Une façon de comprendre l’impact du fluor consiste à explorer les différences entre le polyéthylène linéaire (PE) et le PTFE, qui est le fluoropolymère ultime en termes de propriétés et de caractéristiques.
Il existe des différences importantes entre les propriétés du PE et celles du PTFE :
- * Le PTFE est l'un des polymères à énergie de surface la plus basse
- *Le PTFE est le polymère le plus résistant chimiquement
- *Le PTFE est l'un des polymères les plus stables thermiquement
- *Le point de fusion et la densité spécifique du PTFE sont plus du double de ceux du polyéthylène
Les différences entre PTFE et PE sont attribuables aux différences entre les liaisons CeF et CeH.Les différences dans les propriétés électroniques et les tailles de F et H conduisent aux observations suivantes :
- *F est le plus électronégatif de tous les éléments (4 Paulings)
- *F a des paires d'électrons non partagées
- *F est plus facilement converti en Fe
- *La force de liaison du CeF est supérieure à celle du CeH
- *F est plus grand que H
L'électronégativité du carbone à 2,5 Paulings est légèrement supérieure à celle de l'hydrogène et inférieure à l'électronégativité du fluor.Par conséquent, la polarité de la liaison CeF est opposée à celle de la liaison CeH, et la liaison CeF est plus fortement polarisée.Dans la liaison CeF, l’extrémité fluorée de la liaison est chargée négativement par rapport à la liaison CeH dans laquelle le carbone est chargé négativement.
La différence de polarité des liaisons de CeH et CeF affecte la stabilité relative des conformations des deux chaînes polymères.La cristallisation du polyéthylène s'effectue dans une conformation planaire et trans.Le PTFE peut être forcé à adopter une telle conformation à une pression extrêmement élevée.Le PTFE, en dessous de 19 C, cristallise en hélice avec une distance de répétition de 0,169 nm : il faut 13 atomes de C pour qu'un tour de 180 soit effectué.Au-dessus de 19 °C, la distance de répétition augmente jusqu'à 0,195 nm, ce qui signifie que 15 atomes de carbone sont nécessaires pour un tour de 180.Au-dessus de 19 C, les chaînes sont capables d'un déplacement angulaire, qui augmente au-dessus de 30 C jusqu'à atteindre le point de fusion (327 C).
La substitution de F par H dans la liaison CeH augmente considérablement la force de liaison de 99,5 kcal/mole pour la liaison CeH à 116 kcal/mole pour la liaison CeF.Par conséquent, la stabilité thermique et la résistance chimique du PTFE sont supérieures à celles du PE car il faut plus d’énergie pour rompre la liaison CeF.La polarité et la force de la liaison CeF rendent difficile le mécanisme d’abstraction de l’atome F pour la ramification.En revanche, du polyéthylène hautement ramifié (> 8 branches pour 100 atomes de carbone) peut être synthétisé.Le mécanisme de branchement en tant qu’outil permettant d’ajuster la cristallinité n’est pas pratique pour le PTFE.Au lieu de cela, les comonomères avec des groupes pendants doivent être polymérisés avec du TFE.
La cristallinité du PTFE jamais fondu est de l'ordre de 92 à 98 %, ce qui correspond à une structure de chaîne non ramifiée.Le FEP, un copolymère de TFE et de HFP, a une cristallinité telle que polymérisée de 40 à 50 %.Dans le FEP, le groupe CF3 pendant est lié à un carbone tertiaire moins stable thermiquement que les atomes de carbone primaires et secondaires.Les courbes de dégradation indiquent des températures de début de dégradation de 300 C pour le FEP (0,02 % de perte de poids) et de 425 C pour le PTFE (0,03 % de perte de poids).
Heure de publication : 25 septembre 2020