PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)とは何ですか?
ビュー: 0 著者: サイト編集者 公開時間: 2023-11-10 起源: サイト
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ポリテトラフルオロエチレン (PTFE) は、炭素とフッ素のポリマーです。この材料はテフロンという最もよく知られた名前を持っています。
PTFE の特性には次のようなものがあります。
PTFE の優れた特性により幅広い用途が得られ、調理器具の焦げ付き防止コーティングとして最も一般的に使用されています。 PTFE は耐摩耗性に優れているため、乳化重合または懸濁重合処理を通じてさまざまな材料と組み合わせて、電線絶縁体、食品グレードのコンベアベルト、柔軟な非粘着性生地など、優れた機械的特性を備えた高耐熱性の工業製品を形成することができます。
ポリテトラフルオロエチレンは 1938 年に発見されました。元々は、アメリカの化学者ロイ J. プランケット (1910 ～ 1994 年) が新しい炭素とフッ素の化合物冷媒を作ろうとしていたときに発見されました。当時の人はこんな普通の商品を思いつかなかっただろう。奇妙な触媒が世界のあらゆる側面に影響を与えるでしょう。
デュポン社は 1941 年にこの製品の特許を取得し、1944 年に「テフロン」の名前で商標登録しました。
現在、ポリテトラフルオロエチレンは生産や生活のさまざまな分野で広く使用されています。ケータリング業界では、PTFE コーティングされた調理器具が広く使用されています。衣料品業界では、HELIKON や Carinthia などのブランドの最高級防寒衣料品はすべて、コーティングまたは外層として PTFE を使用しています。 、-30℃の厳しい寒さに耐える能力を実現するために。軍事分野では、低損失、優れた誘電特性、良好な一貫性、安定した化学的特性、および吸湿性がほとんどない PTFE 材料が高周波レーダー パネルに広く使用されています。医療分野では、PTFE 材料は人工身体部品にも広く使用されています。
PTFE はポリテトラフルオロエチレンの略で、ポリマー (C2F4)n を表す化学用語です。
この材料は通常、任意のブランドの PTFE 合成フルオロポリマーを指します。ポリテトラフルオロエチレンの主な特徴は次のとおりです。
最高動作温度 (°F /°C): 500/260
破断時引張強さ (PSI): 4,000
誘電率 (kV/ミル): 3.7
比率: 2.16
破断伸び: 350%
ショアD硬度：54
上記の特性を備えた広く使用されているptfeポリテトラフルオロエチレン合成フッ素ポリマーは、すでに無数のブランドがあり、主なブランドは次のとおりです。
テフロン®: 化学薬品
FLUON®：AGC株式会社
ダイネオン®: 3M
ポリフロン：ダイキン工業株式会社
アルゴフロン：ソルベイ株式会社
ポリテトラフルオロエチレンは、炭素 (C) 原子とフッ素 (F) 原子で構成される線状ポリマーで、化学式 (C2F4)n (n はモノマー単位の数) で表されます。
PTFE の構造は次のように表すことができます: -CF2-CF2-CF2-CF2-
PTFE 分子の長い鎖は炭素原子で構成されており、各炭素原子は 2 つのフッ素原子に結合しています。
フッ素原子はらせん状ポリマー鎖の炭素原子の表面をほぼ覆っています。炭素原子はポリマー鎖の主鎖を形成します。フッ素原子は炭素原子の周りに盾のような構造を形成し、内部の炭素原子をしっかりと保護します。
この独特の原子配置により、PTFE に優れた特性が与えられます。この分子構造は、PTFE の比類のない物理的および化学的特性に貢献しています。
テフロンは熱可塑性フッ素ポリマーであり、テフロンの略称はPTFE（ポリテトラフルオロエチレン）です。
テフロンは Chemours の商標ですが、PTFE は Chemours 以外の会社からも購入できます。
テフロンは、その低摩擦性、耐高温性、耐薬品性により人気のある素材です。
もちろん、テフロンは四フッ化エチレンを重合させた高分子材料であり、過フッ素化材料の一種です。化学名はポリテトラフルオロエチレン（PTFE）です。
