Polytetrafluoroethylene (PTFE) là một polyme cacbon và flo. Chất liệu này có cái tên quen thuộc nhất: Teflon.
Thuộc tính của PTFE bao gồm:
Tính chất cơ học tuyệt vời (<1%)
Tính trơ hóa học chống ăn mòn
Khả năng chịu nhiệt
Hệ số ma sát thấp nhất
Đặc tính chống dính (chịu được nhiệt độ cao liên tục 500°f (260°c))
Chống mài mòn
Điểm nóng chảy cao
Các đặc tính tuyệt vời của PTFE mang lại cho nó nhiều ứng dụng đa dạng và nó được sử dụng phổ biến nhất làm lớp phủ chống dính cho dụng cụ nấu nướng. Khả năng chống mài mòn tốt hơn của PTFE cho phép nó được kết hợp với nhiều vật liệu khác nhau thông qua quá trình trùng hợp nhũ tương hoặc trùng hợp huyền phù để tạo thành các sản phẩm công nghiệp chịu nhiệt cao với các tính chất cơ học tuyệt vời, như cách điện dây, băng tải cấp thực phẩm, vải chống dính linh hoạt, v.v.
PTFE là gì?
Polytetrafluoroethylene được phát hiện vào năm 1938. Ban đầu nó được phát hiện bởi nhà hóa học người Mỹ Roy J. Plunkett (1910–1994) khi ông đang cố gắng tạo ra chất làm lạnh hợp chất cacbon và flo mới. Mọi người vào thời điểm đó sẽ không nghĩ đến sản phẩm thông thường này. Chất xúc tác kỳ lạ sẽ tác động đến mọi khía cạnh của thế giới.
Năm 1941, DuPont nhận được bằng sáng chế cho sản phẩm này và đăng ký nhãn hiệu dưới tên 'Teflon' vào năm 1944.
Ngày nay, polytetrafluoroethylene đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất và đời sống. Trong ngành phục vụ ăn uống, dụng cụ nấu nướng phủ PTFE được sử dụng rộng rãi; Trong ngành may mặc, quần áo chống lạnh hàng đầu của các thương hiệu như HELIKON và Carinthia đều sử dụng PTFE làm lớp phủ hoặc lớp ngoài. , để đạt được khả năng chịu được cái lạnh khắc nghiệt -30°C; Trong lĩnh vực quân sự, vật liệu PTFE có tổn thất thấp, tính chất điện môi tuyệt vời, tính nhất quán tốt, tính chất hóa học ổn định và hầu như không hấp thụ độ ẩm được sử dụng rộng rãi trong các tấm radar tần số vô tuyến cao. Trong lĩnh vực y tế, vật liệu PTFE cũng được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận cơ thể nhân tạo.
PTFE có nghĩa là gì?
PTFE là viết tắt của polytetrafluoroethylene, thuật ngữ hóa học của polymer (C2F4)n.
Vật liệu này thường đề cập đến bất kỳ fluoropolymer tổng hợp ptfe có thương hiệu nào. Các đặc điểm chính của polytetrafluoroethylene như sau:
Nhiệt độ hoạt động tối đa (°F /°C): 500/260
Độ bền kéo khi đứt (PSI): 4.000
Hằng số điện môi (kV/mil): 3,7
Tỷ lệ: 2,16
Độ giãn dài khi đứt: 350%
Độ cứng Shore D: 54
Chất fluoropolymer tổng hợp ptfe polytetrafluoroethylene được sử dụng rộng rãi với các đặc tính trên đã có vô số nhãn hiệu, các nhãn hiệu chính như sau:
TEFLON®: Hóa chất
FLUON®: Công ty TNHH AGC
DYNEON®: 3M
POLYFLON: Công ty TNHH Công Nghiệp Daikin
ALGOFLON: Công ty TNHH Solvay
Cấu trúc hóa học của PTFE
Polytetrafluoroethylene là một polyme tuyến tính bao gồm các nguyên tử carbon (C) và flo (F), có công thức hóa học (C2F4)n, trong đó n là số đơn vị monome.
