Il politetrafluoroetilene (PTFE) è un polimero di carbonio e fluoro. Questo materiale ha il nome più familiare: Teflon.
Le proprietà del PTFE includono:
Eccellenti proprietà meccaniche (<1%)
Resistenza alla corrosione per inerzia chimica
Resistenza al calore
Coefficienti di attrito più bassi
Proprietà antiaderenti (resiste a temperature elevate continue di 500 ° F (260 ° C))
Resistenza all'usura
Alto punto di fusione
Le eccellenti proprietà del PTFE gli conferiscono un'ampia gamma di applicazioni ed è più comunemente usato come rivestimento antiaderente per pentole. La migliore resistenza all'usura del PTFE consente di combinarlo con vari materiali attraverso la polimerizzazione in emulsione o il processo di polimerizzazione in sospensione per formare prodotti industriali ad alta resistenza termica con eccellenti proprietà meccaniche, come isolamento del filo, nastri trasportatori per uso alimentare, tessuti flessibili antiaderenti, ecc.
Cos'è il PTFE?
Il politetrafluoroetilene fu scoperto nel 1938. Fu originariamente scoperto dal chimico americano Roy J. Plunkett (1910–1994) mentre stava cercando di creare un nuovo refrigerante composto da carbonio e fluoro. Le persone in quel momento non avrebbero pensato a questo prodotto ordinario. Strani catalizzatori influenzeranno ogni aspetto del mondo.
Nel 1941, DuPont ottenne un brevetto per questo prodotto e registrò un marchio con il nome 'Teflon' nel 1944.
Al giorno d'oggi, il politetrafluoroetilene è stato ampiamente utilizzato in molti campi della produzione e della vita. Nel settore della ristorazione trovano largo impiego le pentole rivestite in PTFE; nel settore dell'abbigliamento, i migliori capi di abbigliamento resistenti al freddo di marchi come HELIKON e Carinthia utilizzano tutti il PTFE come rivestimento o strato esterno. , per raggiungere la capacità di resistere al freddo intenso di -30°C; in campo militare, i materiali PTFE con basse perdite, eccellenti proprietà dielettriche, buona consistenza, proprietà chimiche stabili e quasi nessun assorbimento di umidità sono ampiamente utilizzati nei pannelli radar ad alta radiofrequenza. In campo medico, i materiali PTFE sono ampiamente utilizzati anche nelle parti artificiali del corpo.
Cosa significa PTFE?
PTFE sta per politetrafluoroetilene, il termine chimico per il polimero (C2F4)n.
Questo materiale si riferisce generalmente a qualsiasi fluoropolimero sintetico ptfe di marca. Le principali caratteristiche del politetrafluoroetilene sono le seguenti:
Temperatura massima di esercizio (°F /°C): 500/260
Resistenza alla trazione alla rottura (PSI): 4.000
Costante dielettrica (kV/mil): 3,7
Proporzione: 2.16
Allungamento a rottura: 350%
Durezza Shore D: 54
Il fluoropolimero sintetico ptfe politetrafluoroetilene ampiamente utilizzato con le caratteristiche di cui sopra ha già innumerevoli marchi, i marchi principali sono i seguenti:
TEFLON®: Chemori
FLUON®: AGC Ltd
DYNEON®: 3M
POLIFLON: Daikin Industrial Co., Ltd.
ALGOFLON: Solvay Ltd.
Struttura chimica del PTFE
Il politetrafluoroetilene è un polimero lineare composto da atomi di carbonio (C) e fluoro (F), con la formula chimica (C2F4)n, dove n è il numero di unità monomeriche.
La struttura del PTFE può essere espressa come: -CF2-CF2-CF2-CF2-
La lunga catena di molecole del PTFE è costituita da atomi di carbonio, ciascuno dei quali è legato a due atomi di fluoro.
Gli atomi di fluoro coprono quasi la superficie degli atomi di carbonio della catena polimerica a spirale. Gli atomi di carbonio formano la catena principale della catena polimerica. Gli atomi di fluoro formano una struttura a scudo attorno agli atomi di carbonio, che protegge bene gli atomi di carbonio interni.
Questa disposizione unica degli atomi conferisce al PTFE le sue proprietà eccezionali. Questa struttura molecolare contribuisce alle impareggiabili proprietà fisiche e chimiche del PTFE.
Qual è il materiale in Teflon?
