Odnos svojstava PTFE strukture

Način za razumijevanje utjecaja fluora je istraživanje razlika između linearnog polietilena (PE) i PTFE koji je ultimativni fluoropolimer u smislu svojstava i karakteristika.

Postoje važne razlike između svojstava PE i PTFE:

• * PTFE je jedan od polimera s najnižom površinskom energijom
• *PTFE je kemijski najotporniji polimer
• *PTFE je jedan od termički najstabilnijih polimera
• *Talište i specifična težina PTFE-a više su nego dvostruko veći od polietilena

Razlike PTFE i PE mogu se pripisati razlikama CeF i CeH veza.Razlike u elektroničkim svojstvima i veličinama F i H dovode do sljedećih opažanja:

• *F je najelektronegativniji od svih elemenata (4 Paulinga)
• *F ima nepodijeljene elektronske parove
• *F se lakše pretvara u Fe
• *Snaga veze CeF je veća od CeH
• *F je veći od H

Elektronegativnost ugljika na 2,5 Paulinga nešto je veća od one vodika i niža od elektronegativnosti fluora.Posljedično, polaritet CeF veze je suprotan onom CeH veze, a CeF veza je više polarizirana.U CeF vezi, fluorni kraj veze je negativno nabijen u usporedbi s CeH vezom u kojoj je ugljik negativno nabijen.

Razlika u polarnosti veze CeH i CeF utječe na relativnu stabilnost konformacija dva polimerna lanca.Kristalizacija polietilena odvija se u planarnoj i trans konformaciji.PTFE se može prisiliti u takvu konformaciju pod ekstremno visokim tlakom.PTFE, ispod 19 C, kristalizira kao spirala s 0,169 nm po ponovljenoj udaljenosti: potrebno je 13 C atoma da se završi zaokret od 180.Iznad 19 C, udaljenost ponavljanja se povećava na 0,195 nm što znači da je potrebno 15 atoma ugljika za okret od 180.Na iznad 19 C lanci su sposobni za kutni pomak, koji se povećava iznad 30 C dok ne dosegne talište (327 C).

Supstitucija F za H u CeH vezi značajno povećava snagu veze sa 99,5 kcal/molu za CeH vezu na 116 kcal/molu za CeF vezu.Posljedično, toplinska stabilnost i kemijska otpornost PTFE-a su veće od PE jer je potrebno više energije za prekid CeF veze.Polaritet i snaga CeF veze otežavaju mehanizam apstrakcije atoma F za grananje.Nasuprot tome, može se sintetizirati visoko razgranati polietilen (>8 grana na 100 atoma ugljika).Mehanizam grananja kao alat za podešavanje kristalnosti nije praktičan za PTFE.Umjesto toga, komonomeri s visećim skupinama moraju se polimerizirati s TFE.

Kristalnost nikad otopljenog PTFE-a je u rasponu od 92-98%, što je u skladu s strukturom nerazgranatog lanca.FEP, kopolimer TFE i HFP, ima polimeriziranu kristalnost od 40-50%.U FEP-u, viseća CF3 skupina vezana je za tercijarni ugljik koji je manje toplinski stabilan od primarnih i sekundarnih ugljikovih atoma.Krivulje razgradnje pokazuju temperature početka razgradnje od 300 C za FEP (0,02% gubitka težine) i 425 C za PTFE (0,03% gubitka težine).