PTFE-rakenteen omaisuussuhde

Yksi tapa ymmärtää fluorin vaikutus on tutkia eroja lineaarisen polyeteenin (PE) ja PTFE:n välillä, joka on ominaisuuksiltaan ja ominaisuuksiltaan paras fluoripolymeeri.

PE:n ja PTFE:n ominaisuuksien välillä on merkittäviä eroja:

• * PTFE on yksi pienimmän pintaenergian polymeereistä
• *PTFE on kemiallisesti kestävin polymeeri
• *PTFE on yksi lämpöstabiiliimmista polymeereistä
• *PTFE:n sulamispiste ja ominaispaino ovat yli kaksinkertaiset polyeteenin sulamispisteeseen ja ominaispainoon verrattuna

PTFE- ja PE-erot johtuvat CeF- ja CeH-sidosten eroista.F:n ja H:n elektronisten ominaisuuksien ja kokojen erot johtavat seuraaviin havaintoihin:

• *F on elektronegatiivisin kaikista alkuaineista (4 Paulingia)
• *F:llä on jakamattomia elektronipareja
• *F muunnetaan helpommin Fe:ksi
• *CeF:n sidoslujuus on suurempi kuin CeH:n
• *F on suurempi kuin H

Hiilen elektronegatiivisuus 2,5 Paulingissa on jonkin verran korkeampi kuin vedyn ja pienempi kuin fluorin elektronegatiivisuus.Tämän seurauksena CeF-sidoksen polariteetti on päinvastainen kuin CeH-sidoksen, ja CeF-sidos on enemmän polarisoitunut.CeF-sidoksessa sidoksen fluoripää on negatiivisesti varautunut verrattuna CeH-sidokseen, jossa hiili on negatiivisesti varautunut.

CeH:n ja CeF:n sidospolariteetin ero vaikuttaa näiden kahden polymeeriketjun konformaatioiden suhteelliseen stabiilisuuteen.Polyeteenin kiteytyminen tapahtuu tasomaisessa ja trans-konformaatiossa.PTFE voidaan pakottaa tällaiseen konformaatioon erittäin korkealla paineella.PTFE, alle 19 C, kiteytyy kierteeksi 0,169 nm toistoetäisyyttä kohti: 180 kierroksen suorittamiseen tarvitaan 13 C-atomia.Yli 19 C:n toistoetäisyys kasvaa 0,195 nm:iin, mikä tarkoittaa, että 180 kierrokseen tarvitaan 15 hiiliatomia.Yli 19 C:ssa ketjut kykenevät kulmasiirtymään, joka kasvaa yli 30 C, kunnes saavuttaa sulamispisteen (327 C).

F:n korvaaminen H:lla CeH-sidoksessa lisää olennaisesti sidosvahvuutta 99,5 kcal/moolista CeH-sidoksessa arvoon 116 kcal/mooli CeF-sidoksessa.Näin ollen PTFE:n lämpöstabiilisuus ja kemiallinen kestävyys on korkeampi kuin PE, koska CeF-sidoksen katkaisemiseen tarvitaan enemmän energiaa.CeF-sidoksen polariteetti ja lujuus tekevät F-atomin abstraktiomekanismista haaroittumista vaikeaksi.Sitä vastoin erittäin haaroittunutta polyeteeniä (> 8 haaraa 100 hiiliatomia kohti) voidaan syntetisoida.Haaroitusmekanismi työkaluna kiteisyyden säätämiseen ei ole käytännöllinen PTFE:lle.Sen sijaan komonomeerit, joissa on riippuvia ryhmiä, on polymeroitava TFE:llä.

Ei koskaan sulamattoman PTFE:n kiteisyys on alueella 92-98 %, mikä vastaa haaroittumatonta ketjurakennetta.FEP:n, TFE:n ja HFP:n kopolymeerin, polymeroituneena kiteisyys on 40-50 %.FEP:ssä riippuva CF3-ryhmä on sitoutunut tertiääriseen hiileen, joka on vähemmän lämpöstabiili kuin primaariset ja sekundaariset hiiliatomit.Hajoamiskäyrät osoittavat hajoamisen alkamislämpötiloja 300 C FEP:lle (0,02 % painohäviö) ja 425 C PTFE:lle (0,03 % painohäviö).