Un modo per comprendere l'impatto del fluoro è esplorare le differenze tra polietilene lineare (PE) e PTFE, che è il fluoropolimero per eccellenza in termini di proprietà e caratteristiche.
Esistono importanti differenze tra le proprietà del PE e quelle del PTFE:
- * Il PTFE è uno dei polimeri con l'energia superficiale più bassa
- *Il PTFE è il polimero più resistente agli agenti chimici
- *Il PTFE è uno dei polimeri termicamente più stabili
- *Il punto di fusione e il peso specifico del PTFE sono più del doppio di quelli del polietilene
Le differenze tra PTFE e PE sono attribuibili alle differenze dei legami CeF e CeH.Le differenze nelle proprietà elettroniche e nelle dimensioni di F e H portano alle seguenti osservazioni:
- *F è il più elettronegativo di tutti gli elementi (4 Pauling)
- *F ha coppie di elettroni non condivise
- *F è più facilmente convertito in Fe
- *La forza di legame di CeF è superiore a quella di CeH
- *F è più grande di H
L'elettronegatività del carbonio a 2,5 Pauling è leggermente superiore a quella dell'idrogeno e inferiore all'elettronegatività del fluoro.Di conseguenza, la polarità del legame CeF è opposta a quella del legame CeH, e il legame CeF è più altamente polarizzato.Nel legame CeF, l'estremità fluoro del legame è caricata negativamente rispetto al legame CeH in cui il carbonio è caricato negativamente.
La differenza nella polarità del legame di CeH e CeF influenza la stabilità relativa delle conformazioni delle due catene polimeriche.La cristallizzazione del polietilene avviene in conformazione planare e trans.Il PTFE può essere forzato in tale conformazione a pressioni estremamente elevate.Il PTFE, al di sotto di 19 C, cristallizza come un'elica con 0,169 nm per distanza di ripetizione: occorrono 13 atomi di C per completare un giro di 180.Al di sopra di 19 C, la distanza di ripetizione aumenta a 0,195 nm, il che significa che sono necessari 15 atomi di carbonio per un giro di 180.Al di sopra dei 19 C le catene sono capaci di spostamento angolare, che aumenta al di sopra dei 30 C fino a raggiungere il punto di fusione (327 C).
La sostituzione di F con H nel legame CeH aumenta sostanzialmente la forza del legame da 99,5 kcal/mole per il legame CeH a 116 kcal/mole per il legame CeF.Di conseguenza, la stabilità termica e la resistenza chimica del PTFE sono superiori a quelle del PE perché è necessaria più energia per rompere il legame CeF.La polarità e la forza del legame CeF rendono difficile il meccanismo di astrazione dell'atomo F per la ramificazione.Al contrario, è possibile sintetizzare polietilene altamente ramificato (> 8 rami per 100 atomi di carbonio).Il meccanismo di ramificazione come strumento per regolare la cristallinità non è pratico per il PTFE.Invece i comonomeri con gruppi pendenti devono essere polimerizzati con TFE.
La cristallinità del PTFE mai fuso è compresa tra 92 e 98%, coerente con una struttura a catena non ramificata.Il FEP, un copolimero di TFE e HFP, ha una cristallinità come polimerizzata del 40-50%.Nella FEP, il gruppo CF3 pendente è legato a un carbonio terziario che è meno stabile termicamente degli atomi di carbonio primari e secondari.Le curve di degradazione indicano temperature di inizio degradazione di 300 C per FEP (0,02% perdita di peso) e 425 C per PTFE (0,03% perdita di peso).
Orario di pubblicazione: 25 settembre 2020