Polytetrafluorethyleen (PTFE) is waarschijnlijk het meest gebruikte fluorpolymeer, omdat het verschillende eigenschappen heeft die het een ideaal materiaal maken voor een breed scala aan toepassingen. Het is flexibeler dan andere vergelijkbare buizen en kan vrijwel alle industriële chemicaliën weerstaan.
Het temperatuurbereik ligt tussen ongeveer -330 °F en 500 °F, wat het breedste temperatuurbereik onder fluorpolymeren oplevert. Bovendien heeft het uitstekende elektrische eigenschappen en een lage magnetische permeabiliteit. PTFE-slangen worden het meest gebruikt in laboratoria en toepassingen waar chemische bestendigheid en zuiverheid essentieel zijn.PTFEHet heeft een zeer lage wrijvingscoëfficiënt en is een van de meest gladde stoffen die er zijn.
Functies:
100% zuivere PTFE-hars
Vergeleken met FEP, PFA, HP PFA, UHP PFA, ETFE en ECTFE zijn de meeste flexibele fluorpolymeerbuizen
Chemisch inert, bestand tegen vrijwel alle industriële chemicaliën en oplosmiddelen.
Breed temperatuurbereik
Lage penetratie
Gladde antiaanbaklaag
Laagste wrijvingscoëfficiënt
Uitstekende elektrische prestaties
Niet-ontvlambaar
Niet-giftig
Toepassingen:
laboratorium
Chemisch proces
Analyse- en procesapparatuur
Emissiemonitoring
Lage temperatuur
hoge temperatuur
Elektriciteit
ozon
De structuur van PTFE-moleculen
Polytetrafluorethyleen (PTFE) wordt gemaakt door de polymerisatie van vele tetrafluorethyleenmoleculen.
Dit eenvoudige PTFE-diagram toont niet de driedimensionale structuur van het molecuul. In het eenvoudigere moleculaire poly(ethyleen) is de koolstofketen van het molecuul alleen verbonden door waterstofatomen, en deze keten is zeer flexibel – het is absoluut geen lineair molecuul.
In polytetrafluorethyleen is het fluoratoom in een CF2-groep echter groot genoeg om interferentie te veroorzaken met het fluoratoom in de aangrenzende groep. Je moet bedenken dat elk fluoratoom 3 paar vrije elektronen heeft.
Het gevolg hiervan is dat de rotatie van de koolstof-koolstof-enkelvoudige binding wordt onderdrukt. De fluoratomen hebben de neiging zich zo te rangschikken dat ze zo ver mogelijk van de aangrenzende fluoratomen verwijderd zijn. Rotatie gaat meestal gepaard met botsingen tussen vrije elektronenparen van fluoratomen op aangrenzende koolstofatomen, waardoor de rotatie energetisch ongunstig is.
De afstotende kracht fixeert het molecuul in een staafvorm, en de fluoratomen zijn in een zeer lichte spiraal gerangschikt – de fluoratomen vormen een spiraal rond de koolstofketen. Deze loden strips worden samengeperst als lange, dunne potloden in een doos.
Deze nauwe contactopstelling heeft een belangrijke invloed op de intermoleculaire krachten, zoals u zult zien.
Intermoleculaire krachten en het smeltpunt van PTFE
Het smeltpunt van polytetrafluorethyleen wordt opgegeven als 327 °C. Dit is vrij hoog voor dit polymeer, wat erop wijst dat er aanzienlijke van der Waals-krachten tussen de moleculen aanwezig moeten zijn.
Waarom beweren mensen dat de van der Waals-krachten in PTFE zwak zijn?
De van der Waals-dispersiekracht wordt veroorzaakt door de tijdelijke fluctuerende dipolen die ontstaan wanneer de elektronen in het molecuul bewegen. Omdat het PTFE-molecuul groot is, zou je een grote dispersiekracht verwachten, omdat er veel elektronen zijn die kunnen bewegen.
In het algemeen geldt dat hoe groter het molecuul, hoe groter het dispersievermogen.
PTFE heeft echter een probleem. Fluor is zeer elektronegatief. Het heeft de neiging de elektronen in de koolstof-fluorbinding sterk aan elkaar te binden, zo sterk zelfs dat de elektronen zich niet kunnen bewegen zoals je zou verwachten. We beschrijven de koolstof-fluorbinding als een binding met een lage polarisatie.
Van der Waals-krachten omvatten ook dipool-dipoolinteracties. Maar in polytetrafluorethyleen (PTFE) is elk molecuul omgeven door een laag licht negatief geladen fluoratomen. In dit geval is de enige mogelijke interactie tussen moleculen onderlinge afstoting!
De dispersiekracht is dus zwakker dan je denkt, en de dipool-dipoolinteractie zal afstoting veroorzaken. Geen wonder dat mensen zeggen dat de van der Waalskracht in PTFE erg zwak is. Je zult in werkelijkheid geen afstotende kracht ervaren, omdat de invloed van de dispersiekracht groter is dan die van de dipool-dipoolinteractie, maar het netto-effect is dat de van der Waalskracht de neiging heeft te verzwakken.
Maar PTFE heeft een zeer hoog smeltpunt, dus de kracht die de moleculen bij elkaar houdt moet erg sterk zijn.
Hoe kan PTFE een hoog smeltpunt hebben?
