Le tétrafluoroéthylène a été préparé pour la première fois en 1933. Les synthèses commerciales actuelles sont basées sur le spath fluor, l'acide sulfurique et le chloroforme.
Processus de production de base du polymère PTFE :
La fabrication du polymère/résine PTFE s’effectue essentiellement en deux étapes.Premièrement, le monomère TFE est généralement fabriqué par synthèse de fluorure de calcium (fluorospath), d'acide sulfurique et de chloroforme, puis la polymérisation du TFE est effectuée dans des conditions soigneusement contrôlées pour former du PTFE.En raison de la présence de liaisons CF stables et fortes, la molécule de PTFE possède une inertie chimique exceptionnelle, une résistance thermique élevée et des caractéristiques d'isolation électrique remarquables ;en plus d'excellentes propriétés de friction.
Purification du TFE :
Un monomère pur est nécessaire pour la polymérisation.Si des impuretés sont présentes, cela affectera le produit final.Le gaz est d’abord lavé pour éliminer tout acide chlorhydrique, puis distillé pour séparer les autres impuretés.
Polymérisation du TFE :
Le tétrafluoroéthylène pur et non inhibé peut polymériser avec violence, même à des températures initialement inférieures à la température ambiante.Un réacteur argenté, rempli au quart d'une solution composée de 0,2 partie de persulfate d'ammonium, 1,5 partie de borax et 100 parties d'eau, et d'un pH de 9,2.Le réacteur était fermé ;a été évacué et 30 parties de monomère ont été introduites. Le réacteur a été agité pendant une heure à 80°C et après refroidissement a donné un rendement de 86 % en polymère. Le PTFE est fabriqué commercialement par deux procédés principaux, l'un menant au soi-disant « granulaire ». polymère et le second conduisant à une dispersion de polymère de granulométrie beaucoup plus fine et de poids moléculaire plus faible.Une méthode de production de ce dernier impliquait l'utilisation d'une solution aqueuse de peroxyde d'acide disuccinique à 0,1°%.Les réactions ont été réalisées à une température allant jusqu'à 90°C.
Autres méthodes :
Décomposition du TFE sous l'influence d'un arc électrique. Polymérisation réalisée par méthode d'émulsion en utilisant des initiateurs peroxydes, par exemple H2O2 (peroxyde d'hydrogène) et sulfate ferreux.Dans certains cas, l'oxygène est utilisé comme initiateur.
Structure et propriétés du PTFE :
La structure chimique du PTFE est un polymère linéaire de C – F2 – C – F2 sans aucune branche et les propriétés exceptionnelles du PTFE sont associées à une liaison carbone – fluor solide et stable.
Le polytétrafluoroéthylène est un polymère linéaire dépourvu de toute quantité significative de ramification.Alors que la molécule de polyéthylène se présente sous la forme d'un zigzag plan dans la zone cristalline, cela est stériquement impossible avec celle du PTFE car les atomes de fluor sont plus gros que ceux de l'hydrogène.En conséquence, la molécule forme un zigzag torsadé avec les atomes de fluor serrés en spirale autour du squelette carbone-carbone.Un tour complet de la spirale impliquera plus de 26 atomes de carbone en dessous de 19°C et 30°C au-dessus, un point de transition impliquant un changement de volume de 1 % à cette température.L'imbrication compacte des atomes de fluor conduit à une molécule d'une grande rigidité et c'est cette caractéristique qui conduit au point de fusion cristallin élevé et à la stabilité thermique du polymère.
L'attraction intermoléculaire entre les molécules de PTFE est très faible, le paramètre de solubilité calculé étant de 12,6 (MJ/m3)1/2. Le polymère en vrac n'a donc pas la rigidité et la résistance à la traction élevées qui sont souvent associées aux polymères à point de ramollissement élevé.La liaison carbone-fluor est très stable.De plus, lorsque deux atomes de fluor sont attachés à un seul atome de carbone, la distance de liaison C-F est réduite de 1,42 A à 1,35 A. En conséquence, les forces de liaison peuvent atteindre 504 kJ/mole.Étant donné que la seule autre liaison présente est la liaison stable C-C, le PTFE présente une très grande stabilité thermique, même lorsqu'il est chauffé au-dessus de son point de fusion cristallin de 327°C.En raison de sa cristallinité élevée et de son incapacité à interagir spécifiquement, il n’existe aucun solvant à température ambiante.À des températures proches du point de fusion, certains liquides fluorés tels que le kérosène perfluoré dissoudront le polymère.
Les propriétés du PTFE dépendent du type de polymère et de la méthode de traitement.Le polymère peut différer en termes de taille de particules et/ou de poids moléculaire.La taille des particules influencera le cas de traitement et la quantité de vides dans le produit fini tandis que le poids moléculaire influencera la cristallinité et donc de nombreuses propriétés physiques.Les techniques de traitement affecteront également à la fois la cristallinité et la teneur en vides.
Les poids moléculaires moyens en poids des polymères commerciaux semblent être très élevés et se situent entre 400 000 et 9 000 000. ICI rapporte que leurs matériaux ont un poids moléculaire compris entre 500 000 et 5 000 000 et un pourcentage de cristallinité supérieur à 94 % lors de leur fabrication.Les pièces fabriquées sont moins cristallines.Le degré de cristallinité du produit fini dépendra de la vitesse de refroidissement des températures de traitement.Un refroidissement lent conduira à une cristallinité élevée, tandis qu'un refroidissement rapide donnera l'effet inverse.Les matériaux de faible poids moléculaire seront également plus cristallins.
On observe que le polymère en dispersion, qui présente une granulométrie plus fine et un poids moléculaire plus faible, donne des produits présentant une résistance à la flexion considérablement améliorée et également des résistances à la traction nettement plus élevées.Ces améliorations semblent résulter de la formation de structures fibreuses dans la masse du polymère au cours du traitement.
Heure de publication : 04 janvier 2019