PTFE struktūras īpašuma attiecības

Veids, kā izprast fluora ietekmi, ir izpētīt atšķirības starp lineāro polietilēnu (PE) un PTFE, kas ir labākais fluorpolimērs īpašību un raksturlielumu ziņā.

Pastāv būtiskas atšķirības starp PE un PTFE īpašībām:

• * PTFE ir viens no zemākās virsmas enerģijas polimēriem
• *PTFE ir ķīmiski izturīgākais polimērs
• *PTFE ir viens no termiski stabilākajiem polimēriem
• *PTFE kušanas temperatūra un īpatnējais svars vairāk nekā divas reizes pārsniedz polietilēna kušanas temperatūru

PTFE un PE atšķirības ir saistītas ar CeF un CeH saišu atšķirībām.F un H elektronisko īpašību un izmēru atšķirības rada šādus novērojumus:

• *F ir elektronnegatīvākais no visiem elementiem (4 Paulingi)
• *F ir nedalīti elektronu pāri
• *F ir vieglāk pārveidots par Fe
• *CeF saites stiprība ir augstāka nekā CeH
• *F ir lielāks par H

Oglekļa elektronegativitāte pie 2,5 Paulings ir nedaudz augstāka nekā ūdeņraža elektronegativitāte un zemāka par fluora elektronegativitāti.Līdz ar to CeF saites polaritāte ir pretēja CeH saites polaritātei, un CeF saite ir vairāk polarizēta.CeF saitē saites fluora gals ir negatīvi uzlādēts, salīdzinot ar CeH saiti, kurā ogleklis ir negatīvi uzlādēts.

CeH un CeF saites polaritātes atšķirība ietekmē abu polimēru ķēžu konformāciju relatīvo stabilitāti.Polietilēna kristalizācija notiek plakanā un transkonformācijā.PTFE var piespiest šādā konformācijā pie ārkārtīgi augsta spiediena.PTFE, kura temperatūra ir zemāka par 19 C, kristalizējas kā spirāle ar 0,169 nm uz atkārtojuma attālumu: ir nepieciešami 13 C atomi, lai pabeigtu 180 apgriezienu.Virs 19 C atkārtojuma attālums palielinās līdz 0,195 nm, kas nozīmē, ka 180 apgriezienam nepieciešami 15 oglekļa atomi.Pie temperatūras virs 19 C ķēdes spēj veikt leņķisko nobīdi, kas palielinās virs 30 C, līdz sasniedz kušanas temperatūru (327 C).

F aizstāšana ar H CeH saitē būtiski palielina saites stiprumu no 99,5 kcal/mol CeH saitei līdz 116 kcal/mol CeF saitei.Līdz ar to PTFE termiskā stabilitāte un ķīmiskā pretestība ir augstāka nekā PE, jo ir nepieciešams vairāk enerģijas, lai pārrautu CeF saiti.CeF saites polaritāte un stiprums apgrūtina F atoma abstrakcijas mehānismu sazarošanai.Savukārt ļoti sazarotu polietilēnu (>8 zari uz 100 oglekļa atomiem) var sintezēt.Sazarojuma mehānisms kā instruments kristāliskuma regulēšanai nav praktisks PTFE.Tā vietā komonomēri ar piekarināmām grupām ir jāpolimerizē ar TFE.

Nekad nekusa PTFE kristāliskums ir robežās no 92 līdz 98%, kas atbilst nesazarotās ķēdes struktūrai.FEP, TFE un HFP kopolimērs, polimerizētā kristāliskums ir 40–50%.FEP piekaramā CF3 grupa ir saistīta ar terciāro oglekli, kas ir mazāk termiski stabils nekā primārie un sekundārie oglekļa atomi.Degradācijas līknes norāda noārdīšanās sākuma temperatūru 300 C FEP (0,02% svara zudums) un 425 C PTFE (0,03% svara zudums).