Quy trình sản xuất PTFE

Tetrafluoroethylene được điều chế lần đầu tiên vào năm 1933. Phương pháp tổng hợp thương mại hiện nay dựa trên fluorit, axit sulfuric và cloroform.

Quy trình sản xuất cơ bản của PTFE Polymer:

Việc sản xuất PTFE Polymer/Nhựa về cơ bản được thực hiện theo hai giai đoạn.Đầu tiên, Monome TFE thường được sản xuất bằng cách tổng hợp Canxi Fluoride (Fluorospar), Axit Sulfuric & Chloroform và sau đó quá trình trùng hợp TFE được thực hiện trong điều kiện được kiểm soát cẩn thận để tạo thành PTFE.Do sự hiện diện của các liên kết CF ổn định và mạnh mẽ, phân tử PTFE có tính trơ hóa học vượt trội, khả năng chịu nhiệt cao và đặc tính cách điện vượt trội;Ngoài các đặc tính ma sát tuyệt vời.

Thanh lọc TFE:

Monome tinh khiết là cần thiết cho quá trình trùng hợp.Nếu có tạp chất sẽ ảnh hưởng đến sản phẩm cuối cùng.Khí đầu tiên được lọc để loại bỏ axit clohydric và sau đó được chưng cất để tách các tạp chất khác.

Sự trùng hợp của TFE:

Tetrafluoroethylene nguyên chất không bị ức chế có thể polyme hóa mạnh, thậm chí ở nhiệt độ ban đầu thấp hơn nhiệt độ phòng.Một lò phản ứng mạ bạc, chứa đầy dung dịch gồm 0,2 phần amoni persulphate, 1,5 phần borax và 100 phần nước, và có độ pH là 9,2.Lò phản ứng đã đóng cửa;được sơ tán và 30 phần monome được đưa vào. Lò phản ứng được khuấy trộn trong một giờ ở 80°C và sau khi làm mát cho hiệu suất polyme là 86%.PTFE được sản xuất thương mại bằng hai quy trình chính, một quy trình dẫn đến cái gọi là 'dạng hạt' polyme và chất thứ hai dẫn đến sự phân tán polyme có kích thước hạt mịn hơn nhiều và trọng lượng phân tử thấp hơn.Một phương pháp sản xuất chất này liên quan đến việc sử dụng dung dịch axit disuccinic peroxit 0,1°%.Các phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ lên tới 90°C.

Các phương pháp khác:

Phân hủy TFE dưới tác dụng của hồ quang điện. Quá trình polyme hóa được thực hiện bằng phương pháp nhũ tương sử dụng chất khởi đầu peroxide, ví dụ H2O2 (Hydrogen peroxide) và sắt sunfat.Trong một số trường hợp oxy được sử dụng làm chất khởi đầu.

Cấu trúc và tính chất của PTFE:

Cấu trúc hóa học của PTFE là polymer tuyến tính C–F2 – C–F2 không phân nhánh & đặc tính nổi bật của PTFE là liên kết Carbon – Flo bền và ổn định.

Polytetrafluoroethylene là một polyme tuyến tính không có bất kỳ số lượng phân nhánh đáng kể nào.Trong khi phân tử polyetylen có dạng zíc zắc phẳng trong vùng tinh thể thì điều này là không thể đối với phân tử PTFE do các nguyên tử flo lớn hơn các nguyên tử hydro.Kết quả là phân tử có dạng xoắn ngoằn ngoèo với các nguyên tử flo xếp chặt thành hình xoắn ốc xung quanh khung cacbon-cacbon.Một vòng xoắn ốc hoàn chỉnh sẽ bao gồm hơn 26 nguyên tử carbon ở nhiệt độ dưới 19°C và cao hơn 30°C, có điểm chuyển tiếp liên quan đến sự thay đổi thể tích 1% ở nhiệt độ này.Sự liên kết chặt chẽ của các nguyên tử flo dẫn đến phân tử có độ cứng cao và chính đặc điểm này dẫn đến điểm nóng chảy tinh thể cao và độ ổn định dạng nhiệt của polyme.

Lực hút liên phân tử giữa các phân tử PTFE rất nhỏ, thông số độ hòa tan được tính toán là 12,6 (MJ/m3)1/2. Polyme ở dạng khối không có độ cứng và độ bền kéo cao thường liên quan đến các polyme có điểm làm mềm cao.Liên kết cacbon-flo rất ổn định.Hơn nữa, khi hai nguyên tử flo được gắn vào một nguyên tử cacbon thì khoảng cách liên kết C–F sẽ giảm từ 1,42 A xuống 1,35 A. Kết quả là cường độ liên kết có thể lên tới 504 kJ/mol.Vì liên kết duy nhất còn lại là liên kết C–C ổn định, nên PTFE có độ ổn định nhiệt rất cao, ngay cả khi được nung nóng trên điểm nóng chảy kết tinh của nó là 327°C.Do độ kết tinh cao và không có khả năng tương tác cụ thể nên không có dung môi ở nhiệt độ phòng.Ở nhiệt độ gần đến điểm nóng chảy, một số chất lỏng có chứa flo như dầu hỏa đã được flo hóa sẽ hòa tan polyme.

Các tính chất của PTFE phụ thuộc vào loại polymer và phương pháp xử lý.Polyme có thể khác nhau về kích thước hạt và/hoặc trọng lượng phân tử.Kích thước hạt sẽ ảnh hưởng đến quá trình xử lý và số lượng lỗ rỗng trong thành phẩm trong khi trọng lượng phân tử sẽ ảnh hưởng đến độ kết tinh và do đó ảnh hưởng đến nhiều tính chất vật lý.Các kỹ thuật xử lý cũng sẽ ảnh hưởng đến cả độ kết tinh và độ rỗng.

Trọng lượng phân tử trung bình của các polyme thương mại dường như rất cao và nằm trong khoảng từ 400000 đến 9000000. ICI báo cáo rằng vật liệu của chúng có trọng lượng phân tử trong khoảng từ 500000 đến 5000000 và tỷ lệ kết tinh lớn hơn 94~ khi được sản xuất.Các bộ phận chế tạo ít tinh thể hơn.Mức độ kết tinh của thành phẩm sẽ phụ thuộc vào tốc độ làm nguội từ nhiệt độ xử lý.Làm lạnh chậm sẽ dẫn đến độ kết tinh cao còn làm lạnh nhanh sẽ gây ra tác dụng ngược lại.Vật liệu có trọng lượng phân tử thấp cũng sẽ kết tinh hơn.

Người ta quan sát thấy rằng polyme phân tán, có kích thước hạt mịn hơn và trọng lượng phân tử thấp hơn, mang lại cho sản phẩm khả năng chống uốn được cải thiện đáng kể và độ bền kéo cũng cao hơn rõ rệt.Những cải tiến này xuất hiện thông qua việc hình thành các cấu trúc giống như sợi trong khối polyme trong quá trình xử lý.