Щоб зрозуміти вплив фтору, можна дослідити відмінності між лінійним поліетиленом (PE) і PTFE, який є найкращим фторполімером з точки зору властивостей і характеристик.
Існують важливі відмінності між властивостями ПЕ та ПТФЕ:
- * PTFE є одним із полімерів з найнижчою поверхневою енергією
- *PTFE є найбільш хімічно стійким полімером
- *PTFE є одним з найбільш термічно стійких полімерів
- *Точка плавлення та питома вага PTFE більш ніж удвічі в порівнянні з поліетиленом
Відмінності PTFE і PE пов'язані з відмінностями зв'язків CeF і CeH.Відмінності в електронних властивостях і розмірах F і H призводять до наступних спостережень:
- *F - найбільш електронегативний з усіх елементів (4 Полінга)
- *F має неподілені електронні пари
- *F легше перетворюється на Fe
- *Міцність зв'язку CeF вища, ніж CeH
- *F більше ніж H
Електронегативність вуглецю при 2,5 Полінга дещо вища, ніж у водню, і нижча, ніж електронегативність фтору.Отже, полярність зв’язку CeF протилежна полярності зв’язку CeH, і зв’язок CeF більш поляризований.У зв’язку CeF фторний кінець зв’язку негативно заряджений порівняно зі зв’язком CeH, у якому вуглець заряджений негативно.
Різниця в полярності зв'язку CeH і CeF впливає на відносну стабільність конформацій двох полімерних ланцюгів.Кристалізація поліетилену відбувається в планарній і транс-конформації.PTFE можна примусово набути такої конформації за надзвичайно високого тиску.ПТФЕ при температурі нижче 19 C кристалізується у вигляді спіралі з 0,169 нм на відстань повторення: потрібно 13 атомів C, щоб завершити поворот на 180.При температурі вище 19 C відстань повторення збільшується до 0,195 нм, що означає, що для повороту на 180 потрібно 15 атомів вуглецю.При температурі вище 19 °C ланцюги здатні до кутового зміщення, яке збільшується вище 30 °C до досягнення точки плавлення (327 °C).
Заміна H на F у зв’язку CeH істотно збільшує міцність зв’язку з 99,5 ккал/моль для зв’язку CeH до 116 ккал/моль для зв’язку CeF.Отже, термостабільність і хімічна стійкість PTFE вищі, ніж PE, оскільки для розриву зв'язку CeF потрібно більше енергії.Полярність і міцність зв’язку CeF ускладнюють механізм відриву атома F для розгалуження.Навпаки, можна синтезувати сильно розгалужений поліетилен (>8 розгалужень на 100 атомів вуглецю).Механізм розгалуження як інструмент для регулювання кристалічності не практичний для PTFE.Натомість сомономери з незалежними групами повинні бути полімеризовані з TFE.
Кристалічність ніколи не розплавленого PTFE знаходиться в діапазоні 92-98%, що відповідає структурі нерозгалуженого ланцюга.FEP, сополімер TFE і HFP, має кристалічність після полімеризації 40-50%.У FEP залежна група CF3 зв’язана з третинним вуглецем, який є менш термічно стабільним, ніж первинні та вторинні атоми вуглецю.Криві деградації вказують на температуру початку деградації 300 C для FEP (0,02% втрати ваги) і 425 C для PTFE (0,03% втрати ваги).
Час публікації: 25 вересня 2020 р