عملية إنتاج PTFE

تم تحضير رباعي فلورو إيثيلين لأول مرة في عام 1933. ويعتمد التخليق التجاري الحالي على الفلورسبار وحمض الكبريتيك والكلوروفورم.

عملية الإنتاج الأساسية للبوليمر PTFE:

يتم تصنيع بوليمر / راتنج PTFE بشكل أساسي على مرحلتين.أولاً، يتم تصنيع مونومر TFE عمومًا عن طريق تخليق فلوريد الكالسيوم (الفلورسبار)، وحمض الكبريتيك والكلوروفورم، ويتم إجراء بلمرة TFE لاحقًا في ظروف يتم التحكم فيها بعناية لتكوين PTFE.نظرًا لوجود روابط CF مستقرة وقوية، يمتلك جزيء PTFE خمولًا كيميائيًا متميزًا ومقاومة عالية للحرارة وخصائص عزل كهربائي ملحوظة؛بالإضافة إلى خصائص الاحتكاك الممتازة.

تنقية TFE:

مطلوب مونومر نقي للبلمرة.إذا كانت هناك شوائب، فسوف تؤثر على المنتج النهائي.يتم أولاً فرك الغاز لإزالة أي حمض هيدروكلوريك ثم يتم تقطيره لفصل الشوائب الأخرى.

بلمرة TFE:

ويمكن لرباعي فلورو إيثيلين النقي غير المقيد أن يتبلمر بقوة، حتى عند درجات حرارة أقل في البداية من درجة حرارة الغرفة.مفاعل مطلي بالفضة، مملوء ربعه بمحلول يتكون من 0.2 جزء من كبريتات الأمونيوم، و1.5 جزء من البوراكس، و100 جزء من الماء، ودرجة حموضة 9.2.تم إغلاق المفاعل.تم إخلاء المفاعل وتم السماح بدخول 30 جزءًا من المونومر. تم تحريك المفاعل لمدة ساعة واحدة عند 80 درجة مئوية وبعد التبريد أعطى 86٪ من البوليمر. يتم تصنيع PTFE تجاريًا من خلال عمليتين رئيسيتين، إحداهما تؤدي إلى ما يسمى "الحبيبي". البوليمر والثاني يؤدي إلى تشتت البوليمر بحجم جسيمات أصغر بكثير ووزن جزيئي أقل.تتضمن إحدى طرق إنتاج الأخير استخدام محلول بيروكسيد حمض الديسوكسينيك المائي بنسبة 0.1%.تم تنفيذ التفاعلات عند درجة حرارة تصل إلى 90 درجة مئوية.

طرق أخرى:

تحلل TFE تحت تأثير القوس الكهربائي. تتم البلمرة بطريقة المستحلب باستخدام بادئات البيروكسيد مثل H2O2 (بيروكسيد الهيدروجين) وكبريتات الحديدوز.في بعض الحالات يتم استخدام الأكسجين كبادئ.

هيكل وخصائص PTFE:

التركيب الكيميائي لـ PTFE هو بوليمر خطي من C – F2 – C – F2 بدون أي فرع وترتبط الخصائص المتميزة لـ PTFE برابطة كربون – فلور قوية ومستقرة.

بولي تترافلوروإيثيلين عبارة عن بوليمر خطي خالٍ من أي كمية كبيرة من التفرع.في حين أن جزيء البولي إيثيلين يكون على شكل متعرج مستو في المنطقة البلورية، فإن هذا مستحيل من الناحية الفراغية مع PTFE نظرًا لكون ذرات الفلور أكبر من ذرات الهيدروجين.ونتيجة لذلك، يتخذ الجزيء شكلًا متعرجًا ملتويًا حيث تتجمع ذرات الفلور بإحكام في شكل حلزوني حول الهيكل العظمي الكربوني.سيتضمن الدوران الكامل للدوامة أكثر من 26 ذرة كربون أقل من 19 درجة مئوية و30 درجة مئوية فوقها، حيث توجد نقطة انتقال تتضمن تغيرًا في الحجم بنسبة 1٪ عند درجة الحرارة هذه.يؤدي التشابك المدمج لذرات الفلور إلى جزيء ذو صلابة كبيرة وهذه الميزة هي التي تؤدي إلى نقطة انصهار بلورية عالية واستقرار الشكل الحراري للبوليمر.

إن الجذب بين الجزيئات بين جزيئات PTFE صغير جدًا، ومعلمة الذوبان المحسوبة هي 12.6 (MJ/m3)1/2 وبالتالي فإن البوليمر بكميات كبيرة لا يتمتع بالصلابة العالية وقوة الشد التي ترتبط غالبًا بالبوليمرات ذات نقطة تليين عالية.رابطة الكربون والفلور مستقرة للغاية.علاوة على ذلك، عندما ترتبط ذرتان من الفلور بذرة كربون واحدة، يكون هناك انخفاض في مسافة الرابطة C-F من 1.42 A إلى 1.35 A. ونتيجة لذلك، قد تصل قوة الرابطة إلى 504 كيلوجول/مول.نظرًا لأن الرابطة الأخرى الوحيدة الموجودة هي الرابطة C-C المستقرة، فإن PTFE يتمتع بثبات حراري عالي جدًا، حتى عند تسخينه فوق نقطة الانصهار البلورية البالغة 327 درجة مئوية.بسبب تبلوره العالي وعدم قدرته على التفاعل النوعي، لا توجد مذيبات في درجة حرارة الغرفة.عند درجات حرارة تقترب من نقطة الانصهار، فإن بعض السوائل المفلورة مثل الكيروسين المفلور سوف تقوم بإذابة البوليمر.

تعتمد خصائص PTFE على نوع البوليمر وطريقة المعالجة.قد يختلف البوليمر في حجم الجسيمات و/أو الوزن الجزيئي.سيؤثر حجم الجسيمات على حالة المعالجة وكمية الفراغات في المنتج النهائي بينما سيؤثر الوزن الجزيئي على التبلور وبالتالي على العديد من الخصائص الفيزيائية.ستؤثر تقنيات المعالجة أيضًا على كل من محتوى التبلور والفراغ.

يبدو أن متوسط ​​الوزن الجزيئي للبوليمرات التجارية مرتفع جدًا ويتراوح بين 400000 إلى 9000000. وتشير ICI إلى أن موادها لها وزن جزيئي يتراوح بين 500000 إلى 5000000 ونسبة تبلور أكبر من 94~ عند تصنيعها.الأجزاء المصنعة أقل تبلورًا.تعتمد درجة تبلور المنتج النهائي على معدل التبريد من درجات حرارة المعالجة.التبريد البطيء يؤدي إلى تبلور عالي بينما التبريد السريع يعطي تأثير معاكس.المواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض ستكون أيضًا أكثر تبلورًا.

لقد لوحظ أن بوليمر التشتت، الذي يتميز بحجم جسيمات أدق ووزن جزيئي أقل، يمنح المنتجات مقاومة محسنة إلى حد كبير للثني وأيضًا قوة شد أعلى بشكل واضح.يبدو أن هذه التحسينات تنشأ من خلال تكوين هياكل تشبه الألياف في كتلة البوليمر أثناء المعالجة.