Ptfe

Ptfe là gì?

Danh pháp IUPAC: Poly(1,1,2,2-tetrafluoroethylene).

Tên gọi khác: Teflon, Flourogold, Polytef, Tetraflouroethene homopolymer.

Polytetrafluoroethylene (Ptfe) là một chất fluoropolymer tổng hợp của tetrafluoroethylene.

Polytetrafluoroethylene được Roy J. Plunkett tìm ra vào năm 1938 một cách tình cờ, khi đang làm việc cho DuPont tại New Jersey. Khi Plunkett cố gắng tạo ra một chất làm lạnh chlorofluorocarbon mới, khí tetrafluoroethylene trong chai áp suất của nó ngừng thoát ra trước khi trọng lượng của chai giảm xuống mức báo hiệu "rỗng". Ông phát hiện phía trong chai được phủ một lớp vật liệu trắng như sáp và trơn sau khi cưa cái chai quan sát. Phân tích cho thấy rằng nó đã được polyme hóa perfluoroethylen, với sắt từ bên trong thùng chứa đóng vai trò như một chất xúc tác ở áp suất cao.

Vật liệu mới này đã được cấp bằng sáng chế bởi các chất hóa học động học vào năm 1941 với tên gọi là nhựa flo mới và đăng ký nhãn hiệu Teflon vào năm 1945. Nhanh chóng đến năm 1961, khi chiếc chảo phủ Ptfe đầu tiên do Hoa Kỳ sản xuất được bán trên thị trường tại Hoa Kỳ với tên gọi “The Happy Pan”. Kể từ đó, không có gì ngoa khi nhìn lại, và dụng cụ nấu ăn chống dính đã là một trong những sản phẩm gia dụng phổ biến nhất được sản xuất bởi hàng ngàn nhà sản xuất và có mặt trên toàn thế giới.

Polytetrafluoroethylen là một chất rắn fluorocarbon, vì nó là một polyme trọng lượng phân tử cao bao gồm toàn bộ cacbon và flo. Ptfe kỵ nước bao gồm nước và tất cả các chất có chứa nước đều không làm ướt được Ptfe. Ptfe có một trong số ít chất rắn có hệ số ma sát cực kì thấp.

Công thức hóa học của Ptfe là (C2F4)n. Các đặc tính nổi bật của Ptfe là khả năng chịu nhiệt cao và thấp tuyệt vời, đặc tính cách điện, tính trơ hóa học, hệ số ma sát thấp và không dính trong một phạm vi nhiệt độ rộng lên đến 260 độ C.

Công thức hóa học của Ptfe và Roy J. Plunkett người tìm ra Ptfe

Điều chế sản xuất Ptfe

Ptfe được cấu thành từ mạch thẳng của tetrafluoroethylen. Ptfe được điều chế bằng cơ chế trùng hợp gốc tự do trong môi trường nước, thông qua quá trình trùng hợp bổ sung tetraflouoethylen theo một quy trình hàng loạt.

• Phương trình ròng là: n F2C=CF2 → − (F2C−CF2)n−

• Vì tetrafluoroethylen có thể phản ứng mạnh tạo thành tetrafluoromethane (CF4) và carbon, nên cần có thiết bị đặc biệt cho quy trình sản xuất để ngăn chặn các điểm nóng có thể xảy ra phản ứng phụ nguy hiểm này. Quá trình này thường được sử dụng với persulfate, persulfate sẽ được đồng nhất để tạo ra các gốc sulfat: [O3SO−OSO3]2− ⇌ 2 SO4 −

• Polyme cuối cùng được kết thúc bằng các nhóm este sunfate, chúng có thể bị thủy phân và tạo thành các nhóm cuối OH.

Ptfe dạng hạt được sản xuất thông qua quá trình trùng hợp huyền phù, trong đó Ptfe được lơ lửng trong môi trường nước chủ yếu bằng cách khuấy và đôi khi sử dụng chất hoạt động bề mặt như axit perfluorooctanesulfonic (PFOS) hoặc FRD-903 (GenX). Ptfe cũng được tổng hợp thông qua trùng hợp nhũ tương, trong đó chất hoạt động bề mặt là phương tiện chính để giữ Ptfe trong môi trường nước.

Cơ chế hoạt động

Một số đặc tính của Ptfe liên quan đến cơ chế hoạt động như sau:

• Ptfe là một trong những vật liệu đáng tin cậy nhất về khả năng chống hóa chất. Nó chỉ bị tấn công bởi các kim loại kiềm nóng chảy, các hợp chất halogen hữu cơ như clo triflorua (ClF3) và oxy diflorua (OF2), và khí flo ở nhiệt độ cao.

• Tính chất cơ học của Ptfe nói chung kém hơn nhựa kỹ thuật ở nhiệt độ phòng. Bổ sung chất làm đầy là chiến lược để khắc phục tình trạng thiếu hụt này.

• Các đặc tính cơ học của Ptfe có thể bị ảnh hưởng bởi các biến số trong quá trình xử lý như áp suất, nhiệt độ đốt kết, tốc độ làm nguội, ... Ngoài ra, các biến số của polyme có thể ảnh hưởng khá lớn đến tính chất cơ học như khối lượng mol, kích thước hạt, phân bố kích thước hạt…

• Ptfe có các đặc tính điện tuyệt vời như điện trở cách điện cao, hằng số điện môi cực thấp do cấu trúc đối xứng cao của các đại phân tử.

