Een manier om de impact van fluor te begrijpen, is door de verschillen te onderzoeken tussen lineair polyethyleen (PE) en PTFE, het ultieme fluorpolymeer in termen van eigenschappen en kenmerken.
Er zijn belangrijke verschillen tussen eigenschappen van PE en die van PTFE:
- *PTFE is een van de polymeren met de laagste oppervlakte-energie
- *PTFE is het meest chemisch resistente polymeer
- *PTFE is een van de thermisch meest stabiele polymeren
- *Het smeltpunt en het soortelijk gewicht van PTFE zijn meer dan het dubbele van die van polyethyleen
PTFE- en PE-verschillen zijn toe te schrijven aan de verschillen tussen CeF- en CeH-obligaties.De verschillen in de elektronische eigenschappen en afmetingen van F en H leiden tot de volgende observaties:
- *F is het meest elektronegatieve van alle elementen (4 Paulings)
- *F heeft ongedeelde elektronenparen
- *F wordt gemakkelijker omgezet in Fe
- *De hechtsterkte van CeF is hoger dan die van CeH
- *F is groter dan H
De elektronegativiteit van koolstof bij 2,5 Paulings is iets hoger dan die van waterstof en lager dan de elektronegativiteit van fluor.Bijgevolg is de polariteit van de CeF-binding tegengesteld aan die van de CeH-binding, en is de CeF-binding sterker gepolariseerd.In de CeF-binding is het fluoruiteinde van de binding negatief geladen vergeleken met de CeH-binding waarin de koolstof negatief geladen is.
Het verschil in bindingspolariteit van CeH en CeF beïnvloedt de relatieve stabiliteit van de conformaties van de twee polymeerketens.Kristallisatie van polyethyleen vindt plaats in een vlakke en trans-conformatie.PTFE kan onder extreem hoge druk in een dergelijke conformatie worden gedwongen.PTFE kristalliseert onder de 19 C als een helix met 0,169 nm per herhalingsafstand: er zijn 13 C-atomen nodig om een draai van 180 te voltooien.Boven 19 C neemt de herhalingsafstand toe tot 0,195 nm, wat betekent dat er 15 koolstofatomen nodig zijn voor een draai van 180 graden.Boven 19 C zijn de kettingen in staat tot hoekverplaatsing, die boven 30 C toeneemt tot het smeltpunt (327 C) wordt bereikt.
Vervanging van F door H in de CeH-binding verhoogt de bindingssterkte aanzienlijk van 99,5 kcal/mol voor de CeH-binding tot 116 kcal/mol voor de CeF-binding.Bijgevolg is de thermische stabiliteit en chemische weerstand van PTFE hoger dan die van PE, omdat er meer energie nodig is om de CeF-binding te verbreken.De polariteit en sterkte van de CeF-binding maken het F-atoomabstractiemechanisme voor vertakking moeilijk.Daarentegen kan sterk vertakt polyethyleen (>8 vertakkingen per 100 koolstofatomen) worden gesynthetiseerd.Een vertakkingsmechanisme als hulpmiddel om de kristalliniteit aan te passen is niet praktisch voor PTFE.In plaats daarvan moeten comonomeren met aanhangende groepen worden gepolymeriseerd met TFE.
De kristalliniteit van nooit gesmolten PTFE ligt in het bereik van 92-98%, consistent met een onvertakte ketenstructuur.FEP, een copolymeer van TFE en HFP, heeft een gepolymeriseerde kristalliniteit van 40-50%.In FEP is de hangende CF3-groep gebonden aan een tertiaire koolstof die thermisch minder stabiel is dan primaire en secundaire koolstofatomen.Degradatiecurven geven de begintemperaturen van degradatie aan van 300 C voor FEP (0,02% gewichtsverlies) en 425 C voor PTFE (0,03% gewichtsverlies).
Posttijd: 25 september 2020