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Tetrafluoroetileno

El tetrafluoroetileno ( TFE ) es un fluorocarbono con la fórmula química C2F4 . Es el alqueno perfluorado más simple. Esta especie gaseosa se utiliza principalmente en la preparación industrial de fluoropolímeros .

Se informó por primera vez como "tetrafluoruro de dicarbonato" en 1890. [2]

Propiedades

El tetrafluoroetileno es un gas sintético incoloro e inodoro que es insoluble en agua. Como todos los fluorocarbonos insaturados, es susceptible al ataque nucleofílico . Es inestable a la descomposición en carbono y tetrafluoruro de carbono ( CF
4
) y propenso a formar peróxidos explosivos en contacto con el aire. [3] [4]

Uso industrial

La polimerización del tetrafluoroetileno produce polímeros de politetrafluoroetileno (PTFE), como el teflón y el fluón . El PTFE es una de las dos resinas de fluorocarbono compuestas totalmente de flúor y carbono. La otra resina compuesta puramente de carbono y flúor es el copolímero de TFE con típicamente un 6-9% de hexafluoropropeno (HFP), que se conoce como FEP ( copolímero de etileno propileno fluorado ). El TFE también se utiliza en la preparación de numerosos copolímeros que también incluyen hidrógeno y/o oxígeno, incluidos tanto los fluoroplásticos como los fluoroelastómeros . Los fluoroplásticos típicos basados ​​en TFE incluyen ETFE, el copolímero alterno 1:1 con etileno, y PFA, que es un copolímero aleatorio similar al FEP pero con una cantidad menor de un éter de vinilo perfluoroalquilo (PAVE) en lugar de HFP. DuPont utiliza principalmente perfluoro(metilviniléter), mientras que Daikin utiliza principalmente perfluoro(propilviniléter) en la fabricación de PFA. Existen otros numerosos fluoropolímeros que contienen tetrafluoroetileno, pero normalmente no en más del 50 % en peso.

Fabricar

El TFE se fabrica a partir de cloroformo . [5] El cloroformo se fluora mediante la reacción con fluoruro de hidrógeno para producir clorodifluorometano (R-22). La pirólisis del clorodifluorometano (a 550–750 °C) produce TFE, con difluorocarbeno como intermediario.

CHCl3 + 2HF → CHClF2 + 2HCl
2 CHClF2 → C2F4 + 2 HCl

Alternativamente, se puede preparar mediante pirólisis de fluoroformo (que también se produce a partir de cloroformo y HF):

2 CHF 3 → C 2 F 4 + 2 HF

Métodos de laboratorio

Un método conveniente y seguro para generar TFE es la pirólisis de la sal de sodio del ácido pentafluoropropiónico : [6]

C 2 F 5 CO 2 Na → C 2 F 4 + CO 2 + NaF

La reacción de despolimerización (pirólisis al vacío de PTFE a 650–700 °C (1200–1290 °F) en un recipiente de cuarzo ) es una síntesis tradicional de laboratorio de TFE. Sin embargo, el proceso es complicado porque se debe prestar atención a la presión, así como a evitar el perfluoroisobutileno. El polímero de PTFE se agrieta y, a una presión inferior a 5  Torr (670  Pa ), se obtiene exclusivamente C2F4 . A presiones más altas, la mezcla de productos contiene hexafluoropropileno y octafluorociclobutano . [7]

Reacciones

El tetrafluoroetileno es una molécula reactiva que participa en una gran cantidad de reacciones. Debido a la presencia de cuatro sustituyentes de flúor, sus reacciones difieren fuertemente del comportamiento de los alquenos convencionales como el etileno . El tetrafluoroetileno dimeriza, dando lugar a octafluorociclobutano . Incluso los alquenos y dienos normales añaden tetrafluoroetileno de manera [2+2]. El 1,3-butadieno da lugar a 3-vinil-1,1,2,2-tetrafluorociclobutano. [8]

Seguridad

El principal peligro asociado con el TFE es el de explosión, especialmente si hay oxígeno presente. El TFE reacciona con el oxígeno a bajas temperaturas para formar un óxido explosivo, [3] cuya detonación suele ser suficiente para desencadenar la descomposición explosiva del TFE en C y CF 4 . [9] Las explosiones también pueden ser causadas por la compresión adiabática si el TFE se maneja a alta presión, que es lo que suele ocurrir en un entorno industrial. Si se permite que el TFE presurizado entre en un recipiente o una tubería a una presión menor, la atmósfera del recipiente se comprimirá por el TFE, lo que hará que se caliente, potencialmente hasta el punto en que podría detonar el TFE. Se sabe que esto causa explosiones. [10] En la industria, las tuberías se lavan con nitrógeno presurizado, antes de la introducción del TFE, tanto para excluir el oxígeno como para evitar la compresión adiabática.

