Fluoropolymères

Les fluoropolymères ou fluoroplastiques sont des polymères à base de fluorocarbures à liaisons multiples carbone-fluor, dans lesquels une grande partie voire la totalité des autres hydrogènes contenus sont généralement remplacés par du fluor (voir composés alkyles per- et polyfluorés ).

Les fluoropolymères se caractérisent, entre autres, par leur haute résistance chimique et thermique. Ils sont élastiques à résistants, mais généralement pas très résistants . Tout comme les fluorocarbures , ils ne sont pas affectés par la force de van der Waals , comme les hydrocarbures , et ont donc des propriétés antiadhésives et réductrices de frottement . Les multiples liaisons carbone-fluor leur confèrent une grande résistance chimique.

Avec une part de marché de 60 à 70%, le polytétrafluoroéthylène (PTFE), qui est vendu sous le nom commercial Teflon , a la plus grande importance économique . D'autres fluoropolymères importants sont le copolymère tétrafluoroéthylène-hexafluoropropylène (FEP) et le polychlorotrifluoroéthylène (PCTFE). Les fluoropolymères thermoplastiques représentent 30% des fluoropolymères. Plus la teneur en fluor est élevée, meilleure est la température et la résistance chimique. Le polytétrafluoroéthylène (PTFE), découvert en 1938, est toujours inégalé.

Polytétrafluoroéthylène
Polychlorotrifluoroéthylène
Copolymère tétrafluoroéthylène-hexafluoropropylène

Général

Les fluoropolymères sont divisés en ceux qui ne peuvent pas être traités dans la masse fondue (English Non-Melt Processible Fluoroplastics , e.g. PTFE), ceux qui peuvent être traités dans la masse fondue ( fluoropolymères thermoplastiques ou fluorothermoplastiques ; English Melt Processible Fluoroplastics ), Caoutchoucs fluorés ( FKM ou FPM ) et d'autres fluoroélastomères ( caoutchouc perfluoré FFKM , caoutchoucs tétrafluoroéthylène / propylène FEPM , caoutchoucs de silicone fluorés).

Les fluoropolymères sont souvent constitués exclusivement d'atomes de carbone dans la chaîne principale, mais il y a aussi ceux avec des hétéroatomes, par ex. B. polyfluorosiloxanes et polyfluoroalcoxyphosphazènes.

Propriétés

Le polytétrafluoroéthylène (PTFE) est le polymère fluoré le plus important en termes de quantité. De là, les propriétés d'autres fluoropolymères peuvent être dérivées du PTFE en tant que fonctions corporelles régulières pour la plupart des autres fluoropolymères.

Propriétés chimiques

Les propriétés mécaniques d'un matériau sont basées sur ses propriétés chimiques. Malgré la grande différence d' électronégativité entre le carbone et le fluor, le polytétrafluoroéthylène est un polymère non polaire , car les dipôles spatialement opposés s'annulent dans leur effet. Les propriétés chimiques sont déterminées par la forte liaison carbone- fluor , difficile à rompre. La chaîne moléculaire non ramifiée avec un degré de polymérisation très élevé (forte linéarité ) conduit à une cristallinité élevée . La structure moléculaire du PTFE est complètement symétrique; Étant donné que les atomes de fluor (par rapport à l' hydrogène dans le polyéthylène ) sont relativement grands, ils protègent la structure du carbone et forcent la chaîne moléculaire en une structure en hélice .

Propriétés mécaniques

En général, si la polarité est faible, la résistance , la rigidité , la dureté et la dilatation thermique sont faibles, tandis que la capacité d' isolation est élevée. C'est également le cas avec le PTFE. Le degré élevé d' extrusion des cristaux se traduit par une température de ramollissement élevée , une viscosité extrêmement élevée de la masse fondue et une résistance élevée à la chaleur et aux produits chimiques. Les faibles forces intermoléculaires se traduisent également par une faible résistance et rigidité ainsi qu'une faible adhérence de surface.

Propriétés des fluoropolymères thermoplastiques

Le traitement du PTFE est difficile. En raison de la viscosité élevée de la masse fondue, le PTFE ne peut pas être traité à l'état ramolli comme les autres thermoplastiques. L'aptitude au traitement thermoplastique peut être obtenue en modifiant le monomère tétrafluoroéthylène . Les atomes de fluor sont remplacés par du chlore (comme dans le polychlorotrifluoroéthylène ) ou un trifluorométhyle (comme dans le copolymère tétrafluoroéthylène-hexafluoropropylène ), ce qui entraîne des perturbations dans la structure moléculaire régulière. La résistance chimique et thermique des polymères pouvant être traités thermoplastiquement est réduite par la modification.

Utilisation et traitement

Veste Gore-Tex
téflon pan

Les fluoropolymères ont une stabilité chimique et thermique élevée, de bonnes propriétés d'isolation électrique, une excellente résistance aux intempéries, une bonne résistance aux chocs entaillés , un comportement anti-adhésif et ils sont incombustibles. Le comportement anti-adhésif se traduit par une mauvaise mouillabilité et de bonnes propriétés de glissement . Les fluoropolymères sont physiologiquement inoffensifs. Le module d'élasticité et la résistance à la traction des polymères fluorés thermoplastiques correspondent à ceux des plastiques standards.

