Fluorine Laboratory: Technical Characteristics and Equipments - Ten independent controlled variable air volume hoods and four working benches. - Gas pipe.

Presentazione sul tema: "Fluorine Laboratory: Technical Characteristics and Equipments - Ten independent controlled variable air volume hoods and four working benches. - Gas pipe."— Transcript della presentazione:

1 Fluorine Laboratory: Technical Characteristics and Equipments - Ten independent controlled variable air volume hoods and four working benches. - Gas pipe distribution system for fluorine, carbon- monoxide, carbon-dioxide, methane, oxygen, helium, nitrogen and tetrafluoroethylene. -External safety hooded cabinet tailored to contain a fluorine cylinder controlled by fluorine detector, automatic main shut- down valve and carbon filtering equipment to eliminate fluorine from the exhaust. -Twin coaxial continuous tubing gas distribution system for fluorine gas, outfitted with nitrogen cleaning gap flow and fluorine detectors connected to the safety main shoot-down valve. -Three hoods organized for a micro-plant flow system operating at atmospheric pressure, set with safety fluorine detector connected to the safety shoot down valve. -Two hoods equipped with fluorine vacuum-line apparatus and detectors connected to the main shoot-down valve. Laboratory working surface 75 m 2. - An historically unique Giulio Natta dry box.

2 Perfluoroalkylation of Polymeric Substrates Fluorinated Materials (different properties, if compared to the corresponding non-fluorinated compounds) - Low surface energy - Excellent chemical stability - Excellent thermal stability - Low refractive index - Low dielectric constant Bulk Materials Fluorinated Material Very expensive solution Surface Treatments Material coated by Fluorinated Layers Cheaper solution Hydrocarbon Material

3 Structural Studies of Pefluoroalkyl Radicals C. Corvaja, A. Famulari, L. Franco, M. Galimberti, P. Metrangolo, W. Navarrini, G. Resnati, M. Sansotera, Chem. Today, 2006, 24, 3, 17-22. Electron Paramagnetic Resonance Hyperfine Coupling Constants (Gauss) 87,8; 11,4 70,2; 19,7 86,4; 16,5; 3,3 70,8 ; 17,1 25° 5° 46° Quantum Mechanical Calculations GAMESS-US program with the 6-311G** basis set at DFT-B3LYP level (Distortion from Planarity) 23°

4 Funzionalizzazione di materiali carboniosi per mezzo di perossidi organici fluorurati Perfluorodiacil Perossidi Decomposizione termica Rottura omolitica simultanea di tre legami: due C-C e uno O-O Sono una sorgente di perfluoroalchil radicali per lintroduzione di gruppi perfluoroalchilici (R F ) nelle molecole organiche I radicali reagiscono con gli anelli aromatici tramite SET (Single Electron Transfer) Perfluoroalchilazione di Substrati Aromatici G. Resnati, I. Wlassics, M. Sansotera, P.Metrangolo, W. Navarrini, Chemistry Today, vol. 25, nr. 3, 23-25, (2007).

5 Perfluoroalkylation of Carbonaceous Materials Decomposition mechanism of Z-FOMBLIN PEROXIDES Synthesis of Z-FOMBLIN PEROXIDES Oxidative Photopolymerization D. Sianesi, G. Marchionni, R.J. De Pasquale, Perfluoropolyethers (PFPEs) from Perfluoroolefin Photooxidation in Organofluorine Chemistry Principles and Commercial Applications, Ed. R. E. Banks, B.E. Smart, J.C. Tatlow, Plenum Press, 1994

6 Perfluoroalkylation of Polymeric Substrates Peroxide Surface Energy (mN/m) PSPET -3032 Perfluorodipropionyl Peroxide 1817 Perfluorodi-iso-butyryl Peroxide 2117 Perfluorodi-n-butyryl Peroxide 2031 Contact Angle XPS

7 Funzionalizzazione di materiali carboniosi per mezzo di perossidi organici fluorurati Perfluoroalchilazione del carbone I perossidi organici fluorurati sono fonti di radicali liberi perfluorurati. I radicali perfluorurati sono un utile strumento per la funzionalizzazione di substrati aromatici. Il carbon black presenta una struttura aromatica policiclica con numerosi gruppi funzionali legati allestremità della struttura. I perossidi fluorurati possono essere utilizzati per la funzionalizzazione del carbone. W. Navarrini, M. Sansotera, P. Metrangolo, P. Cavallotti, G. Resnati WO 2009/019243 A1.

8 Funzionalizzazione di materiali carboniosi per mezzo di perossidi organici fluorurati Work Up Lestrattore Soxhlet è formato da tre componenti sovrapposti: Condensatore collegato a criostato (fluido refrigerante: alcol denaturato). Pallone immerso in un bagno termostatico con T regolata in funzione della T eb del solvente. Estrattore Sifone per lo scarico dellestratto liquido. By-Pass per il passaggio del solvente allo stato gassoso. Filtro a Pressione La sospensione viene versata allinterno del filtro. Pressione: 4 bar con N 2 (g). Membrana filtrante in PTFE idrofobico con pori da 0,45 μm. Lavaggio: 3 volte con solvente fluorurato; 3 volte con acqua demineralizzata. Centrifugazione Il campione viene suddiviso in diverse provette da centrifuga. Dopo centrifugazione, la fase liquida viene recuperata tramite pipetta Pasteur.

