Výrobní proces PTFE

Tetrafluorethylen byl poprvé připraven v roce 1933. Současná komerční syntéza je založena na kazivci, kyselině sírové a chloroformu.

Základní výrobní proces PTFE polymeru:

Výroba PTFE polymer/pryskyřice se v zásadě provádí ve dvou fázích.Nejprve se TFE monomer obecně vyrábí syntézou fluoridu vápenatého (Fluorospar), kyseliny sírové a chloroformu a později se polymerace TFE provádí za pečlivě kontrolovaných podmínek za vzniku PTFE.Díky přítomnosti stabilních a silných CF vazeb má molekula PTFE vynikající chemickou inertnost, vysokou tepelnou odolnost a pozoruhodné elektrické izolační vlastnosti;kromě vynikajících třecích vlastností.

Čištění TFE:

Pro polymeraci je zapotřebí čistý monomer.Pokud jsou přítomny nečistoty, ovlivní to konečný produkt.Plyn se nejprve promyje, aby se odstranila veškerá kyselina chlorovodíková, a poté se destiluje, aby se oddělily další nečistoty.

Polymerace TFE:

Čistý neinhibovaný tetrafluorethylen může prudce polymerovat, dokonce i při teplotách zpočátku nižších než je teplota místnosti.Postříbřený reaktor, ze čtvrtiny naplněný roztokem skládajícím se z 0,2 dílů persíranu amonného, ​​1,5 dílů boraxu a 100 dílů vody, s pH 9,2.Reaktor byl uzavřen;evakuováno a dovnitř bylo vpuštěno 30 dílů monomeru. Reaktor byl míchán po dobu jedné hodiny při 80 °C a po ochlazení poskytl 86% výtěžek polymeru. PTFE se komerčně vyrábí dvěma hlavními procesy, z nichž jeden vede k tzv. polymer a druhý vede k disperzi polymeru s mnohem jemnější velikostí částic a nižší molekulovou hmotností.Jeden způsob výroby posledně jmenovaného zahrnoval použití 0,1% vodného roztoku peroxidu kyseliny dijantarové.Reakce byly prováděny při teplotě až 90 °C.

Další metody:

Rozklad TFE pod vlivem elektrického oblouku. Polymerizace se provádí emulzní metodou za použití peroxidových iniciátorů např. H2O2 (peroxid vodíku) a síranu železnatého.V některých případech se jako iniciátor používá kyslík.

Struktura a vlastnosti PTFE:

Chemická struktura PTFE je lineární polymer C–F2 – C–F2 bez větvení a vynikající vlastnosti PTFE jsou spojeny se silnou a stabilní vazbou uhlík – fluor.

Polytetrafluorethylen je lineární polymer bez jakéhokoli významného množství větvení.Zatímco molekula polyethylenu je v krystalické zóně ve formě rovinného klikatého tvaru, u PTFE je to stericky nemožné, protože atomy fluoru jsou větší než atomy vodíku.V důsledku toho molekula zaujímá zkroucenou klikatou čáru s atomy fluoru, které jsou těsně spirálovitě zabaleny kolem uhlík-uhlíkového skeletu.Úplné otočení spirály bude zahrnovat více než 26 atomů uhlíku pod 19 °C a 30 °C nad ní, kde je přechodový bod zahrnující 1% objemovou změnu při této teplotě.Kompaktní spojení atomů fluoru vede k molekule s velkou tuhostí a právě tato vlastnost vede k vysoké krystalické teplotě tání a tepelné stabilitě polymeru.

Intermolekulární přitažlivost mezi molekulami PTFE je velmi malá, vypočtený parametr rozpustnosti je 12,6 (MJ/m3)1/2. Polymer ve hmotě tedy nemá vysokou tuhost a pevnost v tahu, která je často spojována s polymery s vysokým bodem měknutí.Vazba uhlík-fluor je velmi stabilní.Dále tam, kde jsou dva atomy fluoru připojeny k jedinému atomu uhlíku, dochází ke snížení vazebné vzdálenosti C–F z 1,42 A na 1,35 A. V důsledku toho může být síla vazby až 504 kJ/mol.Vzhledem k tomu, že jedinou další přítomnou vazbou je stabilní vazba C–C, má PTFE velmi vysokou tepelnou stabilitu, i když je zahřátý nad jeho krystalickou teplotu tání 327 °C.Kvůli jeho vysoké krystalinitě a neschopnosti specifické interakce nejsou při pokojové teplotě žádná rozpouštědla.Při teplotách blížících se bodu tání určité fluorované kapaliny, jako je perfluorovaný petrolej, rozpouštějí polymer.

Vlastnosti PTFE jsou závislé na typu polymeru a způsobu zpracování.Polymer se může lišit velikostí částic a/nebo molekulovou hmotností.Velikost částic ovlivní případ zpracování a množství dutin v konečném produktu, zatímco molekulová hmotnost ovlivní krystalinitu, a tedy mnoho fyzikálních vlastností.Techniky zpracování také ovlivní jak krystalinitu, tak obsah dutin.

Hmotnostní průměrné molekulové hmotnosti komerčních polymerů se zdají být velmi vysoké a jsou v rozmezí 400 000 až 9 000 000. ICI uvádí, že jejich materiály mají molekulovou hmotnost v rozmezí 500 000 až 5 000 000 a procento krystalinity větší než 94 % při výrobě.Vyrobené díly jsou méně krystalické.Stupeň krystalinity konečného produktu bude záviset na rychlosti chlazení z teplot zpracování.Pomalé ochlazování povede k vysoké krystalinitě s rychlým ochlazením s opačným efektem.Nízkomolekulární materiály budou také více krystalické.

Bylo pozorováno, že disperzní polymer, který má jemnější velikost částic a nižší molekulovou hmotnost, poskytuje produkty s výrazně zlepšenou odolností proti ohybu a také výrazně vyšší pevností v tahu.Zdá se, že tato zlepšení vznikají prostřednictvím tvorby vláknitých struktur ve hmotě polymeru během zpracování.