Производствен процес на PTFE

Тетрафлуоретиленът е получен за първи път през 1933 г. Сегашният търговски синтез се основава на флуорипат, сярна киселина и хлороформ.

Основен производствен процес на PTFE полимер:

Производството на PTFE полимер/смола основно се извършва на два етапа.Първо, TFE мономерът обикновено се произвежда чрез синтез на калциев флуорид (флуороспар), сярна киселина и хлороформ и по-късно полимеризацията на TFE се извършва при внимателно контролирани условия, за да се образува PTFE.Благодарение на наличието на стабилни и силни CF връзки, PTFE молекулата притежава изключителна химическа инертност, висока устойчивост на топлина и забележителни електрически изолационни характеристики;в допълнение към отличните фрикционни свойства.

Пречистване на TFE:

За полимеризация е необходим чист мономер.Ако има примеси, това ще повлияе на крайния продукт.Газът първо се пречиства, за да се отстрани солната киселина и след това се дестилира, за да се отделят други примеси.

Полимеризация на TFE:

Чистият неинхибиран тетрафлуороетилен може да полимеризира с насилие, дори при температури, първоначално под тези на стайната температура.Реактор със сребърно покритие, четвърт напълнен с разтвор, състоящ се от 0,2 части амониев персулфат, 1,5 части боракс и 100 части вода и с рН 9,2.Реакторът беше затворен;евакуиран и 30 части мономер бяха пуснати вътре. Реакторът беше разбъркан в продължение на един час при 80°C и след охлаждане даде 86% добив на полимер. PTFE се произвежда в търговската мрежа чрез два основни процеса, единият водещ до така наречения „гранулиран“ полимер, а второто води до дисперсия на полимер с много по-фин размер на частиците и по-ниско молекулно тегло.Един метод за получаване на последното включва използването на 0,1°% воден разтвор на пероксид на дисукцинова киселина.Реакциите се провеждат при температура до 90°С.

Други методи:

Разлагане на TFE под въздействието на електрическа дъга. Полимеризация, извършена чрез емулсионен метод с използване на пероксидни инициатори, например H2O2 (водороден пероксид) и железен сулфат.В някои случаи кислородът се използва като инициатор.

Структура и свойства на PTFE:

Химическата структура на PTFE е линеен полимер от C– F2 – C– F2 без никакво разклонение и изключителните свойства на PTFE са свързани със силна и стабилна връзка въглерод – флуор.

Политетрафлуоретиленът е линеен полимер без значително количество разклонения.Докато молекулата на полиетилена е под формата на планарен зигзаг в кристалната зона, това е пространствено невъзможно с тази на PTFE поради това, че флуорните атоми са по-големи от тези на водорода.В резултат на това молекулата заема усукан зигзаг с флуорните атоми, опаковани плътно в спирала около въглерод-въглеродния скелет.Пълното завъртане на спиралата ще включва над 26 въглеродни атома под 19°C и 30°C над него, като има преходна точка, включваща 1% промяна на обема при тази температура.Компактното блокиране на флуорните атоми води до молекула с голяма твърдост и това е характеристиката, която води до високата точка на топене на кристалите и термичната стабилност на полимера.

Междумолекулното привличане между PTFE молекулите е много малко, изчисленият параметър на разтворимост е 12,6 (MJ/m3)1/2. Поради това полимерът в насипно състояние няма високата твърдост и якост на опън, които често се свързват с полимери с висока точка на омекване.Връзката въглерод-флуор е много стабилна.Освен това, когато два флуорни атома са прикрепени към един въглероден атом, има намаляване на разстоянието на връзката C–F от 1,42 A до 1,35 A. В резултат на това якостта на връзката може да достигне до 504 kJ/mole.Тъй като единствената налична друга връзка е стабилната C–C връзка, PTFE има много висока топлинна стабилност, дори когато се нагрява над неговата кристална точка на топене от 327°C.Поради високата си кристалност и невъзможността за специфично взаимодействие, няма разтворители при стайна температура.При температури, близки до точката на топене, някои флуорирани течности като пер-флуориран керосин ще разтворят полимера.

Свойствата на PTFE зависят от вида на полимера и метода на обработка.Полимерът може да се различава по размер на частиците и/или молекулно тегло.Размерът на частиците ще повлияе на случая на обработка и количеството празнини в крайния продукт, докато молекулното тегло ще повлияе на кристалността и следователно на много физични свойства.Техниките за обработка също ще повлияят както на кристалността, така и на празното съдържание.

Средните молекулни тегла на търговските полимери изглеждат много високи и са в диапазона от 400 000 до 9000 000. ICI съобщават, че техните материали имат молекулно тегло в диапазона от 500 000 до 5000 000 и процент на кристалност над 94° при производството.Произведените части са по-малко кристални.Степента на кристалност на готовия продукт ще зависи от скоростта на охлаждане от температурите на обработка.Бавното охлаждане ще доведе до висока кристалност, а бързото охлаждане ще доведе до обратния ефект.Материалите с ниско молекулно тегло също ще бъдат по-кристални.

Наблюдава се, че дисперсионният полимер, който е с по-фин размер на частиците и по-ниско молекулно тегло, дава продукти със значително подобрена устойчивост на огъване и също така отчетливо по-високи якости на опън.Тези подобрения изглежда възникват чрез образуването на подобни на влакна структури в масата на полимера по време на обработката.