Cấu trúc của PTFE có thể được biểu diễn dưới dạng: -CF2-CF2-CF2-CF2-
Chuỗi dài các phân tử PTFE được tạo thành từ các nguyên tử cacbon, mỗi nguyên tử cacbon được liên kết với hai nguyên tử flo.
Các nguyên tử flo gần như bao phủ bề mặt các nguyên tử cacbon của chuỗi polyme xoắn ốc. Các nguyên tử carbon tạo thành chuỗi chính của chuỗi polymer. Các nguyên tử flo tạo thành một cấu trúc giống như lá chắn xung quanh các nguyên tử carbon, giúp bảo vệ tốt các nguyên tử carbon bên trong.
Sự sắp xếp độc đáo của các nguyên tử này mang lại cho PTFE những đặc tính đặc biệt. Cấu trúc phân tử này góp phần tạo nên các đặc tính vật lý và hóa học tuyệt vời của PTFE.
Vật liệu Teflon là gì?
Teflon là một chất fluoropolymer nhiệt dẻo, và từ viết tắt của Teflon là PTFE (polytetrafluoroethylene).
Teflon là nhãn hiệu của Chemours, tuy nhiên, PTFE cũng có thể được mua từ các công ty khác ngoài Chemours.
Teflon là vật liệu phổ biến do ma sát thấp, chịu nhiệt độ cao và kháng hóa chất.
Là Teflon PTFE
Tất nhiên, Teflon là vật liệu polyme được polyme hóa từ tetrafluoroethylene và là một loại vật liệu perfluorinated. Tên hóa học của nó là polytetrafluoroethylene (PTFE).
Cấu trúc hóa học của Teflon rất độc đáo. Cấu trúc phân tử là F (nguyên tử flo) thay thế toàn bộ H (nguyên tử hydro) trên chuỗi C. Đồng thời, do bán kính của nguyên tử flo lớn hơn nhiều so với bán kính của nguyên tử cacbon nên lực đẩy giữa các nguyên tử rất lớn nên sẽ không giống như các nguyên tử hydro, chúng có thể được sắp xếp trong một mặt phẳng, do đó các nguyên tử flo gần như xoắn ốc để bao bọc các nguyên tử carbon, khiến thế giới bên ngoài chỉ có thể tiếp xúc với các nguyên tử flo tương đối trơ.
Với hàng rào nguyên tử flo mạnh, cấu trúc polymer Teflon tương đối ổn định so với các vật liệu khác.
Thuộc tính Teflon
PTFE là một polyme được trùng hợp từ monome tetrafluoroethylene. Nó là một loại sáp trong suốt hoặc mờ đục tương tự như PE. Mật độ của nó là 2,2g/cm3 và tỷ lệ hấp thụ nước nhỏ hơn 0,01%.
Cấu trúc hóa học của polyme PTFE tương tự như cấu trúc của PE, ngoại trừ việc tất cả các nguyên tử hydro trong polyetylen đều được thay thế bằng nguyên tử flo. Do năng lượng liên kết cao và hiệu suất ổn định của liên kết CF, nó có khả năng chống ăn mòn hóa học tuyệt vời và có thể chịu được tất cả các axit mạnh (kể cả nước cường toan) ngoại trừ kim loại kiềm nóng chảy, môi trường oxy hóa và natri hydroxit trên 300°C. Cũng như tác dụng của các chất oxy hóa mạnh, chất khử và các dung môi hữu cơ khác nhau.
Nguyên tử F trong phân tử PTFE có tính đối xứng và hai nguyên tố trong liên kết CF được liên kết cộng hóa trị. Không có electron tự do trong phân tử, làm cho toàn bộ phân tử trở nên trung tính. Do đó, nó có đặc tính điện môi tuyệt vời và khả năng cách điện của nó không bị ảnh hưởng bởi ảnh hưởng của môi trường và tần số.
