Proceso de produción de PTFE

O tetrafluoroetileno preparouse por primeira vez en 1933. A síntese comercial actual baséase no espato fluorado, ácido sulfúrico e cloroformo.

Proceso básico de produción de polímero PTFE:

A fabricación de polímero/resina de PTFE realízase basicamente en dúas etapas.En primeiro lugar, o monómero de TFE faise xeralmente pola síntese de fluoruro de calcio (fluoroespato), ácido sulfúrico e cloroformo e posteriormente a polimerización do TFE realízase en condicións coidadosamente controladas para formar PTFE.Debido á presenza de enlaces CF estables e fortes, a molécula de PTFE posúe unha excelente inercia química, alta resistencia á calor e características de illamento eléctrico notables;ademais de excelentes propiedades de fricción.

Purificación de TFE:

Requírese monómero puro para a polimerización.Se hai impurezas, afectará ao produto final.O gas é fregado primeiro para eliminar calquera ácido clorhídrico e despois destílase para separar outras impurezas.

Polimerización de TFE:

O tetrafluoroetileno puro desinhibido pode polimerizar con violencia, mesmo a temperaturas inicialmente inferiores á temperatura ambiente.Un reactor prateado, cheo por cuartos cunha solución formada por 0,2 partes de persulfato amónico, 1,5 partes de bórax e 100 partes de auga, e cun pH de 9,2.O reactor estaba pechado;O reactor foi axitado durante unha hora a 80 °C e despois do arrefriamento deu un rendemento do 86 % de polímero. O PTFE faise comercialmente mediante dous procesos principais, un deles que leva ao chamado "granular". polímero e o segundo leva a unha dispersión de polímero de tamaño de partícula moito máis fino e menor peso molecular.Un método para producir este último implicou o uso dunha solución acuosa de peróxido de ácido disuccinico ao 0,1 %.As reaccións realizáronse a unha temperatura de ata 90 °C.

Outros métodos:

Descomposición de TFE baixo a influencia dun arco eléctrico. Polimerización realizada por método de emulsión utilizando iniciadores de peróxido, p.ex. H2O2 (peróxido de hidróxeno) e sulfato ferroso.Nalgúns casos úsase o osíxeno como iniciador.

Estrutura e propiedades do PTFE:

A estrutura química do PTFE é un polímero lineal de C–F2 – C–F2 sen ningunha rama e as excelentes propiedades do PTFE están asociadas a un enlace carbono-flúor forte e estable.

O politetrafluoroetileno é un polímero lineal libre de calquera cantidade significativa de ramificación.Mentres que a molécula de polietileno ten forma de zigzag plano na zona cristalina, isto é estericamente imposible coa do PTFE debido a que os átomos de flúor son máis grandes que os do hidróxeno.Como consecuencia, a molécula toma un zigzag retorcido cos átomos de flúor embalados firmemente en espiral ao redor do esqueleto carbono-carbono.Un xiro completo da espiral implicará máis de 26 átomos de carbono por debaixo dos 19 °C e 30 °C por riba dela, existindo un punto de transición que implica un cambio de volume do 1 % a esta temperatura.O enclavamiento compacto dos átomos de flúor conduce a unha molécula de gran rixidez e é esta característica a que conduce ao alto punto de fusión cristalino e á estabilidade da forma térmica do polímero.

A atracción intermolecular entre as moléculas de PTFE é moi pequena, sendo o parámetro de solubilidade calculado 12,6 (MJ/m3)1/2. O polímero a granel non ten, polo tanto, a alta rixidez e resistencia á tracción que adoitan asociarse con polímeros cun alto punto de reblandecemento.O enlace carbono-flúor é moi estable.Ademais, cando dous átomos de flúor están unidos a un só átomo de carbono, hai unha redución na distancia do enlace C-F de 1,42 A a 1,35 A. Como resultado, as forzas de enlace poden chegar a ser de 504 kJ/mol.Dado que o único outro enlace presente é o enlace C-C estable, o PTFE ten unha estabilidade térmica moi elevada, mesmo cando se quenta por encima do seu punto de fusión cristalino de 327 °C.Debido á súa alta cristalinidade e á súa incapacidade de interacción específica, non hai disolventes a temperatura ambiente.A temperaturas próximas ao punto de fusión, certos líquidos fluorados como o queroseno perfluorado disolverán o polímero.

As propiedades do PTFE dependen do tipo de polímero e do método de procesamento.O polímero pode diferir en tamaño de partícula e/ou peso molecular.O tamaño das partículas influirá no caso de procesamento e na cantidade de ocos no produto acabado, mentres que o peso molecular influirá na cristalinidade e, polo tanto, en moitas propiedades físicas.As técnicas de procesamento tamén afectarán tanto á cristalinidade como ao contido baleiro.

Os pesos moleculares medios en peso dos polímeros comerciais parecen ser moi altos e están no intervalo de 400.000 a 9000000. ICI informa de que os seus materiais teñen un peso molecular do intervalo de 500.000 a 5000000 e unha porcentaxe de cristalinidade superior a 94~ tal como se fabrican.As pezas fabricadas son menos cristalinas.O grao de cristalinidade do produto acabado dependerá da velocidade de arrefriamento das temperaturas de procesamento.O arrefriamento lento levará a unha alta cristalinidade cun arrefriamento rápido que produce o efecto contrario.Os materiais de baixo peso molecular tamén serán máis cristalinos.

Obsérvase que o polímero de dispersión, que ten un tamaño de partícula máis fino e un peso molecular máis baixo, proporciona produtos cunha resistencia á flexión moi mellorada e tamén cunha resistencia á tracción claramente máis alta.Estas melloras parecen xurdir pola formación de estruturas similares a fibras na masa do polímero durante o procesamento.