Produksjonsprosess av PTFE

Tetrafluoretylen ble først fremstilt i 1933. Den nåværende kommersielle syntesen er basert på flusspat, svovelsyre og kloroform.

Grunnleggende produksjonsprosess av PTFE-polymer:

Produksjonen av PTFE-polymer/harpiks utføres i hovedsak i to trinn.For det første produseres TFE-monomer vanligvis ved syntese av kalsiumfluorid (fluorspar), svovelsyre og kloroform, og senere polymerisering av TFE utføres under nøye kontrollerte forhold for å danne PTFE.På grunn av tilstedeværelsen av stabile og sterke CF-bindinger, har PTFE-molekylet enestående kjemisk treghet, høy varmebestandighet og bemerkelsesverdige elektriske isolasjonsegenskaper;i tillegg til utmerkede friksjonsegenskaper.

Rensing av TFE:

Ren monomer kreves for polymerisering.Hvis det er urenheter, vil det påvirke sluttproduktet.Gassen skrubbes først for å fjerne eventuell saltsyre og destilleres deretter for å separere andre urenheter.

Polymerisering av TFE:

Rent uhemmet tetrafluoretylen kan polymerisere med vold, selv ved temperaturer som opprinnelig er lavere enn romtemperatur.En sølvbelagt reaktor, kvartfylt med en løsning bestående av 0,2 deler ammoniumpersulfat, 1,5 deler boraks og 100 deler vann, og med en pH på 9,2.Reaktoren ble stengt;evakuert og 30 deler monomer ble sluppet inn. Reaktoren ble omrørt i én time ved 80°C og ga etter avkjøling et utbytte på 86 % av polymer. PTFE lages kommersielt ved to hovedprosesser, en som fører til den såkalte "granulære" polymer og den andre fører til en dispersjon av polymer med mye finere partikkelstørrelse og lavere molekylvekt.En fremgangsmåte for å fremstille sistnevnte innebar bruken av en 0,1 % vandig diravsyreperoksydløsning.Reaksjonene ble utført ved temperatur opp til 90°C.

Andre metoder:

Dekomponering av TFE under påvirkning av en elektrisk lysbue. Polymerisering utført ved emulsjonsmetode ved bruk av peroksidinitiatorer, f.eks. H2O2 (hydrogenperoksid) og jern(II)sulfat.I noen tilfeller brukes oksygen som initiator.

Struktur og egenskaper til PTFE:

Den kjemiske strukturen til PTFE er lineær polymer av C–F2 – C–F2 uten noen gren og de enestående egenskapene til PTFE er assosiert med sterk og stabil karbon–fluorbinding.

Polytetrafluoretylen er en lineær polymer fri for noen betydelig mengde forgrening.Mens molekylet av polyetylen er i form av en plan sikksakk i den krystallinske sonen, er dette sterisk umulig med PTFE på grunn av at fluoratomene er større enn hydrogenatomene.Som en konsekvens tar molekylet opp en vridd sikksakk med fluoratomene som pakker seg tett sammen i en spiral rundt karbon-karbonskjelettet.En fullstendig vending av spiralen vil involvere over 26 karbonatomer under 19°C og 30°C over den, det er et overgangspunkt som involverer en 1% volumendring ved denne temperaturen.Den kompakte sammenlåsingen av fluoratomene fører til et molekyl med stor stivhet, og det er denne egenskapen som fører til polymerens høye krystallinske smeltepunkt og termiske formstabilitet.

Den intermolekylære tiltrekningen mellom PTFE-molekyler er svært liten, den beregnede løselighetsparameteren er 12,6 (MJ/m3)1/2Polymeren i bulk har dermed ikke den høye stivheten og strekkfastheten som ofte forbindes med polymerer med høyt mykningspunkt.Karbon-fluorbindingen er meget stabil.Videre, der to fluoratomer er festet til et enkelt karbonatom, er det en reduksjon i C–F-bindingsavstanden fra 1,42 A til 1,35 A. Som et resultat kan bindingsstyrkene være så høye som 504 kJ/mol.Siden den eneste andre bindingen som er tilstede er den stabile C-C-bindingen, har PTFE en meget høy varmestabilitet, selv når den varmes opp over det krystallinske smeltepunktet på 327 °C.På grunn av sin høye krystallinitet og manglende evne til spesifikk interaksjon, er det ingen løsemidler ved romtemperatur.Ved temperaturer som nærmer seg smeltepunktet vil visse fluorerte væsker som per-fluorert parafin løse opp polymeren.

Egenskapene til PTFE er avhengig av typen polymer og bearbeidingsmetoden.Polymeren kan variere i partikkelstørrelse og/eller molekylvekt.Partikkelstørrelsen vil påvirke tilfelle av prosessering og mengden av hulrom i det ferdige produktet, mens molekylvekten vil påvirke krystalliniteten og dermed mange fysiske egenskaper.Behandlingsteknikkene vil også påvirke både krystallinitet og hulromsinnhold.

Vektmiddelmolekylvektene til kommersielle polymerer ser ut til å være svært høye og er i området 400000 til 9000000. ICI rapporterer at deres materialer har en molekylvekt i området 500000 til 5000000 og prosentvis krystallinitet større enn 94% som produsert.Fabriserte deler er mindre krystallinske.Graden av krystallinitet til det ferdige produktet vil avhenge av kjølehastigheten fra prosesstemperaturene.Langsom avkjøling vil føre til høy krystallinitet med rask avkjøling som gir motsatt effekt.Materialer med lav molekylvekt vil også være mer krystallinske.

Det er observert at dispersjonspolymeren, som har finere partikkelstørrelse og lavere molekylvekt, gir produkter med en betydelig forbedret motstand mot bøyning og også tydelig høyere strekkstyrker.Disse forbedringene ser ut til å oppstå gjennom dannelsen av fiberlignende strukturer i massen av polymer under bearbeiding.