Tính chất vật lý của Teflon
Điện trở suất thể tích của nó lớn hơn 1017, tổn thất điện môi nhỏ, điện áp đánh thủng cao, khả năng chống hồ quang tốt và có thể hoạt động trong môi trường điện 250 ° C. Do không có liên kết hydro trong cấu trúc phân tử PTFE nên cấu trúc đối xứng nên độ kết tinh của nó. Mức độ kết tinh rất cao (thông thường độ kết tinh là 55% ~ 75%, đôi khi cao tới 94%), khiến cho PTFE có khả năng chịu nhiệt cực cao. Nhiệt độ nóng chảy của nó là 324C, nhiệt độ phân hủy là 415°C và nhiệt độ sử dụng tối đa là 250°C. Nó giòn Nhiệt độ là -190 ° C và nhiệt độ biến dạng nhiệt (trong điều kiện 0,46MPa) là 120C.
Vật liệu Teflon có tính chất cơ học tốt. Độ bền kéo của nó là 21 ~ 28MPa, độ bền uốn là 11 ~ 14MPa, độ giãn dài là 250% ~ 300% và hệ số ma sát động và tĩnh của nó đối với thép đều là 0,04, tốt hơn nylon, polyformaldehyd và polyetylen. Hệ số ma sát của nhựa nguội nhỏ.
PTFE nguyên chất có độ bền thấp, khả năng chống mài mòn kém và khả năng chống rão kém. Thông thường, cần thêm một số hạt vô cơ vào polyme PTFE, chẳng hạn như than chì, nhóm disulfua, oxit nhôm, sợi thủy tinh, sợi carbon, v.v. để cải thiện tính chất cơ học của nó. , và cũng có thể được mở rộng bằng cách hợp tác với các polyme khác như polyphenylase (PHB), polyphenylene sulfide (PFS), polyethylen glycol (PEEK), copolyme polyetylen/propylen (PFEP), v.v., phạm vi nhiệt độ giảm chấn của nó, cải thiện khả năng chống biến đổi của nó.
Teflon được sản xuất như thế nào
Quy trình sản xuất sử dụng cloroform làm nguyên liệu thô, sử dụng axit hydrofluoric khan để flo hóa cloroform, nhiệt độ phản ứng trên 65oC, sử dụng pentachloride antimon làm chất xúc tác và cuối cùng sử dụng phương pháp crackinh nhiệt để tạo ra tetrafluoroethylene.
Aokai được sản xuất bằng cách trùng hợp huyền phù hoặc trùng hợp nhũ tương.
Chuẩn bị monome tetrafluoroethylene
Trong công nghiệp, cloroform được sử dụng làm nguyên liệu thô, axit hydrofluoric khan được sử dụng để flo hóa cloroform, nhiệt độ phản ứng trên 65oC, pentachloride antimon được sử dụng làm chất xúc tác và cuối cùng là tetrafluoroethylene được tạo ra bằng phương pháp crackinh nhiệt. Tetrafluoroethylene cũng có thể được sản xuất bằng cách cho kẽm phản ứng với tetrafluorodichloroethane ở nhiệt độ cao.
Chuẩn bị polytetrafluoroethylene
Trong ấm đun nước trùng hợp bằng men hoặc thép không gỉ, nước được sử dụng làm môi trường, kali persulfate được sử dụng làm chất khởi đầu, muối amoni của axit perfluorocarboxylic được sử dụng làm chất phân tán, fluorocarbon được sử dụng làm chất ổn định và tetrafluoroethylene được polyme hóa oxi hóa khử để thu được polyetylen dạng bột mịn. Tetrafluoroetylen.
