FKM

Material

FKM es una familia de materiales fluoroelastómeros basados ​​en fluorocarbono definidos por la norma ASTM International D1418, ^[1] y la norma ISO 1629. [ ^2] Se le denomina comúnmente caucho fluorado o fluorocaucho . FKM es una abreviatura de Fluorine Kautschuk Material. ^[3] Todos los FKM contienen fluoruro de vinilideno como monómero común , al que se añaden otros monómeros diferentes para tipos y funcionalidades específicas, ajustándose a la aplicación deseada.

Originalmente desarrollados por DuPont (bajo la marca Viton, ahora propiedad de Chemours ), los FKM hoy en día también son producidos por muchas otras compañías, incluyendo: Daikin (Dai-El), ^[4] 3M (Dyneon), ^[5] Solvay SA (Tecnoflon), ^[6] HaloPolymer (Elaftor), ^[7] Gujarat Fluorochemicals (Fluonox), ^[8] y varios fabricantes chinos. Los fluoroelastómeros son más caros que los elastómeros de caucho de neopreno o nitrilo . Proporcionan resistencia química y térmica adicional. ^[9] Los FKM se pueden dividir en diferentes clases sobre la base de su composición química, su contenido de flúor o su mecanismo de reticulación .

Tipos

Según su composición química los FKM se pueden dividir en los siguientes tipos:

• Los FKM de tipo 1 están compuestos de fluoruro de vinilideno (VDF) y hexafluoropropileno (HFP). Los copolímeros son el tipo estándar de FKM que muestra un buen rendimiento general. Su contenido de flúor es de aproximadamente el 66 por ciento en peso.
• Los FKM de tipo 2 están compuestos de VDF, HFP y tetrafluoroetileno (TFE). Los terpolímeros tienen un mayor contenido de flúor en comparación con los copolímeros (normalmente entre el 68 y el 69 por ciento en peso de flúor), lo que da como resultado una mejor resistencia química y térmica. La deformación por compresión y la flexibilidad a baja temperatura pueden verse afectadas negativamente.
• Los FKM de tipo 3 están compuestos de VDF, TFE y perfluorometilviniléter (PMVE). La adición de PMVE proporciona una mejor flexibilidad a baja temperatura en comparación con los copolímeros y terpolímeros . Por lo general, el contenido de flúor de los FKM de tipo 3 varía entre el 62 y el 68 por ciento en peso.
• Los FKM de tipo 4 están compuestos de propileno , TFE y VDF. Si bien la resistencia básica aumenta en los FKM de tipo 4, sus propiedades de hinchamiento, especialmente en hidrocarburos , empeoran. Por lo general, tienen un contenido de flúor de aproximadamente el 67 por ciento en peso.
• Los FKM de tipo 5 están compuestos de VDF, HFP, TFE, PMVE y etileno . Son conocidos por su resistencia a las bases y su resistencia a altas temperaturas frente al sulfuro de hidrógeno . ^[10]

Mecanismos de reticulación

Hay tres mecanismos de reticulación establecidos que se utilizan en el proceso de curado de FKM.

• Reticulación de diaminas mediante una diamina bloqueada. En presencia de medios básicos (alcalinos), el VDF es vulnerable a la deshidrofluoración , lo que permite la adición de la diamina a la cadena de polímero. Normalmente, se utiliza óxido de magnesio para neutralizar el ácido fluorhídrico resultante y reorganizarlo en fluoruro de magnesio y agua. Aunque rara vez se utiliza hoy en día, el curado con diaminas proporciona propiedades de unión de caucho a metal superiores en comparación con otros mecanismos de reticulación. La capacidad de la diamina para hidratarse hace que la reticulación de la diamina sea vulnerable en medios acuosos.
• La reticulación iónica ( reticulación dihidroxi ) fue el siguiente paso en el curado de los FKM. Esta es actualmente la química de reticulación más común utilizada para los FKM. Proporciona una resistencia térmica superior, una estabilidad hidrolítica mejorada y una mejor deformación por compresión que el curado con diamina. A diferencia del curado con diamina, el mecanismo iónico no es un mecanismo de adición sino una sustitución nucleofílica aromática . Los compuestos aromáticos dihidroxi se utilizan como agente de reticulación y las sales de fosfonio cuaternario se utilizan normalmente para acelerar el proceso de curado.
• La reticulación con peróxido se desarrolló originalmente para los FKM de tipo 3 que contienen PMVE, ya que los sistemas de reticulación con diamina y bisfenólico pueden provocar la escisión de una cadena principal de polímero que contiene PMVE. Si bien la reticulación con diamina y bisfenólico son reacciones iónicas , la reticulación con peróxido es un mecanismo de radicales libres . Aunque las reticulaciones con peróxido no son tan estables térmicamente como las reticulaciones con bisfenólico, normalmente son el sistema de elección en medios acuosos y medios electrolíticos no acuosos .

