铁氟龙的故事

铁氟龙又名聚四氟乙烯(简称 PTFE),是四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物,其结构简式为 -[-CF2-CF2-]n- ,具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、耐高低温性、电绝缘性、表面不粘性等,为许多其他工程塑料所不及,它解决了化工、石油、电气、制药等领域的许多难题,因而有“塑料王”之称。 那么,铁氟龙(聚四氟乙烯)是怎样发明的呢? 那么为什么这个PTFE(聚四氟乙烯)我们会叫它”铁氟龙“呢?

我们回顾一下1938年以前,在世界高分子合成领域,人们对各种卤代乙烯的聚合已进行了一些研究,但从没注意到四氟乙烯也能聚合成高聚物。早在1935年时,在世界的化学界普遍接受的观点是:在加聚反应中,单体分子必须含有未取代的亚甲基。其中1936~1940年间,法国、英国、德国的专利中介绍了含氟和至少有另一卤原子取代的乙烯单体(如二氟氯乙烯和三氟氯乙烯)的聚合。有些专利并指出,不含其他卤原子的氟代乙烯的聚合是困难的。其实当时存在的错误观念认为,乙烯分子中的4个氢全被卤素取代后就不能进行聚合。这方面的错误规点占据着当时的聚合物研究领域,也就不会想到四氟乙烯也可以进行聚合,它的诞生完全是一个意外的发现,如果不是由于普伦基特在实验中的偶然发现,那么聚四氟乙烯(PTFE)的发明恐怕还得推迟若干年。详情也可点击“聚四氟乙烯的传说”。

罗伊·普伦基特(Roy Plunkett)是美国杜邦公司杰克森实验室的化学家。1932年普伦基特博士毕业后来杜邦公司从事有机氟的研究,1936年他和他的助手雷博克开始研究替代致冷剂CClF2CClF2的代用品,选择CHF2CClF2 他们选了下面的合成路线:

CClF2CClF2+Zn → CF2CClF2 (1)

CF2CF2+HCl →CHF2CClF2 (2)

1938年夏天,普伦基特正在研究氯氟烃的制备(彩色ETFE)。这期间,为了要解决一个实际问题,要制作新的氯氟碳化合物冷媒,他对四氟乙烯的来源产生了兴趣。当时,四氟乙烯只能在实验室中少量制备,而他却需要100磅之多。在实验室中少量制备之后,他进行了中试,生产出的四氟乙烯贮于钢瓶中,钢瓶存放在用于干冰致冷的冷库里。普伦基特的下一步工作是研究四氟乙烯与其他化学物质的反应,以合成新的化合物。有一天,在助手雷博克的配合下,普伦基特从小钢瓶中(内装大约2磅四氟乙烯)蒸发四氟乙烯,瓶子放在台秤上。瓶内四氟乙烯气体通过流量计流向反应器,与其他化学物质起反应。实验开始后,助手看到四氟乙烯的流动停止了,叫普伦基特注意。普伦基特检查了钢瓶重量,发觉钢瓶里还有很多东西,他以为是四氟乙烯,于是把阀门完全打开,并用一根铁丝通了通阀门口,但没有气体泄出。他又摇晃钢瓶,觉得里面有一些固体物在响动。于是他把阀门拆下,从钢瓶里倒出一些白色粉末。接着,他又用一把钢锯把钢瓶锯开,结果得到相当多的粉末。普伦基特明白了:四氟乙烯聚合了,产生了新的粉末聚合物。于是他很快对这种粉末作了鉴定,这是一种非常滑、能抗高温和化学反应的树脂,并确定了制造方法。1941年,普伦基特通过专利首次把PTFE公之于世。

由于这种树脂优异的耐热、耐高低温、自润滑性及化学稳定性等,在用于制造第一枚原子弹的美国'曼哈顿工程'上起了非常重要的作用。 它可以用于原子弹、炮弹等的防熔密封垫圈,因此美国军方将该技术在二战期间一直保密。直到二战结束后,才解密,并于1946年实现工业化生产聚四氟乙烯。杜邦公司随后把它注册成一个商标,叫Teflon, 中文译成铁氟龙、特富龙。 特富龙(Teflon)是美国杜邦公司研发的含氟树脂的总称,包括聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯及各种含氟共聚物。后来它的应用不断得到拓展,1954年,法国工程师马克·格雷瓜尔(Marc Gregoire)的妻子柯莱特(Colette)突发奇想,觉得丈夫用来涂在钓鱼线上防止打结的不粘材料聚四氟乙烯如果可以用在煎锅上,效果一定不错。由此拯救了无数现代家庭主妇的“不粘锅”由此诞生,聚四氟乙烯应用于不粘炊具,人们才普遍了解其性能。目前美军M4A1卡宾枪匣內部的枪机总成,就喷涂了一层特氟龙用来延长卡宾枪的使用寿命。现在各领域对它的需求变得十分旺盛。

中国氟树脂的研制始于上世纪50年代后期,大都从当时的苏联得到许多帮助,到 1965年国内聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、氟塑料46等相继投产,其它品种也不断少量生产。据统计至1980年后世界上已工业生产和批量生产的氟树脂产品有11种。详情也可点击“聚四氟乙烯的传说”。

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