פוליטטראפלואורואתילן (PTFE) הוא פולימר פחמן ופלואור. לחומר הזה יש את השם המוכר ביותר: טפלון.
המאפיינים של PTFE כוללים:
תכונות מכניות מצוינות (<1%)
אינרטיות כימית עמידות בפני קורוזיה
עמידות בחום
מקדמי החיכוך הנמוכים ביותר
תכונות נון-דביק (עמידה בטמפרטורות גבוהות מתמשכות של 500°f (260°c))
התנגדות ללבוש
נקודת התכה גבוהה
התכונות המצוינות של PTFE מעניקות לו מגוון רחב של יישומים, והוא משמש לרוב כציפוי נון-סטיק לכלי בישול. עמידות הבלאי הטובה יותר של PTFE מאפשרת לשלב אותו עם חומרים שונים באמצעות פילמור אמולסיה או עיבוד פילמור מתלה ליצירת מוצרים תעשייתיים עמידים תרמית גבוהה עם תכונות מכניות מצוינות, כגון בידוד תיל, מסועים באיכות מזון, בדים גמישים ללא הדבקה וכו'.
מה זה PTFE?
פוליטטראפלואורואתילן התגלה בשנת 1938. הוא התגלה במקור על ידי הכימאי האמריקאי רוי ג'יי פלונקט (1910–1994) כאשר ניסה לייצר חומר קירור חדש של פחמן ופלואור. אנשים באותה תקופה לא היו חושבים על המוצר הרגיל הזה. זרזים מוזרים ישפיעו על כל היבט של העולם.
בשנת 1941, דופונט השיגה פטנט על מוצר זה ורשמה סימן מסחרי בשם 'טפלון' ב-1944.
כיום, נעשה שימוש נרחב בפוליטטראפלואורואתילן בתחומי ייצור וחיים רבים. בתעשיית הקייטרינג נעשה שימוש נרחב בכלי בישול מצופים PTFE; בתעשיית הביגוד, ביגוד מוביל נגד קור של מותגים כמו HELIKON ו-Carinthia כולם משתמשים ב-PTFE כציפוי או בשכבה החיצונית. , על מנת להשיג את היכולת לעמוד בקור העז של -30 מעלות צלזיוס; בתחום הצבאי, חומרי PTFE עם אובדן נמוך, תכונות דיאלקטריות מצוינות, עקביות טובה, תכונות כימיות יציבות וכמעט ללא ספיגת לחות נמצאים בשימוש נרחב בלוחות מכ'ם בתדר רדיו גבוה. בתחום הרפואי, חומרי PTFE נמצאים בשימוש נרחב גם בחלקי גוף מלאכותיים.
למה מייצג PTFE?
PTFE מייצג polytetrafluoroethylene, המונח הכימי לפולימר (C2F4)n.
חומר זה מתייחס בדרך כלל לכל פלואורפולימר סינתטי מסוג ptfe. המאפיינים העיקריים של polytetrafluoroethylene הם כדלקמן:
טמפרטורת פעולה מקסימלית (°F /°C): 500/260
חוזק מתיחה בהפסקה (PSI): 4,000
קבוע דיאלקטרי (kV/mil): 3.7
פרופורציה: 2.16
התארכות בשבירה: 350%
קשיות Shore D: 54
לפלואורופולימר הסינטטי ptfe polytetrafluoroethylene בשימוש נרחב עם המאפיינים לעיל יש כבר אינספור מותגים, המותגים העיקריים הם כדלקמן:
TEFLON®: כימורים
FLUON®: AGC Ltd
DYNEON®: 3M
פוליפלון: Daikin Industrial Co., Ltd.
אלגופלון: Solvay Ltd.
מבנה כימי של PTFE
פוליטרפלואורואתילן הוא פולימר ליניארי המורכב מאטומי פחמן (C) ופלואור (F), עם הנוסחה הכימית (C2F4)n, כאשר n הוא מספר יחידות המונומר.
