Polimery fluorowe - ogólna charakterystyka
Podstawowymi monomerami do syntezy tworzyw fluorowych są:
Wszystkie są bezbarwnymi gazami w większości bezwonnymi. Wszystkie są reaktywne, słabo rozpuszczalne w wodzie, a dobrze rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych [1], [2].
Fluoropolimery możemy podzielić na dwa typy: perfluorowane, czyli takie gdzie wszystkie atomy wodoru zostały zastąpione atomami fluoru i częściowo fluorowane.
Bardziej wygodna klasyfikacja polega na podzieleniu fluoroplastów i amorficznych fluoropolimery na cztery kategorie [1], [2]:
- fluoroplasty wysokokrystaliczne, nietopliwe – homopolimery fluoroalkenów;
- fluorotermoplasty – półkrystaliczne o temperaturze topnienia \( T_t > 70^{\circ} C \), przetwarzane w stanie stopionym;
- fluoropolimery amorficzne o temperaturze zeszklenia \( T_g > 70^{\circ} C \);
- fluoroelastomery amorficzne, utwardzalne fluoroelastomery.
Podstawowa metoda syntezy polimerów fluorowych to polimeryzacja wolnorodnikowa. Polimeryzacje wolnorodnikowe przeprowadzane są zazwyczaj w środowisku wodnym albo metodą polimeryzacji w zawiesinie albo jako wodna polimeryzacja emulsyjna w obecności emulgatorów.
Właściwości fluoropolimerów różnią się w zależności od ilości atomów fluoru i od rozmieszczenia atomów fluoru w łańcuchu polimerowym. Wyjątkowe właściwości fluoropolimerów wynikają z rodzaju wiązań które w nich występują. W szkielecie polimeru występują silne wiązania C – C i bardzo stabilne wiązania C – F. Zastąpienie wodoru fluorem poprawia trzy kluczowe własności polimeru:
- podwyższenie temperatury pracy i obniżenie łatwopalności;
- niska energia powierzchniowa zapewnia właściwości nieprzywierające, antyadhezyjność, niski współczynnik tarcia, właściwości samosmarujące i niższa rozpuszczalność w węglowodorach;
- doskonałe właściwości elektryczne i optyczne widoczne w niskich współczynnikach strat wysokiej częstotliwości i w niskich współczynnikach załamania światła.
Ze względu na swoje właściwości polimery fluorowe stały się niezbędne zarówno w życiu codziennym jak i w przemyśle. Obszary zastosowania w powiązaniu z właściwościami fluoroplastów zostały zebrane w Tabela 1 [2].
Obszar zastosowania | Kluczowe właściwości | Typowe zastosowania
|
| Przemysł chemiczny | odporność chemiczna, dobre właściwości mechaniczne, stabilność termiczna, właściwości kriogeniczne | uszczelki, wkładki naczyniowe, wkładki zaworowe i rurowe, rury, powłoki |
| Elektryczność i komunikacja | niska stała dielektryczna, wysoka rezystywność objętościowa i powierzchniowa, wysokie napięcie przebicia dielektryka, ognioodporność, stabilność termiczna, niskie współczynniki załamania światła | izolacja przewodów i kabli, złącza, światłowody |
| Sprzęt samochodowy i biurowy | niski współczynnik tarcia, dobre właściwości mechaniczne, właściwości kriogeniczne, odporność chemiczna, niskie właściwości przenikania | uszczelki i pierścienie w samochodowym wspomaganiu kierownicy, skrzyni biegów, klimatyzacji, produkcja łożysk, środek eliminujący tarcie |
| Artykuły gospodarstwa domowego | stabilność termiczna, niska energia powierzchniowa, odporność chemiczna | powłoki do naczyń kuchennych, patelni, garnków |
| Przemysł medyczny | niska energia powierzchniowa, stabilność, doskonałe właściwości mechaniczne, odporność chemiczna | produkcja implantów, przeszczepy sercowo-naczyniowe, plastry serca, zastępowanie wiązadeł |
| Architektura | doskonała odporność na warunki atmosferyczne, ognioodporność, niska energia powierzchniowa | tkaniny powlekane do budynków i dachów, folie do zastosowań solarnych |
| Dodatki do przetwórstwa polimerów | niski współczynnik tarcia, ognioodporność | obróbka poliolefin w celu uniknięcia wad powierzchniowych, środki zapobiegające spływaniu |
| Przemysł półprzewodników | odporność chemiczna, czystość, stabilność termiczna | powierzchnie procesowe, nośniki płytek, rury, zawory, pompy, armatura |
Bibliografia
1. Panszin J. A., Małkiewicz S. G., Dunajewska C. S.: Tworzywa fluorowe, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1982.2. : Polymers and Plastics. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH 2016.