Il Teflon è un fluoropolimero termoplastico e l'acronimo Teflon è PTFE (politetrafluoroetilene).
Teflon è un marchio di Chemours, tuttavia il PTFE può essere acquistato anche da aziende diverse da Chemours.
Il teflon è un materiale popolare grazie al suo basso attrito, resistenza alle alte temperature e resistenza chimica.
È Teflon PTFE
Naturalmente, il Teflon è un materiale polimerico polimerizzato da tetrafluoroetilene ed è un tipo di materiale perfluorurato. Il suo nome chimico è politetrafluoroetilene (PTFE).
La struttura chimica del Teflon è davvero unica. La struttura molecolare è che F (atomi di fluoro) sostituisce tutti gli H (atomi di idrogeno) sulla catena C. Allo stesso tempo, poiché il raggio dell'atomo di fluoro è molto più grande del raggio dell'atomo di carbonio, la repulsione tra gli atomi è molto grande, quindi non sarà come gli atomi di idrogeno, possono essere disposti su un piano, quindi gli atomi di fluoro quasi si muovono a spirale per avvolgere gli atomi di carbonio, in modo che il mondo esterno possa entrare in contatto solo con gli atomi di fluoro relativamente inerti.
Con una forte barriera atomica di fluoro, la struttura del polimero Teflon è relativamente stabile rispetto ad altri materiali.
Proprietà del Teflon
Il PTFE è un polimero polimerizzato dal monomero di tetrafluoroetilene. È una cera trasparente o opaca simile al PE. La sua densità è di 2,2 g/cm3 e il tasso di assorbimento d'acqua è inferiore allo 0,01%.
La struttura chimica del polimero PTFE è simile a quella del PE, tranne per il fatto che tutti gli atomi di idrogeno nel polietilene sono sostituiti da atomi di fluoro. Grazie all'elevata energia di legame e alle prestazioni stabili del legame CF, ha un'eccellente resistenza alla corrosione chimica e può resistere a tutti gli acidi forti (inclusa l'acqua regia) ad eccezione dei metalli alcalini fusi, dei mezzi ossidanti e dell'idrossido di sodio a temperature superiori a 300°C. Oltre agli effetti di forti ossidanti, agenti riducenti e vari solventi organici.
L'atomo F nella molecola del PTFE è simmetrico e i due elementi nel legame CF sono legati in modo covalente. Non ci sono elettroni liberi nella molecola, rendendo l'intera molecola neutra. Pertanto, ha eccellenti proprietà dielettriche e il suo isolamento elettrico non è influenzato dall'influenza dell'ambiente e della frequenza.
Proprietà fisiche del Teflon
La sua resistività di volume è maggiore di 1017, la sua perdita dielettrica è piccola, la sua tensione di rottura è elevata, la sua resistenza all'arco è buona e può funzionare in un ambiente elettrico di 250°C. Poiché non ci sono legami idrogeno nella struttura molecolare del PTFE, la struttura è simmetrica, quindi la sua cristallizzazione. Il grado di cristallizzazione è molto elevato (generalmente la cristallinità è del 55%~75%, a volte fino al 94%), il che rende il PTFE estremamente resistente al calore. La sua temperatura di fusione è 324°C, la sua temperatura di decomposizione è 415°C e la sua temperatura massima di utilizzo è 250°C. È fragile. La temperatura è -190°C e la temperatura di distorsione termica (in condizioni di 0,46 MPa) è 120°C.
Il materiale in Teflon ha buone proprietà meccaniche. La sua resistenza alla trazione è di 21~28MPa, la resistenza alla flessione è di 11~14MPa, l'allungamento è del 250%~300% e i suoi coefficienti di attrito dinamico e statico contro l'acciaio sono entrambi 0,04, che è migliore di nylon, poliformaldeide e polietilene. Il coefficiente di attrito della plastica fredda è piccolo.
Il PTFE puro ha bassa resistenza, scarsa resistenza all'usura e scarsa resistenza allo scorrimento viscoso. Solitamente è necessario aggiungere al polimero PTFE alcune particelle inorganiche, come grafite, gruppo disolfuro, ossido di alluminio, fibra di vetro, fibra di carbonio, ecc. per migliorarne le proprietà meccaniche. , e può anche essere espanso cooperando con altri polimeri come polifenilasi (PHB), polifenilene solfuro (PFS), polietilenglicole (PEEK), copolimero polietilene/propilene (PFEP), ecc. il suo intervallo di temperature di smorzamento, migliorandone la resistenza alla variabilità.
