Фторополимеры ( фторопласты) характеризуются весьма низкими значениями критической поверхностной энергии, что обусловливает перспективность их использования в борьбе с обледенением.
Наименьшей поверхностной энергией обладают полимеры с наибольшим содержанием CF3 - rpynn на поверхности.
Фторополимеры негорючи, нерастворимы в органических растворителях, очень устойчивы к химическим воздействиям, термостабильны и являются прекрасными диэлектриками.
Их используют для изготовления специальных прокладок, набивок, фильтровальных тканей, внутреннего покрытия насосов, труб, клапанов, в качестве изоляции для проводов и кабелей и для многих других целей, когда применение этих полимеров окупает их высокую стоимость.
Тефлон имеет гладкую восковидную поверхность и низкий коэффициент трения; из него изготовляют вкладыши подшипников, обладающие свойствами смазанной поверхности.
Тефлон применяют также для покрытий, уменьшающих прилипание продуктов к валам и чашам в пищевой промышленности.
Полимер Kel-F обладает высокой прозрачностью и термопластичностью.
В настоящее время влагостойкие прозрачные пленки изготовляют из хлортрифторэтилена или винилфторида.
Новые полимеры получают из гексафторпропилена и винилиден-фторида.
Фторополимеры обладают высокой нагревостойкостью, химической инертностью, отличными электрическими и антифрикционными свойствами.
Электрические свойства у фторопласта-4 сохраняются в широком диапазоне частоты и температуры.
Фторополимеры, используемые для получения покрытий, подразделяют на растворимые - применяемые в виде растворов в органических растворителях, и нерастворимые - применяемые в виде порошков и дисперсий.
Фторополимеры относятся к кристаллическим полимерам, степень упорядоченности структуры которых в покрытии можно регулировать, создавая определенные условия формирования покрытий.
Они характеризуются высокой стойкостью к воздействию концентрированных растворов сильных кислот, оснований и окислителей, высокой термостойкостью, гидрофобностью, атмосферостойкостью, высокими электроизоляционными свойствами, достаточно хорошей механической прочностью в большом диапазоне отрицательных и положительных температур.
Химическая инертность фторполимеров обусловливает их низкую адгезионную способность, а физиологическая инертность - нетоксичность до температуры 200 С.
Однако при более высоких температурах фторполимеры подвержены деструкции с выделением практически не имеющих запаха газообразных токсичных продуктов, вдыхание которых вызывает отравление и легочные заболевания.
Фторополимеры обладают уникальными свойствами по таким важнейшим показателям, как химическая и термическая стойкость. Диэлектрические свойства их значительно превосходят многие известные синтетические материалы.
Фторополимеры, имеющие высокие механическую прочность, электроизоляционные свойства и теплостойкость, позволяют изготавливать тонкостенную изоляцию для высоковольтных применений.
Фторополимеры не содержат в своем составе полярных групп, способных к сильному адгезионному взаимодействию с активными центрами металлов, а относительно высокая вязкость расплава затрудняет формирование полного контакта и микрореологическое затекание в поры подложки.
Эти причины влияют на адгезионную прочность и защитные свойства покрытий, снижают срок службы изделий.
Фторополимеры регенерируют, промывая носитель на воронке Бюхнера последовательно кислотой ( соляной или азотной), водой и легколетучими органическими растворителями для удаления воды: диэтиловым эфиром, спиртом или ацетоном.
Фторополимеры выпускают и применяют в кабельной технике в виде суспензий, порошков, гранул и пленок.
Суспензии используют для изготовления изоляции обмоточных проводов, электропроводящих и окрашивающих слоев поверх изоляции, пропитки стеклонитей, стеклолент и оплетки из стекловолокон.
Применение фторополимеров в химической промышленности
Из политетрафторэтилена можно изготовлять: аппараты, ректификационные колонны, насосы, трубы, клапаны, сильфоны, облицовочные плитки, сальниковые набивки и др.
Из политрифторхлорэтилена могут быть изготовлены седла и тарелки клапанов для высоких давлений, манжеты, прокладки, диафрагмы, смотровые стекла и трубки для уровнемеров.
Для работы в агрессивных жидкостях применяются детали из ПТФХЭ в различных механизмах: насосах, счетчиках.
Из суспензии ПТФХЭ могут быть получены химически стойкие покрытия металлов и других материалов.
Суспензия поливинилиденфторида применяется в качестве декоративных, защитных, покрытий, пропиток.
Сополимер ВДФ и ТФЭ используется для изготовления седла и шаровых муфтовых кранов в нефтегазовой отрасли.
Применение фторполимеров в электротехнике
Как диэлектрик, политетрафторэтилен применяется в технике высоких и ультравысоких частот.