Propiedades

Los fluoroelastómeros proporcionan una excelente resistencia a altas temperaturas (hasta 500 °F o 260 °C ^[11] ) y fluidos agresivos en comparación con otros elastómeros , al tiempo que combinan la estabilidad más efectiva para muchos tipos de productos químicos y fluidos como aceite, diésel , mezcla de etanol o fluido corporal. ^[4]

El rendimiento de los fluoroelastómeros en productos químicos agresivos depende de la naturaleza del polímero base y de los ingredientes de la composición utilizados para moldear los productos finales (por ejemplo, juntas tóricas ). Algunas formulaciones son generalmente compatibles con hidrocarburos , pero incompatibles con cetonas como la acetona y la metiletilcetona , disolventes de ésteres como el acetato de etilo , aminas y ácidos orgánicos como el ácido acético .

Se pueden distinguir fácilmente de muchos otros elastómeros debido a su alta densidad de más de 1800 kg/m ³ , significativamente más alta que la mayoría de los tipos de caucho. ^{[12] [13] [14]}

Aplicaciones

Debido a su excelente rendimiento se utilizan en diversos sectores, incluidos los siguientes:

• Procesos químicos y refinación de petróleo , donde se utilizan para sellos, bombas, juntas, etc., debido a su resistencia a los productos químicos;
• Instrumentos de análisis y proceso: separadores, diafragmas, accesorios cilíndricos, aros, juntas, etc.
• Fabricación de semiconductores ;
• Alimentos y farmacéuticos, por su baja degradación, también en contacto con fluidos;
• Aviación y aeroespacial : las altas temperaturas de funcionamiento y las grandes altitudes requieren una resistencia superior al calor y a las bajas temperaturas. ^[4]

Son adecuados para la producción de wearables, debido al bajo desgaste y decoloración incluso durante vidas prolongadas en contacto con aceites de la piel y exposición frecuente a la luz, al tiempo que garantizan un alto confort y resistencia a las manchas; ^[15]

La industria automotriz representa su principal sector de aplicación, donde la búsqueda constante de mayores eficiencias empuja a los fabricantes hacia materiales de alto rendimiento. ^[16] Un ejemplo son las juntas tóricas de FKM utilizadas como una mejora de los sellos de neopreno originales en los tubos de varilla de empuje Corvair que se deterioraron bajo el alto calor producido por el motor, lo que permitió la fuga de aceite. Los tubos o mangueras revestidas de FKM se recomiendan comúnmente en aplicaciones de combustible para automóviles y otros transportes cuando se requieren altas concentraciones de biodiesel. Los estudios indican que los tipos B y F (FKM- GBL-S y FKM-GF-S) son más resistentes al biodiesel ácido. (Esto se debe a que el combustible biodiesel es inestable y oxidante). ^{[ cita requerida ]}

Los buceadores que utilizan mezclas de gases denominadas nitrox llevan algún tiempo utilizando juntas tóricas de FKM de forma segura en el buceo autónomo . Se utilizan FKM porque tienen una menor probabilidad de incendiarse, incluso con los mayores porcentajes de oxígeno presentes en el nitrox. También son menos susceptibles a la descomposición en condiciones de mayor oxígeno.

Si bien estos materiales tienen una amplia gama de aplicaciones, su coste es prohibitivo en comparación con otros tipos de elastómeros, por lo que su adopción debe estar justificada por la necesidad de obtener un rendimiento sobresaliente (como en el sector aeroespacial) y es desaconsejable para productos de bajo coste.

