Výrobný proces PTFE

Tetrafluóretylén bol prvýkrát pripravený v roku 1933. Súčasná komerčná syntéza je založená na kaziveci, kyseline sírovej a chloroforme.

Základný výrobný proces PTFE polyméru:

Výroba PTFE polyméru/živice sa v zásade uskutočňuje v dvoch etapách.Po prvé, monomér TFE sa vo všeobecnosti vyrába syntézou fluoridu vápenatého (Fluorospar), kyseliny sírovej a chloroformu a neskôr sa polymerizácia TFE uskutočňuje za starostlivo kontrolovaných podmienok za vzniku PTFE.Vďaka prítomnosti stabilných a silných CF väzieb má molekula PTFE vynikajúcu chemickú inertnosť, vysokú tepelnú odolnosť a pozoruhodné elektrické izolačné vlastnosti;okrem vynikajúcich trecích vlastností.

Čistenie TFE:

Na polymerizáciu je potrebný čistý monomér.Ak sú prítomné nečistoty, ovplyvní to konečný produkt.Plyn sa najprv premyje, aby sa odstránila všetka kyselina chlorovodíková, a potom sa destiluje, aby sa oddelili ďalšie nečistoty.

Polymerizácia TFE:

Čistý neinhibovaný tetrafluóretylén môže polymerizovať prudko, dokonca aj pri teplotách spočiatku nižších ako je teplota miestnosti.Postriebrený reaktor, do štvrtiny naplnený roztokom pozostávajúcim z 0,2 dielu persíranu amónneho, 1,5 dielu bóraxu a 100 dielov vody, s pH 9,2.Reaktor bol uzavretý;evakuovalo sa a dnu sa vpustilo 30 dielov monoméru. Reaktor sa miešal jednu hodinu pri 80 °C a po ochladení poskytol 86 % výťažok polyméru. PTFE sa komerčne vyrába dvoma hlavnými procesmi, z ktorých jeden vedie k tzv. polymér a druhý vedie k disperzii polyméru s oveľa jemnejšou veľkosťou častíc a nižšou molekulovou hmotnosťou.Jeden spôsob výroby posledne menovaného zahŕňa použitie 0,1 % vodného roztoku peroxidu kyseliny dijantárovej.Reakcie sa uskutočňovali pri teplote do 90 °C.

Ďalšie metódy:

Rozklad TFE pod vplyvom elektrického oblúka. Polymerizácia sa vykonáva emulznou metódou s použitím peroxidových iniciátorov, napr. H2O2 (peroxid vodíka) a síranu železnatého.V niektorých prípadoch sa ako iniciátor používa kyslík.

Štruktúra a vlastnosti PTFE:

Chemická štruktúra PTFE je lineárny polymér C–F2 – C–F2 bez akéhokoľvek rozvetvenia a vynikajúce vlastnosti PTFE sú spojené so silnou a stabilnou väzbou uhlík – fluór.

Polytetrafluóretylén je lineárny polymér bez akéhokoľvek významného množstva vetvenia.Zatiaľ čo molekula polyetylénu je v kryštalickej zóne vo forme rovinnej cik-cak, v prípade PTFE je to stéricky nemožné, pretože atómy fluóru sú väčšie ako atómy vodíka.V dôsledku toho sa molekula krúti cik-cak s atómami fluóru, ktoré sú tesne špirálovito zbalené okolo uhlíkovo-uhlíkového skeletu.Úplné otočenie špirály bude zahŕňať viac ako 26 atómov uhlíka pod 19 °C a 30 °C nad ňou, kde je prechodový bod zahŕňajúci 1 % objemovú zmenu pri tejto teplote.Kompaktné spojenie atómov fluóru vedie k molekule s veľkou tuhosťou a práve táto vlastnosť vedie k vysokej kryštalickej teplote topenia a tepelnej tvarovej stálosti polyméru.

Intermolekulárna príťažlivosť medzi molekulami PTFE je veľmi malá, vypočítaný parameter rozpustnosti je 12,6 (MJ/m3)1/2. Polymér vo veľkom teda nemá vysokú tuhosť a pevnosť v ťahu, ktorá sa často spája s polymérmi s vysokým bodom mäknutia.Väzba uhlík-fluór je veľmi stabilná.Ďalej, kde sú dva atómy fluóru pripojené k jedinému atómu uhlíka, dochádza k zníženiu vzdialenosti väzby C-F z 1,42 A na 1,35 A. V dôsledku toho môže byť pevnosť väzby až 504 kJ/mol.Keďže jedinou ďalšou prítomnou väzbou je stabilná väzba C–C, PTFE má veľmi vysokú tepelnú stabilitu, aj keď je zahriaty nad jeho kryštalickú teplotu topenia 327 °C.Kvôli svojej vysokej kryštalinite a neschopnosti špecifickej interakcie neexistujú žiadne rozpúšťadlá pri izbovej teplote.Pri teplotách blížiacich sa k bodu topenia určité fluórované kvapaliny, ako je perfluórovaný petrolej, rozpustia polymér.

Vlastnosti PTFE závisia od typu polyméru a spôsobu spracovania.Polymér sa môže líšiť veľkosťou častíc a/alebo molekulovou hmotnosťou.Veľkosť častíc ovplyvní prípad spracovania a množstvo dutín v konečnom produkte, zatiaľ čo molekulová hmotnosť ovplyvní kryštalinitu a tým aj mnohé fyzikálne vlastnosti.Techniky spracovania tiež ovplyvnia kryštalinitu aj obsah dutín.

Hmotnostné priemerné molekulové hmotnosti komerčných polymérov sa zdajú byť veľmi vysoké a sú v rozsahu 400 000 až 9 000 000. ICI uvádza, že ich materiály majú molekulovú hmotnosť v rozsahu 5 000 000 až 5 000 000 a percento kryštalinity vyššie ako 94 % pri výrobe.Vyrobené diely sú menej kryštalické.Stupeň kryštalinity hotového produktu bude závisieť od rýchlosti chladenia z teplôt spracovania.Pomalé ochladzovanie povedie k vysokej kryštalinite, pričom rýchle ochladenie bude mať opačný efekt.Materiály s nízkou molekulovou hmotnosťou budú tiež kryštalickejšie.

Pozorovalo sa, že disperzný polymér, ktorý má jemnejšiu veľkosť častíc a nižšiu molekulovú hmotnosť, poskytuje produkty s výrazne zlepšenou odolnosťou proti ohybu a tiež výrazne vyššou pevnosťou v ťahu.Zdá sa, že tieto zlepšenia vznikajú prostredníctvom vytvárania vláknitých štruktúr v hmote polyméru počas spracovania.