CIÊNCIA DOS MATERIAIS II: OS MATERIAIS ANTIADERENTES

Agora que já vimos como a química do material pode interferir em suas propriedades e falamos sobre o vidro, vamos falar sobre os chamados materiais antiaderentes, isto é, aqueles que impedem que o ovo que você faz de manhã na frigideira não grude nela.

Materiais antiaderentes são caracterizados por baixos coeficientes de atrito ou fricção, que indicam que outros materiais irão “escorregar” por esse material, sem aderir a ele. Normalmente esses materiais são hidrofóbicos ou liofóbicos, o que torna sua limpeza muito mais fácil e confere a eles características impermeáveis. Normalmente esses materiais são também caracterizados por sua resistência química ou por serem inertes no que diz respeito à reação com outras substâncias.

Uma das aplicações mais comuns do dia-a-dia de materiais antiaderentes é o seu uso para o revestimento de panelas e frigideiras. O material antiaderente mais comumente conhecido é o Teflon®, que, na verdade, é o nome comercial dado para um material chamado politetrafluoretileno (PTFE).

O material foi descoberto acidentalmente pela empresa Dupont, enquanto tentava desenvolver um composto não-tóxico para refrigeradores. O material formado no reator era inerte, o que significa que não reagia com outros compostos e, ao mesmo tempo, tinha baixo coeficiente de atrito, o que fazia com que outras substâncias facilmente escorregassem sobre sua superfície. Todas essas características fizeram com que esse material se tornasse perfeito para diversas aplicações onde se necessita de materiais que sejam quimicamente resistentes ou inertes e superfícies escorregadias ou impermeáveis. Por isso, esse material é encontrado desde em revestimento de capas de chuva, passando por tetos impermeáveis e até membros artificiais ou circuitos eletrônicos.

Tais propriedades desse material vêm de sua estrutura. O PTFE é um polímero, formado por cadeias muito longas de estruturas repetidas. Cada molécula é formada por uma cadeia de carbonos, cada qual associado a dois átomos de flúor. A ligação entre os átomos de carbono e de flúor é tão forte que outras substâncias que normalmente aderem às superfícies não aderem a esse material.

Figura 5: Estrutura do monômero e do PTFE

Como o PTFE não adere facilmente a nenhum material, o revestimento de panelas e outros materiais com PTFE requer alguns processos específicos. Existem diferentes métodos para isso. Em alguns deles, a superfície a ser revestida é, inicialmente, submetida a processos que visam a aumentar sua rugosidade e criar uma superfície irregular. Os processos mais comuns são descritos a seguir:

  • Jatos de areia: nesse processo, partículas uniformes são propelidas contra a superfície em alta velocidade. A areia é um dos materiais mais utilizados para tal propósito, mas partículas de outros materiais também podem ser utilizadas. Após o tratamento da superfície, normalmente uma camada de uma substância que funciona como “cola” é, então, aplicada, antes que a superfície receba o revestimento de PTFE, conforme na Figura 6 abaixo.

    Figura 6. Esquema do processo do uso de jatos de areia para aumentar a rugosidade da superfície a ser revestida

Após isso, uma camada de PFTE normalmente é aplicada em forma líquida e o material é aquecido a cerca de 430oC para que as camadas se solidifiquem.

          • Sinterização: nesse processo, primeiramente o PTFE é submetido a um ataque iônico sob vácuo e sob um campo elétrico. Esse processo basicamente reduz a força das ligações entre os átomos de carbono e de flúor, de forma que os átomos de carbono são capazes de ligar-se a outros grupos. Por isso o PTFE se torna capaz de aderir à superfície a ser revestida. Após isso, o PTFE é aquecido em alta temperatura e pressionado firmemente contra a superfície a ser revestida.
        • Cauterização química: nesse método, um agente redutor é utilizado. Esse agente também reduz a força das ligações entre os átomos de carbono e de flúor, de forma que algumas delas são quebradas, o que também faz com que certos átomos de carbono fiquem livres para ligar-se a outros grupos, que é o que permite que o PTFE adira à superfície.

Existem algumas controvérsias em relação aos perigos de se utilizar o PTFE em contato com alimentos. Na verdade, as moléculas de PTFE são estáveis em temperaturas moderadas, até cerca de 260oC, isto é, ele é estável em temperaturas que normalmente utilizamos para cozinhar e às quais submetemos frigideiras e panelas de forma geral. Acima dessa temperatura, o material começa a degradar-se e gerar vapores tóxicos. Uma panela pode chegar a essa temperatura se deixada sob ação do calor por muito tempo, mas muitas cozinhas possuem ventilação que dissipa os vapores formados, reduzindo os riscos.

Como o PTFE é um material inerte, alguns estudos sugerem que não haveria maiores riscos para o consumo acidental deste material ocasionado por panelas arranhadas das quais o revestimento tenha sido removido, por exemplo. Por outro lado, outro material bastante tóxico que por muitos anos foi utilizado para a produção do Teflon é o ácido perfluoroctanoico. De forma geral, parece que a fabricação do material causa muito mais problemas de saúde e ambientais do que seu uso no dia-a-dia.

A Dupont ainda sofre efeitos de processos milionários, sendo acusada de poluir o meio ambiente e expor colaboradores e a comunidade local a riscos de saúde associados ao uso do ácido perfluoctanoico e também à liberação de gases tóxicos durante a fabricação do material.

Ainda não há total consenso sobre os perigos do uso desse tipo de material antiaderente nas famosas panelas que conhecemos. Atualmente, existem alternativas de panelas antiaderentes feitas de cerâmica, por exemplo, que vêm ganhando cada vez mais espaço no mercado, embora ainda sejam consideravelmente mais caras que as panelas de PTFE.

Existem ainda outros materiais antiaderentes, como o etileno polietileno fluorado (FPE, do inglês fluorinated ethylene propylene), e uma resina conhecida como PFA (perfluoroalcoxi). Ambos os materiais também são polímeros e possuem propriedades semelhantes à do PTFE no que diz respeito aos baixos coeficientes de fricção e de reatividade. Porém, eles são mais facilmente moldáveis que o PTFE, pois podem ser moldados utilizando-se técnicas tradicionais de processamento de polímeros, como extrusão e injeção. Seu ponto de fusão (cerca de 260oC), no entanto, é bem mais baixo que o do PFTE e do PFA. Por outro lado, o FEP é um pouco mais flexível que o PTFE. A estrutura do FEP é mostrada na Figura 7.

Figura 7. Estrutura do FEP

A principal aplicação do FEP se dá no revestimento de fiações. Ele também é usado em aplicações mais específicas, como revestimento para moldes usados em processos de cura. Nesses casos, o objetivo do FEP é proteger o molde de forma que o polímero não se ligue ao metal durante a cura. Tanto o FEP quanto o PFA também são utilizados em materiais plásticos para laboratórios e tubos de plástico que entram em contato com produtos altamente corrosivos.

Agora que você já tem uma noção geral do que confere as características antiaderentes a certos materiais, vai saber que não é mágica e sim química! Mas, se em alguns casos queremos materiais antiaderentes e com baixo coeficientes de fricção, outras vezes queremos grudar materiais diferentes. É para isso que servem as colas e fitas adesivas. E é sobre elas que falaremos no próximo texto!

 

 

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

Ted Ed. Why doesn’t anything stick to Teflon? – Ashwini Bharathula

Metal Coatings. Non-Stick Coatings

Science ABC. How Do They Get Teflon, A Non-Stick Material, To Stick To Pans?

Qual é o propileno etileno fluorado (FEP)?

Tecnología de los Plásticos. Etileno-propileno fluorado (FEP)

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