Proces proizvodnje PTFE

Tetrafluoroetilen je prvi put pripremljen 1933. Trenutna komercijalna sinteza se bazira na fluorom, sumpornoj kiselini i hloroformu.

Osnovni proizvodni proces PTFE polimera:

Proizvodnja PTFE polimera/smole se u osnovi odvija u dvije faze.Prvo, TFE monomer se generalno proizvodi sintezom kalcijum fluorida (fluorospara), sumporne kiseline i hloroforma, a kasnije se polimerizacija TFE izvodi u pažljivo kontrolisanim uslovima kako bi se formirao PTFE.Zbog prisustva stabilnih i jakih CF veza, molekula PTFE posjeduje izvanrednu hemijsku inertnost, visoku otpornost na toplotu i izuzetne karakteristike električne izolacije;pored odličnih frikcionih svojstava.

Prečišćavanje TFE:

Za polimerizaciju je potreban čisti monomer.Ako su prisutne nečistoće, to će uticati na konačni proizvod.Plin se prvo pročišćava kako bi se uklonila hlorovodonična kiselina, a zatim destilira kako bi se odvojile ostale nečistoće.

Polimerizacija TFE:

Čisti neinhibirani tetrafluoroetilen može silovito polimerizirati, čak i na temperaturama koje su u početku niže od sobne temperature.Posrebreni reaktor, do četvrtine napunjen rastvorom koji se sastoji od 0,2 dela amonijum persulfata, 1,5 delova boraksa i 100 delova vode, sa pH 9,2.Reaktor je bio zatvoren;evakuisano i pušteno je 30 delova monomera. Reaktor je mešan jedan sat na 80°C i nakon hlađenja je dao 86% prinos polimera. PTFE se komercijalno proizvodi pomoću dva glavna procesa, od kojih jedan vodi do tzv. 'granularnog' polimera, a drugi dovodi do disperzije polimera mnogo finije veličine čestica i niže molekularne težine.Jedna metoda proizvodnje potonjeg uključivala je korištenje 0,1°% vodene otopine peroksida disukcinske kiseline.Reakcije su izvedene na temperaturi do 90°C.

Druge metode:

Raspadanje TFE pod uticajem električnog luka. Polimerizacija se vrši emulzionom metodom korišćenjem peroksidnih inicijatora npr. H2O2 (vodikov peroksid) i gvožđe sulfata.U nekim slučajevima kisik se koristi kao inicijator.

Struktura i svojstva PTFE:

Hemijska struktura PTFE je linearni polimer C–F2–C–F2 bez ikakvog ogranka i izvanredna svojstva PTFE-a povezana su sa jakom i stabilnom vezom ugljik – fluor.

Politetrafluoroetilen je linearni polimer bez bilo kakve značajne količine grananja.Dok je molekul polietilena u obliku ravnog cik-cak u kristalnoj zoni, to je sterički nemoguće kod PTFE-a zbog toga što su atomi fluora veći od atoma vodonika.Kao posljedica toga, molekul zauzima uvrnuti cik-cak sa atomima fluora koji se čvrsto spajaju u spiralu oko skeleta ugljik-ugljik.Potpuni zaokret spirale uključivat će preko 26 atoma ugljika ispod 19°C i 30°C iznad nje, gdje će biti prelazna tačka koja uključuje promjenu zapremine od 1% na ovoj temperaturi.Kompaktno međusobno spajanje atoma fluora dovodi do molekula velike krutosti i upravo ova karakteristika dovodi do visoke kristalne tačke topljenja i termičke stabilnosti polimera.

Intermolekularna privlačnost između PTFE molekula je vrlo mala, izračunati parametar rastvorljivosti je 12,6 (MJ/m3)1/2. Polimer u rasutom stanju stoga nema visoku krutost i vlačnu čvrstoću koja se često povezuje s polimerima s visokom tačkom omekšavanja.Veza ugljenik-fluor je veoma stabilna.Nadalje, kada su dva atoma fluora vezana za jedan atom ugljika, dolazi do smanjenja udaljenosti C–F veze sa 1,42 A na 1,35 A. Kao rezultat toga, jačina veze može biti čak 504 kJ/mol.Budući da je jedina druga prisutna veza stabilna C–C veza, PTFE ima vrlo visoku toplinsku stabilnost, čak i kada se zagrije iznad svoje kristalne tačke topljenja od 327°C.Zbog visoke kristalnosti i nemogućnosti specifične interakcije, na sobnoj temperaturi nema rastvarača.Na temperaturama koje se približavaju tački topljenja određene fluorirane tekućine kao što je perfluorirani kerozin će otopiti polimer.

Svojstva PTFE-a zavise od vrste polimera i metode obrade.Polimer se može razlikovati po veličini čestica i/ili molekularnoj težini.Veličina čestica će uticati na slučaj obrade i na količinu šupljina u gotovom proizvodu, dok će molekularna težina uticati na kristalnost, a time i na mnoga fizička svojstva.Tehnike obrade će također utjecati na kristalnost i sadržaj praznina.

Čini se da su prosječne molekularne težine komercijalnih polimera vrlo visoke i kreću se u rasponu od 400 000 do 9000000. ICI izvještava da njihovi materijali imaju molekularnu težinu u rasponu od 500 000 do 5000000 i postotak kristalnosti veći od 94% kako su proizvedeni.Izrađeni dijelovi su manje kristalni.Stepen kristalnosti gotovog proizvoda zavisiće od brzine hlađenja od temperature obrade.Sporo hlađenje će dovesti do visoke kristalnosti, a brzo hlađenje daje suprotan efekat.Materijali male molekularne težine također će biti kristalniji.

Uočeno je da disperzijski polimer, koji je finije veličine čestica i niže molekularne težine, daje proizvode sa znatno poboljšanom otpornošću na savijanje i također izrazito većom vlačnom čvrstoćom.Čini se da ova poboljšanja nastaju kroz formiranje vlaknastih struktura u masi polimera tokom obrade.