Tetrafluorieteeni valmistettiin ensimmäisen kerran vuonna 1933. Nykyinen kaupallinen synteesi perustuu fluorisälpään, rikkihappoon ja kloroformiin.
PTFE-polymeerin perustuotantoprosessi:
PTFE-polymeerin/hartsin valmistus tapahtuu periaatteessa kahdessa vaiheessa.Ensinnäkin TFE-monomeeri valmistetaan yleensä synteesillä kalsiumfluoridia (fluorisparia), rikkihappoa ja kloroformia, ja myöhemmin TFE:n polymerointi suoritetaan tarkasti valvotuissa olosuhteissa PTFE:n muodostamiseksi.Vakaiden ja vahvojen CF-sidosten vuoksi PTFE-molekyylillä on erinomainen kemiallinen inertisyys, korkea lämmönkestävyys ja merkittävät sähköeristysominaisuudet;erinomaisten kitkaominaisuuksien lisäksi.
TFE:n puhdistus:
Polymerointiin tarvitaan puhdasta monomeeriä.Jos siinä on epäpuhtauksia, se vaikuttaa lopputuotteeseen.Kaasu pestään ensin kloorivetyhapon poistamiseksi ja tislataan sitten muiden epäpuhtauksien erottamiseksi.
TFE:n polymerointi:
Puhdas estämätön tetrafluorieteeni voi polymeroitua rajusti, jopa alun perin huoneenlämpötilaa alhaisemmissa lämpötiloissa.Hopeoitu reaktori, joka on neljäsosaa täytetty liuoksella, joka koostuu 0,2 osasta ammoniumpersulfaattia, 1,5 osasta booraksia ja 100 osasta vettä, ja jonka pH on 9,2.Reaktori suljettiin;tyhjennettiin ja 30 osaa monomeeriä päästettiin sisään. Reaktoria sekoitettiin tunnin ajan 80°C:ssa ja jäähdytyksen jälkeen saatiin 86 %:n polymeerisaanto. PTFE:tä valmistetaan kaupallisesti kahdella pääprosessilla, joista toinen johtaa ns. "rakeiseen" polymeeri ja toinen johtaa polymeerin dispersioon, jolla on paljon hienompi hiukkaskoko ja pienempi molekyylipaino.Yksi menetelmä jälkimmäisen valmistamiseksi sisälsi 0,1-prosenttisen meripihkahappoperoksidin vesiliuoksen käytön.Reaktiot suoritettiin lämpötilassa aina 90 °C:seen asti.
Muut menetelmät:
TFE:n hajoaminen valokaaren vaikutuksesta. Polymerointi suoritetaan emulsiomenetelmällä käyttäen peroksidi-initiaattoreita, esim. H2O2 (vetyperoksidi) ja rautasulfaattia.Joissakin tapauksissa happea käytetään initiaattorina.
PTFE:n rakenne ja ominaisuudet:
PTFE:n kemiallinen rakenne on lineaarinen C–F2–C–F2-polymeeri ilman haaraa, ja PTFE:n erinomaiset ominaisuudet liittyvät vahvaan ja vakaaseen hiili–fluorisidokseen.
Polytetrafluorieteeni on lineaarinen polymeeri, jossa ei ole merkittävää määrää haaroittumista.Vaikka polyeteenin molekyyli on tasomaisen siksak-muodossa kiteisellä vyöhykkeellä, tämä on steerisesti mahdotonta PTFE:n molekyylin kanssa, koska fluoriatomit ovat suurempia kuin vedyn atomit.Tämän seurauksena molekyyli muodostaa kiertyneen siksak-muodon, jossa fluoriatomit tiivistyvät spiraaliin hiili-hiilirungon ympärille.Spiraalin täydellinen käännös sisältää yli 26 hiiliatomia alle 19 °C:ssa ja 30 °C sen yläpuolella, jolloin on siirtymäkohta, johon liittyy 1 % tilavuuden muutos tässä lämpötilassa.Fluoriatomien kompakti yhteenliittyminen johtaa suuren jäykkyyden omaavaan molekyyliin, ja juuri tämä ominaisuus johtaa polymeerin korkeaan kiteisen sulamispisteen ja lämpömuodon stabiilisuuteen.
PTFE-molekyylien välinen molekyylien välinen vetovoima on hyvin pieni, lasketun liukoisuusparametrin ollessa 12,6 (MJ/m3)1/2. Bulkkipolymeerillä ei siten ole korkeaa jäykkyyttä ja vetolujuutta, mikä usein liittyy polymeereihin, joilla on korkea pehmenemispiste.Hiili-fluori-sidos on erittäin stabiili.Lisäksi kun kaksi fluoriatomia on kiinnittynyt yhteen hiiliatomiin, C–F-sidoksen etäisyys pienenee 1,42 A:sta 1,35 A:iin. Tämän seurauksena sidosvahuudet voivat olla jopa 504 kJ/mooli.Koska ainoa läsnä oleva sidos on stabiili C–C-sidos, PTFE:llä on erittäin korkea lämmönkestävyys, jopa kuumennettaessa sen kiteisen sulamispisteen 327 °C yläpuolelle.Korkean kiteisyyden ja spesifisen vuorovaikutuksen kyvyttömyyden vuoksi huoneenlämpötilassa ei ole liuottimia.Sulamispistettä lähestyvissä lämpötiloissa tietyt fluoratut nesteet, kuten perfluorattu kerosiini, liuottavat polymeerin.
PTFE:n ominaisuudet riippuvat polymeerin tyypistä ja käsittelymenetelmästä.Polymeeri voi vaihdella hiukkaskoon ja/tai molekyylipainon suhteen.Partikkelikoko vaikuttaa käsittelytapaukseen ja tyhjien tilojen määrään valmiissa tuotteessa, kun taas molekyylipaino vaikuttaa kiteisyyteen ja siten moniin fysikaalisiin ominaisuuksiin.Käsittelytekniikat vaikuttavat myös sekä kiteisyyteen että huokospitoisuuteen.
Kaupallisten polymeerien painokeskimääräiset molekyylipainot näyttävät olevan erittäin korkeita ja ovat välillä 400 000 - 9 000 000. ICI raportoi, että niiden materiaalien molekyylipaino on välillä 500 000 - 5 000 000 ja kiteisyysprosentti on suurempi kuin 94% valmistettuna.Valmistetut osat ovat vähemmän kiteisiä.Valmiin tuotteen kiteisyysaste riippuu käsittelylämpötilojen jäähtymisnopeudesta.Hidas jäähdytys johtaa korkeaan kiteisyyteen ja nopea jäähdytys antaa päinvastaisen vaikutuksen.Matalamolekyylipainoiset materiaalit ovat myös kiteisempiä.
Havaitaan, että dispersiopolymeeri, jonka hiukkaskoko on pienempi ja molekyylipainoltaan pienempi, antaa tuotteita, joilla on huomattavasti parempi taivutuskestävyys ja myös selvästi suuremmat vetolujuudet.Nämä parannukset näyttävät johtuvan kuitumaisten rakenteiden muodostumisesta polymeerimassaan prosessoinnin aikana.
Postitusaika: 04-04-2019