ניתן לבטא את המבנה של PTFE כ: -CF2-CF2-CF2-CF2-
השרשרת הארוכה של מולקולות PTFE מורכבת מאטומי פחמן, שכל אחד מהם מקושר לשני אטומי פלואור.
אטומי פלואור כמעט מכסים את פני השטח של אטומי הפחמן של שרשרת הפולימר הספירלית. אטומי הפחמן יוצרים את השרשרת הראשית של שרשרת הפולימר. אטומי הפלואור יוצרים מבנה דמוי מגן סביב אטומי הפחמן, אשר מגן היטב על אטומי הפחמן הפנימיים.
סידור אטומים ייחודי זה נותן ל-PTFE את התכונות יוצאות הדופן שלו. מבנה מולקולרי זה תורם לתכונות הפיזיקליות והכימיות חסרות תקדים של PTFE.
מהו חומר הטפלון?
טפלון הוא פלואורפולימר תרמופלסטי, וראשי התיבות של טפלון הם PTFE (פוליטטראפלואורואתילן).
טפלון הוא סימן מסחרי של Chemours, עם זאת, ניתן לרכוש PTFE גם מחברות שאינן Chemours.
טפלון הוא חומר פופולרי בשל החיכוך הנמוך שלו, עמידותו בטמפרטורה גבוהה ועמידותו הכימית.
האם טפלון PTFE
כמובן, טפלון הוא חומר פולימרי מפולמר מטטרפלואורואתילן והוא סוג של חומר פרפלואור. שמו הכימי הוא פולי-טטראפלואורואתילן (PTFE).
המבנה הכימי של הטפלון הוא ייחודי מאוד. המבנה המולקולרי הוא ש-F (אטומי פלואור) מחליף את כל ה-H (אטומי מימן) בשרשרת C. יחד עם זאת, מכיוון שהרדיוס של אטום הפלואור גדול בהרבה מהרדיוס של אטום הפחמן, הדחייה בין אטומים גדולה מאוד, כך שהיא לא תהיה כמו אטומי מימן, הם יכולים להיות מסודרים במישור, כך שאטומי הפלואור כמעט מסתחררים למעלה כדי לעטוף את אטומי הפחמן, כך שהעולם החיצון יכול לבוא במגע רק עם אטומי הפלואור באופן יחסי.
עם מחסום אטום פלואור חזק, מבנה פולימר הטפלון יציב יחסית לחומרים אחרים.
נכסי טפלון
PTFE הוא פולימר מפולמר ממונומר טטרפלואורואתילן. זוהי שעווה שקופה או אטומה בדומה ל-PE. הצפיפות שלו היא 2.2g/cm3 וקצב ספיגת המים שלו נמוך מ-0.01%.
המבנה הכימי של פולימר PTFE דומה לזה של PE, אלא שכל אטומי המימן בפוליאתילן מוחלפים באטומי פלואור. בשל אנרגיית הקשר הגבוהה והביצועים היציבים של קשר ה-CF, יש לו עמידות בפני קורוזיה כימית מעולה והוא יכול לעמוד בכל החומצות החזקות (כולל אקווה רג'יה) למעט מתכות אלקליות מותכות, חומרי חמצון ונתרן הידרוקסיד מעל 300 מעלות צלזיוס. כמו גם ההשפעות של חומרים מחמצנים חזקים, חומרים מפחיתים וממיסים אורגניים שונים.
אטום F במולקולת PTFE הוא סימטרי, ושני היסודות בקשר CF קשורים קוולנטית. אין אלקטרונים חופשיים במולקולה, מה שהופך את המולקולה כולה לנייטרלית. לכן, יש לו תכונות דיאלקטריות מצוינות, והבידוד החשמלי שלו אינו מושפע מהשפעת הסביבה והתדר.
