Το τετραφθοροαιθυλένιο παρασκευάστηκε για πρώτη φορά το 1933. Η τρέχουσα εμπορική σύνθεση βασίζεται σε φθοραδάμαντα, θειικό οξύ και χλωροφόρμιο.
Βασική διαδικασία παραγωγής πολυμερούς PTFE:
Η Κατασκευή Πολυμερούς/Ρητίνης PTFE πραγματοποιείται βασικά σε δύο στάδια.Πρώτον, το μονομερές TFE γενικά κατασκευάζεται με σύνθεση Φθοριούχου Ασβεστίου (Fluorospar), Θειικού Οξέος & Χλωροφόρμιου και αργότερα ο πολυμερισμός του TFE πραγματοποιείται σε προσεκτικά ελεγχόμενες συνθήκες για να σχηματιστεί PTFE.Λόγω της παρουσίας σταθερών και ισχυρών δεσμών CF, το μόριο PTFE διαθέτει εξαιρετική χημική αδράνεια, υψηλή αντοχή στη θερμότητα και αξιοσημείωτα χαρακτηριστικά ηλεκτρικής μόνωσης.εκτός από εξαιρετικές ιδιότητες τριβής.
Καθαρισμός TFE:
Για τον πολυμερισμό απαιτείται καθαρό μονομερές.Εάν υπάρχουν ακαθαρσίες θα επηρεάσει το τελικό προϊόν.Το αέριο πρώτα τρίβεται για να αφαιρεθεί οποιοδήποτε υδροχλωρικό οξύ και στη συνέχεια αποστάζεται για να διαχωριστούν άλλες ακαθαρσίες.
Πολυμερισμός TFE:
Το καθαρό μη ανασταλμένο τετραφθοροαιθυλένιο μπορεί να πολυμεριστεί με βίαιο τρόπο, ακόμη και σε θερμοκρασίες αρχικά χαμηλότερες από εκείνη της θερμοκρασίας δωματίου.Ένας επάργυρος αντιδραστήρας, γεμάτος τέταρτα με διάλυμα που αποτελείται από 0,2 μέρη υπερθειικού αμμωνίου, 1,5 μέρη βόρακα και 100 μέρη νερού και με pH 9,2.Ο αντιδραστήρας ήταν κλειστός.εκκενώθηκε και αφέθηκαν 30 μέρη μονομερούς. Ο αντιδραστήρας αναδεύτηκε για μία ώρα στους 80°C και μετά την ψύξη έδωσε μια απόδοση 86% σε πολυμερές. Το PTFE παρασκευάζεται εμπορικά με δύο κύριες διαδικασίες, η μία οδηγεί στη λεγόμενη «κοκκώδη» πολυμερές και το δεύτερο που οδηγεί σε διασπορά πολυμερούς πολύ λεπτότερου μεγέθους σωματιδίων και χαμηλότερου μοριακού βάρους.Μία μέθοδος παραγωγής του τελευταίου περιελάμβανε τη χρήση ενός υδατικού διαλύματος υπεροξειδίου διηλεκτρικού οξέος 0,1°%.Οι αντιδράσεις πραγματοποιήθηκαν σε θερμοκρασία έως 90°C.
Άλλες μέθοδοι:
Αποσύνθεση του TFE υπό την επίδραση ηλεκτρικού τόξου. Ο πολυμερισμός πραγματοποιήθηκε με μέθοδο γαλακτώματος χρησιμοποιώντας εκκινητές υπεροξειδίου π.χ. H2O2 (υπεροξείδιο του υδρογόνου) και θειικό σίδηρο.Σε ορισμένες περιπτώσεις το οξυγόνο χρησιμοποιείται ως εκκινητής.
Δομή και ιδιότητες του PTFE:
Η χημική δομή του PTFE είναι γραμμικό πολυμερές C– F2 – C– F2 χωρίς διακλάδωση και οι εξαιρετικές ιδιότητες του PTFE συνδέονται με ισχυρό και σταθερό δεσμό άνθρακα – φθορίου.
