O PTFE pode realmente sofrer corrosão? Compreendendo os limites da resistência química em elementos de aquecimento?

Depois de apenas oito meses de uso contínuo, um aquecedor de imersão com revestimento-de PTFE que havia sido usado em um reator químico especializado quebrou. A unidade deveria durar cinco anos em um fluxo de processo com 70% de ácido nítrico a 220 graus. Não havia vestígios de carbonização, derretimento, queima-seca ou desgaste mecânico quando olhamos para ele. A superfície do fluoropolímero, por outro lado, apresentou branqueamento uniforme, pequenas fissuras na superfície e uma notável perda de espessura da parede. A princípio o operador não acreditou: "O PTFE é quimicamente inerte-nada o ataca." Essa noção, comum no setor de processos, é a razão pela qual a falha passou despercebida até que as perdas de produção aumentaram.

O evento mostra um mal-entendido comum. O politetrafluoroetileno (PTFE) é conhecido por ser quimicamente inerte porque possui uma estrutura de carbono-flúor muito estável. Contudo, esta estabilidade nem sempre está presente em todas as situações. Engenheiros de processo e especificadores de materiais que acreditam que o PTFE é imune ao risco de aplicação incorreta, substituição antecipada e tempo de inatividade não planejado. Conhecer as condições exatas que permitem que os produtos químicos ataquem o PTFE ajuda você a escolher o material certo e faz com que ele dure mais em aplicações difíceis de elementos de aquecimento-.


O PTFE é resistente a quase todos os solventes industriais, ácidos, bases e gases em temperaturas moderadas, geralmente abaixo de 150 graus. Por não ter partes polares e ter muito flúor, não adere nem umedece a maioria das coisas. Assim, as tabelas de compatibilidade mostram milhares de substâncias como “sem ataque” ou “excelente resistência”. Essa capacidade é o que torna o PTFE útil para revestimentos, vedações e camisas de aquecimento em processamento químico, bancadas úmidas de semicondutores e reatores farmacêuticos.

Quando as temperaturas sobem, as coisas mudam. Quando a temperatura ultrapassa os 200 graus, as moléculas nas cadeias de PTFE movem-se mais livremente. Alguns organismos agressivos podem então atravessar a superfície e iniciar a decomposição. Três tipos de drogas são conhecidos por serem perigosos.

Primeiro, o sódio e o potássio, que são metais alcalinos, desfluoram rapidamente o PTFE. Quando a temperatura sobe acima de 300 graus, os átomos de metal retiram flúor da cadeia polimérica, formando fluoretos metálicos e deixando para trás um resíduo rico em carbono-. A reação é suficientemente forte para poder ser empregada propositalmente em estudos de fusão de sódio em laboratório para encontrar halogênios.

Em segundo lugar, produtos químicos de fluoração poderosos, como o gás flúor elementar e o trifluoreto de cloro, podem danificar o PTFE mesmo em temperaturas mais baixas. Esses produtos químicos adicionam flúor ou substituem átomos de flúor que já existem. Isso quebra correntes e as torna frágeis. Quando exposto a 10% de flúor em nitrogênio a 150 graus, o ataque à superfície é óbvio em poucas horas.

Terceiro, ácidos oxidantes muito fortes em temperaturas próximas ao limite superior de serviço do PTFE (260 graus contínuos) causam decomposição lenta, mas constante. Ácido nítrico fumegante, ácido perclórico altamente concentrado e misturas com halogênios livres podem causar oxidação da superfície do polímero. O ritmo aumenta muito rapidamente quando a temperatura está em 250 graus ou mais. O PTFE pode lidar com ácidos fracos por muito tempo, mas quando são misturados com grandes concentrações, altas temperaturas e longos períodos de tempo, ultrapassam o limite de estabilidade cinética do material.

Os ataques químicos deixam marcas nas coisas bem diferentes das falhas térmicas ou mecânicas. A dispersão da luz de micro{1}}vazios ou alterações nos cristais causa o branqueamento da superfície. Após a cisão da corrente, a bainha torna-se quebradiça e rígida, o que aumenta a probabilidade de quebrar à medida que se expande com o calor. A perda de peso, que pode ser medida por exames gravimétricos periódicos, mostra que o material foi removido. Em casos graves, uma inspeção microscópica mostra corrosão ou separação intergranular que não é observada apenas em falhas térmicas.

Estas exceções são muito diferentes da maioria dos compostos industriais. A 200 graus, o ácido sulfúrico pode ter até 98% de força, e o ácido clorídrico, soluções de hidróxido de sódio e solventes orgânicos como tolueno ou acetona não se decompõem durante anos de uso. A principal diferença não é o produto químico em si, mas o envelope de temperatura-concentração. O PTFE possui uma ampla gama de desempenho, embora não seja infinita.

A verificação prática da compatibilidade exige mais do que um exame superficial dos gráficos gerais. A maioria dos dados publicados mostra resultados de imersão de curto-prazo em temperatura ambiente ou em uma temperatura mais alta. Os engenheiros precisam ter certeza de que a concentração, a temperatura e o tempo de exposição são adequados para a planta. Você não pode usar as palavras “resistente” e “compatível” com o mesmo significado. Depois de ser testado durante sete dias, um material pode ser classificado como resistente, mas pode quebrar com o tempo quando as restrições de temperatura são atingidas. Para aplicações limítrofes-aquelas que operam dentro de 20 graus do máximo especificado ou que utilizam oxidantes potentes-, os testes de imersão sob condições de processo simuladas continuam sendo a única verificação confiável.

Na prática, a forma mais comum de o PTFE em elementos de aquecimento industrial ser realmente danificado por produtos químicos é quando é utilizado a temperaturas superiores ao limite aceitável e existem agentes oxidantes presentes. Um cenário de falha menos comum, mas relatado, envolve ser atacado por enxofre fundido ou alguns haletos metálicos em temperaturas acima de 300 graus. Em ambos os casos, o envelope do processo era demasiado grande para a janela de estabilidade cinética do polímero.

Não existe um único material que funcione para tudo. O PTFE é o material quimicamente mais resistente disponível, embora tenha limites que podem ser medidos. Conhecer esses limites-como metais alcalinos fundidos, produtos químicos de fluoração fortes e oxidantes intensos próximos ao limite superior de temperatura-impede que as pessoas os usem de maneira errada e protege equipamentos caros. Para qualquer instalação onde as condições de serviço estão próximas dos limites publicados, a verificação da compatibilidade através da análise cuidadosa dos dados e da realização de testes de imersão direcionados garante que as incríveis propriedades do PTFE levem à vida útil longa e confiável que os engenheiros de processo e especificadores de materiais esperam.