Thêm các chất phụ gia khác nhau vào ấm phản ứng và monome tetrafluoroethylene đi vào ấm trùng hợp ở pha khí. Điều chỉnh nhiệt độ trong ấm đến 25°C, sau đó thêm một lượng chất hoạt hóa nhất định (natri metabisulfite) để bắt đầu quá trình trùng hợp thông qua hệ thống oxi hóa khử. Trong quá trình trùng hợp, các monome liên tục được thêm vào và áp suất trùng hợp được duy trì ở mức 0,49 ~ 0,78MPa. Sự phân tán thu được sau khi trùng hợp được pha loãng với nước đến một nồng độ nhất định và nhiệt độ được điều chỉnh ở mức 15 ~ 20oC. Sau khi kết tụ bằng cách khuấy cơ học, nó được rửa bằng nước và sấy khô, nghĩa là sản phẩm này thu được dưới dạng nhựa dạng hạt mịn.
Teflon có an toàn không?
Bản thân lớp phủ Teflon rất an toàn: Bản thân vật liệu Teflon không độc hại, không bị phân hủy và không gây nguy hiểm cho sức khỏe. Điều này có lẽ là do cấu trúc phân tử của nó về cơ bản là không hòa tan trong các hóa chất thực sự, chứ đừng nói đến việc cơ thể con người tiêu hóa và hấp thụ.
Các đặc tính độc đáo của PTFE làm cho nó được sử dụng rộng rãi trong các hoạt động công nghiệp và hàng hải như công nghiệp hóa chất, dầu khí, dệt may, thực phẩm, sản xuất giấy, y học, điện tử và máy móc.
Ứng dụng polytetrafluoroethylene (PTFE) trong đặc tính chống ăn mòn:
Do những khiếm khuyết về khả năng chống ăn mòn của cao su, thủy tinh, hợp kim kim loại và các vật liệu khác, khó đáp ứng được môi trường khắc nghiệt nơi nhiệt độ, áp suất và môi trường hóa học cùng tồn tại, dẫn đến tổn thất khá đáng báo động. Trong khi vật liệu PTFE có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời thì polytetrafluoroethylene sử dụng vật liệu chống ăn mòn chính trong dầu khí, hóa chất, dệt may và các ngành công nghiệp khác.
Các ứng dụng cụ thể bao gồm: ống phân phối, ống xả, ống hơi để vận chuyển khí ăn mòn, ống dẫn dầu áp suất cao cho máy cán, ống áp suất cao, trung bình và áp suất thấp cho hệ thống thủy lực máy bay và hệ thống ép lạnh, tháp chưng cất, bộ trao đổi nhiệt, ấm đun nước, tháp và bể chứa. Hiệu suất của các con dấu thiết bị hóa học như lớp lót và van có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất và hiệu suất của toàn bộ máy và thiết bị. Vật liệu PTFE có đặc tính chống ăn mòn, chống lão hóa, hệ số ma sát thấp và không dính, phạm vi nhiệt độ rộng và độ đàn hồi tốt nên rất thích hợp để sản xuất con dấu có yêu cầu chống ăn mòn cao và nhiệt độ vận hành trên 100°. Chẳng hạn như phớt chặn mặt bích có rãnh của máy móc, bộ trao đổi nhiệt, bình cao áp, bình có đường kính lớn, van và máy bơm, phớt cho nồi phản ứng thủy tinh, mặt bích phẳng, mặt bích đường kính lớn, trục, thanh piston, thanh van, bơm bánh răng giun, phốt thanh giằng, v.v.