テフロンの化学構造は非常にユニークです。分子構造は、C 鎖上のすべての H (水素原子) が F (フッ素原子) に置き換わったものです。同時に、フッ素原子の半径は炭素原子の半径よりもはるかに大きいため、原子間の反発力は非常に大きく、水素原子のように平面に配置できるため、フッ素原子は炭素原子を包み込むようにほぼ螺旋を描き、外界は比較的不活性なフッ素原子とのみ接触することができます。
強力なフッ素原子バリアを備えたテフロン ポリマーの構造は、他の材料に比べて比較的安定しています。
PTFE は、テトラフルオロエチレン モノマーから重合されたポリマーです。 PEと同様の透明または不透明のワックスです。密度は2.2g/cm3、吸水率は0.01%未満です。
PTFE ポリマーの化学構造は、ポリエチレンのすべての水素原子がフッ素原子に置き換えられていることを除いて、PE の化学構造に似ています。 CF 結合の高い結合エネルギーと安定した性能により、優れた耐化学腐食性を備え、溶融アルカリ金属、酸化媒体、および 300°C 以上の水酸化ナトリウムを除くすべての強酸 (王水を含む) に耐えることができます。強力な酸化剤、還元剤、各種有機溶媒の影響も受けます。
PTFE 分子内の F 原子は対称であり、CF 結合内の 2 つの要素は共有結合しています。分子内には自由電子がないため、分子全体が中性になります。そのため、優れた誘電特性を有しており、環境や周波数の影響を受けずに電気絶縁性を保ちます。
体積抵抗率が 1017 より大きく、誘電損失が小さく、絶縁破壊電圧が高く、耐アーク性が良好で、250°C の電気環境でも使用できます。 PTFEの分子構造には水素結合が存在せず、対称な構造をしているため、結晶化度が非常に高く（一般に結晶化度55～75％、場合によっては94％に達する場合もあります）、非常に耐熱性に優れています。融解温度は324℃、分解温度は415℃、最高使用温度は250℃です。脆いです。温度は-190℃、熱変形温度（0.46MPa条件下）は120℃です。
テフロン素材は優れた機械的特性を持っています。引張強さは21～28MPa、曲げ強さは11～14MPa、伸びは250%～300%で、鋼に対する動摩擦係数、静摩擦係数はともに0.04とナイロン、ポリホルムアルデヒド、ポリエチレンよりも優れています。冷たいプラスチックの摩擦係数は小さいです。
純粋な PTFE は強度が低く、耐摩耗性と耐クリープ性が劣っています。通常、PTFE ポリマーの機械的特性を改善するには、グラファイト、ジスルフィド基、酸化アルミニウム、ガラス繊維、炭素繊維などの無機粒子を PTFE ポリマーに添加する必要があります。また、ポリフェニラーゼ (PHB)、ポリフェニレンサルファイド (PFS)、ポリエチレングリコール (PEEK)、ポリエチレン/プロピレンコポリマー (PFEP) などの他のポリマーと協力することで、その減衰温度範囲を拡張することもでき、変動に対する耐性が向上します。
製造プロセスは、原料としてクロロホルムを使用し、クロロホルムをフッ素化するために無水フッ化水素酸を使用し、反応温度は65℃以上で、触媒として五塩化アンチモンを使用し、最後に熱分解によりテトラフルオロエチレンを製造します。
アオカイは懸濁重合または乳化重合により製造されます。
モノマーテトラフルオロエチレンの調製
工業的には、原料としてクロロホルムが使用され、クロロホルムをフッ素化するために無水フッ化水素酸が使用され、反応温度は65℃以上で、触媒として五塩化アンチモンが使用され、最後に熱分解によってテトラフルオロエチレンが製造されます。テトラフルオロエチレンは、亜鉛とテトラフルオロジクロロエタンを高温で反応させることによっても製造できます。
ポリテトラフルオロエチレンの調製
ホーローやステンレス製の重合釜中で、媒体として水を使用し、開始剤として過硫酸カリウムを使用し、分散剤としてパーフルオロカルボン酸アンモニウム塩を使用し、安定剤としてフルオロカーボンを使用し、テトラフルオロエチレンをレドックス重合して微粉末ポリエチレンを得る。テトラフルオロエチレン。
反応釜に各種添加剤を加えると、テトラフルオロエチレンモノマーが気相で重合釜に入ります。ケトル内の温度を 25°C に調整し、一定量の活性化剤 (メタ重亜硫酸ナトリウム) を加えて、レドックス系による重合を開始します。重合プロセス中、モノマーは連続的に添加され、重合圧力は0.49〜0.78MPaに維持されます。重合後に得られた分散液を水で一定濃度に希釈し、温度を15～20℃に調整します。機械的に撹拌しながら凝集させた後、水洗、乾燥することにより、本品は微粒状の樹脂として得られる。