• Ở môi trường nhiệt độ dưới 440 độ C Ptfe thể hiện độ ổn định nhiệt cao mà không bị ảnh hưởng đáng kể. Ở môi trường dưới 260 độ C các vật liệu Ptfe có thể được sử dụng một cách liên tục. Ptfe dễ bị tấn công bởi bức xạ, và sự suy thoái trong không khí bắt đầu khi liều lượng từ 0,02 Mrad.

Những đặc tính này đến từ cấu trúc điện tử đặc biệt của nguyên tử flo, liên kết bền vững từ liên kết cộng hóa trị của cacbon với flo, từ tương tác nội phân tử, tương tác liên kết giữa các chuỗi chính và các phân đoạn polyme flo hóa.

Cách sử dụng tùy thuộc vào thành phẩm vật liệu được chế tạo và tuân theo hướng dẫn sử dụng của nhà sản xuất. Bên cạnh những ưu điểm tuyệt vời, vật liệu Ptfe cũng có những giới hạn như:

• Nhạy cảm với độ mòn và độ mài mòn.

• Khả năng chống bức xạ thấp.

• Ăn mòn và dễ sinh khói độc.

Vì vậy khi sử dụng cần bảo quản đúng theo khuyến cáo của nhà sản xuất để kéo dài tuổi thọ cho các vật liệu Ptfe cũng như tránh sinh khói độc diễn biến xấu đến sức khỏe con người.

Với tính chất đa dạng, hữu ích cho nhiều ứng dụng trong đời sống, Ptfe là chất được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp chế tạo ra hàng loạt sản phẩm phục vụ nhu cầu của con người.

Trong công nghiệp

Dây cách điện, điện tử: Đây là ứng dụng chính của Ptfe, sản xuất các vật liệu cách điện trong các ứng dụng hàng không và máy tính (dây móc, cáp đồng trục …). Ứng dụng này khai thác thực tế rằng Ptfe có các đặc tính điện môi tuyệt vời, đặc biệt ở tần số vô tuyến cao, nó thích hợp để sử dụng như một chất cách điện tốt trong các cụm đầu nối và dây cáp.

Vòng bi: Trong các ứng dụng công nghiệp, do có ma sát thấp, Ptfe được sử dụng cho ổ trượt trơn, bánh răng, tấm trượt, con dấu, miếng đệm, ống lót …

Máy điện từ: Điện trở suất cực cao của Ptfe làm cho nó trở thành vật liệu lý tưởng để tạo ra các vật liệu điện từ có tuổi thọ kéo dài, chất tương tự như nam châm vĩnh cửu.

Vật liệu tổng hợp: Với nhiều đặc tính hữu ích đã được đề cập Ptfe cũng được ứng dụng phổ biến trong sản xuất vật liệu tổng hợp sợi carbon và tổng hợp sợi thủy tinh, đặc biệt là trong ngành công nghiệp hàng không.

Một số vật liệu được chế tạo từ Ptfe

Lớp lót trơ về mặt hóa học: Do đặc tính không phản ứng và xếp hạng nhiệt độ cao, Ptfe thường được sử dụng làm lớp lót trong các đường ống sử dụng trong công nghiệp, đặc biệt là trong việc làm thùng chứa axit, kiềm hay các hóa chất khác vì không thể ăn mòn được Ptfe.

Nhạc cụ: Ptfe thường được tìm thấy trong các sản phẩm bôi trơn nhạc cụ phổ biến nhất là dầu van.

Dầu nhờn: Ptfe đang được tham gia vào sản xuất các bình xịt bôi trơn dạng khí dung.

Đồ dùng nhà bếp: Với khả năng chống nước tốt cũng như khả năng chịu nhiệt độ cao thấp khác nhau, Ptfe khá nổi tiếng và cực kì ưu việt trong ứng dụng tráng chảo chống dính và các dụng cụ nấu nướng khác.

Ptfe tạo thành lớp phủ ứng dụng trong chảo chống dính

Trong Y tế

• Ptfe được sử dụng làm lớp phủ cho các ứng dụng y tế và chăm sóc sức khỏe được chế tạo để cung cấp khả năng chịu nhiệt cho các thiết bị phẫu thuật và thiết bị y tế khác.

• Ptfe được sử dụng như một miếng dán giao diện phim cho các ứng dụng thể thao và y tế, có lớp nền dính nhạy cảm với áp suất, được lắp đặt ở các khu vực có độ ma sát cao của giày dép, đế lót, chỉnh hình mắt cá chân và các thiết bị y tế khác để ngăn ngừa và giảm ma sát gây ra mụn nước, vết chai và loét chân.

• Màng Ptfe mở rộng đã được sử dụng trong các thử nghiệm để hỗ trợ phẫu thuật cắt bỏ ống dẫn lưu để điều trị bệnh tăng nhãn áp.

• Ptfe được ứng dụng chế tạo trong một số loại chỉ nha khoa.

• Ptfe cũng có thể được sử dụng khi đặt vật liệu hàn răng, có tác dụng cô lập các tiếp xúc của răng bên cạnh để vật liệu phục hình sẽ không dính vào răng bên cạnh.