Razmerje lastnosti strukture PTFE

Način za razumevanje vpliva fluora je raziskovanje razlik med linearnim polietilenom (PE) in PTFE, ki je najboljši fluoropolimer v smislu lastnosti in značilnosti.

Med lastnostmi PE in PTFE obstajajo pomembne razlike:

• * PTFE je eden izmed polimerov z najnižjo površinsko energijo
• *PTFE je najbolj kemično odporen polimer
• *PTFE je eden najbolj toplotno stabilnih polimerov
• *Tališče in specifična teža PTFE sta več kot dvakrat večja od polietilena

Razlike med PTFE in PE je mogoče pripisati razlikam med vezi CeF in CeH.Razlike v elektronskih lastnostih in velikostih F in H vodijo do naslednjih ugotovitev:

• *F je najbolj elektronegativen od vseh elementov (4 Paulinga)
• *F ima nedeljene elektronske pare
• *F se lažje pretvori v Fe
• *Vezna trdnost CeF je višja od CeH
• *F je večji od H

Elektronegativnost ogljika pri 2,5 Paulinga je nekoliko večja od elektronegativnosti vodika in nižja od elektronegativnosti fluora.Posledično je polarnost vezi CeF nasprotna polarnosti vezi CeH in vez CeF je bolj polarizirana.Pri vezi CeF je fluorov konec vezi negativno nabit v primerjavi z vezjo CeH, v kateri je ogljik negativno nabit.

Razlika v polarnosti vezi CeH in CeF vpliva na relativno stabilnost konformacij obeh polimernih verig.Kristalizacija polietilena poteka v planarni in trans konformaciji.PTFE je mogoče prisiliti v takšno konformacijo pri izjemno visokem tlaku.PTFE pod 19 °C kristalizira kot vijačnica z 0,169 nm na ponovitveno razdaljo: potrebnih je 13 atomov C za 180-stopinjski obrat.Nad 19 C se ponavljajoča razdalja poveča na 0,195 nm, kar pomeni, da je potrebnih 15 ogljikovih atomov za 180 obrat.Pri nad 19 C so verige sposobne kotnega premika, ki se poveča nad 30 C, dokler ne dosežejo tališča (327 C).

Zamenjava F s H v vezi CeH bistveno poveča moč vezi z 99,5 kcal/mol za vez CeH na 116 kcal/mol za vez CeF.Posledično sta toplotna stabilnost in kemična odpornost PTFE višji od PE, ker je za prekinitev vezi CeF potrebno več energije.Polarnost in moč vezi CeF otežuje mehanizem abstrakcije atoma F za razvejanje.Nasprotno pa je mogoče sintetizirati zelo razvejen polietilen (>8 vej na 100 ogljikovih atomov).Mehanizem razvejanja kot orodje za prilagoditev kristaliničnosti ni praktičen za PTFE.Namesto tega je treba komonomere z visečimi skupinami polimerizirati s TFE.

Kristaličnost nikoli stopljenega PTFE je v območju 92-98 %, kar je skladno z nerazvejeno verižno strukturo.FEP, kopolimer TFE in HFP, ima polimerizirano kristaliničnost 40-50 %.V FEP je viseča skupina CF3 vezana na terciarni ogljik, ki je manj toplotno stabilen kot primarni in sekundarni atomi ogljika.Krivulje razgradnje kažejo začetne temperature razgradnje 300 C za FEP (0,02 % izgube teže) in 425 C za PTFE (0,03 % izgube teže).