Tetrafluoroetilen je bil prvič pripravljen leta 1933. Trenutne komercialne sinteze temeljijo na fluoritu, žveplovi kislini in kloroformu.
Osnovni proizvodni proces PTFE polimera:
Proizvodnja PTFE polimera/smole v osnovi poteka v dveh fazah.Prvič, monomer TFE se na splošno proizvaja s sintezo kalcijevega fluorida (fluorospar), žveplove kisline in kloroforma, kasnejša polimerizacija TFE pa se izvede v skrbno nadzorovanih pogojih, da nastane PTFE.Zaradi prisotnosti stabilnih in močnih vezi CF ima molekula PTFE izjemno kemično inertnost, visoko toplotno odpornost in izjemne električne izolacijske lastnosti;poleg odličnih tornih lastnosti.
Čiščenje TFE:
Za polimerizacijo je potreben čisti monomer.Če so prisotne nečistoče, to vpliva na končni izdelek.Plin se najprej očisti, da se odstrani morebitna klorovodikova kislina, nato pa se destilira, da se ločijo druge nečistoče.
Polimerizacija TFE:
Čisti neinhibirani tetrafluoroetilen lahko silovito polimerizira, tudi pri temperaturah, ki so sprva nižje od sobne temperature.Posrebreni reaktor, do četrtine napolnjen z raztopino, sestavljeno iz 0,2 delov amonijevega persulfata, 1,5 delov boraksa in 100 delov vode, s pH 9,2.Reaktor je bil zaprt;evakuirali in spustili 30 delov monomera. Reaktor smo mešali eno uro pri 80 °C in po ohlajanju je dal 86-odstotni izkoristek polimera. PTFE komercialno izdelujemo z dvema glavnima postopkoma, od katerih eden vodi do tako imenovanega 'zrnatega' polimera, drugi pa vodi do disperzije polimera z veliko manjšo velikostjo delcev in manjšo molekulsko maso.Eden od načinov izdelave slednjega je vključeval uporabo 0,1°% vodne raztopine peroksida disukcinske kisline.Reakcije smo izvajali pri temperaturi do 90°C.
Druge metode:
Razgradnja TFE pod vplivom električnega obloka. Polimerizacija, izvedena z emulzijsko metodo z uporabo peroksidnih iniciatorjev, npr. H2O2 (vodikov peroksid) in železovega sulfata.V nekaterih primerih se kot iniciator uporablja kisik.
Struktura in lastnosti PTFE:
Kemična struktura PTFE je linearni polimer C– F2 – C– F2 brez kakršne koli veje in izjemne lastnosti PTFE so povezane z močno in stabilno vezjo ogljik – fluor.
Politetrafluoroetilen je linearni polimer brez kakršnih koli večjih količin razvejanja.Medtem ko je molekula polietilena v kristalni coni v obliki ravninskega cik-caka, je to sterično nemogoče pri molekuli PTFE, ker so atomi fluora večji od atomov vodika.Posledično molekula zavzame zavit cik-cak z atomi fluora, ki se tesno zapakirajo v spiralo okoli okostja ogljik-ogljik.Popoln zasuk spirale bo vključeval več kot 26 ogljikovih atomov pod 19 °C in 30 °C nad njo, kjer bo prehodna točka, ki vključuje 1-odstotno spremembo prostornine pri tej temperaturi.Kompaktno prepletanje atomov fluora vodi do molekule z veliko togostjo in prav ta lastnost vodi do visokega kristalnega tališča in toplotne stabilnosti polimera.
Medmolekularna privlačnost med molekulami PTFE je zelo majhna, izračunani parameter topnosti je 12,6 (MJ/m3)1/2. Polimer v razsutem stanju torej nima visoke togosti in natezne trdnosti, ki je pogosto povezana s polimeri z visoko točko mehčanja.Vez ogljik-fluor je zelo stabilna.Nadalje, kjer sta dva atoma fluora vezana na en atom ogljika, pride do zmanjšanja razdalje C–F vezi z 1,42 A na 1,35 A. Posledično je moč vezi lahko celo do 504 kJ/mol.Ker je edina druga prisotna vez stabilna vez C–C, ima PTFE zelo visoko toplotno stabilnost, tudi če je segret nad tališče kristala 327 °C.Zaradi visoke kristaliničnosti in nezmožnosti specifične interakcije pri sobni temperaturi ni topil.Pri temperaturah, ki se približujejo tališču, bodo nekatere fluorirane tekočine, kot je perfluorirani kerozin, raztopile polimer.
Lastnosti PTFE so odvisne od vrste polimera in načina predelave.Polimer se lahko razlikuje po velikosti delcev in/ali molekulski masi.Velikost delcev bo vplivala na primer obdelave in količino praznin v končnem izdelku, medtem ko bo molekulska masa vplivala na kristaliničnost in s tem na številne fizikalne lastnosti.Tehnike obdelave bodo vplivale tudi na kristaliničnost in vsebnost praznin.
Zdi se, da je povprečna molekulska masa komercialnih polimerov zelo visoka in je v območju od 400000 do 9000000. ICI poroča, da imajo njihovi materiali molekulsko maso v območju od 500000 do 5000000 in odstotek kristaliničnosti večji od 94% pri proizvodnji.Izdelani deli so manj kristalni.Stopnja kristaliničnosti končnega izdelka bo odvisna od hitrosti ohlajanja od temperatur obdelave.Počasno ohlajanje bo povzročilo visoko kristaliničnost, hitro ohlajanje pa bo povzročilo nasprotni učinek.Materiali z nizko molekulsko maso bodo tudi bolj kristalni.
Opaženo je, da disperzijski polimer, ki ima manjšo velikost delcev in nižjo molekulsko maso, daje izdelke z močno izboljšano odpornostjo na upogibanje in tudi izrazito večjo natezno trdnostjo.Zdi se, da te izboljšave nastanejo zaradi tvorbe vlaknastih struktur v masi polimera med predelavo.
Čas objave: Jan-04-2019