テフロンコーティング自体は安全です：テフロン素材自体は無毒で、分解せず、健康被害を引き起こしません。これはおそらく、その分子構造が実際の化学物質に基本的に不溶性であり、ましてや人体に消化吸収されないためと考えられます。
テフロンの安全性について詳しくはこちら
PTFE のユニークな特性により、PTFE は化学工業、石油、繊維、食品、製紙、医療、エレクトロニクス、機械などの産業および海洋事業で広く使用されています。
ポリテトラフルオロエチレン (PTFE) の耐食特性への応用:
ゴム、ガラス、金属合金、その他の材料の耐食性には欠陥があるため、温度、圧力、化学媒体が共存する過酷な環境に耐えることは困難であり、その結果生じる損失は非常に憂慮すべきものです。 PTFE材料は優れた耐食性を持っていますが、ポリテトラフルオロエチレンは石油、化学、繊維業界などの主要な耐食材料として使用されています。
具体的な用途としては、デリバリーパイプ、排気パイプ、腐食性ガス輸送用の蒸気パイプ、圧延機用の高圧オイルパイプ、航空機油圧システムやコールドプレスシステム用の高圧、中圧、低圧パイプ、蒸留塔、熱交換器、ケトル、タワー、タンクなどがあります。ライニングやバルブなどの化学機器シールの性能は、機械や装置全体の効率や性能に大きな影響を与えます。 PTFE 材料は、耐食性、耐老化性、低摩擦係数と非粘着性、広い温度範囲、優れた弾性の特性を備えており、高い耐食性要件と 100° 以上の動作温度を必要とするシールの製造に非常に適しています。機械の溝付フランジ、熱交換器、高圧容器、大口径容器、バルブ、ポンプなどのシール、ガラス製反応ポットのシール、平フランジ、大口径フランジ、シャフト、ピストンロッド、バルブロッド、ウォームギヤポンプ、タイロッドシールなど。
2.ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）の低摩擦性能は負荷用途に使用されます。
潤滑グリースが溶剤に溶けて効果がなくなる場合や、製紙、医薬品、食品、繊維など、機器の摩擦部は潤滑に適さない場合があります。工業分野の製品では潤滑油の汚染を避ける必要があり、機械機器部品のオイルフリー潤滑（直接荷重受け）には充填PTFEが最適な材質です。これは、この材料の摩擦係数が既知の固体材料の中で最も低いためです。具体的な用途としては、化学装置、製紙機械、農業機械などの軸受、ピストンリング、工作機械のガイドレール、ガイドリングなどです。これらは、橋梁、トンネル鋼構造屋根トラス、大型化学パイプライン、貯蔵タンクの支持スライドとして土木建設プロジェクトで広く使用されています。ブロックの他、橋の支柱や橋のスイベルなどとしても使用されます。
3.電子および電気用途におけるポリテトラフルオロエチレン (PTFE) の応用。
PTFE 材料は固有の低損失と小さな誘電率により、マイクロ モーター、熱電対、制御装置などに使用するエナメル線を作ることができます。PTFE 電気絶縁フィルムは、コンデンサー、無線絶縁ライナー、絶縁ケーブル、モーター、変圧器の製造に理想的な絶縁材料です。航空宇宙などの産業用電子部品にも欠かせない素材の一つです。フッ素樹脂フィルムを使用しているため、酸素透過性、水蒸気透過性に優れています。この小さな透過率の選択透過性を利用して、酸素センサーを製造することができます。フッ素樹脂は高温高圧下で極電荷の偏りが生じる特性を利用し、低屈折率を利用してマイクやスピーカー、ロボットの部品などを製造することができます。高効率という特徴を活かして光ファイバーを作ることができます。
4.ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の医療への応用。
延伸 PTFE 材料は純粋に不活性であり、非常に強い生物学的適応性を持っています。体に拒絶反応を起こさず、人体に生理学的副作用もありません。あらゆる方法で滅菌することができます。その微多孔構造により、軟組織再生用の人工血管やパッチ、血管、心臓、一般手術、整形外科手術用の外科用縫合糸など、さまざまなリハビリテーション ソリューションでの使用が可能になります。
5.ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の非粘着性を応用。
PTFE 材料は依然として溶接の難易度が高いという問題を抱えていますが、技術の進歩に伴い、新しい合成方法が PTFE の問題点を解決し、PTFE がより幅広い分野に適用される日が近いと考えられます。
