Молекулярное строение и химическая стойкость тефлона (политетрафторэтилена, PTFE)
Дата:
26.03.2012
Фторолефины (фторполимеры, фторопласты) являются наиболее химически инертными полимерами и сохраняют стабильность практически во всех химических средах, в связи с чем изделия из них (например листовой PVDF, PTFE и т.д.) широко применяются в различных отраслях современной промышленности. Такие выдающиеся свойства являются прямым следствием их уникального молекулярного строения, которое отличает их от прочих термопластов, в частности полиолефинов.
Основная особенность молекулярного строения фторолефинов – наличие в атомов фтора в их молекулярных цепочках.
В частности, молекулярная цепочка наиболее стойкого материала из семейства фторолефинов – PTFE (политетрафторэтилен, фторопласт Ф4) состоит из повторяющихся блоков тетрафторэтилена, соединенных в длинную цепь:
Тефлон PTFE
или:
Тефлон PTFE
Собственно говоря наличие четырех атомов фтора в молекуле мономера (тетрафторэтилена) и определило наименование данного термопласта в отечественной практике – фторопласт Ф4.
Химическая стойкость термопласта определяется прочностью связей в молекулах, и определяющим является прочность наиболее слабой из имеющихся связей.
Можно отметить, что в молекулярной структуре PTFE имеются только два типа связей ‘C-C’ и ‘C-F’. Оба этих типа связей чрезвычайно стабильны и их очень сложно разорвать. Если же происходит разрыв, то это приводит к химической реакции. Можно сказать что связь ‘C-F’ является наиболее прочной из существующих полимерных связей. Это определяет и исключительную химическую стойкость PTFE.
В то же время в молекулярной цепочке полиэтилена имеются связи ‘C-C’ и ‘C-H’, причем связь ‘C-H’ значительно слабее связи ‘C-F’, и может быть легко разрушена с возникновением соответствующей химической реакции. Это и определяет более низкую стойкость полиэтилена к воздействию агрессивных химических соединений. Аналогично связи, имеющиеся в других полимерах являются комбинациями прочих типов связей, таких как эстеры, амидные или гидроксильные группы. двойные связи или бензольные кольца. Все эти связи значительно слабее простой и прочной связи типа ‘C-F’.
Еще один фактор – упаковка (строение) полимерных цепочек, линейная структура PE или PTFE, показанная выше, в реальности выглядит по-другому. Длинные цепочки полимера не бывают плоскими и прямыми, а выстроены зигзагом, чтобы максимально заполнить имеющееся пространство. Молекулярная цепочка полиэтилена является плоской с зигзагами по всей длине.
Цепочка PTFE значительно отличается по внешнему виду, поскольку атом фтора значительно больше атома водорода, и поэтому цепочка не является плоской, а заворачивается в спираль, в которой атомы фтора окружают центральные ‘C-C’ связи.
Таким образом атомы фтора образуют защитную оболочку сравнительно слабых ‘C-C’ связей, и это является причиной высокой стойкости PTFE к агрессивным химическим соединениям.
[U]Химическая стойкость фторолефинов[/U]
На практике фторолефины обладают высочайшей стойкостью к воздействию химических соединений, и практически нерастворимы в большинстве растворителей.
Единственная группа химических соединений, которая способная разрушить данный тип полимеров это расплавы или растворы щелочных металлов, например натрий в жидком аммиаке, который вытравляет фтор из молекул и оставляет характерный черный (угольный) след на материале.
Кроме того, при повышенной температуре некоторые фторолефины могут атаковываться фтором и фторсодержащими соединениями, такими ка оксиды щелочных металлов и карбонаты.
[U]Пример применения: полупроводниковая промышленность[/U]
Полупроводниковая промышленность предъявляет чрезвычайно высокие требования к чистоте материалов, вплоть до миллиардных долей. Даже такие незначительные концентрации загрязнений в системах циркуляции технологических жидкостей способны вывести из строя производство кремниевых пластин. В связи с этим высокая химическая стойкость фторолефинов, применяемых в качестве конструкционных материалов для производства трубопроводов имеет огромное значение для всего производственного процесса.
Основная особенность молекулярного строения фторолефинов – наличие в атомов фтора в их молекулярных цепочках.
В частности, молекулярная цепочка наиболее стойкого материала из семейства фторолефинов – PTFE (политетрафторэтилен, фторопласт Ф4) состоит из повторяющихся блоков тетрафторэтилена, соединенных в длинную цепь:
Тефлон PTFE
или:
Тефлон PTFE
Собственно говоря наличие четырех атомов фтора в молекуле мономера (тетрафторэтилена) и определило наименование данного термопласта в отечественной практике – фторопласт Ф4.
Химическая стойкость термопласта определяется прочностью связей в молекулах, и определяющим является прочность наиболее слабой из имеющихся связей.
Можно отметить, что в молекулярной структуре PTFE имеются только два типа связей ‘C-C’ и ‘C-F’. Оба этих типа связей чрезвычайно стабильны и их очень сложно разорвать. Если же происходит разрыв, то это приводит к химической реакции. Можно сказать что связь ‘C-F’ является наиболее прочной из существующих полимерных связей. Это определяет и исключительную химическую стойкость PTFE.
В то же время в молекулярной цепочке полиэтилена имеются связи ‘C-C’ и ‘C-H’, причем связь ‘C-H’ значительно слабее связи ‘C-F’, и может быть легко разрушена с возникновением соответствующей химической реакции. Это и определяет более низкую стойкость полиэтилена к воздействию агрессивных химических соединений. Аналогично связи, имеющиеся в других полимерах являются комбинациями прочих типов связей, таких как эстеры, амидные или гидроксильные группы. двойные связи или бензольные кольца. Все эти связи значительно слабее простой и прочной связи типа ‘C-F’.
Еще один фактор – упаковка (строение) полимерных цепочек, линейная структура PE или PTFE, показанная выше, в реальности выглядит по-другому. Длинные цепочки полимера не бывают плоскими и прямыми, а выстроены зигзагом, чтобы максимально заполнить имеющееся пространство. Молекулярная цепочка полиэтилена является плоской с зигзагами по всей длине.
Цепочка PTFE значительно отличается по внешнему виду, поскольку атом фтора значительно больше атома водорода, и поэтому цепочка не является плоской, а заворачивается в спираль, в которой атомы фтора окружают центральные ‘C-C’ связи.
Таким образом атомы фтора образуют защитную оболочку сравнительно слабых ‘C-C’ связей, и это является причиной высокой стойкости PTFE к агрессивным химическим соединениям.
[U]Химическая стойкость фторолефинов[/U]
На практике фторолефины обладают высочайшей стойкостью к воздействию химических соединений, и практически нерастворимы в большинстве растворителей.
Единственная группа химических соединений, которая способная разрушить данный тип полимеров это расплавы или растворы щелочных металлов, например натрий в жидком аммиаке, который вытравляет фтор из молекул и оставляет характерный черный (угольный) след на материале.
Кроме того, при повышенной температуре некоторые фторолефины могут атаковываться фтором и фторсодержащими соединениями, такими ка оксиды щелочных металлов и карбонаты.
[U]Пример применения: полупроводниковая промышленность[/U]
Полупроводниковая промышленность предъявляет чрезвычайно высокие требования к чистоте материалов, вплоть до миллиардных долей. Даже такие незначительные концентрации загрязнений в системах циркуляции технологических жидкостей способны вывести из строя производство кремниевых пластин. В связи с этим высокая химическая стойкость фторолефинов, применяемых в качестве конструкционных материалов для производства трубопроводов имеет огромное значение для всего производственного процесса.