فرآیند تولید PTFE

تترا فلوئورواتیلن برای اولین بار در سال 1933 تهیه شد. سنتز تجاری فعلی بر اساس فلورسپار، اسید سولفوریک و کلروفرم است.

فرآیند تولید پایه پلیمر PTFE:

ساخت PTFE پلیمر/رزین اساساً در دو مرحله انجام می شود.اولاً، مونومر TFE عموماً با سنتز کلسیم فلوراید (Fluorospar)، اسید سولفوریک و کلروفرم ساخته می‌شود و بعداً پلیمریزاسیون TFE در شرایط کنترل شده با دقت برای تشکیل PTFE انجام می‌شود.به دلیل وجود پیوندهای CF پایدار و قوی، مولکول PTFE دارای بی اثری شیمیایی برجسته، مقاومت حرارتی بالا و ویژگی های عایق الکتریکی قابل توجه است.علاوه بر خواص اصطکاکی عالی.

تصفیه TFE:

مونومر خالص برای پلیمریزاسیون مورد نیاز است.در صورت وجود ناخالصی بر محصول نهایی تأثیر می گذارد.ابتدا گاز را ساییده می کنند تا هرگونه اسید کلریدریک از بین برود و سپس برای جداسازی سایر ناخالصی ها تقطیر می شود.

پلیمریزاسیون TFE:

تترافلوئورواتیلن خالص مهار نشده حتی در دماهایی که در ابتدا کمتر از دمای اتاق است، می‌تواند با خشونت پلیمریزه شود.راکتوری با روکش نقره، یک چهارم پر از محلولی متشکل از 0.2 قسمت پرسولفات آمونیوم، 1.5 قسمت بوراکس و 100 قسمت آب و با pH 9.2.راکتور بسته شد.راکتور به مدت یک ساعت در دمای 80 درجه سانتیگراد به هم زده شد و پس از سرد شدن 86 درصد بازدهی پلیمر به دست آورد. پلیمر و دومی منجر به پراکندگی پلیمر با اندازه ذرات بسیار ریزتر و وزن مولکولی کمتر می شود.یکی از روش های تولید دومی شامل استفاده از محلول پراکسید اسید دی سوسینیک آبی 0.1 درجه است.واکنش ها در دمای 90 درجه سانتی گراد انجام شد.

روش های دیگر:

تجزیه TFE تحت تأثیر قوس الکتریکی. پلیمریزاسیون با روش امولسیونی با استفاده از آغازگرهای پراکسید به عنوان مثال H2O2 (پراکسید هیدروژن) و سولفات آهن انجام شد.در برخی موارد از اکسیژن به عنوان آغازگر استفاده می شود.

ساختار و خواص PTFE:

ساختار شیمیایی PTFE پلیمر خطی C– F2 – C– F2 بدون شاخه است و خواص برجسته PTFE با پیوند کربن – فلوئور قوی و پایدار مرتبط است.

پلی تترا فلوئورواتیلن یک پلیمر خطی و عاری از هر مقدار قابل توجهی از انشعاب است.در حالی که مولکول پلی اتیلن به شکل یک زیگزاگ مسطح در ناحیه کریستالی است، به دلیل بزرگتر بودن اتم های فلوئور از اتم های هیدروژن، این امر با مولکول PTFE غیرممکن است.در نتیجه مولکول یک زیگزاگ پیچ خورده را می گیرد که اتم های فلوئور به صورت مارپیچی در اطراف اسکلت کربن-کربن محکم بسته می شوند.چرخش کامل مارپیچ شامل بیش از 26 اتم کربن در دمای زیر 19 درجه سانتیگراد و 30 درجه سانتیگراد بالای آن می شود و یک نقطه گذار شامل یک تغییر حجم 1٪ در این دما است.در هم تنیدگی فشرده اتم های فلوئور منجر به ایجاد مولکولی با سفتی زیاد می شود و همین ویژگی است که منجر به نقطه ذوب کریستالی بالا و پایداری فرم حرارتی پلیمر می شود.

جاذبه بین مولکولی بین مولکول های PTFE بسیار کم است، پارامتر حلالیت محاسبه شده 12.6 (MJ/m3) 1/2 است، بنابراین پلیمر به صورت فله دارای سفتی و استحکام کششی بالایی نیست که اغلب با پلیمرهایی با نقطه نرم شدن بالا همراه است.پیوند کربن و فلوئور بسیار پایدار است.علاوه بر این، جایی که دو اتم فلوئور به یک اتم کربن منفرد متصل می‌شوند، فاصله پیوند C-F از 1.42 A به 1.35 A کاهش می‌یابد. در نتیجه استحکام پیوند ممکن است تا 504 کیلوژول بر مول باشد.از آنجایی که تنها پیوند موجود دیگر پیوند C-C پایدار است، PTFE پایداری حرارتی بسیار بالایی دارد، حتی زمانی که بالاتر از نقطه ذوب کریستالی آن 327 درجه سانتیگراد گرم شود.به دلیل بلورینگی زیاد و عدم توانایی برهمکنش خاص، هیچ حلالی در دمای اتاق وجود ندارد.در دماهایی که به نقطه ذوب نزدیک می شوند، مایعات فلوئوردار خاصی مانند نفت سفید فلوئوردار، پلیمر را حل می کنند.

خواص PTFE به نوع پلیمر و روش پردازش بستگی دارد.پلیمر ممکن است در اندازه ذرات و/یا وزن مولکولی متفاوت باشد.اندازه ذرات بر روی مورد پردازش و مقدار فضاهای خالی در محصول نهایی تأثیر می گذارد در حالی که وزن مولکولی بر کریستالی بودن و در نتیجه بسیاری از خواص فیزیکی تأثیر می گذارد.تکنیک‌های پردازش نیز بر میزان کریستالی و محتوای خالی تأثیر می‌گذارند.

وزن مولکولی متوسط ​​وزن پلیمرهای تجاری بسیار بالا به نظر می رسد و در محدوده 400000 تا 9000000 قرار دارد. ICI گزارش می دهد که مواد آنها دارای وزن مولکولی در محدوده 500000 تا 5000000 و درصد بلورینگی بیشتر از 94 ~ به عنوان تولید شده است.قطعات ساخته شده کمتر کریستالی هستند.درجه کریستالی بودن محصول نهایی به سرعت خنک شدن از دمای فرآوری بستگی دارد.خنک شدن آهسته منجر به بلورینگی بالا با خنک کننده سریع می شود که نتیجه معکوس می دهد.مواد با وزن مولکولی کم نیز کریستالی تر خواهند بود.

مشاهده شده است که پلیمر پراکندگی، که اندازه ذرات ریزتر و وزن مولکولی کمتری دارد، محصولاتی با مقاومت بسیار بهبود یافته در برابر خمش و همچنین استحکام کششی مشخصاً بالاتری می دهد.به نظر می رسد این پیشرفت ها از طریق تشکیل ساختارهای الیاف مانند در توده پلیمر در طول پردازش به وجود می آیند.