Come viene prodotto il Teflon
Il processo di produzione utilizza il cloroformio come materia prima, utilizza acido fluoridrico anidro per fluorurare il cloroformio, la temperatura di reazione è superiore a 65°C, utilizza pentacloruro di antimonio come catalizzatore e infine utilizza il cracking termico per produrre tetrafluoroetilene.
Aokai è prodotto utilizzando la polimerizzazione in sospensione o la polimerizzazione in emulsione.
Preparazione del monomero tetrafluoroetilene
A livello industriale, il cloroformio viene utilizzato come materia prima, l'acido fluoridrico anidro viene utilizzato per fluorurare il cloroformio, la temperatura di reazione è superiore a 65°C, il pentacloruro di antimonio viene utilizzato come catalizzatore e infine il tetrafluoroetilene viene prodotto mediante cracking termico. Il tetrafluoroetilene può anche essere prodotto facendo reagire lo zinco con il tetrafluorodicloroetano ad alte temperature.
Preparazione del politetrafluoroetilene
In un bollitore di polimerizzazione in smalto o acciaio inossidabile, l'acqua viene utilizzata come mezzo, il persolfato di potassio viene utilizzato come iniziatore, il sale di ammonio dell'acido perfluorocarbossilico viene utilizzato come disperdente, il fluorocarburo viene utilizzato come stabilizzante e il tetrafluoroetilene viene polimerizzato redox per ottenere polietilene in polvere fine. Tetrafluoroetilene.
Aggiungere vari additivi al bollitore di reazione e il monomero di tetrafluoroetilene entra nel bollitore di polimerizzazione in fase gassosa. Regolare la temperatura nel bollitore a 25°C, quindi aggiungere una certa quantità di attivatore (metabisolfito di sodio) per avviare la polimerizzazione attraverso un sistema redox. Durante il processo di polimerizzazione, vengono aggiunti continuamente monomeri e la pressione di polimerizzazione viene mantenuta a 0,49~0,78 MPa. La dispersione ottenuta dopo la polimerizzazione viene diluita ad una certa concentrazione con acqua e la temperatura viene regolata a 15~20ºC. Dopo aggregazione con agitazione meccanica, si lava con acqua e si essicca, cioè si ottiene questo prodotto come resina granulare fine.
Il Teflon è sicuro?
Il rivestimento in teflon stesso è sicuro: il materiale in teflon stesso non è tossico, non si decompone e non causa rischi per la salute. Ciò è probabilmente dovuto al fatto che la sua struttura molecolare è sostanzialmente insolubile nelle sostanze chimiche reali, per non parlare di essere digerita e assorbita dal corpo umano.
Le proprietà uniche del PTFE lo rendono ampiamente utilizzato in operazioni industriali e marine come l'industria chimica, petrolifera, tessile, alimentare, cartaria, medica, elettronica e meccanica.
Applicazione del politetrafluoroetilene (PTFE) con proprietà anticorrosione:
A causa dei difetti di resistenza alla corrosione di gomma, vetro, leghe metalliche e altri materiali, è difficile affrontare l'ambiente difficile in cui temperatura, pressione e mezzi chimici coesistono e le perdite risultanti sono piuttosto allarmanti. Mentre il materiale PTFE ha un'eccellente resistenza alla corrosione, il politetrafluoroetilene utilizza i principali materiali resistenti alla corrosione nell'industria petrolifera, chimica, tessile e di altro tipo.
Applicazioni specifiche includono: tubi di mandata, tubi di scarico, tubi del vapore per il trasporto di gas corrosivi, tubi dell'olio ad alta pressione per laminatoi, tubi ad alta, media e bassa pressione per sistemi idraulici di aeromobili e sistemi di pressatura a freddo, torri di distillazione, scambiatori di calore, bollitori, torri e serbatoi. Le prestazioni delle guarnizioni delle apparecchiature chimiche, come rivestimenti e valvole, hanno un grande impatto sull'efficienza e sulle prestazioni dell'intera macchina e attrezzatura. Il materiale PTFE ha le caratteristiche di resistenza alla corrosione, resistenza all'invecchiamento, basso coefficiente di attrito e non appiccicosità, ampio intervallo di temperature e buona elasticità, che lo rendono molto adatto per la produzione di guarnizioni con elevati requisiti di resistenza alla corrosione e temperature di esercizio superiori a 100°. Come guarnizioni per flange scanalate di macchine, scambiatori di calore, recipienti ad alta pressione, recipienti di grande diametro, valvole e pompe, guarnizioni per recipienti di reazione in vetro, flange piatte, flange di grande diametro, alberi, aste di pistoni, aste di valvole, pompe a vite senza fine, guarnizioni di tiranti, ecc.
