Fluoropolimeri: caratteristiche, applicazioni, mercato

I fluoropolimeri sono polimeri contenenti atomi di fluoro, che, in considerazione delle loro eccellenti proprietà, sono classificati tra i polimeri “specialty”. Possono essere totalmente fluorurati (in questo caso vengono detti anche perfluorurati) nel caso in cui tutti gli atomi di idrogeno siano stati sostituiti da atomi di fluoro (esempio tipico il PTFE), oppure parzialmente fluorurati nel caso in cui solo alcuni atomi di idrogeno siano stati sostituiti da atomi di fluoro (esempio tipico il perfluorurati).

Le caratteristiche dei fluoropolimeri

Le caratteristiche salienti dei fluoropolimeri, che ne fanno una classe di materiali particolarmente idonei per applicazioni speciali, sono:

• elevata resistenza alla corrosione: resistono praticamente a tutti i solventi organici e inorganici, agli acidi, alle basi e agli agenti ossidanti;
• elevata stabilità termica, conservano cioè le proprietà in un ampio intervallo di temperature: da temperature molto basse sotto lo zero fino a temperature molto elevate: per esempio il PTFE e il PFA resistono in servizio continuo fino a +250 – 260°C; l’FEP fino a circa + 210°C; l’ETFE e l’ECTFE fino a circa + 150 – 160°C; il PVDF fino a + 140°C;
• caratteristiche di autolubrificazione e di antiadesività;
• impermeabilità all’acqua e, in generale, ottime prestazioni contro l’azione di sostanze estranee;
• ottima resistenza all’usura e all’abrasione, essendo tra i materiali solidi con minor coefficiente di attrito (compreso tra 0,05 e 0,09);
• resistenza a sollecitazioni di tipo dinamico, quali vibrazioni o flessioni sotto sforzo;
• assenza di agenti contaminanti, essendo materiali intrinsecamente “puri”;
• ottime proprietà elettriche: alta resistenza all’arco, basso fattore di perdita;
• caratteristiche di isolamento termico: il coefficiente di conducibilità termica non varia al variare della temperatura;
• ininfiammabilità;
• infine, sono più duri degli elastomeri, ma al contempo più morbidi della maggior parte delle altre plastiche.

Categorie di fluoropolimeri

I fluoropolimeri possono essere suddivisi nelle seguenti macrocategorie:

• polimeri fluorurati, comprendenti:
  • politetrafluoro etilene (PTFE), il capostipite e il più importante, la cui scoperta risale al 1938;
  • perfluoroalcossi (PFA): copolimero del tetrafluoroetilene (TFE) e del perfluoropropil vinil etere;
  • MFA: copolimero del tetrafluoroetilene (TFA) e del perfluorometilvinil etere (PMVE);
• polimeri parzialmente fluorurati, comprendenti:
  • copolimero etilene – clorotrifluoro – etilene (ECTFE);
  • copolimero etilene tetrafluoroetilene (ETFE);
  • polifluorotricloroetilene (PCTFE);
  • polivinilidenfluoruro (PVDF);
  • copolimero etilene – tetrafluoroetilene – esafluoropropilene (EFEP);
  • copolimero tetrafluoroetilene – esafluoropropilene (FEP);
  • copolimero esafluoropropilene – tetrafluoroetilene – etilene (HTE);
  • terpolimero di tetrafluoro etilene, esafluoropropilene e viniliden fluoruro, noto con la sigla THV;
• altri polimeri fluorurati: es. poliuretani fluorurati, polifluoroacrilati e – metacrilati, perfluoropolieteri (PFPE), ionomeri fluorurati eccetera;

Una categoria a sé sono gli elastomeri fluorurati, che per le loro caratteristiche appartengono alla classe delle gomme; possono essere a base di vinilidenfluoruro (VF2) o derivati del tetrafluoroetilene: questi ultimi sono i perfluoro – elastomeri caratterizzati da un’eccezionale resistenza chimica e da elevatissima stabilità termica; il loro maggior impiego è negli O-ring.

Le applicazioni dei fluoropolimeri

Numerose sono le applicazioni dei fluoropolimeri, se ne citano di seguito alcune tra le più significative:

• industria automobilistica e dei trasporti;
• industria meccanica;
• industria chimica e petrolchimica;
• industria elettrica ed elettronica;
• articoli casalinghi e da cucina;
• edilizia;
• industria tessile e similari;
• settore medicale;
• additivazione (sotto forma di polvere micronizzata) di materie plastiche, elastomeri, pitture, vernici e inchiostri, grassi per aumentare l’attrito e come agenti antifiamma;
• industria aerospaziale;
• industria militare;
• altre: particolari di macchine per ufficio; giunti ad espansione per centrali termoelettriche ove sia richiesta la continuità delle operazioni in condizioni di servizio particolarmente critiche per quanto concerne l’acidità dell’ambiente e le temperature in gioco; copertura di serre, piccole apparecchiature per fonderie e inceneritori, ecc. Tra le “altre” applicazioni un cenno particolare meritano le batterie: dispersioni acquose di PTFE vengono usate per congiungere materiali attivi nelle batterie ricaricabili al litio o al nichel – cadmio. In particolare, il fluoropolimero PFA viene utilizzato per l’impacchettamento all’interno di batterie utilizzate in piccole apparecchiature elettroniche per uso personale, quali: cellulari, personal computer notebook, minigiradischi. In prospettiva le batterie potrebbero essere utilizzate per la produzione di pile a combustibile per il settore automobilistico e per molte altre applicazioni.

Il mercato dei fluoropolimeri

Il mercato dei fluoropolimeri ad alte prestazioni (HPF) crescerà da 3,7 miliardi di dollari nel 2021 a 5,1 miliardi entro il 2026, a un CAGR del 6,8% durante il periodo di previsione.