पीटीएफई की उत्पादन प्रक्रिया

टेट्राफ्लुओरोएथिलीन पहली बार 1933 में तैयार किया गया था। वर्तमान वाणिज्यिक संश्लेषण फ्लोरस्पार, सल्फ्यूरिक एसिड और क्लोरोफॉर्म पर आधारित है।

पीटीएफई पॉलिमर की मूल उत्पादन प्रक्रिया:

पीटीएफई पॉलिमर/रेज़िन का विनिर्माण मूल रूप से दो चरणों में किया जाता है।सबसे पहले, टीएफई मोनोमर का निर्माण आम तौर पर कैल्शियम फ्लोराइड (फ्लोरोस्पार), सल्फ्यूरिक एसिड और क्लोरोफॉर्म के संश्लेषण द्वारा किया जाता है और बाद में पीटीएफई बनाने के लिए टीएफई का पोलीमराइजेशन सावधानीपूर्वक नियंत्रित स्थितियों में किया जाता है।स्थिर और मजबूत सीएफ बांड की उपस्थिति के कारण, पीटीएफई अणु में उत्कृष्ट रासायनिक जड़ता, उच्च गर्मी प्रतिरोध और उल्लेखनीय विद्युत इन्सुलेशन विशेषताएं होती हैं;उत्कृष्ट घर्षण गुणों के अलावा।

टीएफई का शुद्धिकरण:

पोलीमराइजेशन के लिए शुद्ध मोनोमर की आवश्यकता होती है।यदि अशुद्धियाँ मौजूद हैं तो यह अंतिम उत्पाद को प्रभावित करेगा।किसी भी हाइड्रोक्लोरिक एसिड को हटाने के लिए गैस को पहले साफ़ किया जाता है और फिर अन्य अशुद्धियों को अलग करने के लिए आसुत किया जाता है।

टीएफई का पॉलिमराइजेशन:

शुद्ध निर्जन टेट्रफ्लुओरोएथिलीन हिंसा के साथ पॉलिमराइज़ हो सकता है, यहां तक ​​कि शुरुआत में कमरे के तापमान से नीचे के तापमान पर भी।एक सिल्वर-प्लेटेड रिएक्टर, 0.2 भाग अमोनियम परसल्फेट, 1.5 भाग बोरेक्स और 100 भाग पानी और 9.2 के pH वाले घोल से भरा हुआ।रिएक्टर बंद था;खाली कर दिया गया और मोनोमर के 30 हिस्सों को अंदर जाने दिया गया। रिएक्टर को 80°C पर एक घंटे तक हिलाया गया और ठंडा होने के बाद 86% पॉलिमर की उपज दी गई। PTFE को व्यावसायिक रूप से दो प्रमुख प्रक्रियाओं द्वारा बनाया जाता है, जिनमें से एक तथाकथित 'ग्रेन्युलर' है। पॉलिमर और दूसरा बहुत महीन कण आकार और कम आणविक भार वाले पॉलिमर के फैलाव की ओर ले जाता है।उत्तरार्द्ध के उत्पादन की एक विधि में 0.1°% जलीय डिसुसिनिक एसिड पेरोक्साइड समाधान का उपयोग शामिल था।अभिक्रियाएँ 90°C तक के तापमान पर की गईं।

अन्य तरीके:

इलेक्ट्रिक आर्क के प्रभाव में टीएफई का अपघटन। पेरोक्साइड सर्जक जैसे एच2ओ2 (हाइड्रोजन पेरोक्साइड) और फेरस सल्फेट का उपयोग करके इमल्शन विधि द्वारा पॉलिमराइजेशन किया जाता है।कुछ मामलों में ऑक्सीजन का उपयोग आरंभकर्ता के रूप में किया जाता है।

पीटीएफई की संरचना और गुण:

पीटीएफई की रासायनिक संरचना बिना किसी शाखा के सी-एफ2-सी-एफ2 का रैखिक बहुलक है और पीटीएफई के उत्कृष्ट गुण मजबूत और स्थिर कार्बन-फ्लोरीन बंधन से जुड़े हैं।

