PTFE 생산 공정

테트라플루오로에틸렌은 1933년에 처음 제조되었습니다. 현재 상업적 합성은 형석, 황산 및 클로로포름을 기반으로 합니다.

PTFE 폴리머의 기본 생산 공정:

PTFE 폴리머/수지의 제조는 기본적으로 두 단계로 수행됩니다.첫째, TFE 모노머는 일반적으로 불화칼슘(Fluorospar), 황산 및 클로로포름을 합성하여 제조되며 이후 TFE의 중합은 신중하게 제어된 조건에서 수행되어 PTFE를 형성합니다.안정적이고 강한 CF 결합으로 인해 PTFE 분자는 탁월한 화학적 불활성, 높은 내열성 및 뛰어난 전기 절연 특성을 보유합니다.우수한 마찰 특성 외에도.

TFE 정제:

중합에는 순수한 단량체가 필요합니다.불순물이 존재하면 최종 제품에 영향을 미칩니다.가스를 먼저 세정하여 염산을 제거한 다음 증류하여 기타 불순물을 분리합니다.

TFE의 중합:

순수하고 억제되지 않은 테트라플루오로에틸렌은 처음에는 실온보다 낮은 온도에서도 격렬하게 중합할 수 있습니다.은도금 반응기는 0.2부 황산암모늄, 1.5부 붕사 및 100부 물로 구성되고 pH가 9.2인 용액으로 4분의 1로 채워져 있습니다.원자로가 폐쇄되었습니다.진공화하고 단량체 30부를 투입했습니다. 반응기를 80°C에서 1시간 동안 교반하고 냉각한 후 86%의 중합체 수율을 얻었습니다. PTFE는 두 가지 주요 공정에 의해 상업적으로 제조됩니다. 하나는 소위 '입상' 공정으로 이어집니다. 두 번째는 훨씬 더 미세한 입자 크기와 더 낮은 분자량의 폴리머 분산으로 이어집니다.후자를 생산하는 한 가지 방법은 0.1°% 디숙신산 과산화물 수용액을 사용하는 것입니다.반응은 최대 90°C의 온도에서 수행되었습니다.

다른 방법:

전기 아크의 영향으로 TFE 분해. H2O2(과산화수소) 및 황산제1철과 같은 과산화물 개시제를 사용하는 유화법으로 중합이 수행됩니다.어떤 경우에는 산소가 개시제로 사용됩니다.

PTFE의 구조와 특성:

PTFE의 화학 구조는 가지가 없는 C-F2-C-F2의 선형 폴리머이며 PTFE의 뛰어난 특성은 강력하고 안정적인 탄소-불소 결합과 관련되어 있습니다.

폴리테트라플루오로에틸렌은 상당한 양의 분지가 없는 선형 폴리머입니다.폴리에틸렌 분자는 결정 영역에서 평면형 지그재그 형태인 반면, 불소 원자가 수소보다 크기 때문에 PTFE의 분자는 입체적으로 불가능합니다.결과적으로 분자는 탄소-탄소 골격 주위에 나선형으로 단단히 채워진 불소 원자와 함께 꼬인 지그재그를 취합니다.나선의 완전한 회전은 19°C 미만, 30°C 이상에서는 26개 이상의 탄소 원자를 포함하며 이 온도에서 1% 부피 변화를 포함하는 전이점이 있습니다.불소 원자의 촘촘한 맞물림은 분자의 강성을 높여주며, 이러한 특징으로 인해 고분자의 결정질 융점과 열적 형태 안정성이 높아집니다.

PTFE 분자 사이의 분자간 인력은 매우 작으며 계산된 용해도 매개변수는 12.6(MJ/m3)1/2입니다. 따라서 벌크 상태의 폴리머는 연화점이 높은 폴리머와 관련된 높은 강성과 인장 강도를 갖지 않습니다.탄소-불소 결합은 매우 안정적입니다.또한 두 개의 불소 원자가 단일 탄소 원자에 결합된 경우 C-F 결합 거리가 1.42A에서 1.35A로 감소합니다. 결과적으로 결합 강도는 504kJ/mole까지 높아질 수 있습니다.존재하는 유일한 다른 결합은 안정적인 C-C 결합이므로 PTFE는 결정 융점인 327°C 이상으로 가열되는 경우에도 매우 높은 열 안정성을 갖습니다.결정성이 높고 특정 상호작용이 불가능하기 때문에 실온에서는 용매가 없습니다.녹는점에 가까운 온도에서 과불소화 등유와 같은 특정 불소화 액체는 중합체를 용해시킵니다.

PTFE의 특성은 폴리머 유형과 가공 방법에 따라 달라집니다.중합체는 입자 크기 및/또는 분자량이 다를 수 있습니다.입자 크기는 가공 사례와 완제품의 공극량에 영향을 미치는 반면, 분자량은 결정화도와 그에 따른 많은 물리적 특성에 영향을 미칩니다.가공 기술은 결정화도와 보이드 함량에도 영향을 미칩니다.

상업용 폴리머의 중량 평균 분자량은 매우 높은 것으로 보이며 400000~9000000 범위에 있습니다. ICI는 해당 물질의 분자량이 500000~5000000 범위에 있고 제조된 결정화도 백분율이 94~94%보다 크다고 보고합니다.가공된 부품은 결정성이 낮습니다.완제품의 결정화도는 가공 온도의 냉각 속도에 따라 달라집니다.천천히 냉각하면 결정성이 높아지고, 빠르게 냉각되면 반대 효과가 나타납니다.저분자량 ​​물질은 또한 결정성이 더 높습니다.

입자 크기가 더 미세하고 분자량이 더 낮은 분산 중합체는 굽힘에 대한 저항성이 크게 향상되고 인장 강도도 확실히 더 높은 제품을 제공하는 것으로 관찰되었습니다.이러한 개선은 가공 중 폴리머 덩어리에 섬유 같은 구조가 형성되면서 발생하는 것으로 보입니다.