Tetrafluoretilen je prvi put pripremljen 1933. Trenutne komercijalne sinteze temelje se na fluoritu, sumpornoj kiselini i kloroformu.
Osnovni proizvodni proces PTFE polimera:
Proizvodnja PTFE polimera/smole u osnovi se odvija u dvije faze.Prvo, TFE monomer se općenito proizvodi sintezom kalcijevog fluorida (Fluorospar), sumporne kiseline i kloroforma, a kasnije se polimerizacija TFE provodi u pažljivo kontroliranim uvjetima kako bi se dobio PTFE.Zbog prisutnosti stabilnih i jakih CF veza, PTFE molekula posjeduje izvanrednu kemijsku inertnost, visoku toplinsku otpornost i izvanredne karakteristike električne izolacije;pored izvrsnih svojstava trenja.
Pročišćavanje TFE:
Za polimerizaciju je potreban čisti monomer.Ako su prisutne nečistoće, to će utjecati na konačni proizvod.Plin se najprije pročišćava kako bi se uklonila klorovodična kiselina, a zatim se destilira kako bi se odvojile ostale nečistoće.
Polimerizacija TFE:
Čisti neinhibirani tetrafluoretilen može burno polimerizirati, čak i na temperaturama koje su početno ispod sobne temperature.Posrebreni reaktor, do četvrtine ispunjen otopinom koja se sastoji od 0,2 dijela amonijevog persulfata, 1,5 dijelova boraksa i 100 dijelova vode, s pH 9,2.Reaktor je bio zatvoren;evakuiran i pušteno je 30 dijelova monomera. Reaktor je miješan jedan sat na 80°C i nakon hlađenja dao je 86% prinosa polimera. PTFE se komercijalno proizvodi pomoću dva glavna procesa, jedan vodi do tzv. 'granularnog' polimera, a drugi dovodi do disperzije polimera mnogo sitnijih čestica i manje molekularne težine.Jedna metoda proizvodnje potonjeg uključuje upotrebu 0,1°% vodene otopine peroksida disukcinske kiseline.Reakcije su se odvijale na temperaturi do 90°C.
Druge metode:
Razgradnja TFE pod utjecajem električnog luka. Polimerizacija provedena emulzijskom metodom upotrebom peroksidnih inicijatora npr. H2O2 (vodikov peroksid) i željeznog sulfata.U nekim slučajevima kisik se koristi kao inicijator.
Struktura i svojstva PTFE:
Kemijska struktura PTFE-a je linearni polimer C– F2 – C– F2 bez ikakvih grana, a izvanredna svojstva PTFE-a povezana su s jakom i stabilnom vezom ugljik – fluor.
Politetrafluoretilen je linearni polimer bez značajnih grananja.Dok je molekula polietilena u obliku planarnog cik-cak u kristalnoj zoni, to je sterički nemoguće kod PTFE-a jer su atomi fluora veći od atoma vodika.Kao posljedica toga, molekula zauzima upleteni cik-cak s atomima fluora čvrsto pakiranim u spiralu oko kostura ugljik-ugljik.Potpuni zaokret spirale uključit će više od 26 atoma ugljika ispod 19°C i 30°C iznad, gdje će biti prijelazna točka koja uključuje promjenu volumena od 1% na ovoj temperaturi.Kompaktno isprepletenost atoma fluora dovodi do molekule velike krutosti i to je svojstvo koje dovodi do visoke točke taljenja kristala i toplinske stabilnosti oblika polimera.
Intermolekularno privlačenje između PTFE molekula je vrlo malo, izračunati parametar topljivosti je 12,6 (MJ/m3)1/2. Polimer u rasutom stanju nema visoku krutost i vlačnu čvrstoću koja se često povezuje s polimerima s visokom točkom omekšavanja.Veza ugljik-fluor je vrlo stabilna.Nadalje, gdje su dva atoma fluora vezana za jedan atom ugljika, dolazi do smanjenja udaljenosti veze C–F s 1,42 A na 1,35 A. Kao rezultat toga, čvrstoća veze može biti čak 504 kJ/molu.Budući da je jedina prisutna veza stabilna C–C veza, PTFE ima vrlo visoku toplinsku stabilnost, čak i kada se zagrijava iznad svoje kristalne točke tališta od 327°C.Zbog visoke kristalnosti i nemogućnosti specifične interakcije, na sobnoj temperaturi nema otapala.Na temperaturama koje se približavaju talištu određene fluorirane tekućine kao što je per-fluorirani kerozin će otopiti polimer.
Svojstva PTFE-a ovise o vrsti polimera i načinu obrade.Polimer se može razlikovati u veličini čestica i/ili molekularnoj težini.Veličina čestica će utjecati na slučaj obrade i količinu šupljina u gotovom proizvodu, dok će molekularna težina utjecati na kristalnost, a time i na mnoga fizikalna svojstva.Tehnike obrade također će utjecati na kristalnost i sadržaj praznina.
Čini se da je prosječna molekularna težina komercijalnih polimera vrlo visoka i nalazi se u rasponu od 400 000 do 9000 000. ICI izvješćuje da njihovi materijali imaju molekularnu težinu u rasponu od 500 000 do 5000 000 i postotak kristalnosti veći od 94% u proizvodnji.Proizvedeni dijelovi manje su kristalni.Stupanj kristalnosti gotovog proizvoda ovisit će o brzini hlađenja od temperatura obrade.Sporo hlađenje će dovesti do visoke kristalnosti, a brzo hlađenje će dati suprotan učinak.Materijali niske molekularne težine također će biti kristalniji.
Uočeno je da disperzijski polimer, koji ima sitnije čestice i manju molekularnu težinu, daje proizvode sa znatno poboljšanom otpornošću na savijanje i također izrazito većom vlačnom čvrstoćom.Čini se da ova poboljšanja nastaju stvaranjem struktura sličnih vlaknima u masi polimera tijekom obrade.
Vrijeme objave: 4. siječnja 2019