Σχέση Ιδιοτήτων Δομής PTFE

Ένας τρόπος για να κατανοήσουμε την επίδραση του φθορίου είναι να διερευνήσουμε τις διαφορές μεταξύ του γραμμικού πολυαιθυλενίου (PE) και του PTFE που είναι το απόλυτο φθοριοπολυμερές όσον αφορά τις ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά.

Υπάρχουν σημαντικές διαφορές μεταξύ των ιδιοτήτων του PE και του PTFE:

• * Το PTFE είναι ένα από τα πολυμερή με τη χαμηλότερη επιφανειακή ενέργεια
• *Το PTFE είναι το πιο ανθεκτικό χημικά πολυμερές
• *Το PTFE είναι ένα από τα πιο θερμικά σταθερά πολυμερή
• *Το σημείο τήξης και το ειδικό βάρος του PTFE είναι υπερδιπλάσια από αυτά του πολυαιθυλενίου

Οι διαφορές PTFE και PE αποδίδονται στις διαφορές των ομολόγων CeF και CeH.Οι διαφορές στις ηλεκτρονικές ιδιότητες και μεγέθη των F και H οδηγούν στις ακόλουθες παρατηρήσεις:

• *Το F είναι το πιο ηλεκτραρνητικό από όλα τα στοιχεία (4 Paulings)
• *Η F έχει μη κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων
• *Το F μετατρέπεται πιο εύκολα σε Fe
• *Η ισχύς δεσμού του CeF είναι υψηλότερη από την CeH
• *Το F είναι μεγαλύτερο από το H

Η ηλεκτραρνητικότητα του άνθρακα στα 2,5 Paulings είναι κάπως υψηλότερη από αυτή του υδρογόνου και χαμηλότερη από την ηλεκτραρνητικότητα του φθορίου.Κατά συνέπεια, η πολικότητα του δεσμού CeF είναι αντίθετη από αυτή του δεσμού CeH και ο δεσμός CeF είναι πιο πολωμένος.Στον δεσμό CeF, το άκρο φθορίου του δεσμού είναι αρνητικά φορτισμένο σε σύγκριση με τον δεσμό CeH στον οποίο ο άνθρακας είναι αρνητικά φορτισμένος.

Η διαφορά στην πολικότητα του δεσμού του CeH και του CeF επηρεάζει τη σχετική σταθερότητα των διαμορφώσεων των δύο πολυμερών αλυσίδων.Η κρυστάλλωση του πολυαιθυλενίου λαμβάνει χώρα σε επίπεδη και trans διαμόρφωση.Το PTFE μπορεί να εξαναγκαστεί σε μια τέτοια διαμόρφωση σε εξαιρετικά υψηλή πίεση.Το PTFE, κάτω από τους 19 C, κρυσταλλώνεται ως έλικα με 0,169 nm ανά απόσταση επανάληψης: χρειάζονται 13 άτομα C για να ολοκληρωθεί μια στροφή 180.Πάνω από τους 19 C, η απόσταση επανάληψης αυξάνεται στα 0,195 nm που σημαίνει ότι απαιτούνται 15 άτομα άνθρακα για μια στροφή 180.Σε πάνω από 19 C οι αλυσίδες είναι ικανές για γωνιακή μετατόπιση, η οποία αυξάνεται πάνω από 30 C μέχρι να φτάσει στο σημείο τήξης (327 C).

Η αντικατάσταση του F για το Η στον δεσμό CeH αυξάνει σημαντικά την ισχύ του δεσμού από 99,5 kcal/mole για τον δεσμό CeH σε 116 kcal/mole για τον δεσμό CeF.Κατά συνέπεια, η θερμική σταθερότητα και η χημική αντίσταση του PTFE είναι υψηλότερη από το PE επειδή απαιτείται περισσότερη ενέργεια για να σπάσει ο δεσμός CeF.Η πολικότητα και η ισχύς του δεσμού CeF καθιστούν τον μηχανισμό αφαίρεσης ατόμου F για διακλάδωση δύσκολο.Αντίθετα, μπορεί να συντεθεί πολυαιθυλένιο υψηλής διακλάδωσης (>8 κλάδοι ανά 100 άτομα άνθρακα).Ο μηχανισμός διακλάδωσης ως εργαλείο για τη ρύθμιση της κρυσταλλικότητας δεν είναι πρακτικός για το PTFE.Αντίθετα τα συμμονομερή με εκκρεμείς ομάδες πρέπει να πολυμεριστούν με TFE.

Η κρυσταλλικότητα του μη λιωμένου PTFE είναι της τάξης του 92e98%, σύμφωνα με μια δομή αλυσίδας χωρίς διακλάδωση.Το FEP, ένα συμπολυμερές των TFE και HFP, έχει μια πολυμερισμένη κρυσταλλικότητα 40e50%.Στο FEP, η εκκρεμούσα ομάδα CF3 συνδέεται με έναν τριτογενή άνθρακα που είναι λιγότερο θερμικά σταθερός από τα άτομα πρωτογενούς και δευτερογενούς άνθρακα.Οι καμπύλες αποικοδόμησης υποδεικνύουν θερμοκρασίες έναρξης αποικοδόμησης 300 C για FEP (0,02% απώλεια βάρους) και 425 C για PTFE (0,03% απώλεια βάρους).