Los guantes de FKM/butilo son altamente impermeables a muchos solventes orgánicos fuertes que destruirían o permearían los guantes de uso común (como los fabricados con nitrilos ).

Precauciones

A altas temperaturas o en caso de incendio, los fluoroelastómeros se descomponen y pueden liberar fluoruro de hidrógeno . Cualquier residuo debe manipularse con equipo de protección.

Véase también

• Magnesio/Teflón/Vitón
• FFKM , perfluoroelastómeros
• FEPM, elastómeros de tetrafluoroetileno/propileno
• PVDF , fluoruro de polivinilideno

Referencias

1. "ASTM D1418 - 21 Práctica estándar para caucho y látex de caucho: nomenclatura". www.astm.org . Consultado el 20 de junio de 2021 .
2. "ISO 1629:2013". ISO . Consultado el 20 de junio de 2021 .
3. Schuster, Jens; Lutz, Johannes; Shaik, Yousuf Pasha; Yadavalli, Venkat Reddy (1 de octubre de 2022). "Reciclaje de elastómeros de fluorocarbono: una revisión". Investigación avanzada de polímeros industriales y de ingeniería . Reciclaje de cauchos. 5 (4): 248–254. doi : 10.1016/j.aiepr.2022.08.002 . ISSN  2542-5048. S2CID  251658624.
4. "Fluoroelastómeros". DaikinChemicals.com . Osaka: Daikin Global . 2021 . Consultado el 5 de marzo de 2021 .
5. "Fluoropolímeros 3M" . Consultado el 20 de junio de 2021 .
6. "Tecnoflon FKM y PFR FFKM". Solvay.com . Bruselas: Solvay SA 2021 . Consultado el 5 de marzo de 2021 .
7. "Fluoroelastómeros (FKM y FFKM)". HaloPolymer.com . Moscú: HaloPolymer. 2021 . Consultado el 5 de marzo de 2021 .
8. "Fluonox FKM". Fluonox.co.in . Panchmahal, India: Gujarat Fluorochemicals Ltd. (GFL). 2021 . Consultado el 5 de marzo de 2021 .
9. Schuster, Jens; Lutz, Johannes; Shaik, Yousuf Pasha; Yadavalli, Venkat Reddy (1 de octubre de 2022). "Reciclaje de elastómeros de fluorocarbono: una revisión". Investigación avanzada de polímeros industriales y de ingeniería . Reciclaje de cauchos. 5 (4): 248–254. doi : 10.1016/j.aiepr.2022.08.002 . ISSN  2542-5048. S2CID  251658624.
10. "Tecnología FKM resistente a la base en sellos para yacimientos petrolíferos" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 16 de julio de 2011 . Consultado el 16 de julio de 2009 .
11. "Polímeros de fluoroelastómeros de Precision Associates". Precision Associates, Inc. Consultado el 20 de junio de 2021 .
12. "Propiedades y características - Uretanos/Cauchos | MISUMI USA: Suministro de componentes industriales configurables". us.misumi-ec.com . Consultado el 20 de junio de 2021 .
13. "Aplicación y clasificación del teflón".
14. "Densidad de materiales sólidos" . Consultado el 20 de junio de 2021 .
15. "Satisfacer las demandas de los consumidores en materia de wearables con fluoroelastómeros". www.viton.com . Consultado el 20 de junio de 2021 .
16. Hertz, Dan Jr. "Desarrollo de fluoroelastómeros" (PDF) . SEALS EASTERN . Consultado el 20 de junio de 2021 .

• Hertz, Daniel L. Jr. (2001). "Elastómeros que contienen flúor" (PDF) . Desarrollo de fluoroelastómeros . Red Bank, Nueva Jersey: Seals Eastern.
• "Compuestos de caucho FKM: ventajas del FKM". PolyComp.nl . Vorden, Países Bajos: Polycomp BV 2021 . Consultado el 5 de marzo de 2021 .Descripción general de los diferentes tipos y sus aplicaciones.

Enlaces externos

• Propiedades de los elastómeros - Lista de resistencias químicas (PDF; 0,6 MB)
• Diseño con fluoroelastómeros (PDF; 0,8 MB)
• Lámina de caucho Viton: guía completa