El TFE es un agente alquilante , aunque débil, y como tal se espera que sea carcinógeno. LD 50 (rata, inhalación) = 40000 ppm. [11]

La Agencia Internacional para la Investigación sobre el Cáncer clasifica al TFE como probablemente cancerígeno para los seres humanos basándose en estudios realizados en animales. [12]

Véase también

Referencias

  1. ^ "Información sobre la clasificación de riesgos de los diamantes resistentes al fuego de la NFPA". Archivado desde el original el 28 de febrero de 2015. Consultado el 15 de marzo de 2015 .
  2. ^ C. Chabrie "Método general para la preparación de fluoruros de carbono" en Journal - Chemical Society, Londres. (1890). Reino Unido: Chemical Society.
  3. ^ ab Gozzo, F.; Camaggi, G. (enero de 1966). "Reacciones de oxidación del tetrafluoroetileno y sus productos—I". Tetrahedron . 22 (6): 1765–1770. doi :10.1016/S0040-4020(01)82248-1.
  4. ^ PubChem. "Tetrafluoroetileno". pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Consultado el 25 de septiembre de 2023 .
  5. ^ Siegemund, Günter; Schwertfeger, Werner; Feiring, Andrés; Inteligente, Bruce; Behr, Fred; Vogel, Herward; McKusick, Blaine; Kirschtitle=Compuestos de flúor, orgánicos, pares (2016). Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a11_349.pub2. ISBN 978-3527306732.
  6. ^ Hercules, Daniel A.; Parrish, Cameron A.; Sayler, Todd S.; Tice, Kevin T.; Williams, Shane M.; Lowery, Lauren E.; Brady, Michael E.; Coward, Robert B.; Murphy, Justin A.; Hey, Trevyn A.; Scavuzzo, Anthony R.; Rummler, Lucy M.; Burns, Emory G.; Matsnev, Andrej V.; Fernandez, Richard E.; McMillen, Colin D.; Thrasher, Joseph S. (2017). "Preparación de tetrafluoroetileno a partir de la pirólisis de sales de pentafluoropropionato". Journal of Fluorine Chemistry . 196 : 107–116. doi : 10.1016/j.jfluchem.2016.10.004 .
  7. ^ RJ Hunadi y K. Baum (1982). "Tetrafluoroetileno: una preparación de laboratorio conveniente". Síntesis . 39 (6): 454. doi :10.1055/s-1982-29830. S2CID  96276938.
  8. ^ Roberts, John D.; Sharts, Clay M. (2011). "Derivados de ciclobutano a partir de reacciones de cicloadición térmica". Organic Reactions . págs. 1–56. doi :10.1002/0471264180.or012.01. ISBN 978-0471264187.
  9. ^ Fabio, Ferrero; Robert, Zeps; Martin, Kluge; Volkmar, Schröde; Tom, Spoormaker (abril de 2013). "La descomposición explosiva del tetrafluoroetileno: pruebas y simulaciones a gran escala". Chemical Engineering Transactions . 31 : 817–822. doi :10.3303/CET1331137.
  10. ^ Reza, Ali; Christiansen, Erik (marzo de 2007). "Estudio de caso de una explosión de TFE en una planta de fabricación de PTFE". Process Safety Progress . 26 (1): 77–82. doi :10.1002/prs.10174. S2CID  110305024.
  11. ^ Perfil de sustancias del NIH para TFE
  12. ^ "Terrafluoroetileno" (PDF) . Agencia Internacional para la Investigación sobre el Cáncer . Consultado el 20 de mayo de 2020 .[ enlace muerto permanente ]

Enlaces externos