טפלון מאפיינים פיזיים
התנגדות הנפח שלו גדולה מ-1017, ההפסד הדיאלקטרי שלו קטן, מתח הפריצה שלו גבוה, התנגדות הקשת שלו טובה והוא יכול לעבוד בסביבה חשמלית של 250°C. מכיוון שאין קשרי מימן במבנה המולקולרי של PTFE, המבנה הוא סימטרי ולכן התגבשותו דרגת ההתגבשות גבוהה מאוד (בדרך כלל הגבישיות היא 55%~75%, לפעמים עד 94%), מה שהופך את ה-PTFE לעמיד ביותר בחום. טמפרטורת ההיתוך שלו היא 324 מעלות צלזיוס, טמפרטורת הפירוק שלו היא 415 מעלות צלזיוס, וטמפרטורת השימוש המרבית שלו היא 250 מעלות צלזיוס. הוא שביר הטמפרטורה היא -190 מעלות צלזיוס, וטמפרטורת עיוות החום (בתנאי 0.46MPa) היא 120 מעלות צלזיוס.
לחומר טפלון יש תכונות מכניות טובות. חוזק המתיחה שלו הוא 21~28MPa, חוזק הכיפוף הוא 11~14MPa, התארכות היא 250%~300%, ומקדמי החיכוך הדינמיים והסטטיים שלו נגד פלדה הם שניהם 0.04, וזה טוב יותר מניילון, פוליפורמלדהיד ופוליאתילן. מקדם החיכוך של פלסטיק קריר קטן.
ל-PTFE טהור יש חוזק נמוך, עמידות בפני שחיקה ירודה ועמידות לזחילה גרועה. בדרך כלל יש צורך להוסיף חלקיקים אנאורגניים לפולימר PTFE, כגון גרפיט, קבוצת דיסולפיד, תחמוצת אלומיניום, סיבי זכוכית, סיבי פחמן וכו' כדי לשפר את התכונות המכניות שלו. , וניתן להרחיב אותו גם על ידי שיתוף פעולה עם פולימרים אחרים כגון פוליפנילאז (PHB), פוליפנילן גופרתי (PFS), פוליאתילן גליקול (PEEK), פוליאתילן/פרופילן קופולימר (PFEP) וכו'. טווח טמפרטורת השיכוך שלו, שיפור עמידותו בפני שונות.
איך מייצרים טפלון
תהליך הייצור משתמש בכלורופורם כחומר גלם, משתמש בחומצה הידרופלואורית מימית להפלרת כלורופורם, טמפרטורת התגובה היא מעל 65 מעלות צלזיוס, משתמש באנטימון פנטכלוריד כזרז, ולבסוף משתמש בפיצוח תרמי לייצור טטראפלואורואתילן.
Aokai מיוצר באמצעות פילמור השעיה או פילמור אמולסיה.
הכנת מונומר טטרפלואורואתילן
מבחינה תעשייתית, נעשה שימוש בכלורופורם כחומר גלם, חומצה הידרופלואורית מימית משמשת להפלרת כלורופורם, טמפרטורת התגובה היא מעל 65 מעלות צלזיוס, אנטימון פנטכלוריד משמש כזרז, ולבסוף טטרפלואורואתילן מיוצר על ידי פיצוח תרמי. ניתן לייצר טטרפלואורואתילן גם על ידי תגובת אבץ עם טטרפלואורודיכלורואתן בטמפרטורות גבוהות.
הכנת פוליטטראפלואורואתילן
בקומקום פילמור אמייל או נירוסטה, משתמשים במים כמדיום, אשלגן פרסולפט משמש כיוזם, מלח אמוניום חומצה פרפלואורו-קרבוקסילית משמש כחומר מפיץ, פלואורוקרבון משמש כמייצב, וטטרפלואורואתילן עובר פילמר חיזור להשגת פוליאתילן אבקת דק. טטרפלואורואתילן.
