Vua chất dẻo | Khái niệm hoá học

Polytetrafloetylen là “kẻ sinh sau” trong thế giới các chất dẻo. Hợp chất này được chính thức sản xuất chỉ mới khoảng 30 năm trước đây. Thế nhưng hợp chất đã nhanh chóng được tôn là “vua chất dẻo”. Vì sao vậy?

Lịch sử

Tháng 4 năm 1938, Roy J. Plunkett, lúc ấy đang làm việc ở Phòng thí nghiệm hãng DuPont quyết định thử dùng tetrafloetilen làm khí sinh hàn cho máy lạnh. Ông mở van một bình thép chứa khí nén không thấy có khí thoát ra, cân lại thấy khối lượng bình không đổi. “Van không hỏng, khí đi đằng nào”, ông bắt đầu cảm thấy tò mò. Ông cưa đôi bình thép và thấy một lớp polyme bám chặt phía trong thành bình, hơ nóng không chảy, trơ với mọi hoá chất mà ông thử. Đó chính là teflon.

Cấu trúc 3D của Polytetrafloetylen

Tính chất

Polytetrafloetylen có nhiều tính chất ưu việt mà các loại chất dẻo khác không có: Hợp chất không bị giòn trong không khí lỏng. Không bị mềm đi trong nước đun sôi. Từ nhiệt độ thấp -269,3°C chỉ lớn hơn nhiệt độ 0 K (nhiệt độ tuyệt đối) 4°C cho đến nhiệt độ cao 250°C không hề có sự thay đổi trạng thái.

Công thức cấu tạo của polytetrafloetylen

Polytetrafloetylen rất bền với các tác nhân gây ăn mòn, cho dù đó là các axit, dung dịch kiềm đậm đặc cũng như các tác nhân oxy hoá mạnh cũng không gây được tác dụng gì. Tính bền hoá học của polytetrafloetylen vượt qua thủy tinh gốm, thép không gỉ, vàng, bạch kim. Bởi vì thuỷ tinh, thép không gỉ, vàng, bạch kim đều hoà tan trong cường thủy đun sôi, còn polytetrafloetylen có đun sôi trong cường thủy hàng chục giờ đồng hồ cũng trơ nguyên. Polytetrafloetylen không bị ngấm nước, không bịtrương trong nước.

Ngoài ra polytetrafloetylen là chất cách điện tốt, không chịu ảnh hưởng của điện từ trường, không có bất kỳ sự thay đổi nào theo nhiệt độ.

Ứng dụng

Do polytetrafloetylen có những tính năng quý giá như vậy nên được người ta rất coi trọng. Polytetrafloetylen được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp: Công nghiệp đông lạnh, công nghiệp hoá học, công  nghiệp điện, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp y dược… Người ta dùng polytetrafloetylen trong việc chế tạo thiết bị nhiệt độ thấp để sản xuất các bình đựng không khí lỏng.

Trong công nghiệp hoá học, người ta dùng polytetrafloetylen để chế tạo các bình phản ứng chịu ăn mòn, chế tạo vỏ bình ăcquy, làm tấm lọc.

Trong công nghiệp điện, người ta dùng polytetrafloetylen làm các lớp vỏ cách điện rất mỏng, với lớp chất cách điện này chỉ cần độ dày 15 micromet là đã có khả năng cách điện tuyệt hảo.

Trong công nghiệp y dược, người ta dùng polytetrafloetylen chế tạo xương nhân tạo, làm vật liệu tạo sụn là vật liệu cho ngoại khoa, vì đây là vật liệu vô hại đối với cơ thể con người. Ngoài ra, polytetrafloetylen còn dùng để chế tạo rađa, vật liệu thông tin cao tần, thiết bị sóng ngắn.

Polytetrafloetylen là chất có màu trắng xám, là hợp chất cao phân tử kết tinh nửa trong suốt, là sản phẩm trùng hợp từ tetrafloetylen. Nguyên liệu cơ bản để sản xuất hợp chất tetrafloetylen là trifloetan và hyđroforua. Các chất dẻo thông thường do các nguyên tử cacbon, hyđro và nhiều nguyên tử khác tạo nên, trong polytetrafloetylen không có nguyên tử hyđro mà chỉ có các nguyên tử flo và cacbon.

Chính nguyên tử flo trong phân tử đã thay thế nguyên tử hyđro làm cho liên kết giữa các nguyên tử cacbon trong phân tử càng đặc khít, bền chặt hơn, do đó mà chất dẻo polytetrafloetylen mới có được các tính chất ưu việt đã kể trên.

Điều chế

Teflon được sản xuất từ clorofom theo sơ đồ sau

CHCl₃ ^+HF/SbF₅> CHF₂Cl ^700 °C> CF₂=CF₂ ^peoxit> (CF₂-CF₂)_n