Tetrafluoroethylene הוכן לראשונה בשנת 1933. הסינתזה המסחרית הנוכחית מבוססת על פלואורספאר, חומצה גופרתית וכלורופורם.
תהליך ייצור בסיסי של פולימר PTFE:
ייצור פולימר/שרף PTFE מתבצע בעיקרו בשני שלבים.ראשית, מונומר TFE מיוצר בדרך כלל על ידי סינתזה של סידן פלואוריד (פלואורוספר), חומצה גופרתית וכלורופורם ומאוחר יותר פילמור של TFE מתבצע בתנאים מבוקרים בקפידה ליצירת PTFE.בשל נוכחותם של קשרי CF יציבים וחזקים, למולקולת PTFE יש אינרטיות כימית יוצאת דופן, עמידות בחום גבוהה ומאפייני בידוד חשמלי יוצאי דופן;בנוסף לתכונות חיכוך מצוינות.
טיהור של TFE:
מונומר טהור נדרש עבור פילמור.אם קיימים זיהומים זה ישפיע על המוצר הסופי.תחילה מקרצפים את הגז כדי להסיר חומצה הידרוכלורית ולאחר מכן מזוקקים כדי להפריד זיהומים אחרים.
פולימריזציה של TFE:
טטרפלואורואתילן טהור ללא עכבות יכול להתפלמר באלימות, אפילו בטמפרטורות בתחילה מתחת לטמפרטורת החדר.כור מצופה כסף, מלא ברבע בתמיסה המורכבת מ-0.2 חלקים אמוניום פרסולפט, 1.5 חלקים בורקס ו-100 חלקים מים, ועם pH של 9.2.הכור נסגר;פונו והוכנסו פנימה 30 חלקים של מונומר. הכור התערער במשך שעה אחת ב-80 מעלות צלזיוס ולאחר קירור נתן תפוקה של 86% של פולימר. PTFE מיוצר באופן מסחרי על ידי שני תהליכים עיקריים, האחד מוביל למה שנקרא "גרגירי" פולימר והשני מוביל לפיזור של פולימר בגודל חלקיקים עדין בהרבה ומשקל מולקולרי נמוך יותר.שיטה אחת לייצור האחרונה כללה שימוש בתמיסה מימית של 0.1°% חומצה דיסוצצינית מי חמצן.התגובות בוצעו בטמפרטורה של עד 90 מעלות צלזיוס.
שיטות נוספות:
פירוק TFE בהשפעת קשת חשמלית. פולימריזציה מתבצעת בשיטת אמולסיה באמצעות יוזמי פרוקסיד כגון H2O2 (מי חמצן) וגופרית ברזלית.במקרים מסוימים חמצן משמש כיוזם.
מבנה ומאפיינים של PTFE:
המבנה הכימי של PTFE הוא פולימר ליניארי של C-F2 - C-F2 ללא כל ענף והמאפיינים הבולטים של PTFE קשורים בקשר חזק ויציב בין פחמן-פלואור.
Polytetrafluoroethylene הוא פולימר ליניארי ללא כל כמות משמעותית של הסתעפות.בעוד שמולקולת הפוליאתילן היא בצורת זיגזג מישורי באזור הגבישי, הדבר בלתי אפשרי מבחינה סטרילית עם זה של PTFE בגלל שאטומי הפלואור גדולים יותר מאלה של מימן.כתוצאה מכך, המולקולה תופסת זיגזג מעוות כאשר אטומי הפלואור נארזים בחוזקה בספירלה סביב שלד הפחמן-פחמן.סיבוב שלם של הספירלה יכלול למעלה מ-26 אטומי פחמן מתחת ל-19 מעלות צלזיוס ו-30 מעלות צלזיוס מעליה, ישנה נקודת מעבר הכרוכה בשינוי נפח של 1% בטמפרטורה זו.ההשתלבות הקומפקטית של אטומי הפלואור מובילה למולקולה בעלת קשיחות רבה ותכונה זו היא אשר מובילה לנקודת ההתכה הגבישית הגבוהה וליציבות הצורה התרמית של הפולימר.
המשיכה הבין-מולקולרית בין מולקולות PTFE קטנה מאוד, פרמטר המסיסות המחושב הוא 12.6 (MJ/m3)1/2 לפולימר בתפזורת אין אפוא את הקשיחות וחוזק המתיחה הגבוהים אשר קשורים לרוב לפולימרים בעלי נקודת ריכוך גבוהה.קשר הפחמן-פלואור יציב מאוד.יתרה מכך, כאשר שני אטומי פלואור מחוברים לאטום פחמן בודד יש הפחתה של מרחק הקשר C-F מ-1.42 A ל-1.35 A. כתוצאה מכך חוזק הקשר עשוי להגיע ל-504 קילו-ג'יי/מול.מכיוון שהקשר הנוסף היחיד הקיים הוא הקשר C-C היציב, ל-PTFE יש יציבות חום גבוהה מאוד, גם כאשר הוא מחומם מעל נקודת ההתכה הגבישית שלו של 327 מעלות צלזיוס.בגלל הגבישיות הגבוהה וחוסר היכולת לאינטראקציה ספציפית, אין ממיסים בטמפרטורת החדר.בטמפרטורות המתקרבות לנקודת ההיתוך נוזלים מסויימים עם פלואור כמו נפט מופלר ימיסו את הפולימר.
המאפיינים של PTFE תלויים בסוג הפולימר ובשיטת העיבוד.הפולימר עשוי להיות שונה בגודל החלקיקים ו/או במשקל המולקולרי.גודל החלקיקים ישפיע על מקרה העיבוד ועל כמות החללים במוצר המוגמר בעוד שהמשקל המולקולרי ישפיע על הגבישיות ומכאן על תכונות פיזיקליות רבות.טכניקות העיבוד ישפיעו גם הן על הגבישיות והן על תוכן הריק.
המשקל המולקולרי הממוצע של פולימרים מסחריים נראה גבוה מאוד ונמצא בטווח של 400000 עד 9000000. ICI מדווחים שלחומרים שלהם יש משקל מולקולרי בטווח של 500000 עד 5000000 ואחוז גבישיות גדול מ-94~ כפי שיוצרו.חלקים מיוצרים פחות גבישיים.מידת הגבישיות של המוצר המוגמר תהיה תלויה בקצב הקירור מטמפרטורות העיבוד.קירור איטי יוביל לגבישיות גבוהה כאשר קירור מהיר נותן את האפקט ההפוך.חומרים בעלי משקל מולקולרי נמוך יהיו גם גבישיים יותר.
יש לציין כי פולימר הפיזור, שהוא בגודל חלקיקים עדין יותר ומשקל מולקולרי נמוך יותר, נותן מוצרים עם עמידות משופרת מאוד בפני כיפוף וגם חוזק מתיחה גבוה יותר באופן מובהק.נראה כי שיפורים אלה נוצרים באמצעות היווצרות של מבנים דמויי סיבים במסת הפולימר במהלך העיבוד.
זמן פרסום: ינואר-04-2019