Тетрафторэтилен был впервые получен в 1933 году. В настоящее время коммерческий синтез основан на плавиковом шпате, серной кислоте и хлороформе.
Основной процесс производства полимера ПТФЭ:
Производство полимера/смолы ПТФЭ в основном осуществляется в два этапа.Во-первых, мономер ТФЭ обычно производится путем синтеза фторида кальция (фторшпат), серной кислоты и хлороформа, а затем полимеризация ТФЭ проводится в тщательно контролируемых условиях с образованием ПТФЭ.Благодаря наличию стабильных и прочных связей CF молекула ПТФЭ обладает исключительной химической инертностью, высокой термостойкостью и замечательными электроизоляционными характеристиками;в дополнение к отличным фрикционным свойствам.
Очистка ТФЭ:
Для полимеризации необходим чистый мономер.Если присутствуют примеси, это повлияет на конечный продукт.Газ сначала очищается от соляной кислоты, а затем перегоняется для отделения других примесей.
Полимеризация ТФЭ:
Чистый неингибированный тетрафторэтилен может бурно полимеризоваться даже при первоначальной температуре ниже комнатной.Посеребренный реактор, на четверть заполненный раствором, состоящим из 0,2 части персульфата аммония, 1,5 части буры и 100 частей воды, с pH 9,2.Реактор был закрыт;Реактор перемешивали в течение одного часа при температуре 80°C и после охлаждения дали 86% выхода полимера. ПТФЭ производится в промышленных масштабах двумя основными процессами, один из которых приводит к так называемому «гранулярному» производству. полимер, а второй приводит к дисперсии полимера с гораздо более мелким размером частиц и более низкой молекулярной массой.Один из способов получения последнего заключался в использовании 0,1%-ного водного раствора пероксида диянтарной кислоты.Реакции проводили при температуре до 90°С.
Другие методы:
Разложение ТФЭ под воздействием электрической дуги. Полимеризация проводится эмульсионным методом с использованием пероксидных инициаторов, например, H2O2 (перекись водорода) и сульфата железа.В некоторых случаях в качестве инициатора используют кислород.
Структура и свойства ПТФЭ:
Химическая структура ПТФЭ представляет собой линейный полимер C– F2 – C– F2 без каких-либо разветвлений, а выдающиеся свойства ПТФЭ связаны с прочной и стабильной связью углерод – фтор.
Политетрафторэтилен представляет собой линейный полимер, не имеющий значительного количества разветвлений.В то время как молекула полиэтилена имеет форму плоского зигзага в кристаллической зоне, это стерически невозможно для молекулы ПТФЭ из-за того, что атомы фтора крупнее атомов водорода.В результате молекула принимает скрученный зигзаг, в котором атомы фтора плотно упаковываются по спирали вокруг углерод-углеродного скелета.Полный поворот спирали будет включать более 26 атомов углерода при температуре ниже 19°C и 30°C выше нее, причем при этой температуре существует точка перехода, включающая изменение объема на 1%.Компактное соединение атомов фтора приводит к образованию молекулы с большой жесткостью, и именно эта особенность приводит к высокой температуре плавления кристаллов и термической стабильности формы полимера.
Межмолекулярное притяжение между молекулами ПТФЭ очень мало, расчетный параметр растворимости составляет 12,6 (МДж/м3)1/2. Таким образом, полимер в массе не обладает высокой жесткостью и прочностью на разрыв, которые часто ассоциируются с полимерами с высокой температурой размягчения.Связь углерод-фтор очень стабильна.Кроме того, когда два атома фтора присоединены к одному атому углерода, расстояние связи C–F уменьшается с 1,42 А до 1,35 А. В результате прочность связи может достигать 504 кДж/моль.Поскольку единственной другой присутствующей связью является стабильная связь C–C, ПТФЭ обладает очень высокой термостабильностью даже при нагревании выше температуры плавления кристалла 327 ° C.Из-за высокой кристалличности и неспособности к специфическому взаимодействию при комнатной температуре растворители отсутствуют.При температурах, приближающихся к температуре плавления, некоторые фторированные жидкости, такие как перфторированный керосин, растворяют полимер.
Свойства ПТФЭ зависят от типа полимера и метода обработки.Полимер может отличаться по размеру частиц и/или молекулярной массе.Размер частиц будет влиять на процесс обработки и количество пустот в готовом продукте, тогда как молекулярная масса будет влиять на кристалличность и, следовательно, на многие физические свойства.Методы обработки также влияют как на кристалличность, так и на содержание пустот.
Средневесовая молекулярная масса коммерческих полимеров оказывается очень высокой и находится в диапазоне от 400 000 до 9000 000. ICI сообщает, что их материалы имеют молекулярную массу в диапазоне от 500 000 до 5000 000 и процентную кристалличность более 94% при производстве.Изготовленные детали менее кристалличны.Степень кристалличности готового продукта будет зависеть от скорости охлаждения от температур обработки.Медленное охлаждение приведет к высокой кристалличности, а быстрое охлаждение приведет к противоположному эффекту.Материалы с низкой молекулярной массой также будут более кристаллическими.
Замечено, что дисперсионный полимер, который имеет более мелкий размер частиц и меньшую молекулярную массу, дает продукты со значительно улучшенной устойчивостью к изгибу, а также значительно более высокой прочностью на разрыв.Эти улучшения, по-видимому, возникают за счет образования волокнистых структур в массе полимера во время обработки.
Время публикации: 04 января 2019 г.