Produktionsproces af PTFE

Tetrafluorethylen blev først fremstillet i 1933. Den nuværende kommercielle syntese er baseret på flusspat, svovlsyre og chloroform.

Grundlæggende produktionsproces af PTFE-polymer:

Fremstillingen af ​​PTFE-polymer/harpiks udføres grundlæggende i to trin.For det første fremstilles TFE-monomer generelt ved syntese af calciumfluorid (fluorspat), svovlsyre og chloroform, og senere polymerisering af TFE udføres under nøje kontrollerede forhold til dannelse af PTFE.På grund af tilstedeværelsen af ​​stabile og stærke CF-bindinger besidder PTFE-molekylet enestående kemisk inertitet, høj varmebestandighed og bemærkelsesværdige elektriske isoleringsegenskaber;ud over fremragende friktionsegenskaber.

Oprensning af TFE:

Ren monomer er påkrævet til polymerisation.Hvis der er urenheder til stede, vil det påvirke slutproduktet.Gassen skrubbes først for at fjerne eventuel saltsyre og destilleres derefter for at adskille andre urenheder.

Polymerisation af TFE:

Ren uhæmmet tetrafluorethylen kan polymerisere med voldsomhed, selv ved temperaturer, der oprindeligt er under stuetemperatur.En forsølvet reaktor, kvart fyldt med en opløsning bestående af 0,2 dele ammoniumpersulfat, 1,5 dele borax og 100 dele vand og med en pH på 9,2.Reaktoren blev lukket;evakueret, og 30 dele monomer blev lukket ind. Reaktoren blev omrørt i en time ved 80°C og gav efter afkøling et 86% udbytte af polymer. PTFE fremstilles kommercielt ved to hovedprocesser, hvoraf den ene fører til det såkaldte "granulære" polymer og den anden fører til en dispersion af polymer med meget finere partikelstørrelse og lavere molekylvægt.En metode til fremstilling af sidstnævnte involverede anvendelsen af ​​en 0,1 % vandig disravsyreperoxidopløsning.Reaktionerne blev udført ved en temperatur på op til 90°C.

Andre metoder:

Nedbrydning af TFE under påvirkning af en elektrisk lysbue. Polymerisering udført ved emulsionsmetode ved brug af peroxidinitiatorer f.eks. H2O2 (brintoverilte) og ferrosulfat.I nogle tilfælde bruges oxygen som initiator.

Struktur og egenskaber af PTFE:

Den kemiske struktur af PTFE er lineær polymer af C-F2 - C-F2 uden nogen gren, og de fremragende egenskaber af PTFE er forbundet med en stærk og stabil carbon-fluorbinding.

Polytetrafluorethylen er en lineær polymer fri for nogen betydelig mængde forgrening.Mens molekylet af polyethylen er i form af en plan zigzag i den krystallinske zone, er dette sterisk umuligt med PTFE-molekylet på grund af, at fluoratomerne er større end hydrogenatomerne.Som en konsekvens heraf optager molekylet en snoet zigzag, hvor fluoratomerne pakker sig tæt sammen i en spiral omkring kulstof-kulstof-skelettet.En fuldstændig drejning af spiralen vil involvere over 26 kulstofatomer under 19°C og 30°C over den, der er et overgangspunkt, der involverer en 1% volumenændring ved denne temperatur.Den kompakte sammenlåsning af fluoratomerne fører til et molekyle med stor stivhed, og det er denne egenskab, der fører til polymerens høje krystallinske smeltepunkt og termiske formstabilitet.

Den intermolekylære tiltrækning mellem PTFE-molekyler er meget lille, idet den beregnede opløselighedsparameter er 12,6 (MJ/m3)1/2 Polymeren i bulk har således ikke den høje stivhed og trækstyrke, som ofte er forbundet med polymerer med et højt blødgøringspunkt.Kulstof-fluorbindingen er meget stabil.Yderligere, hvor to fluoratomer er knyttet til et enkelt carbonatom, er der en reduktion i C-F-bindingsafstanden fra 1,42 A til 1,35 A. Som et resultat kan bindingsstyrkerne være så høje som 504 kJ/mol.Da den eneste anden tilstedeværende binding er den stabile C-C-binding, har PTFE en meget høj varmestabilitet, selv når den opvarmes til over dets krystallinske smeltepunkt på 327 °C.På grund af dens høje krystallinitet og manglende evne til specifik interaktion er der ingen opløsningsmidler ved stuetemperatur.Ved temperaturer, der nærmer sig smeltepunktet, vil visse fluorerede væsker, såsom per-fluoreret petroleum, opløse polymeren.

Egenskaberne af PTFE afhænger af typen af ​​polymer og forarbejdningsmetoden.Polymeren kan afvige i partikelstørrelse og/eller molekylvægt.Partikelstørrelsen vil påvirke tilfælde af forarbejdning og mængden af ​​hulrum i det færdige produkt, mens molekylvægten vil påvirke krystalliniteten og dermed mange fysiske egenskaber.Bearbejdningsteknikkerne vil også påvirke både krystallinitet og hulrumsindhold.

Vægtgennemsnitsmolekylvægtene for kommercielle polymerer ser ud til at være meget høje og ligger i området 400000 til 9000000. ICI rapporterer, at deres materialer har en molekylvægt i området 500000 til 5000000 og procentvis krystallinitet større end 94% som fremstillet.Fremstillede dele er mindre krystallinske.Graden af ​​krystallinitet af det færdige produkt vil afhænge af afkølingshastigheden fra forarbejdningstemperaturerne.Langsom afkøling vil føre til høj krystallinitet med hurtig afkøling, der giver den modsatte effekt.Materialer med lav molekylvægt vil også være mere krystallinske.

Det observeres, at dispersionspolymeren, som har finere partikelstørrelse og lavere molekylvægt, giver produkter med en stærkt forbedret modstandsdygtighed over for bøjning og også tydeligt højere trækstyrker.Disse forbedringer synes at opstå gennem dannelsen af ​​fiberlignende strukturer i massen af ​​polymer under forarbejdning.