parte de la superficie.
La imagenarribamuestra una vista de arriba hacia abajo de una gota de agua (dentro del pequeño anillo amarillo y azul) en un tubo de PTFE antes de ser grabada. Como puede ver, el borde de la gota forma un ángulo de 95 grados con la superficie de la tubo.
La imagen de arriba muestra una gota de agua similar depositada en un tubo de PTFE después de ser grabado.Puedes darte cuenta de que la gota se ha extendido más en la superficie del tubo porque el anillo amarillo y azul es más grande.Esto significa que el borde abatible crea un ángulo de contacto más bajo con la superficie del tubo.Y cuando medimos ese ángulo con el dispositivo Surface Analyst, del que se tomaron ambas imágenes, vemos que, sí, el ángulo es de 38 grados.Si eso cumple con nuestros requisitos predeterminados para el número que debemos alcanzar para garantizar que este tubo se pueda unir, entonces acabamos de validar que la superficie se haya grabado lo suficiente.
Para lograr un uso más eficaz de la prueba del ángulo de contacto con el agua, es importante trabajar con un científico de superficies para comprender cuál es el rango de ángulo ideal a alcanzar después del grabado.Esto le permite crear un proceso de vinculación predecible basado en una especificación cuantificable.Porque si sabes que necesitas crear una superficie con un ángulo de contacto particular, entonces sabes que cuando lo hagas, tu adhesión será un éxito.
Además, para garantizar un proceso de grabado eficiente, es importante medir el ángulo de contacto con el agua antes de realizar el grabado.Obtener una evaluación de limpieza inicial le permite saber exactamente cuáles deben ser los parámetros del grabado para alcanzar sus requisitos de ángulo de contacto.
Mantenimiento de su grabado
El almacenamiento adecuado del PTFE grabado es esencial para un proceso de adhesión exitoso.El almacenamiento y el inventario son un Punto Crítico de Control (PCC).Estos PCC se encuentran en cualquier lugar de todo el proceso donde la superficie de un material tiene la oportunidad de cambiar, para bien o para mal, y quizás sin querer.El PCC de almacenamiento es crucial para el PTFE grabado porque la superficie recién limpiada químicamente es tan reactiva que cualquier cosa con la que entre en contacto puede alterar y degradar su trabajo.
La mejor práctica para almacenar el postgrabado de PTFE es utilizar el embalaje original en el que llegó, si se puede volver a sellar.Si no está disponible, las bolsas bloqueadoras de rayos UV son una buena alternativa.Mantenga el PTFE alejado del aire y la humedad tanto como sea posible, y antes de intentar adherirlo, asegúrese de medir el ángulo de contacto para asegurarse de que haya mantenido su capacidad de adherirse.
El PTFE es un material extraordinario con innumerables aplicaciones, pero para aprovecharlo al máximo, en la mayoría de los casos se debe grabar químicamente y luego unirlo.Para garantizar que esto se haga lo suficiente, se debe utilizar una prueba que sea sensible a los cambios químicos en la superficie.Asóciese con un experto en materiales que comprenda su proceso de fabricación para optimizar su grabado e infundir certeza en su flujo de trabajo.
Hora de publicación: 17-jul-2023