Процес виробництва PTFE

Тетрафторетилен вперше був отриманий у 1933 році. Поточний комерційний синтез базується на плавиковому шпаті, сірчаній кислоті та хлороформі.

Основний процес виробництва PTFE полімеру:

Виробництво PTFE полімеру / смоли в основному здійснюється в два етапи.По-перше, мономер ТФЕ зазвичай виготовляється шляхом синтезу фториду кальцію (фторид шпату), сірчаної кислоти та хлороформу, а потім полімеризація ТФЕ здійснюється в ретельно контрольованих умовах для утворення ПТФЕ.Завдяки наявності стабільних і міцних зв'язків CF, молекула PTFE має виняткову хімічну інертність, високу термостійкість і чудові електроізоляційні характеристики;на додаток до відмінних фрикційних властивостей.

Очищення TFE:

Для полімеризації необхідний чистий мономер.Якщо присутні домішки, це вплине на кінцевий продукт.Газ спочатку очищається для видалення соляної кислоти, а потім дистилюється для відділення інших домішок.

Полімеризація TFE:

Чистий незагальмований тетрафторетилен може бурхливо полімеризуватися навіть при температурах, спочатку нижчих за кімнатну.Посріблений реактор, на чверть заповнений розчином, що складається з 0,2 частин персульфату амонію, 1,5 частин бури і 100 частин води, з рН 9,2.Реактор закрили;вакуумували та впустили 30 частин мономеру. Реактор перемішували протягом однієї години при 80°C і після охолодження дали 86% вихід полімеру. ПТФЕ виготовляють у промисловості двома основними процесами, один з яких призводить до так званого «грануляту». полімеру, а другий призводить до дисперсії полімеру з набагато меншим розміром частинок і меншою молекулярною масою.Один із способів одержання останнього передбачав використання 0,1°% водного розчину пероксиду диянтарної кислоти.Реакції проводили при температурі до 90°С.

Інші методи:

Розкладання ТФЕ під дією електричної дуги. Полімеризація здійснюється емульсійним методом з використанням пероксидних ініціаторів, наприклад H2O2 (Пероксид водню) і сульфату заліза.У деяких випадках в якості ініціатора використовується кисень.

Структура та властивості PTFE:

Хімічна структура PTFE є лінійним полімером C– F2 – C– F2 без будь-яких розгалужень, і видатні властивості PTFE пов’язані з міцним і стабільним зв’язком вуглець – фтор.

Політетрафторетилен є лінійним полімером без значної кількості розгалужень.У той час як молекула поліетилену має форму плоского зигзага в кристалічній зоні, це стерично неможливо для молекули PTFE через те, що атоми фтору більші за атоми водню.Як наслідок, молекула займає скручений зигзаг з атомами фтору, щільно упакованими у спіралі навколо вуглець-вуглецевого скелета.Повний виток спіралі залучатиме понад 26 атомів вуглецю при температурі нижче 19°C і на 30°C вище, де є перехідна точка, яка передбачає зміну об’єму на 1% при цій температурі.Компактне зчеплення атомів фтору призводить до молекули великої жорсткості, і саме ця особливість призводить до високої температури плавлення кристалів і термічної стабільності форми полімеру.

Міжмолекулярне притягання між молекулами ПТФЕ дуже мале, обчислений параметр розчинності становить 12,6 (МДж/м3)1/2. Таким чином, полімер у масі не має високої жорсткості та міцності на розрив, які часто пов’язані з полімерами з високою температурою розм’якшення.Зв'язок вуглець-фтор дуже стійкий.Крім того, коли два атоми фтору приєднані до одного атома вуглецю, відстань між зв’язками C–F зменшується з 1,42 A до 1,35 A. У результаті міцність зв’язку може досягати 504 кДж/моль.Оскільки єдиним іншим наявним зв’язком є ​​стабільний зв’язок C–C, PTFE має дуже високу термостабільність навіть при нагріванні вище температури плавлення кристала 327°C.Через високу кристалічність і нездатність до специфічної взаємодії при кімнатній температурі немає розчинників.При температурах, що наближаються до точки плавлення, деякі фторовані рідини, такі як перфторований гас, розчиняють полімер.

Властивості PTFE залежать від типу полімеру та методу обробки.Полімер може відрізнятися розміром частинок і/або молекулярною масою.Розмір частинок впливатиме на ступінь обробки та кількість пустот у готовому продукті, тоді як молекулярна маса впливатиме на кристалічність і, отже, на багато фізичних властивостей.Методи обробки також впливатимуть як на кристалічність, так і на вміст пустот.

Середньомасові молекулярні маси комерційних полімерів виявляються дуже високими і знаходяться в діапазоні від 400000 до 9000000. ICI повідомляє, що їхні матеріали мають молекулярну масу в діапазоні від 500000 до 5000000 і відсоток кристалічності більше 94% при виробництві.Виготовлені деталі менш кристалічні.Ступінь кристалічності готового продукту буде залежати від швидкості охолодження від температури обробки.Повільне охолодження призведе до високої кристалічності, а швидке охолодження призведе до протилежного ефекту.Низькомолекулярні матеріали також будуть більш кристалічними.

Помічено, що дисперсійний полімер, який має більш дрібний розмір частинок і нижчу молекулярну масу, дає вироби зі значно покращеним опором до згинання, а також значно вищою міцністю на розрив.Ці поліпшення, очевидно, виникають через утворення волокнистих структур у масі полімеру під час обробки.