9 Funzionalizzazione di materiali carboniosi per mezzo di perossidi organici fluorurati Caratterizzazione I campioni sono stati caratterizzati tramite XPS BET Angolo di Contatto Misure di Resistività 2^ Legge di Ohm

10 Funzionalizzazione di materiali carboniosi per mezzo di perossidi organici fluorurati Composizione Superficiale (XPS) Aumentando la quantità di perossido aggiunto: contenuto di F contenuto di S contenuto di O assenza di Cl Campioni ([Perossido] SUP x 10 2 mmol/m 2 ) Percentuale Atomica [%] FOCS Carbone Vulcan XC72R-1,298,40,4 Vulcan dopo trattamento con [CF 3 C(SO 2 F)FCOO] 2 e lavaggio 1,62,74,492,00,9 3,24,25,089,51,2 Vulcan dopo trattamento con perossido Z-FOMBLIN solfonico e lavaggio 0,033,62,993,10,4 0,1319,58,371,30,9 0,2624,710,363,91,0 Trattamento Chimico con PFPE perossido Fisioadsorbimento di PFPE (non perossidico) Lavaggio con Filtro Lavaggio con Soxhlet (24 h) Carbone (Vulcan XC72R) Lavaggio con Filtro

11 Funzionalizzazione di materiali carboniosi per mezzo di perossidi organici fluorurati Angolo di Contatto (CA) Carbone non trattato 0,03E –2 meq/m 2 0,13 E –2 meq/m 2 0,26 E –2 meq/m 2 Non stabile 150° 147° Carbone trattato con perox Z-FOMBLIN solfonico Carbone trattato con [CF 3 C(SO 2 F)FCOO] 2 Fisioadsorbimento di PFPE (non perossidico) Z-Fomblin M03 Lavaggio 136°Non stabile

12 Funzionalizzazione di materiali carboniosi per mezzo di perossidi organici fluorurati Misure Resistività (CF) n Thermax 990 (Extender Black) Vulcan XC72R Grafite CONFRONTO TRA MATERIALI CARBONIOSI EFFETTO del WORK-UP Il lavaggio tramite centrifugazione o filtro a pressione modifica in modo trascurabile il comportamento elettrico del carbone.

13 Funzionalizzazione di materiali carboniosi per mezzo di perossidi organici fluorurati Diamond-Like Carbon (DLC) DLC non trattato DLC trattato con perfluorodi(2-fluorosulfonil)propionil perossido CARATTERISTICHE Diamond-like indica che i film contengono alte % di carboni ibridizzati sp 3 Serie di film di carbone amorfo Elevata durezza, basso coeff. di attrito, chimicamente inerti Lisci, senza difetti, barriera diffusiva a umidità e gas Biocompatibilità, resistenza a corrosione Ottima adesione al substrato ANGOLO DI CONTATTO acqua 53° n-dodecano 13° acqua 76° n-dodecano 3° XPS Campioni DLC Percentuale Atomica [%] FOCSClNSiNa Non trattato -9,987,3--1,50,60,7 Trattato con [CF 3 C(SO 2 F)FCOO] 2 4,815,474,60,40,31,62,30,5

14 DIAMOND-LIKE CARBON Perfluoroalkylation of Carbonaceous Materials 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 051015202530 Normal Force [nN] Friction Force [mV] DLC PFPE Coating Modified DLC DLC Lateral force signals versus normal forces on the native DLC film and PFPE coating.

15 Functionalized Carbonaceous Material Plastomeric and Elastomeric Fluoropolymer Fillers Fuorinated Chain Proton Exchange Membrane Carbon + Catalyst Fuel Cells Li-Batteries Supercapacitors Perfluoroalkylation of Carbonaceous Materials APPLICATIONS Self Lubricating Surfaces

16 Fluorine Laboratory: Technical Characteristics and Equipments - Ten independent controlled variable air volume hoods and four working benches. - Gas pipe distribution system for fluorine, carbon- monoxide, carbon-dioxide, methane, oxygen, helium, nitrogen and tetrafluoroethylene. -External safety hooded cabinet tailored to contain a fluorine cylinder controlled by fluorine detector, automatic main shut- down valve and carbon filtering equipment to eliminate fluorine from the exhaust. -Twin coaxial continuous tubing gas distribution system for fluorine gas, outfitted with nitrogen cleaning gap flow and fluorine detectors connected to the safety main shoot-down valve. -Three hoods organized for a micro-plant flow system operating at atmospheric pressure, set with safety fluorine detector connected to the safety shoot down valve. -Two hoods equipped with fluorine vacuum-line apparatus and detectors connected to the main shoot-down valve. Laboratory working surface 75 m 2. - An historically unique Giulio Natta dry box.

17 Reactions with reactive gases

18 A novel method for the fabrication of silica microfluidic devices Preparation of highly pure Carbonyl Difluoride Sinthesis of Acil-fluorides suitable for perfluoro- peroxide synthesis The use of perfluoro-methyl-hypofluorite as a fluorinating and metoxilation agent of substituted aromatic substrates