Procés de producció de PTFE

El tetrafluoroetilè es va preparar per primera vegada l'any 1933. La síntesi comercial actual es basa en espat fluor, àcid sulfúric i cloroform.

Procés bàsic de producció de polímer PTFE:

La fabricació de polímer/resina de PTFE es realitza bàsicament en dues etapes.En primer lloc, el monòmer de TFE es fabrica generalment mitjançant la síntesi de fluorur de calci (fluorospar), àcid sulfúric i cloroform i, posteriorment, la polimerització de TFE es realitza en condicions acuradament controlades per formar PTFE.A causa de la presència d'enllaços CF estables i forts, la molècula de PTFE té una inercia química excepcional, una alta resistència a la calor i característiques d'aïllament elèctric notables;a més d'excel·lents propietats de fricció.

Purificació de TFE:

Es requereix un monòmer pur per a la polimerització.Si hi ha impureses, afectarà el producte final.Primer es frega el gas per eliminar qualsevol àcid clorhídric i després es destil·la per separar altres impureses.

Polimerització de TFE:

El tetrafluoroetilè pur desinhibit pot polimeritzar amb violència, fins i tot a temperatures inicialment inferiors a la temperatura ambient.Un reactor platejat, ple de quarts amb una solució que consta de 0,2 parts de persulfat d'amoni, 1,5 parts de bòrax i 100 parts d'aigua, i amb un pH de 9,2.El reactor estava tancat;Es va evacuar i es van deixar entrar 30 parts de monòmer. El reactor es va agitar durant una hora a 80 °C i després de refredar-se va donar un rendiment del 86% de polímer. El PTFE es fa comercialment mitjançant dos processos principals, un que condueix a l'anomenat "granular". polímer i el segon condueix a una dispersió de polímer de mida de partícula molt més fina i pes molecular inferior.Un mètode per produir aquest últim implicava l'ús d'una solució aquosa de peròxid d'àcid disuccinic al 0,1 %.Les reaccions es van dur a terme a una temperatura de fins a 90 °C.

Altres mètodes:

Descomposició del TFE sota la influència d'un arc elèctric. Polimerització realitzada per mètode d'emulsió utilitzant iniciadors de peròxid, per exemple H2O2 (Peròxid d'hidrogen) i sulfat ferros.En alguns casos s'utilitza oxigen com a iniciador.

Estructura i propietats del PTFE:

L'estructura química del PTFE és un polímer lineal de C-F2-C-F2 sense cap branca i les propietats destacades del PTFE s'associen a un enllaç de carboni-fluor fort i estable.

El politetrafluoroetilè és un polímer lineal lliure de qualsevol quantitat significativa de ramificació.Mentre que la molècula de polietilè té la forma d'una ziga-zaga plana a la zona cristal·lina, això és estèricament impossible amb la del PTFE perquè els àtoms de fluor són més grans que els d'hidrogen.Com a conseqüència, la molècula pren una ziga-zaga retorçada amb els àtoms de fluor empaquetant-se fortament en espiral al voltant de l'esquelet carboni-carboni.Un gir complet de l'espiral implicarà més de 26 àtoms de carboni per sota dels 19 °C i 30 °C per sobre d'ella, hi haurà un punt de transició que implica un canvi de volum de l'1% a aquesta temperatura.L'enclavament compacte dels àtoms de fluor condueix a una molècula de gran rigidesa i és aquesta característica la que condueix a l'alt punt de fusió cristal·lí i l'estabilitat de la forma tèrmica del polímer.

L'atracció intermolecular entre les molècules de PTFE és molt petita, el paràmetre de solubilitat calculat és de 12,6 (MJ/m3)1/2. El polímer a granel no té, per tant, l'elevada rigidesa i resistència a la tracció que sovint s'associen amb polímers amb un alt punt de suavització.L'enllaç carboni-fluor és molt estable.A més, quan dos àtoms de fluor estan units a un únic àtom de carboni, hi ha una reducció de la distància d'enllaç C–F d'1,42 A a 1,35 A. Com a resultat, les forces d'enllaç poden arribar a ser de 504 kJ/mol.Com que l'únic altre enllaç present és l'enllaç estable C-C, el PTFE té una estabilitat tèrmica molt alta, fins i tot quan s'escalfa per sobre del seu punt de fusió cristal·lí de 327 °C.A causa de la seva alta cristalinitat i la seva incapacitat d'interacció específica, no hi ha dissolvents a temperatura ambient.A temperatures que s'acosten al punt de fusió, certs líquids fluorats com el querosè perfluorat dissolen el polímer.

Les propietats del PTFE depenen del tipus de polímer i del mètode de processament.El polímer pot diferir en la mida de les partícules i/o el pes molecular.La mida de les partícules influirà en el cas de processament i la quantitat de buits en el producte acabat, mentre que el pes molecular influirà en la cristal·linitat i, per tant, en moltes propietats físiques.Les tècniques de processament també afectaran tant la cristal·linitat com el contingut buit.

Els pesos moleculars mitjans en pes dels polímers comercials semblen ser molt alts i estan en el rang de 400.000 a 9000000. ICI informa que els seus materials tenen un pes molecular entre 500.000 i 5000000 i un percentatge de cristalinitat superior a 94~ tal com es fabriquen.Les peces fabricades són menys cristal·lines.El grau de cristalinitat del producte acabat dependrà de la velocitat de refredament de les temperatures de processament.Un refredament lent conduirà a una alta cristalinitat amb un refredament ràpid que donarà l'efecte contrari.Els materials de baix pes molecular també seran més cristal·lins.

S'observa que el polímer de dispersió, que té una mida de partícula més fina i un pes molecular més baix, proporciona productes amb una resistència a la flexió molt millorada i també amb una resistència a la tracció clarament més alta.Aquestes millores semblen sorgir a través de la formació d'estructures semblants a fibres en la massa del polímer durant el processament.