Получение
Тетрафторэтилен легко вступает в реакцию полимеризации, протекающей по радикальному механизму с большой скоростью и выделением 197 кДж/моль тепла. Для предотвращения взрыва вследствие разложения мономера необходим эффективный отвод тепла.
При полимеризации тетрафторэтилена применяют пероксидные инициаторы и азосоединения. Полимеризацию проводят в водной среде в суспензии или эмульсии в отсутствие кислорода воздуха, который ингибирует реакцию и снижает молекулярную массу полимера.
При полимеризации в массе затруднен отвод тепла, вследствие чего неизбежны местные перегревы, вызывающие разложение мономера.
При полимеризации в растворе, образуется политетрафторэтилен с пониженной молекулярной массой из-за передачи цепи на растворитель.
Стадии техпроцесса
Приготовление исходных веществ ( испарение тетрафторэтилена , охлажденного до -40С, растворение инициатора в деминерализованной воде ( персульфат аммония)
Полимеризация.
Суспензионную полимеризацию осуществляют в автоклавах из нержавеющей стали, снабженных мешалкой якорного типа и рубашкой для нагревания и охлаждения. В автоклав, предварительно заполненный азотом, подают воду и персульфат калия. Содержимое автоклава охлаждают и вакуумируют, а затем вводят тетрафторэтилен и при перемешивании поднимают температуру до 70—80°С. Реакция проводится под давлением 4—10 МПа. За 1 ч при 80°С образуется до 86% полимера.
Политетрафторэтилен получается в виде
- рыхлого волокнистого порошка ( Т=60-70С, Р= до 10 МПа, ) ( волокнистый РТFЕ)
- белой, либо желтоватой непрозрачной водной суспензии ( с.о.58-65%), из которой при необходимости осаждают тонкодисперсный порошок полимера с частицами размером 0,1—0,3 мкм. ( Т-55-70С, Р= 0,32-2,45МПа) ( дисперсный PTFE)
После окончания реакции содержимое автоклава охлаждают, мономер отгоняют азотом.
Отделение полимера в центрифуге и репульпаторе
Промывка и размол в коллоидной мельнице.
Промывка горячей водой и сушка
Общие свойства:
Физико-химические свойства
Молекулярная масса 500 000 - 2 000 000.
РТFE — белое, в тонком слое прозрачное вещество, по виду напоминающее парафин или полиэтилен. Молекулы РТFE в кристаллическом состоянии имеют форму спирали. Полимер содержит до 80—85% кристаллической фазы. Аморфная часть имеет температуру стеклования —120°С, но даже и при более низкой температуре полимер не теряет эластичности ввиду гибкости макромолекул из-за небольшой величины межмолекулярных сил. Обладает высокой тепло- и морозостойкостью, остается гибким и эластичным при температурах от —70 до +270 °C, прекрасный изоляционный материал. РТFE обладает очень низкими поверхностным натяжением и адгезией и не смачивается ни водой, ни жирами, ни большинством органических растворителей. Не горит. Атмосфероустойчив. По своей химической стойкости превышает все известные синтетические материалы и благородные металлы. Не разрушается под влиянием щелочей, кислот и даже смеси азотной и соляной кислот. Разрушается расплавами щелочных металлов, фтором и трифторидом хлора.
Отличительной особенностью этого материала от других полимеров является одновременное наличие следующих свойств:
• необычайно широкий диапазон устойчивости к температурам от -260 С до +300 С (кратковременно)
• устойчивость практически ко всем химически агрессивным средам
• устойчивость к свету и неблагоприятным погодным условиям
• устойчивость к горячему водяному пару
• высокая антифрикционная способность
• антисклеивающая способность
• не горюч
• самые лучшие диэлектрические свойства
• не гигроскопичен
• физиологически нейтрален (разрешен к употреблению в пищевой промышленности )
Недостатки PTFEтефлона без наполнителя следующие:
• высокая холодная текучесть. Например, если держать провод во фторопластовой изоляции под механической нагрузкой (например, поставить на него ножку мебели), провод через некоторое время может оголиться.
• относительно низкая износостойкость
• низкая устойчивость против жесткого излучения
• плохая склеивающая способность
• невозможность литья под давлением.
Переработка:
Механическая обработка на любых станках или путем штампования ударом.
Применение
РТFA применяют в
- химической промышленности - изоляторы, химстойкие покрытия, листы, пленки, волокна, трубы, шланги, хим. реакторы, теплообменники и лаб. посуду, виде арматуры (краны, клапаны, насосы)
-Из фторопласта-4 можно изготовлять: аппараты, ректификационные колонны, насосы, трубы, клапаны, сильфоны, облицовочные плитки, сальниковые набивки и др
- изоляция для проводов и кабелей, радио- и электротехн. детали,
- коррозионностойкие контейнеры, конструкц. детали
- прокладки (уплотнительный материал) в самых сильных коррозионных средах
- в пищевой, в быту : обогревательные лампы ,пластины утюгов , покрытия гладильных досок, конфорки плит, кухонные приборы скалка (с антиналипающим покрытием), формочки для мороженого, выпечки хлеба, кипятильники , кастрюли и сковороды для жарки
- Тефлоновое покрытие в виде тончайшей плёнки наносят на лезвия бритв, что значительно продлевает срок их службы и облегчает бритьё.
- Смазка. Фторопласт великолепный антифрикционный материал, с коэффициентом трения скольжения наименьшим из известных доступных конструкционных материалов (даже меньше, чем у тающего льда). Однако из-за мягкости и текучести он неприменим для тяжело нагруженных подшипников и в основном используется в приборостроении. Известны смазки со введённым в их состав мелкодисперсным фторопластом, их отличает то, что наполнитель, оседая на трущихся металлических поверхностях, позволяет в ряде случаев некоторое время работать механизмам с полностью отказавшей системой смазки, только за счёт антифрикционных свойств фторопласта. Смазка лыж.
Из-за низкого трения и несмачиваемости насекомые не способны ползти по тефлоновой стене. В частности, тефлоновая защита применяется при содержании нелетающих насекомых, чтобы они не смогли вылезти наружу.
- Волокна, полученные из политетрафторэтилена (тефлон, полифен), нашли широкое применение в качестве высокотемпературных мешочных фильтров, разных типов прокладок, нитей для текстильных тканей, а также в автомобильном оснащении, промышленных фильтрах общего назначения, элементах клапанов, мешалок и насосов, фильтрации и разделении
- В медицине- протезы органов человека
- В военной и аэрокосмической технике
Благодаря добавлению в политетрафторэтилен различных наполнителей достигаются следующие свойства материала:
• в несколько раз увеличивается износостойкость.
• в несколько раз уменьшается способность к ползучести и деформации при нагрузках.
• в зависимости от наполнителя теплопроводность может быть увеличена в несколько раз.
• снижается коэффициент теплового расширения.
• при необходимости могут быть изменены электрические характеристики тефлонового материала в зависимости от добавления различных наполнителей.
ГОСТЫ по PTFE
o Фторопласт-4 (ГОСТ 10007-80)
o Фторопласт-4Д (ГОСТ 14906-77)
o Заготовки из фторопласта 4 и фторопласта 4А общего назначения (ТУ 6-05-810-88)
o Пленка и лента из фторопласта -4 (ГОСТ 24222-80)
o Трубка фторопластовая электроизоляционная Ф-4Д (ГОСТ 22056-76)
o Пленка из фторопласта Ф4-Д СЫРАЯ КАЛАНДРИРОВАННАЯ (ТУ 301-05-49-90)
o Прокладки плоские эластичные (ГОСТ 15180-86)