Например, прокатанная фторполимерная пленка используется при изготовлении высокочастотных кабелей, проводов, конденсаторов, для изоляции катушек, пазов электрических машин и др.
Политрифторхлорэтилен применяется в качестве диэлектрика в технике сильных токов в особо ответственных деталях.
Из ПТФХЭ могут быть изготовлены сложные детали с большим количеством отверстий и с металлической арматурой (катушки, основания, гнезда, панели для электроламп, транзисторов и др.).
Из суспензии ПТФХЭ получают электроизоляционные покрытия на токоведущих частях и на изоляторах (фарфор и керамика) для улучшения диэлектрических свойств.
Также из суспензии ПТФХЭ можно изготавливать конденсаторную пленку.
Применение фторполимеров в машиностроении
В качестве конструкционного материала политетрафторэтилен применяется при изготовлении различных деталей машин и аппаратов.
Особенно широкое применение ПТФЭ находит при изготовлении подшипников, работающих без смазки, с ограниченной смазкой и при наличии коррозионной среды (жидкой или газообразной).
Детали из фторэластомеров все чаще используются для герметизации в автомобильной промышленности, так как эти материалы хорошо переносят температуры, характерные для автомобильных двигателей (которые в последние годы увеличились), а также обладают хорошей стойкостью к воздействиям коррозийной среды топлива и других жидкостей, используемых в двигателях.
Герметики, покрытия и замазки на основе жидких фторэластомеров значительно превосходят по своим качествам другие полимеры и широко используются в ракетных и авиационных двигателях, а также в других областях.
Покрытия из ФЭП используются для защиты подшипников скольжения в автомобилестроении.
Применение фторопластов в медицине
Для изготовления различных протезов и трансплантатов применяются ткань и войлок из политетрафторэтилена.
Войлок применяется для устранения межжелудочных и межпредсердных дефектов сердца, а также в других областях восстановительной хирургии.
Нить применяется для изготовления ткани и протезов кровеносных сосудов.
Изделия из ткани применяются для изготовления поясков врастания протезов митральных и аортальных клапанов сердца.
ПТФЭ применяется также для изготовления емкостей для приема коронарной крови и сосудов; держателей протезов митральных клапанов сердца.
В медицине могут быть также использованы пленки, покрытия и изделия из политрифторхлорэтилена.
Для химической и биологической защиты медицинских инструментов (лапароскопы, пинцеты) в настоящее время большим спросом пользуется водная дисперсия поливинилиденфторида для нанесения покрытий.
Применение фторполимеров в пищевой промышленности
Сочетание физиологической инертности и антиадгезионности позволяет применять политетрафторэтилен в пищевой промышленности (для облицовки валов при раскатке теста, для формования кондитерских изделий и т. д.).
Из политрифторхлорэтилена изготавливают детали машин (для обработки пищевых продуктов) и покрытия металлических форм и конвейерных лент.
Суспензии из ПТФХЭ могут быть использованы для покрытия жести при изготовлении консервов.
Поливинилиденфторид, а также сополимер ВДФ и ТФЭ используются при изготовлении фильерных матриц для производства макаронных изделий, а также сильфонов в стеклянных кранах, предназначенных для контакта с вином, виноматериалами, пивом.
Пленка из ТФЭ-ВДФ пригодна для упаковки сухих молочных продуктов детского питания, различных пряностей и продуктов повышенной жирности.
Другие области применения фторполимеров
Антиадгезионные свойства политетрафторэтилена и политрифторхлорэтилена используются в аппаратуре для изготовления и нанесения клеящих веществ (например, в лакокрасочной промышленности).
Также ПТФЭ используют в холодильной технике.
Пленки, покрытия и изделия из ПТФЭ и ПТФХЭ могут быть использованы в фармацевтической промышленности.
Пленки и суспензии из поливинилиденфторида применяется в качестве декоративных, защитных, антикоррозионных покрытий, пропиток в строительстве, авиационной технике, в арматуростроении.
Из ПВДФ изготавливаются трубы для водопроводов и теплотрасс, сооружений для хранения опасных вод.
Сополимер ВДФ и ТФЭ используется для изготовления красок.
Наряду с достоинствами политетрафторэтилен имеет ряд недостатков, ограничивающих его более широкое применение.
Сдерживающие факторы можно разделить на три группы: технические, экологические и экономические.
Технические факторы проявляются в хладотекучести материала (развитие пластической деформации под давлением при температуре значительно ниже температуры размягчения), в низкой теплопроводности, в малой износостойкости полимера при механическом воздействии, в слабой адгезии к поверхностям материалов и изделий.
Экологические проблемы вызваны большим количеством отходов в производстве изделий из политетрафторэтилена и сложностями вторичной переработки отходов и их уничтожения.