पॉलीटेट्राफ्लुओरोएथिलीन एक रैखिक बहुलक है जो किसी भी महत्वपूर्ण मात्रा में शाखाओं से मुक्त है।जबकि पॉलीइथाइलीन का अणु क्रिस्टलीय क्षेत्र में एक समतल ज़िगज़ैग के रूप में होता है, यह फ्लोरीन परमाणुओं के हाइड्रोजन से बड़े होने के कारण पीटीएफई के साथ स्थिर रूप से असंभव है।परिणामस्वरूप अणु कार्बन-कार्बन कंकाल के चारों ओर एक सर्पिल में कसकर पैक होने वाले फ्लोरीन परमाणुओं के साथ एक मुड़ा हुआ ज़िगज़ैग लेता है।सर्पिल के एक पूर्ण मोड़ में 19°C से नीचे 26 से अधिक कार्बन परमाणु और इसके ऊपर 30°C शामिल होंगे, एक संक्रमण बिंदु होगा जिसमें इस तापमान पर 1% मात्रा परिवर्तन शामिल होगा।फ्लोरीन परमाणुओं की कॉम्पैक्ट इंटरलॉकिंग से एक अणु में अत्यधिक कठोरता आ जाती है और यही वह विशेषता है जो पॉलिमर के उच्च क्रिस्टलीय पिघलने बिंदु और थर्मल फॉर्म स्थिरता की ओर ले जाती है।

पीटीएफई अणुओं के बीच अंतर-आण्विक आकर्षण बहुत छोटा है, गणना की गई घुलनशीलता पैरामीटर 12.6 (एमजे/एम3)1/2 है। थोक में पॉलिमर में उच्च कठोरता और तन्य शक्ति नहीं होती है जो अक्सर उच्च नरम बिंदु वाले पॉलिमर से जुड़ी होती है।कार्बन-फ्लोरीन बंधन बहुत स्थिर है।इसके अलावा, जहां दो फ्लोरीन परमाणु एक ही कार्बन परमाणु से जुड़े होते हैं, वहां सी-एफ बांड की दूरी 1.42 ए से 1.35 ए तक कम हो जाती है। परिणामस्वरूप बांड की ताकत 504 केजे/मोल तक हो सकती है।चूंकि मौजूद एकमात्र अन्य बंधन स्थिर सी-सी बंधन है, पीटीएफई में बहुत अधिक गर्मी स्थिरता होती है, यहां तक ​​​​कि 327 डिग्री सेल्सियस के क्रिस्टलीय पिघलने बिंदु से ऊपर गर्म होने पर भी।इसकी उच्च क्रिस्टलीयता और विशिष्ट अंतःक्रिया की अक्षमता के कारण, कमरे के तापमान पर कोई विलायक नहीं होते हैं।पिघलने बिंदु के करीब पहुंचने वाले तापमान पर कुछ फ्लोराइड युक्त तरल पदार्थ जैसे कि प्रति-फ्लोरिनेटेड केरोसिन पॉलिमर को घोल देगा।

पीटीएफई के गुण पॉलिमर के प्रकार और प्रसंस्करण की विधि पर निर्भर हैं।पॉलिमर कण आकार और/या आणविक भार में भिन्न हो सकता है।कण का आकार प्रसंस्करण के मामले और तैयार उत्पाद में रिक्तियों की मात्रा को प्रभावित करेगा जबकि आणविक भार क्रिस्टलीयता और इसलिए कई भौतिक गुणों को प्रभावित करेगा।प्रसंस्करण तकनीकें क्रिस्टलीयता और शून्य सामग्री दोनों को भी प्रभावित करेंगी।

वाणिज्यिक पॉलिमर का वजन औसत आणविक भार बहुत अधिक प्रतीत होता है और 400000 से 9000000 की सीमा में होता है। आईसीआई की रिपोर्ट है कि उनकी सामग्रियों का आणविक भार 500000 से 5000000 तक है और निर्मित क्रिस्टलीयता का प्रतिशत 94~ से अधिक है।निर्मित भाग कम क्रिस्टलीय होते हैं।तैयार उत्पाद की क्रिस्टलीयता की डिग्री प्रसंस्करण तापमान से ठंडा होने की दर पर निर्भर करेगी।धीमी गति से ठंडा करने से उच्च क्रिस्टलीयता हो जाएगी जबकि तेज ठंडा करने से विपरीत प्रभाव पड़ेगा।कम आणविक भार सामग्री भी अधिक क्रिस्टलीय होगी।

यह देखा गया है कि फैलाव बहुलक, जो महीन कण आकार और कम आणविक भार का होता है, लचीलेपन के लिए काफी बेहतर प्रतिरोध और विशिष्ट रूप से उच्च तन्यता ताकत वाले उत्पाद देता है।ये सुधार प्रसंस्करण के दौरान पॉलिमर के द्रव्यमान में फाइबर जैसी संरचनाओं के निर्माण के माध्यम से उत्पन्न होते प्रतीत होते हैं।