PTFE tootmisprotsess

Tetrafluoroetüleen valmistati esimest korda 1933. aastal. Praegune kaubanduslik süntees põhineb fluoriidil, väävelhappel ja kloroformil.

PTFE polümeeri põhiline tootmisprotsess:

PTFE polümeeri/vaigu tootmine toimub põhimõtteliselt kahes etapis.Esiteks valmistatakse TFE monomeeri üldiselt kaltsiumfluoriidi (fluorospar), väävelhappe ja kloroformi sünteesil ning hiljem viiakse TFE polümerisatsioon läbi hoolikalt kontrollitud tingimustes, et moodustada PTFE.Stabiilsete ja tugevate CF-sidemete olemasolu tõttu on PTFE molekulil silmapaistev keemiline inertsus, kõrge kuumakindlus ja märkimisväärsed elektriisolatsiooni omadused;lisaks suurepärastele hõõrdeomadustele.

TFE puhastamine:

Polümerisatsiooniks on vaja puhast monomeeri.Lisandite olemasolu mõjutab lõpptoodet.Gaasi puhastatakse esmalt vesinikkloriidhappe eemaldamiseks ja seejärel destilleeritakse, et eraldada muud lisandid.

TFE polümerisatsioon:

Puhas inhibeerimata tetrafluoroetüleen võib vägivaldselt polümeriseerida isegi temperatuuril, mis on algselt madalam kui toatemperatuur.Hõbetatud reaktor, mis on veerandi ulatuses täidetud lahusega, mis koosneb 0,2 osast ammooniumpersulfaadist, 1,5 osast booraksist ja 100 osast veest ning mille pH on 9,2.Reaktor suleti;evakueeriti ja 30 osa monomeeri lasti sisse. Reaktorit loksutati üks tund temperatuuril 80 °C ja pärast jahutamist saadi 86% polümeeri saagis. PTFE-d valmistatakse kaubanduslikult kahe peamise protsessiga, millest üks viib nn 'graanulisse'. polümeer ja teine ​​annab palju peenema osakese suuruse ja väiksema molekulmassiga polümeeri dispersiooni.Üks viimase valmistamise meetod hõlmas 0,1% merevaikhappe peroksiidi vesilahuse kasutamist.Reaktsioonid viidi läbi temperatuuril kuni 90 °C.

Teised meetodid:

TFE lagunemine elektrikaare mõjul. Polümerisatsioon teostatakse emulsioonmeetodil, kasutades peroksiidi initsiaatoreid nt H2O2 (vesinikperoksiid) ja raudsulfaati.Mõnel juhul kasutatakse initsiaatorina hapnikku.

PTFE struktuur ja omadused:

PTFE keemiline struktuur on C-F2-C-F2 lineaarne polümeer ilma harudeta ja PTFE silmapaistvad omadused on seotud tugeva ja stabiilse süsinik-fluori sidemega.

Polütetrafluoroetüleen on lineaarne polümeer, mis ei sisalda märkimisväärsel hulgal hargnemisi.Kui polüetüleeni molekul on kristallilises tsoonis tasapinnalise siksaki kujul, on see PTFE molekuli puhul steeriliselt võimatu, kuna fluoriaatomid on suuremad kui vesiniku aatomid.Selle tulemusena moodustab molekul keerdunud siksaki, kus fluori aatomid paketuvad tihedalt spiraalina ümber süsinik-süsinik skeleti.Spiraali täielik pööre hõlmab üle 26 süsinikuaatomi temperatuuril alla 19 °C ja 30 °C üle selle, kusjuures üleminekupunkt hõlmab 1% mahumuutust sellel temperatuuril.Fluori aatomite kompaktne blokeerimine viib suure jäikusega molekulini ja just see omadus viib polümeeri kõrge kristallilise sulamistemperatuuri ja termilise vormi stabiilsuseni.

Molekulidevaheline külgetõmme PTFE molekulide vahel on väga väike, arvutatud lahustuvuse parameeter on 12,6 (MJ/m3) 1/2. Puistes oleva polümeeri jäikus ja tõmbetugevus ei ole seega kõrge pehmenemistemperatuuriga polümeeridega sageli seotud.Süsinik-fluori side on väga stabiilne.Lisaks, kui ühe süsinikuaatomiga on seotud kaks fluoriaatomit, väheneb C-F sideme kaugus 1,42 A-lt 1,35 A-le. Selle tulemusena võib sideme tugevus ulatuda 504 kJ/moolini.Kuna ainus olemasolev side on stabiilne C-C side, on PTFE-l väga kõrge kuumusstabiilsus isegi siis, kui seda kuumutatakse üle selle kristalse sulamistemperatuuri 327 °C.Selle kõrge kristallilisuse ja spetsiifilise interaktsioonivõimetuse tõttu ei ole toatemperatuuril lahusteid.Sulamistemperatuurile lähenevatel temperatuuridel lahustavad teatud fluoritud vedelikud, näiteks perfluoritud petrooleum, polümeeri.

PTFE omadused sõltuvad polümeeri tüübist ja töötlemismeetodist.Polümeer võib erineda osakeste suuruse ja/või molekulmassi poolest.Osakeste suurus mõjutab töötlemist ja tühimike kogust valmistootes, molekulmass aga kristallilisust ja seega paljusid füüsikalisi omadusi.Töötlemismeetodid mõjutavad ka nii kristallilisust kui ka tühimike sisaldust.

Kaubanduslike polümeeride massikeskmised molekulmassid näivad olevat väga kõrged ja jäävad vahemikku 400 000 kuni 9 000 000. ICI teatab, et nende materjalide molekulmass on vahemikus 500 000 kuni 5000000 ja kristallilisuse protsent on suurem kui 94%.Valmistatud osad on vähem kristalsed.Valmistoote kristallilisuse aste sõltub töötlemistemperatuuridest tulenevast jahutuskiirusest.Aeglane jahutamine toob kaasa kõrge kristallilisuse ja kiire jahutamine annab vastupidise efekti.Madala molekulmassiga materjalid on ka kristalsemad.

On täheldatud, et dispersioonpolümeer, mis on peenema osakese suuruse ja väiksema molekulmassiga, annab toodetele oluliselt parema paindekindluse ja ka selgelt suurema tõmbetugevuse.Tundub, et need täiustused tekivad töötlemise ajal polümeeri massis kiulaadsete struktuuride moodustumisest.