Экономический фактор выражается в высокой стоимости материала по сравнению с углеводородными полимерами, и это основное ограничение более активного практического использования политетрафторэтилена.
По этой причине политетрафторэтилен стараются заменить во всех возможных случаях, и материал используется лишь там, где невозможна его замена по функциональным соображениям.
Современная тенденция рынка фторполимеров состоит в устойчивом росте доли высокотехнологичных продуктов.
Другая особенность нынешнего рынка - появление новых производителей, в частности компаний КНР, которые по объему производства политетрафторэтилена выходят на передовые позиции, завоевывая покупателей низкими ценами.
Ситуация относительно фторполимерного производства в России такова: имеются два основных производителя - Завод полимеров Кирово-Чепецкого химического комбината им. Б.П. Константинова (г. Кирово-Чепецк) и ГалоПолимер (г. Пермь), входящих в один холдинг.
Совместный объем производства фторполимеров составляет десятки тысяч тонн в год; ассортимент продуктов и изделий достаточно широкий, однако существенно уступает основным зарубежным производителям.
Надо сказать, что технологические процессы, реализованные на этих предприятиях, были разработаны более тридцати лет назад и в значительной мере исчерпали свои инновационные ресурсы.
Назрела необходимость усовершенствования существующих технологических процессов с целью снижения себестоимости, энерго- и ресурсосбережения, расширения ассортимента производимых продуктов с включением высокотехнологичных и высокостоимостных продуктов и изделий.
Важной составляющей производства политетрафторэтилена должна быть технология вторичной переработки промышленных отходов в товарную продукцию.
В настоящее время имеется несколько способов переработки.
Один из них - термическое разложение отходов до газообразных продуктов, которые при определенных технологических режимах образуют ультрадисперсные порошки за счет нуклеативных и конденсационных процессов.
Таким способом получают порошки политетрафторэтилена торговых марок Форум и Флуролит.
Другой способ - механическая обработка на струйных мельницах порошкообразных отходов, предварительно подвергнутых облучению.
Таким способом получают порошок марки Томфлон.
Возможна переработка отходов в товарные порошки политетрафторэтилена механоактивационным способом с помощью дезинтеграторов, а также методом лазерной абляции.
Если учесть, что отходы для производителей фторполимеров являются побочным продуктом, а стоимость конечного продукта может существенно превышать цену промышленных порошков, то методы переработки оказываются вполне рентабельными.
Дальнейшие исследования в области развития технологических процессов получения фторполимеров должны быть направлены на поиск принципиально новых научно-технических подходов к синтезу этих материалов.
Например, эффективным представляется производство фторполимеров на основе синтеза в среде сверхкритического диоксида углерода, что может обеспечить определенные технологические преимущества, в частности, непрерывность процесса по сравнению с современными загрузочными технологиями, а также даст возможность получать новые продукты.
В этом направлении активно работает компания Дюпон.
В России существует около 40 компаний, перерабатывающих фторполимеры.
Мощности по выпуску фторполимерного сырья в настоящее время значительно превышают потребности внутреннего рынка переработки (в 3-4 раза).
По оценкам специалистов, производство изделий из фторопласта в России ежегодно увеличивается на 5-10%.
Основными потребляющими фторполимеры отраслями являются: химия (включая нефтехимию и агрохимию), машиностроение, электротехника.
Помимо этих отраслей можно выделить ряд перспективных, динамично развивающихся направлении, доля потребления фторполимеров которых постоянно растет темпами, превышающими среднерыночные.
Это промышленное и гражданское строительство, пищевая промышленность, легкая промышленность, медицина.
Доля сополимеров на основе ТФЭ в России, как и в мире, растет, хоть и меньшими темпами.
Они находят свое применение в таких отраслях как химия (антикоррозионная защита сложного оборудования), электротехника (изготовление кабельной продукции), автомобилестроение, машиностроение и другие, где от материала требуются высокие конструкционные характеристики и свойства, присущие ПТФЭ.
В России «Галополимер» является абсолютным лидером (более 80%) рынка фторопластов, в частности, он единственный производит наряду с традиционными специализированные фторполимеры - плавкие фторопласты и фторкаучуки, спрос на которые в промышленности растет.
При этом компания экспортирует и другую продукцию.
Будучи единственным отечественным производителем фторсодержащих хладагентов - хладонов, используемых в промышленном оборудовании и бытовой технике, компания в 2017 году дебютировала с ними на рынках стран ЕС.
В 2016 году инвестиции холдинга в средства производства превысили 370 млн руб.
В этом году «Галополимер» задействовал еще один рычаг наращивания экспорта - нефинансовую поддержку со стороны государства в лице Российского экспортного центра (РЭЦ).
