Processo de Produção de PTFE

O tetrafluoroetileno foi preparado pela primeira vez em 1933. As atuais sínteses comerciais são baseadas em espatoflúor, ácido sulfúrico e clorofórmio.

Processo Básico de Produção de Polímero PTFE:

A Fabricação do Polímero/Resina PTFE é realizada basicamente em duas etapas.Primeiro, o monômero de TFE é geralmente fabricado pela síntese de fluoreto de cálcio (fluorospar), ácido sulfúrico e clorofórmio e a polimerização posterior do TFE é realizada em condições cuidadosamente controladas para formar PTFE.Devido à presença de ligações CF estáveis ​​e fortes, a molécula de PTFE possui excelente inércia química, alta resistência ao calor e características notáveis ​​de isolamento elétrico;além de excelentes propriedades de fricção.

Purificação de TFE:

O monômero puro é necessário para a polimerização.Se houver impurezas, isso afetará o produto final.O gás é primeiro lavado para remover qualquer ácido clorídrico e depois destilado para separar outras impurezas.

Polimerização de TFE:

O tetrafluoroetileno puro e desinibido pode polimerizar violentamente, mesmo em temperaturas inicialmente abaixo da temperatura ambiente.Um reator folheado a prata, preenchido com um quarto de uma solução composta por 0,2 partes de persulfato de amônio, 1,5 partes de bórax e 100 partes de água, e com pH de 9,2.O reator foi fechado;evacuado e 30 partes de monômero foram deixadas entrar. O reator foi agitado por uma hora a 80°C e após resfriamento deu um rendimento de 86% de polímero. O PTFE é produzido comercialmente por dois processos principais, um deles levando ao chamado 'granular' polímero e o segundo conduzindo a uma dispersão de polímero com tamanho de partícula muito mais fino e peso molecular mais baixo.Um método para produzir este último envolveu a utilização de uma solução aquosa de peróxido de ácido disuccínico a 0,1%.As reações foram realizadas em temperaturas de até 90°C.

Outros métodos:

Decomposição do TFE sob a influência de um arco elétrico. Polimerização realizada pelo método de emulsão utilizando iniciadores de peróxido, por exemplo, H2O2 (peróxido de hidrogênio) e sulfato ferroso.Em alguns casos, o oxigênio é usado como iniciador.

Estrutura e propriedades do PTFE:

A estrutura química do PTFE é um polímero linear de C– F2 – C– F2 sem qualquer ramificação e as excelentes propriedades do PTFE estão associadas a uma ligação carbono-flúor forte e estável.

O politetrafluoroetileno é um polímero linear livre de qualquer quantidade significativa de ramificação.Considerando que a molécula de polietileno tem a forma de um ziguezague plano na zona cristalina, isto é estericamente impossível com a do PTFE devido aos átomos de flúor serem maiores que os do hidrogénio.Como consequência, a molécula assume um zigue-zague torcido com os átomos de flúor compactados firmemente em espiral ao redor do esqueleto carbono-carbono.Uma volta completa da espiral envolverá mais de 26 átomos de carbono abaixo de 19°C e 30°C acima dela, havendo um ponto de transição envolvendo uma mudança de volume de 1% a esta temperatura.O entrelaçamento compacto dos átomos de flúor leva a uma molécula de grande rigidez e é esta característica que leva ao alto ponto de fusão cristalino e à estabilidade da forma térmica do polímero.

A atração intermolecular entre as moléculas de PTFE é muito pequena, sendo o parâmetro de solubilidade calculado 12,6 (MJ/m3)1/2. O polímero a granel não possui, portanto, a alta rigidez e resistência à tração que é frequentemente associada a polímeros com alto ponto de amolecimento.A ligação carbono-flúor é muito estável.Além disso, onde dois átomos de flúor estão ligados a um único átomo de carbono, há uma redução na distância da ligação C – F de 1,42 A para 1,35 A. Como resultado, as forças de ligação podem chegar a 504 kJ/mol.Como a única outra ligação presente é a ligação C-C estável, o PTFE tem uma estabilidade térmica muito elevada, mesmo quando aquecido acima do seu ponto de fusão cristalino de 327°C.Devido à sua alta cristalinidade e incapacidade de interação específica, não existem solventes à temperatura ambiente.A temperaturas próximas do ponto de fusão, certos líquidos fluorados, como o querosene per-fluorado, dissolverão o polímero.

As propriedades do PTFE dependem do tipo de polímero e do método de processamento.O polímero pode diferir em tamanho de partícula e/ou peso molecular.O tamanho das partículas influenciará o caso de processamento e a quantidade de vazios no produto acabado, enquanto o peso molecular influenciará a cristalinidade e, portanto, muitas propriedades físicas.As técnicas de processamento também afetarão a cristalinidade e o conteúdo de vazios.

Os pesos moleculares médios dos polímeros comerciais parecem ser muito elevados e estão na faixa de 400.000 a 9.000.000. A ICI relata que seus materiais têm um peso molecular na faixa de 500.000 a 5.000.000 e uma porcentagem de cristalinidade superior a 94% quando fabricados.As peças fabricadas são menos cristalinas.O grau de cristalinidade do produto acabado dependerá da taxa de resfriamento das temperaturas de processamento.O resfriamento lento levará a uma alta cristalinidade, com o resfriamento rápido dando o efeito oposto.Materiais de baixo peso molecular também serão mais cristalinos.

Observa-se que o polímero de dispersão, que tem um tamanho de partícula mais fino e um peso molecular mais baixo, proporciona produtos com uma resistência à flexão muito melhorada e também com resistências à tracção nitidamente mais elevadas.Estas melhorias parecem surgir através da formação de estruturas semelhantes a fibras na massa do polímero durante o processamento.