PTFE Üretim Süreci

Tetrafloroetilen ilk olarak 1933'te hazırlandı. Mevcut ticari sentezler fluorspar, sülfürik asit ve kloroforma dayanmaktadır.

PTFE Polimerinin Temel Üretim Süreci:

PTFE Polimer/Reçine İmalatı temel olarak iki aşamada gerçekleştirilmektedir.İlk olarak, TFE Monomeri genellikle Kalsiyum Florür (Fluorospar), Sülfürik Asit ve Kloroformun senteziyle üretilir ve daha sonra TFE'nin polimerizasyonu, PTFE oluşturmak üzere dikkatlice kontrol edilen koşullarda gerçekleştirilir.Kararlı ve güçlü CF bağlarının varlığı nedeniyle, PTFE molekülü olağanüstü kimyasal eylemsizliğe, yüksek ısı direncine ve olağanüstü elektriksel yalıtım özelliklerine sahiptir;mükemmel sürtünme özelliklerine ek olarak.

TFE'nin saflaştırılması:

Polimerizasyon için saf monomer gereklidir.Safsızlıkların mevcut olması nihai ürünü etkileyecektir.Gaz ilk önce hidroklorik asiti çıkarmak için temizlenir ve ardından diğer yabancı maddeleri ayırmak için damıtılır.

TFE'nin polimerizasyonu:

Saf, engellenmemiş Tetrafloroetilen, başlangıçta oda sıcaklığının altındaki sıcaklıklarda bile şiddetli bir şekilde polimerleşebilir.Dörtte biri 0,2 kısım amonyum persülfat, 1,5 kısım boraks ve 100 kısım sudan oluşan bir çözelti ile doldurulmuş ve pH'ı 9,2 olan gümüş kaplı bir reaktör.Reaktör kapatıldı;boşaltıldı ve 30 parça monomer içeri alındı. Reaktör 80°C'de bir saat çalkalandı ve soğutulduktan sonra %86'lık bir polimer verimi elde edildi. PTFE ticari olarak iki ana işlemle yapılır; bunlardan biri 'granüler' olarak adlandırılan prosese yol açar. ikincisi ise çok daha ince parçacık boyutuna ve daha düşük moleküler ağırlığa sahip bir polimer dispersiyonuna yol açar.İkincisini üretmenin bir yöntemi, %0,1'lik sulu disüksinik asit peroksit çözeltisinin kullanımını içeriyordu.Reaksiyonlar 90°C'ye kadar sıcaklıklarda gerçekleştirildi.

Başka Yöntemler:

Bir elektrik arkının etkisi altında TFE'nin ayrışması. Polimerizasyon, H2O2 (Hidrojen peroksit) ve demir sülfat gibi peroksit başlatıcılar kullanılarak emülsiyon yöntemiyle gerçekleştirilir.Bazı durumlarda başlatıcı olarak oksijen kullanılır.

PTFE'nin Yapısı ve Özellikleri:

PTFE'nin kimyasal yapısı, herhangi bir dallanma olmaksızın C – F2 – C – F2'den oluşan doğrusal bir polimerdir ve PTFE'nin olağanüstü özellikleri, güçlü ve kararlı Karbon – Flor bağıyla ilişkilidir.

Politetrafloroetilen, önemli miktarda dallanma içermeyen doğrusal bir polimerdir.Polietilen molekülü kristalin bölgede düzlemsel bir zikzak formunda iken, florin atomlarının hidrojeninkinden daha büyük olması nedeniyle PTFE'ninkiyle bu sterik olarak imkansızdır.Sonuç olarak molekül, flor atomlarının karbon-karbon iskeleti etrafında bir spiral şeklinde sıkı bir şekilde paketlendiği bükülmüş bir zikzak çiziyor.Spiralin tam bir dönüşü, 19°C'nin altında ve 30°C'nin üzerinde 26'dan fazla karbon atomu içerecektir ve bu sıcaklıkta %1 hacim değişikliği içeren bir geçiş noktası olacaktır.Flor atomlarının kompakt bir şekilde birbirine kenetlenmesi, büyük bir sertliğe sahip bir moleküle yol açar ve polimerin yüksek kristal erime noktasına ve termal form stabilitesine yol açan da bu özelliktir.

PTFE molekülleri arasındaki moleküller arası çekim çok küçüktür; hesaplanan çözünürlük parametresi 12,6 (MJ/m3)1/2'dir. Dolayısıyla, yığın halindeki polimer, genellikle yüksek yumuşama noktasına sahip polimerlerle ilişkilendirilen yüksek sertlik ve çekme mukavemetine sahip değildir.Karbon-flor bağı çok kararlıdır.Ayrıca, iki flor atomunun tek bir karbon atomuna bağlandığı durumda C-F bağ mesafesinde 1,42 A'dan 1,35 A'ya bir azalma olur. Sonuç olarak bağ kuvvetleri 504 kJ/mol kadar yüksek olabilir.Mevcut diğer tek bağ kararlı C-C bağı olduğundan, PTFE, 327°C kristal erime noktasının üzerine ısıtıldığında bile çok yüksek bir ısı stabilitesine sahiptir.Yüksek kristalliği ve spesifik etkileşime girememesi nedeniyle oda sıcaklığında çözücü yoktur.Erime noktasına yaklaşan sıcaklıklarda per-florlanmış kerosen gibi bazı florlanmış sıvılar polimeri çözecektir.

PTFE'nin özellikleri polimerin tipine ve işleme yöntemine bağlıdır.Polimer parçacık boyutu ve/veya molekül ağırlığı bakımından farklılık gösterebilir.Parçacık boyutu, işleme durumunu ve bitmiş üründeki boşlukların miktarını etkilerken, moleküler ağırlık, kristalliği ve dolayısıyla birçok fiziksel özelliği etkileyecektir.İşleme teknikleri aynı zamanda hem kristalliği hem de boşluk içeriğini etkileyecektir.

Ticari polimerlerin ağırlık ortalamalı molekül ağırlıkları çok yüksek görünmektedir ve 400000 ila 9000000 aralığındadır. ICI, malzemelerinin 500000 ila 5000000 aralığında bir molekül ağırlığına ve üretildiği şekliyle kristallik yüzdesinin %94'ten daha büyük olduğunu bildirmektedir.Fabrikasyon parçalar daha az kristallidir.Bitmiş ürünün kristallik derecesi, işlem sıcaklıklarından soğuma hızına bağlı olacaktır.Yavaş soğutma yüksek kristalliğe yol açacak, hızlı soğutma ise tam tersi etki yaratacaktır.Düşük molekül ağırlıklı malzemeler de daha kristalli olacaktır.

Daha ince parçacık boyutuna ve daha düşük moleküler ağırlığa sahip olan dispersiyon polimerinin, esnemeye karşı çok daha iyi bir dirence sahip ve aynı zamanda belirgin şekilde daha yüksek gerilme mukavemetine sahip ürünler sağladığı gözlemlenmiştir.Bu gelişmelerin, işlem sırasında polimer kütlesinde elyaf benzeri yapıların oluşması yoluyla ortaya çıktığı görülmektedir.