הוסף תוספים שונים לקומקום התגובה, ומונומר ה-tetrafluoroethylene נכנס לקומקום הפילמור בשלב הגז. כוונן את הטמפרטורה בקומקום ל-25 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן הוסף כמות מסוימת של אקטיבטור (נתרן מטביסולפיט) כדי להתחיל פילמור באמצעות מערכת חיזור. במהלך תהליך הפילמור, מונומרים מתווספים ברציפות, ולחץ הפילמור נשמר על 0.49 ~ 0.78MPa. הפיזור המתקבל לאחר פילמור מדולל לריכוז מסוים במים, והטמפרטורה מותאמת ל-15 ~ 20ºC. לאחר צבירה עם ערבוב מכני, הוא נשטף במים ומייבש, כלומר, מוצר זה מתקבל כשרף גרגירי עדין.
האם טפלון בטוח?
ציפוי הטפלון עצמו בטוח: חומר הטפלון עצמו אינו רעיל, לא יתפרק ולא יגרום לסכנות בריאותיות. זה כנראה בגלל שהמבנה המולקולרי שלו הוא בעצם בלתי מסיס בכימיקלים אמיתיים, שלא לדבר על מעוכל ונספג בגוף האדם.
התכונות הייחודיות של PTFE הופכות אותו לשימוש נרחב בפעולות תעשייתיות וימיות כגון תעשייה כימית, נפט, טקסטיל, מזון, ייצור נייר, רפואה, אלקטרוניקה ומכונות.
יישום של polytetrafluoroethylene (PTFE) בתכונות אנטי קורוזיה:
בשל הפגמים בעמידות בפני קורוזיה של גומי, זכוכית, סגסוגות מתכת וחומרים אחרים, קשה לעמוד בסביבה הקשה שבה טמפרטורה, לחץ ומדיה כימית מתקיימים במקביל, וההפסדים הנובעים מכך די מדאיגים. בעוד שלחומר PTFE יש עמידות מצוינת בפני קורוזיה, פוליטטראפלואורואתילן משתמש בחומרים עמידים בפני קורוזיה העיקריים בתעשיות נפט, כימיקלים, טקסטיל ואחרות.
יישומים ספציפיים כוללים: צינורות אספקה, צינורות פליטה, צינורות קיטור להובלת גזים קורוזיביים, צינורות שמן בלחץ גבוה למפעלי גלגול, צינורות בלחץ גבוה, בינוני ונמוך למערכות הידראוליות של מטוסים ומערכות כבישה קרה, מגדלי זיקוק, מחליפי חום, קומקומים, מגדלים ומיכלים. לביצועים של אטמי ציוד כימי כגון בטנות ושסתומים יש השפעה רבה על היעילות והביצועים של המכונה והציוד כולו. לחומר PTFE יש מאפיינים של עמידות בפני קורוזיה, עמידות בפני הזדקנות, מקדם חיכוך נמוך ואי דביקות, טווח טמפרטורות רחב וגמישות טובה, מה שהופך אותו למתאים מאוד לייצור אטמים עם דרישות עמידות בפני קורוזיה גבוהות וטמפרטורות עבודה מעל 100°. כגון אטמים לאוגנים מחורצים של מכונות, מחליפי חום, מכלי לחץ גבוה, מכלים בקוטר גדול, שסתומים ומשאבות, אטמים לסירי תגובה מזכוכית, אוגנים שטוחים, אוגנים בקוטר גדול, פירים, מוטות בוכנה, מוטות שסתומים, משאבות גלגלי שיניים תולעים, אטמי מוט קשר וכו'.
2. ביצועי החיכוך הנמוכים של polytetrafluoroethylene (PTFE) משמשים ביישומי עומס.
