Odnos svojstava strukture PTFE

Način da se razumije utjecaj fluora je istraživanje razlika između linearnog polietilena (PE) i PTFE koji je vrhunski 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 hemijski najotporniji polimer
• *PTFE je jedan od termički najstabilnijih polimera
• *Tačka topljenja i specifična težina PTFE-a su više nego dvostruko veći od polietilena

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

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

Elektronegativnost ugljika na 2,5 Paulinga je nešto veća od vodonika i niža od elektronegativnosti fluora.Posljedično, polaritet CeF veze je suprotan polaritetu CeH veze, a CeF veza je više polarizirana.U CeF vezi, fluorni kraj veze je negativno naelektrisan u poređenju sa CeH vezom u kojoj je ugljenik negativno naelektrisan.

Razlika u polaritetu veze CeH i CeF utiče na relativnu stabilnost konformacija dva polimerna lanca.Kristalizacija polietilena se odvija u planarnoj i trans konformaciji.PTFE se može natjerati u takvu konformaciju pod ekstremno visokim pritiskom.PTFE, ispod 19 C, kristalizira se kao spirala sa 0,169 nm po udaljenosti ponavljanja: potrebno je 13 C atoma da se završi okret od 180 nm.Iznad 19 C, udaljenost ponavljanja se povećava na 0,195 nm što znači da je za okret od 180 potrebno 15 atoma ugljika.Na temperaturi iznad 19 C lanci su sposobni za ugaoni pomak, koji se povećava iznad 30 C sve dok ne dostignu tačku topljenja (327 C).

Zamjena F za H u CeH vezi značajno povećava snagu veze sa 99,5 kcal/mol za CeH vezu na 116 kcal/mol za CeF vezu.Shodno tome, termička stabilnost i hemijska otpornost PTFE-a je veća od PE jer je potrebno više energije da se prekine CeF veza.Polaritet i jačina CeF veze otežavaju mehanizam apstrakcije F atoma za grananje.Nasuprot tome, visoko razgranati polietilen (>8 grana na 100 atoma ugljika) može se sintetizirati.Mehanizam grananja kao alat za podešavanje kristalnosti nije praktičan za PTFE.Umjesto toga, komonomeri sa nevezanim grupama moraju biti polimerizovani sa TFE.

Kristaliničnost nikad rastopljenog PTFE je u rasponu od 92e98%, što je u skladu sa strukturom nerazgranatog lanca.FEP, kopolimer TFE i HFP, ima kristalnost od 40e50%.U FEP-u, visi CF3 grupa je vezana za tercijarni ugljik koji je manje termički stabilan od primarnih i sekundarnih atoma ugljika.Krive degradacije ukazuju na temperaturu početka degradacije od 300 C za FEP (0,02% gubitka težine) i 425 C za PTFE (0,03% gubitak težine).