2. Hiệu suất ma sát thấp của polytetrafluoroethylene (PTFE) được sử dụng trong các ứng dụng tải.
Các bộ phận ma sát của một số thiết bị không thích hợp để bôi trơn, chẳng hạn như trong các trường hợp dầu bôi trơn sẽ bị hòa tan bởi dung môi và trở nên không hiệu quả, hoặc trong sản xuất giấy, dược phẩm, thực phẩm, dệt may, v.v. Các sản phẩm trong lĩnh vực công nghiệp cần tránh ô nhiễm dầu bôi trơn, điều này khiến vật liệu PTFE chứa đầy trở thành vật liệu lý tưởng nhất để bôi trơn không dầu (chịu tải trực tiếp) cho các bộ phận thiết bị cơ khí. Điều này là do hệ số ma sát của vật liệu này thấp nhất trong số các vật liệu rắn được biết đến. Các ứng dụng cụ thể của nó bao gồm vòng bi cho thiết bị hóa học, máy sản xuất giấy và máy móc nông nghiệp, làm vòng piston, ray dẫn hướng máy công cụ và vòng dẫn hướng. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các dự án xây dựng dân dụng như cầu trượt hỗ trợ cho cầu, giàn mái kết cấu thép đường hầm, đường ống hóa chất lớn và bể chứa. Các khối, cũng như được sử dụng làm trụ đỡ cầu và khớp xoay cầu, v.v.
3. Ứng dụng của polytetrafluoroethylene (PTFE) trong các ứng dụng điện và điện tử.
Tổn thất thấp và hằng số điện môi nhỏ vốn có của vật liệu PTFE cho phép nó được chế tạo thành dây tráng men để sử dụng trong động cơ vi mô, cặp nhiệt điện, thiết bị điều khiển, v.v. Màng cách điện PTFE Nó là vật liệu cách điện lý tưởng để sản xuất tụ điện, lớp lót cách điện vô tuyến, cáp cách điện, động cơ và máy biến áp. Nó cũng là một trong những vật liệu không thể thiếu cho các linh kiện điện tử công nghiệp như hàng không vũ trụ và hàng không vũ trụ. Việc sử dụng màng nhựa flo có tính thấm oxy cao và tính thấm hơi nước cao. Tính thấm chọn lọc có độ thấm nhỏ này có thể được sử dụng để sản xuất cảm biến oxy. Các đặc tính của nhựa huỳnh quang gây ra độ lệch điện tích cực dưới nhiệt độ cao và áp suất cao có thể được sử dụng để sản xuất micrô, loa, các bộ phận trên robot, v.v. và có thể sử dụng độ khúc xạ thấp của chúng. Các đặc tính của hiệu quả cao có thể làm cho sợi quang.
4.Ứng dụng polytetrafluoroethylene (PTFE) trong y học.
Vật liệu PTFE mở rộng hoàn toàn trơ và có khả năng thích ứng sinh học rất mạnh. Nó sẽ không gây ra sự đào thải của cơ thể và không có tác dụng phụ sinh lý đối với cơ thể con người. Nó có thể được khử trùng bằng bất kỳ phương pháp nào. Cấu trúc vi xốp của nó cho phép sử dụng trong nhiều giải pháp phục hồi chức năng, bao gồm mạch máu nhân tạo và miếng dán để tái tạo mô mềm và chỉ khâu phẫu thuật cho các ca phẫu thuật mạch máu, tim, tổng quát và chỉnh hình.
5.Ứng dụng tính chống dính của polytetrafluoroethylene (PTFE).
Vật liệu PTFE có sức căng bề mặt nhỏ nhất trong số các vật liệu rắn và không bám dính vào bất kỳ chất nào. Nó cũng có các đặc tính chịu nhiệt độ cao và thấp cũng như độ trơ hóa học, khiến nó phù hợp cho các ứng dụng như sản xuất. Chảo chống dính được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng chống dính. Quá trình chống dính chủ yếu bao gồm hai loại: lắp đặt tấm PTFE trên đế và đặt tấm Lớp phủ PTFE hoặc vecni kết hợp với thủy tinh trên bề mặt thông qua sự co ngót nhiệt.
Mặc dù vật liệu PTFE vẫn còn tồn tại vấn đề khó hàn cao nhưng với sự tiến bộ của công nghệ, các phương pháp tổng hợp mới sẽ sớm giải quyết được những điểm yếu của PTFE và ứng dụng PTFE vào nhiều lĩnh vực hơn.
