Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Фторопласты. Часть 1

Фторполимеры обычно представляют собой олефиновые полимеры, которые состоят из частично или полностью фторированных олефиновых мономеров, таких как винилиденфторид (CH2=CF2) и тетрафторэтилен (TFE) (CF2=CF2). Более специализированные фторированные полимеры включают перфторэфиры, фторакрилаты и фторсиликоны, которые используются в значительно меньшем объеме, чем олефиновые фторполимеры. Эти фторполимеры подробно описываются в других местах, нас же больше интересуют олефиновые фторполимеры. Коммерческие фторполимеры включают гомополимеры и сополимеры. Гомополимеры содержат 99% или более по массе одного мономера и 1% или менее по массе другого мономера в соответствии с международными стандартами ISO и ASTM. Сополимеры содержат более 1% или более по массе одного или нескольких сомономеров. Основными коммерческими фторполимерами являются три мономера: TFE, винилиденфторид (VF2) и, в меньшей степени, хлортрифторэтилен (CTFE). Примеры сомономеров включают перфторметилвиниловый эфир (PMVE), перфторэтилвиниловый эфир (PEVE), перфторпропилвиниловый эфир (PPVE), гексафторпропилен (HFP), CTFE, перфторбутилэтилен (PFBE) и некоторые экзотические мономеры, такие как 2,2-бистрифторметил-4 или, например, 5-дифтор-1,3-диоксол.

Фторполимеры, рассматриваемые далее, включают политетрафторэтилен (PTFE), перфторалкоксимерный полимер (PFA), фторированный этиленэпропиленовый полимер (FEP), сополимер этиленететрафторэтилена (ETFE), этиленхлортрифторэтиленовый сополимер (ECTFE), полихлортрифторэтилен (PCTFE), поливитрифторэтилен (PCTFE), а также поливинилфторид (PVF) и, конечно, поливинилиденфторид (PVDF). Будут рассмотрены классификации, получение, свойства, изготовление изделий, соображения безопасности и экономичность фторполимеров. Следует помнить хорошее эмпирическое правило: увеличение содержания фтора в молекуле полимера повышает его химическую стойкость и устойчивость к растворителям, огнестойкость и фотостабильность, улучшает его электрические свойства, такие как более низкая диэлектрическая проницаемость, снижает коэффициент трения, повышает температуру плавления, повышает его термостойкость; однако ослабляет его механические свойства. Растворимость полимеров в растворителях обычно уменьшается за счет увеличения содержания фтора в молекуле.

Сополимеры этилена с тетрафторэтиленом (ETFE) и хлортрифторэтиленом (ECTFE) механически прочнее перфторполимеров, что сопровождается компромиссом снижения их химической стойкости и температуры непрерывного использования и увеличения коэффициента трения. Аморфные сополимеры TFE растворимы в специальных галогенированных растворителях и могут наноситься на поверхности в виде раствора полимера для формирования тонких покрытий. Высохшее покрытие устойчиво почти к такому количеству химикатов, как PTFE. Первое достоверное и полное описание синтеза TFE было опубликовано в 1933 г. Руффом и Бретшнейдером, в котором они приготовили TFE (CF2 = CF2) из разложения тетрафторметана электродуговым способом. TFE получали путем бромирования и отделения дибромида (CF2Br-CF2Br) от других продуктов реакции.

Дегалогенирование с цинком было следующим шагом для получения чистого TFE. Коммерчески значимые методы приготовления TFE включают плавиковый шпат (CaF2), плавиковую кислоту и хлороформ в качестве исходных ингредиентов. Среди других производимых соединений — HFP и небольшое количество высокотоксичного перфторизобутилена. Шерратт и другие химики предоставили полные описания подготовки TFE. Общий выход производства TFE зависит от реакции пиролиза. Продукты пиролиза охлаждают, очищают разбавленным основным раствором для удаления HCl и сушат. Полученный газ сжимается и перегоняется для извлечения непрореагировавшего CHClF2 и TFE высокой чистоты. Полимеризация тетрафторэтилена до высокой молекулярной массы требует предельной чистоты, что обеспечивает удаление всех следов телогенного водорода или хлорсодержащих примесей. TFE может автополимеризоваться, если он не ингибируется терпенами, такими как a-пинен, терпен B и d-лимонен.