Il tetrafluoroetilene fu preparato per la prima volta nel 1933. Le attuali sintesi commerciali sono basate su fluorite, acido solforico e cloroformio.
Processo di produzione di base del polimero PTFE:
La produzione del polimero/resina PTFE viene effettuata fondamentalmente in due fasi.Innanzitutto, il monomero TFE viene generalmente prodotto mediante sintesi di fluoruro di calcio (fluorosparta), acido solforico e cloroformio e la successiva polimerizzazione del TFE viene effettuata in condizioni attentamente controllate per formare PTFE.Grazie alla presenza di legami CF stabili e forti, la molecola di PTFE possiede un'eccezionale inerzia chimica, un'elevata resistenza al calore e notevoli caratteristiche di isolamento elettrico;oltre ad eccellenti proprietà di attrito.
Purificazione del TFE:
Per la polimerizzazione è necessario il monomero puro.Se sono presenti impurità, ciò influenzerà il prodotto finale.Il gas viene prima lavato per rimuovere l'eventuale acido cloridrico e poi distillato per separare le altre impurità.
Polimerizzazione del TFE:
Il Tetrafluoroetilene puro e non inibito può polimerizzare con violenza, anche a temperature inizialmente inferiori a quella ambiente.Un reattore placcato in argento, riempito per un quarto con una soluzione composta da 0,2 parti di persolfato di ammonio, 1,5 parti di borace e 100 parti di acqua, e con un pH di 9,2.Il reattore era chiuso;evacuato e sono state introdotte 30 parti di monomero. Il reattore è stato agitato per un'ora a 80°C e dopo il raffreddamento ha fornito una resa dell'86% in polimero. Il PTFE viene prodotto commercialmente mediante due processi principali, uno dei quali porta al cosiddetto "granulare" polimero e il secondo porta ad una dispersione di polimero con granulometria molto più fine e peso molecolare inferiore.Un metodo per produrre quest'ultimo prevedeva l'uso di una soluzione acquosa di perossido di acido disuccinico allo 0,1°%.Le reazioni sono state condotte a temperatura fino a 90°C.
Un altro metodo:
Decomposizione del TFE sotto l'influenza di un arco elettrico. Polimerizzazione effettuata con il metodo dell'emulsione utilizzando iniziatori di perossido, ad esempio H2O2 (perossido di idrogeno) e solfato ferroso.In alcuni casi l'ossigeno viene utilizzato come iniziatore.
Struttura e proprietà del PTFE:
La struttura chimica del PTFE è un polimero lineare di C– F2 – C– F2 senza alcuna ramificazione e le eccezionali proprietà del PTFE sono associate al legame carbonio-fluoro forte e stabile.
Il politetrafluoroetilene è un polimero lineare privo di qualsiasi quantità significativa di ramificazione.Mentre la molecola del polietilene ha la forma di uno zigzag planare nella zona cristallina, ciò è stericamente impossibile con quella del PTFE perché gli atomi di fluoro sono più grandi di quelli di idrogeno.Di conseguenza, la molecola assume uno zigzag contorto con gli atomi di fluoro che si compattano strettamente a spirale attorno allo scheletro carbonio-carbonio.Un giro completo della spirale coinvolgerà oltre 26 atomi di carbonio al di sotto di 19°C e 30°C al di sopra, essendoci un punto di transizione che comporta una variazione di volume dell'1% a questa temperatura.L'incastro compatto degli atomi di fluoro porta ad una molecola di grande rigidità ed è questa caratteristica che porta all'elevato punto di fusione cristallino e alla stabilità della forma termica del polimero.
L'attrazione intermolecolare tra le molecole di PTFE è molto piccola, il parametro di solubilità calcolato è 12,6 (MJ/m3)1/2. Il polimero sfuso non ha quindi l'elevata rigidità e resistenza alla trazione che sono spesso associate ai polimeri con un elevato punto di rammollimento.Il legame carbonio-fluoro è molto stabile.Inoltre, quando due atomi di fluoro sono attaccati a un singolo atomo di carbonio, si verifica una riduzione della distanza del legame C–F da 1,42 A a 1,35 A. Di conseguenza la forza del legame può arrivare fino a 504 kJ/mole.Poiché l’unico altro legame presente è il legame C–C stabile, il PTFE ha una stabilità al calore molto elevata, anche se riscaldato al di sopra del punto di fusione cristallino di 327°C.A causa della sua elevata cristallinità e incapacità di interazioni specifiche, non ci sono solventi a temperatura ambiente.A temperature che si avvicinano al punto di fusione alcuni liquidi fluorurati come il cherosene perfluorurato dissolveranno il polimero.
Le proprietà del PTFE dipendono dal tipo di polimero e dal metodo di lavorazione.Il polimero può differire nella dimensione delle particelle e/o nel peso molecolare.La dimensione delle particelle influenzerà il tipo di lavorazione e la quantità di vuoti nel prodotto finito mentre il peso molecolare influenzerà la cristallinità e quindi molte proprietà fisiche.Le tecniche di lavorazione influenzeranno anche sia la cristallinità che il contenuto di vuoti.
I pesi molecolari medi ponderali dei polimeri commerciali sembrano essere molto elevati e sono compresi tra 400.000 e 9000.000. L'ICI riferisce che i loro materiali hanno un peso molecolare compreso tra 500.000 e 5000.000 e una percentuale di cristallinità superiore a 94~ come fabbricati.Le parti fabbricate sono meno cristalline.Il grado di cristallinità del prodotto finito dipenderà dalla velocità di raffreddamento derivante dalle temperature di lavorazione.Il raffreddamento lento porterà ad un'elevata cristallinità mentre il raffreddamento rapido darà l'effetto opposto.Anche i materiali a basso peso molecolare saranno più cristallini.
Si osserva che il polimero in dispersione, che ha una dimensione particellare più fine e un peso molecolare inferiore, fornisce prodotti con una resistenza alla flessione notevolmente migliorata e anche resistenze alla trazione nettamente più elevate.Questi miglioramenti sembrano derivare dalla formazione di strutture fibrose nella massa del polimero durante la lavorazione.
Orario di pubblicazione: 04 gennaio 2019