חלקי החיכוך של חלק מהציוד אינם מתאימים לשימון, כגון במצבים בהם שומן סיכה יתמוסס על ידי ממסים ויהפוך לבלתי יעיל, או בייצור נייר, תרופות, מזון, טקסטיל וכו'. מוצרים בתחום התעשייתי צריכים להימנע מזיהום שמן סיכה, מה שהופך את חומרי ה-PTFE הממולאים לחומר האידיאלי ביותר עבור ציוד סיכה ללא שמן. הסיבה לכך היא שמקדם החיכוך של חומר זה הוא הנמוך ביותר מבין חומרים מוצקים ידועים. השימושים הספציפיים שלו כוללים מיסבים לציוד כימי, מכונות לייצור נייר ומכונות חקלאיות, כמו טבעות בוכנה, מסילות מובילות לכלי מכונות וטבעות מובילות. הם נמצאים בשימוש נרחב בפרויקטים של בנייה אזרחית כמגלשות תמיכה לגשרים, מסבכי גג של מבנה פלדה של מנהרה, צינורות כימיקלים גדולים ומיכלי אחסון. בלוקים, וכן משמשים כתומכי גשרים ומסתובבים גשרים וכו'.
3. יישומים של פוליטרפלואורואתילן (PTFE) ביישומים אלקטרוניים וחשמליים.
ההפסד הנמוך המובנה וקבוע הדיאלקטרי הקטן של חומרי PTFE מאפשרים להפוך אותו לחוטי אמייל לשימוש במנועי מיקרו, צמדים תרמיים, התקני בקרה וכו', סרט בידוד חשמלי PTFE זהו חומר בידוד אידיאלי לייצור קבלים, ספינות בידוד רדיו, כבלים מבודדים, מנועים ושנאים. זהו גם אחד החומרים ההכרחיים עבור רכיבים אלקטרוניים תעשייתיים כגון תעופה וחלל. לשימוש בסרטי פלסטיק פלואור יש חדירות גבוהה לחמצן וחדירות גבוהה לאדי מים. ניתן להשתמש בחדירות סלקטיבית זו של חדירות קטנה לייצור חיישני חמצן. ניתן להשתמש במאפיינים של פלסטיק הפלואורו הגורמים לסטיית מטען קוטבי בטמפרטורה גבוהה ובלחץ גבוה לייצור מיקרופונים, רמקולים, חלקים על רובוטים וכו', וניתן להשתמש בשבירה הנמוכה שלהם. המאפיינים של יעילות גבוהה יכולים ליצור סיבים אופטיים.
4.יישום של פוליטטראפלואורואתילן (PTFE) ברפואה.
חומר ה-PTFE המורחב הוא אינרטי בלבד ובעל יכולת הסתגלות ביולוגית חזקה מאוד. זה לא יגרום לדחייה על ידי הגוף ואין לו תופעות לוואי פיזיולוגיות על גוף האדם. ניתן לעקר בכל שיטה. המבנה המיקרו-נקבי שלו מאפשר שימוש במגוון פתרונות שיקום, לרבות כלי דם מלאכותיים ומדבקות להתחדשות רקמות רכות ותפרים כירורגיים לניתוחי כלי דם, לב, כלליים ואורתופדיים.
5.יישום של תכונות נגד הידבקות של פולי-טטרה-פלואורואתילן (PTFE).
לחומר PTFE יש את מתח הפנים הקטן ביותר מבין חומרים מוצקים ואינו נדבק לשום חומר. יש לו גם מאפיינים של עמידות בטמפרטורה גבוהה ונמוכה ואינרטיות כימית, מה שהופך אותו מתאים ליישומים כגון ייצור. מחבתות נון-סטיק נמצאות בשימוש נרחב ביישומי אנטי-סטיק. תהליך האנטי-הדבקה כולל בעיקר שני סוגים: התקנת יריעת ה-PTFE על המצע והנחת ציפוי PTFE או לכה מורכבת עם זכוכית על המצע באמצעות התכווצות חום.
למרות שלחומרי PTFE עדיין יש בעיה של קושי גבוה בריתוך, עם התקדמות הטכנולוגיה, שיטות סינתזה חדשות יפתרו בקרוב את נקודות הכאב של PTFE ויישמו PTFE במגוון רחב יותר של תחומים.