Les fluoropolymères font partie des plastiques hautes performances. L'inconvénient des polymères fluorés est leur coût élevé et leur traitement difficile.

PTFE

De tous les matériaux, le PTFE a la plus grande résistance chimique . Il est résistant aux hautes températures, ininflammable et un bon isolant électrique. Le PTFE peut être utilisé dans la plage de -270 à +280 ° C. Au-dessus de la température de fonctionnement, le PTFE ne fond pas, mais se ramollit seulement. La décomposition a lieu au-dessus de 400 ° C. Le PTFE est un thermoplastique, mais en raison de sa viscosité à l'état fondu très élevée, il ne peut pas être traité en utilisant les méthodes de traitement couramment utilisées pour les thermoplastiques, telles que le moulage par injection . Les composants et produits semi-finis en PTFE ne peuvent donc être fabriqués que par le procédé de frittage sous pression . Il est blanc, souple et très glissant. En raison de sa résistance, le PTFE est utilisé dans les environnements de laboratoire, pour l'isolation haute température et dans la technologie haute tension. Le PTFE expansé a une structure microporeuse, est hydrofuge et perméable à l'air. Le PTFE étiré avec micropores est utilisé sous le nom de Gore-Tex comme couche imperméable mais perméable à la vapeur dans les textiles. Le PTFE a tendance à fluer sous la charge; cependant, cela peut être contrecarré en utilisant des charges. Parce que le PTFE est très non polaire, il est anti-adhésif et possède d'excellentes propriétés de glissement. La forte liaison carbone-fluor le rend également très résistant aux intempéries et aux UV.

Puisque le PTFE est très visqueux au-dessus de la température de fusion élevée , il ne peut pas être traité en utilisant des procédés de moulage primaire conventionnels . Le PTFE est donc traité sous forme de pâtes ou de poudres par pressage et frittage ainsi que par une combinaison des deux. L'usinage est évité en raison des coûts élevés des matériaux.

Polymères fluorés thermoplastiques

Outre les deux polymères fluorés présentés ici, le copolymère tétrafluoroéthylène-hexafluoropropylène (FEP) et le polychlorotrifluoroéthylène (PCTFE), il existe de nombreux autres polymères fluorés thermoplastiques. Cependant, ces polymères ne sont pas aussi durables que le PTFE; Le PCTFE est attaqué par les hydrocarbures chlorés et les esters, le FEP par les hydrocarbures chlorés. Les thermoplastiques peuvent être traités en utilisant des méthodes courantes telles que l' extrusion et le moulage par injection . Ces polymères sont préparés et utilisés de la même manière que le PTFE.

Signification économique

La demande mondiale actuelle de polymères fluorés est d'environ 100 000 tonnes par an (2004). Les fluoropolymères sont très chers à 10–35 € / kg par rapport aux plastiques standards , en raison de leur production complexe. La production de fluor est basée sur le spath fluor minéral , qui est suffisamment disponible dans le monde entier. Des domaines d'application importants peuvent être trouvés dans la construction d'usines et d'appareils chimiques, dans la construction mécanique et dans l'électrotechnique .

Exemples

polymère Nom commercial Monomère (s) Point de fusion (° C)
Polyfluorure de vinyle (PVF) Tedlar (DuPont) Fluorure de vinyle 200
Polyfluorure de vinylidène (PVDF) Kynar (Arkema) Solef (Solvay Solexis) Hylar (Solvay Solexis) Fluorure de vinylidène 175
Polytétrafluoroéthylène (PTFE) Téflon (DuPont), Algoflon et Polymiste (Solvay Solexis), Polyflon ( Daikin ) Tétrafluoroéthylène 327
Polychlorotrifluoroéthylène (PCTFE) Kel-F ( 3M ), Neoflon ( Daikin ) Chlorotrifluoroéthylène 220
Polymères perfluoroalcoxy (PFA) Neoflon ( Daikin ) z. B. PPVE + TFE 305
Éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE) Tefzel (DuPont), Fluon Asahi Glass Company , Neoflon ( Daikin ) Tétrafluoroéthylène + éthylène 265
Perfluoro (éthylène propylène) (FEP) Symalit FEP Tétrafluoroéthylène + hexafluoropropylène 257

Importance biologique

Les fluoropolymères ne présentent pas de toxicité systémique aiguë ou subchronique, d'irritation, de sensibilisation, de toxicité locale dans les implants , de génotoxicité ( in vitro et in vivo ), d' hémolyse , d' activation du complément ou de thrombogénicité . Cependant, il existe des problèmes de persistance et de toxicité et des auxiliaires technologiques fluorés, ainsi qu'une exposition humaine et environnementale. Une variété d'autres PFAS , y compris des monomères et des oligomères , sont émis pendant la fabrication, le traitement, l'utilisation et l'élimination des fluoropolymères.

Monomères utilisés comme base de fluoropolymères

Preuve individuelle

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