PTFEの製造工程

テトラフルオロエチレンは 1933 年に初めて製造されました。現在の商業的合成は、ホタル石、硫酸、クロロホルムに基づいています。

PTFEポリマーの基本的な製造プロセス:

PTFEポリマー/樹脂の製造は基本的に2段階で行われます。まず、TFE モノマーは通常、フッ化カルシウム (フロロスパー)、硫酸、クロロホルムの合成によって製造され、その後、慎重に制御された条件で TFE の重合が行われ、PTFE が形成されます。PTFE 分子は、安定した強力な CF 結合の存在により、優れた化学的不活性性、高い耐熱性、および顕著な電気絶縁特性を備えています。優れた摩擦特性に加えて。

TFEの精製:

重合には純粋なモノマーが必要です。不純物が存在すると最終製品に影響を与えます。ガスはまずスクラブされて塩酸が除去され、次に蒸留されて他の不純物が分離されます。

TFE の重合:

阻害されていない純粋なテトラフルオロエチレンは、最初は室温より低い温度であっても、激しく重合する可能性があります。銀メッキの反応器に、過硫酸アンモニウム 0.2 部、ホウ砂 1.5 部、水 100 部からなる pH 9.2 の溶液を 4 分の 1 満たした。反応器を閉じた。反応器を８０℃で１時間撹拌し、冷却後、８６％のポリマー収率が得られた。ＰＴＦＥは２つの主要なプロセスによって商業的に製造され、１つはいわゆる「粒状」につながる。 2 番目のポリマーは、より微細な粒子サイズとより低い分子量のポリマーの分散につながります。後者の製造方法の１つは、０．１％のジコハク酸過酸化物水溶液の使用を伴う。反応は90℃までの温度で行われた。

別の方法:

電気アークの影響下での TFE の分解。重合は、H2O2 (過酸化水素) や硫酸第一鉄などの過酸化物開始剤を使用するエマルジョン法によって行われます。場合によっては、開始剤として酸素が使用されます。

PTFEの構造と特性:

PTFE の化学構造は分岐のない C-F2-C-F2 の線状ポリマーであり、PTFE の優れた特性は強力で安定した炭素 - フッ素結合に関連しています。

ポリテトラフルオロエチレンは、分岐がほとんどない線状ポリマーです。ポリエチレンの分子は結晶領域では平面のジグザグの形をしていますが、PTFE の分子ではフッ素原子が水素原子よりも大きいため、これは立体的に不可能です。その結果、分子はねじれたジグザグを描き、フッ素原子が炭素-炭素骨格の周りにらせん状にしっかりと詰め込まれます。らせんが完全に一回転すると、19℃未満と 30℃以上では 26 個を超える炭素原子が関与し、この温度では 1% の体積変化を伴う転移点が存在します。フッ素原子が緻密に絡み合うことで分子の剛性が大きくなり、この特徴がポリマーの高い結晶融点と熱形態安定性につながります。

PTFE 分子間の分子間引力は非常に小さく、計算された溶解度パラメータは 12.6 (MJ/m3)1/2 です。そのため、バルクのポリマーは、軟化点の高いポリマーによく見られる高い剛性と引張強度を持ちません。炭素とフッ素の結合は非常に安定しています。さらに、2 つのフッ素原子が 1 つの炭素原子に結合すると、C-F 結合距離が 1.42 Å から 1.35 Å に減少します。その結果、結合強度は 504 kJ/モルにも達する可能性があります。他に存在する唯一の結合は安定した C-C 結合であるため、PTFE は結晶融点である 327°C を超えて加熱された場合でも、非常に高い熱安定性を示します。結晶性が高く、特定の相互作用ができないため、室温では溶媒は存在しません。融点に近づく温度では、過フッ素化灯油などの特定のフッ素化液体はポリマーを溶解します。

PTFE の特性は、ポリマーの種類と加工方法によって異なります。ポリマーは、粒径および／または分子量が異なっていてもよい。粒子サイズは加工の状況と最終製品の空隙の量に影響を与えますが、分子量は結晶化度、ひいては多くの物理的特性に影響を与えます。加工技術も結晶化度と空隙含有量の両方に影響します。

市販のポリマーの重量平均分子量は非常に高く、400,000 ～ 9000,000 の範囲にあるようです。ICI は、それらの材料の分子量が 500,000 ～ 5000,000 の範囲で、製造時の結晶化度が 94% 以上であると報告しています。製造された部品の結晶性が低下します。最終製品の結晶化度は、加工温度からの冷却速度に依存します。ゆっくりと冷却すると高い結晶化度が得られますが、急速に冷却すると逆の効果が生じます。低分子量材料もより結晶性が高くなります。

より微細な粒子サイズとより低い分子量を有する分散ポリマーにより、製品の耐屈曲性が大幅に向上し、また明らかに高い引張強度が得られることが観察されています。これらの改善は、加工中にポリマーの塊に繊維状の構造が形成されることによって生じるようです。