PTFE is zeer kristallijn; in die zin is er een groot oppervlak en zijn de moleculen zeer regelmatig gerangschikt. PTFE-moleculen kunnen worden gezien als langwerpige staafjes. Deze polen liggen dicht bij elkaar.
Dit betekent dat, hoewel het PTFE-molecuul geen echt grote tijdelijke dipolen kan produceren, de dipolen wel zeer efficiënt kunnen worden gebruikt.
Zijn de van der Waals-krachten in PTFE nu zwak of sterk?
Ik denk dat jullie allebei gelijk kunnen hebben! Als de polytetrafluorethyleen (PTFE)-ketens zo gerangschikt zijn dat er geen te dicht contact tussen de ketens is, zal de kracht tussen hen erg zwak zijn en het smeltpunt erg laag.
Maar in de echte wereld bevinden moleculen zich in nauw contact. Van der Waals-krachten zijn misschien niet zo sterk als ze lijken, maar door de structuur van PTFE ondervinden ze de grootste invloed, wat resulteert in sterke intermoleculaire bindingen en hoge smeltpunten.
Dit staat in contrast met andere krachten, zoals de dipool-dipoolinteractiekracht, die slechts met een factor 23 wordt verminderd, of waarbij de afstand bij verdubbeling met een factor 8 wordt verkleind.
Daarom maximaliseert de compacte stapeling van staafvormige moleculen in PTFE de effectiviteit van de dispersie.
De antiaanbakeigenschappen
Dit is de reden waarom water en olie niet aan het oppervlak van PTFE blijven plakken, en waarom je eieren in een pan met PTFE-coating kunt bakken zonder dat ze aan de pan blijven plakken.
Je moet bedenken welke krachten andere moleculen aan het oppervlak kunnen vastzetten.PTFEHet kan een chemische binding, een van der Waals-kracht of een waterstofbinding omvatten.
Chemische binding
De koolstof-fluorbinding is zeer sterk, waardoor het voor andere moleculen onmogelijk is om de koolstofketen te bereiken en een substitutiereactie te veroorzaken. Het is onmogelijk dat er een chemische binding ontstaat.
van der Waals-krachten
We hebben gezien dat de van der Waals-kracht in PTFE niet erg sterk is, en dat dit er alleen voor zorgt dat PTFE een hoog smeltpunt heeft, omdat de moleculen zo dicht bij elkaar liggen dat ze zeer effectief contact met elkaar hebben.
Maar voor andere moleculen dicht bij het oppervlak van PTFE is het anders. Relatief kleine moleculen (zoals watermoleculen of oliemoleculen) zullen slechts een klein contactoppervlak hebben en er zal slechts een kleine van der Waals-aantrekkingskracht ontstaan.
Een groot molecuul (zoals een eiwit) heeft geen staafvorm, waardoor er onvoldoende effectief contact is tussen het molecuul en het oppervlak om de lage polarisatieneiging van PTFE te overwinnen.
In beide gevallen is de van der Waals-kracht tussen het oppervlak van het PTFE en de omringende materialen klein en ineffectief.
Waterstofbruggen
De PTFE-moleculen aan het oppervlak zijn volledig omhuld door fluoratomen. Deze fluoratomen zijn zeer elektronegatief, waardoor ze allemaal een zekere mate van negatieve lading dragen. Elk fluoratoom heeft bovendien 3 paren uitstekende vrije elektronen.
Dit zijn de voorwaarden die nodig zijn voor de vorming van waterstofbruggen, zoals het vrije elektronenpaar op fluor en het waterstofatoom in water. Maar dit zal uiteraard niet gebeuren, anders zou er een sterke aantrekkingskracht zijn tussen de PTFE-moleculen en de watermoleculen, en zou het water aan de PTFE blijven kleven.
Samenvatting
Er is geen effectieve manier voor andere moleculen om zich succesvol aan het oppervlak van PTFE te hechten, waardoor het een antikleefoppervlak heeft.
De lage wrijving
De wrijvingscoëfficiënt van PTFE is erg laag. Dit betekent dat als je een oppervlak hebt dat met PTFE is gecoat, andere voorwerpen er gemakkelijk overheen zullen glijden.
Hieronder volgt een korte samenvatting van wat er gaande is. Deze informatie is afkomstig uit een artikel uit 1992 getiteld "Friction and Wear of Polytetrafluoroethylene".
Aan het begin van het glijden breekt het PTFE-oppervlak en wordt de massa overgedragen naar de plek waar het glijdt. Dit betekent dat het PTFE-oppervlak zal slijten.
Naarmate het schuiven voortduurde, ontvouwden de blokken zich tot dunne laagjes.
Tegelijkertijd wordt het oppervlak van het PTFE uitgetrokken om een georganiseerde laag te vormen.
Beide contactoppervlakken bevatten nu goed georganiseerde PTFE-moleculen die over elkaar heen kunnen glijden.
Bovenstaande tekst is een introductie van polytetrafluorethyleen (PTFE). Van PTFE kunnen diverse producten worden gemaakt. Wij zijn gespecialiseerd in de productie van PTFE-buizen.PTFE-slangfabrikantenNeem gerust contact met ons op.
Zoekopdrachten gerelateerd aan PTFE-slangen:
Geplaatst op: 5 mei 2021