Το πολυτετραφθοροαιθυλένιο είναι ένα γραμμικό πολυμερές απαλλαγμένο από οποιαδήποτε σημαντική ποσότητα διακλάδωσης.Ενώ το μόριο του πολυαιθυλενίου έχει τη μορφή ενός επίπεδου ζιγκ-ζαγκ στην κρυσταλλική ζώνη, αυτό είναι στερικά αδύνατο με αυτό του PTFE λόγω του ότι τα άτομα φθορίου είναι μεγαλύτερα από αυτά του υδρογόνου.Ως αποτέλεσμα, το μόριο καταλαμβάνει ένα στριμμένο ζιγκ-ζαγκ με τα άτομα φθορίου να συσκευάζονται σφιχτά σε μια σπείρα γύρω από τον σκελετό άνθρακα-άνθρακα.Μια πλήρης στροφή της σπείρας θα περιλαμβάνει περισσότερα από 26 άτομα άνθρακα κάτω από 19°C και 30°C πάνω από αυτό, υπάρχει ένα σημείο μετάβασης που περιλαμβάνει μια αλλαγή όγκου 1% σε αυτή τη θερμοκρασία.Η συμπαγής σύμπλεξη των ατόμων φθορίου οδηγεί σε ένα μόριο μεγάλης ακαμψίας και είναι αυτό το χαρακτηριστικό που οδηγεί στο υψηλό κρυσταλλικό σημείο τήξης και στη σταθερότητα της θερμικής μορφής του πολυμερούς.
Η διαμοριακή έλξη μεταξύ των μορίων PTFE είναι πολύ μικρή, η υπολογισμένη παράμετρος διαλυτότητας είναι 12,6 (MJ/m3)1/2 Το πολυμερές χύμα δεν έχει επομένως την υψηλή ακαμψία και αντοχή σε εφελκυσμό που συχνά συνδέεται με πολυμερή με υψηλό σημείο μαλακώματος.Ο δεσμός άνθρακα-φθορίου είναι πολύ σταθερός.Περαιτέρω, όπου δύο άτομα φθορίου είναι συνδεδεμένα σε ένα μόνο άτομο άνθρακα, υπάρχει μείωση της απόστασης του δεσμού C–F από 1,42 A σε 1,35 A. Ως αποτέλεσμα, η ισχύς του δεσμού μπορεί να φτάσει τα 504 kJ/mole.Δεδομένου ότι ο μόνος άλλος δεσμός που υπάρχει είναι ο σταθερός δεσμός C–C, το PTFE έχει πολύ υψηλή θερμική σταθερότητα, ακόμη και όταν θερμαίνεται πάνω από το κρυσταλλικό σημείο τήξεως των 327°C.Λόγω της υψηλής κρυσταλλικότητας και της ανικανότητας ειδικής αλληλεπίδρασης, δεν υπάρχουν διαλύτες σε θερμοκρασία δωματίου.Σε θερμοκρασίες που πλησιάζουν το σημείο τήξης ορισμένα φθοριούχα υγρά όπως η ανά-φθοριωμένη κηροζίνη θα διαλύσουν το πολυμερές.
Οι ιδιότητες του PTFE εξαρτώνται από τον τύπο του πολυμερούς και τη μέθοδο επεξεργασίας.Το πολυμερές μπορεί να διαφέρει ως προς το μέγεθος σωματιδίων και/ή το μοριακό βάρος.Το μέγεθος των σωματιδίων θα επηρεάσει την περίπτωση της επεξεργασίας και την ποσότητα των κενών στο τελικό προϊόν, ενώ το μοριακό βάρος θα επηρεάσει την κρυσταλλικότητα και ως εκ τούτου πολλές φυσικές ιδιότητες.Οι τεχνικές επεξεργασίας θα επηρεάσουν επίσης τόσο την κρυσταλλικότητα όσο και το περιεχόμενο κενών.
Τα μέσα κατά βάρος μοριακά βάρη των εμπορικών πολυμερών φαίνεται να είναι πολύ υψηλά και κυμαίνονται από 400000 έως 9000000. Η ICI αναφέρει ότι τα υλικά τους έχουν μοριακό βάρος στην περιοχή 500000 έως 5000000 και ποσοστό κρυσταλλικότητας μεγαλύτερο από 94~ όπως κατασκευάζονται.Τα κατασκευασμένα μέρη είναι λιγότερο κρυσταλλικά.Ο βαθμός κρυσταλλικότητας του τελικού προϊόντος θα εξαρτηθεί από τον ρυθμό ψύξης από τις θερμοκρασίες επεξεργασίας.Η αργή ψύξη θα οδηγήσει σε υψηλή κρυσταλλικότητα με γρήγορη ψύξη που δίνει το αντίθετο αποτέλεσμα.Τα υλικά χαμηλού μοριακού βάρους θα είναι επίσης πιο κρυσταλλικά.
Παρατηρείται ότι το πολυμερές διασποράς, το οποίο είναι λεπτότερου μεγέθους σωματιδίων και μικρότερου μοριακού βάρους, δίνει προϊόντα με πολύ βελτιωμένη αντίσταση στην κάμψη και επίσης σαφώς υψηλότερες αντοχές εφελκυσμού.Αυτές οι βελτιώσεις φαίνεται να προκύπτουν μέσω του σχηματισμού δομών που μοιάζουν με ίνες στη μάζα του πολυμερούς κατά την επεξεργασία.
Ώρα δημοσίευσης: Ιαν-04-2019