2. Le prestazioni a basso attrito del politetrafluoroetilene (PTFE) vengono utilizzate nelle applicazioni di carico.
Le parti di attrito di alcune apparecchiature non sono adatte alla lubrificazione, ad esempio in situazioni in cui il grasso lubrificante viene sciolto dai solventi e diventa inefficace, o nella produzione di carta, prodotti farmaceutici, alimentari, tessili, ecc. I prodotti nel settore industriale devono evitare la contaminazione dell'olio lubrificante, il che rende i materiali in PTFE riempito il materiale più ideale per la lubrificazione senza olio (carico diretto) delle parti di apparecchiature meccaniche. Questo perché il coefficiente di attrito di questo materiale è il più basso tra i materiali solidi conosciuti. I suoi usi specifici includono cuscinetti per apparecchiature chimiche, macchine per la produzione della carta e macchine agricole, come fasce elastiche di pistoni, binari di guida di macchine utensili e anelli di guida. Sono ampiamente utilizzati nei progetti di edilizia civile come scivoli di supporto per ponti, capriate del tetto con struttura in acciaio per tunnel, grandi condutture chimiche e serbatoi di stoccaggio. Blocchi, utilizzati anche come supporti per ponti e girelle per ponti, ecc.
3.Applicazioni del politetrafluoroetilene (PTFE) in applicazioni elettroniche ed elettriche.
La bassa perdita intrinseca e la piccola costante dielettrica dei materiali PTFE ne consentono la realizzazione in fili smaltati per l'uso in micromotori, termocoppie, dispositivi di controllo, ecc.. Pellicola isolante elettrica in PTFE. È un materiale isolante ideale per la produzione di condensatori, rivestimenti isolanti radio, cavi isolati, motori e trasformatori. È anche uno dei materiali indispensabili per componenti elettronici industriali come quelli aerospaziali e aerospaziali. L'uso di film plastici al fluoro ha un'elevata permeabilità all'ossigeno e un'elevata permeabilità al vapore acqueo. Questa permeabilità selettiva di piccola permeabilità può essere utilizzata per produrre sensori di ossigeno. Le caratteristiche dei fluoroplastici che causano una deviazione della carica polare ad alta temperatura e alta pressione possono essere utilizzate per produrre microfoni, altoparlanti, parti di robot, ecc., e la loro bassa rifrazione può essere utilizzata. Le caratteristiche di alta efficienza possono rendere le fibre ottiche.
4.Applicazione del politetrafluoroetilene (PTFE) in medicina medica.
Il materiale PTFE espanso è puramente inerte e ha un'adattabilità biologica molto forte. Non causerà rigetto da parte del corpo e non ha effetti collaterali fisiologici sul corpo umano. Può essere sterilizzato con qualsiasi metodo. La sua struttura microporosa ne consente l'utilizzo in una varietà di soluzioni riabilitative, inclusi vasi sanguigni artificiali e cerotti per la rigenerazione dei tessuti molli e suture chirurgiche per interventi vascolari, cardiaci, generali e ortopedici.
5.Applicazione delle proprietà antiaderenti del politetrafluoroetilene (PTFE).
Il materiale PTFE ha la tensione superficiale più piccola tra i materiali solidi e non aderisce ad alcuna sostanza. Presenta inoltre le caratteristiche di resistenza alle alte e basse temperature e di inerzia chimica, che lo rendono adatto per applicazioni come la produzione. Le padelle antiaderenti sono ampiamente utilizzate nelle applicazioni antiaderenti. Il processo antiadesivo prevede principalmente due tipologie: l'installazione del foglio di PTFE sul substrato e il posizionamento del Rivestimento o vernice in PTFE composito con vetro sul substrato mediante termoretrazione.
Sebbene i materiali PTFE presentino ancora il problema dell’elevata difficoltà di saldatura, con il progresso della tecnologia, nuovi metodi di sintesi risolveranno presto i punti critici del PTFE e applicheranno il PTFE a una gamma più ampia di campi.
