پارچه پلی تترافلوئورواتیلن

پارچه PTEF چه نوع پارچه ای است؟

مخفف PTEF به پلی تترافلوئورواتیلن (polytetrafluoroethylene) اشاره دارد که نوعی پلیمر مصنوعی به نام فلوئورو پلیمر (fluoropolymer) است. فلوئورو پلیمر نوعی پلیمر است که از مولکول های کربن و فلورین تشکیل شده است و اجزای تشکیل دهنده اصلی پلی تترافلوئورواتیلن، تترافلوئورواتیلن (TEF) است که عضوی از خانواده فلوئورو کربن (fluorocarbon) محسوب می شود.

ویژگی قابل توجه PTEF به پایین بودن ثابت دی الکتریک آن مربوط می شود که باعث می گردد تا کاملا هیدروفوبیک به حساب آید، یعنی آب از این ماده مصنوعی نمی تواند عبور کند. این ویژگی PTEF را به ماده بسیار محبوبی در هر کاربردی که بایستی آب بر روی یک مقیاس بزرگ یا کوچک دفع گردد، تبدیل نموده است. علاوه بر این، PTEF نقطه ذوب بسیار قابل توجهی دارد.

براساس اطلاعات شرکت Chemours، PTEF می تواند تا دمای بالای 600 درجه کلوین مقاومت کند که معادل 327 درجه سلسیوس یا 620 درجه فارنهایت است. در بین تمام پلیمرها، پلی تترافلوئورواتیلن کمترین ضریب اصطکاک را دارد که باعث می شود تا در هنگام لمس کردن، لغزنده به نظر برسد، اما تمیز کردنش آسان است.

همچنین PTEF در برابر ساییدگی مقاومت بالایی دارد و از مقاومت کششی بالایی برخوردار است. این نوع پلیمر به صورت اختصاصی کشف نشده است، بلکه توسط یکی از دانشمندان شرکت دوپونت به نام دکتر روی پلونکت (Roy Plunkett) در سال 1938 به صورت تصادفی به دست آمده است. در آن زمان شرکت دوپونت پیشرو اصلی در زمینه توسعه منسوجات مصنوعی همراه با تعدادی مواد مصنوعی دیگر بود و دکتر پلونکت در فرآیندی که تلاش داشت تا شکل جدیدی از مبرد کلروفلوئوروکربن را توسعه دهد، پلی تترافلوئورواتیلن را کشف نمود.

یک واکنش غیرمنتظره در فرآیند توسعه مبرد منجر به ظهور یک ماده سفید رنگ لغزنده در درون بطری آزمایش دکتر پلونکت شد. براساس تحلیل، ویژگی های فوق العاده این ماده تصادفی کشف گردید و دو شرکت جنرال موتورز و دوپونت در یک سرمایه گذاری مشترک به نام Kinetic Chemicals، ماده PTEF را در سال 1941 ارائه دادند. این پروژه در سال 1945، پلی تترافلوئورواتیلن را تحت نام تجاری تفلون به ثبت رساند.

یکی از اولین استفاده های این پلیمر به عنوان ماده پوششی دریچه در کاربردهای غنی سازی اورانیوم به عنوان بخشی از پروژه منهتن بود. در میانه دهه 1950 میلادی، مزایای PTEF به عنوان یک پوشش غیرچسبان در وسایل آشپزی کشف گردید. به دلیل مقاومت بالا در برابر حرارت و ویژگی های دفع کننده آب این ماده، بسیاری از شرکت ها بلافاصله بر روی احتمال استفاده از تفلون به عنوان پوشش دهنده وسایل آشپزی ریسک کردند.

ePTFE

از همان روزهای اول تولید PTEF، از این ماده به عنوان عایق در سیم کشی الکتریکی استفاده می گردید. مثلا بیشتر کابل های هم محور از PTEF استفاده می کنند و در اواخر دهه 1950 میلادی یکی از کارمندان شرکت دوپونت به نام بیل گور (Bill Gore) علاقمند شد تا از کاربردهای بالقوه پلی تترافلوئورواتیلن در صنعت محاسبات استفاده نماید. بیل گور با کمک پسرش، یعنی باب توانست تا نوعی از سیم های محاسباتی به نام مولتی تست (Multi-Test) را توسعه دهد.

بعد از گذشت فقط چند سال، مولتی تست در سراسر کشور به صورت گسترده مورد استفاده قرار گرفت و حتی این کابل در مدول های فضاپیمای آپولو 11 نیز به کار رفت. با این حال باب گور متوجه شد که PTEF پتانسیل های بیشتری دارد. زمانیکه او آزمایشاتش را با توسعه دادن PTEF شروع کرد، متوجه گردید که این ماده در عین سبک وزنی، انعطاف پذیری بسیار زیادی دارد و می تواند هوای زیادی را در نیز در خودی جای دهد.

آزمایشات باب منجر به کشف پلی تترافلوئورواتیلن گسترش یافته (ePTEF) شد که اکنون در طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی و مصرفی از آن استفاده می شود. همانند پلی تترافلوئورواتیلن معمولی، ePTEF در برابر حرارت مقاومت بالایی دارد و دفع کننده آب نیز هست، اما همانند ماده پارچه به آسانی به شکل نازک در می آید که می تواند در بسیاری از کاربردها به جای PTEF سنتی که بسیار سفت است، به کار رود.

GORE-TEX (گورتکس)

این منسوجات همان گونه که از نامشان پیداست، کشف دیگری از خانواده گور هستند. در دهه 1970 میلادی، رابرت گور شروع به اعمال کردن یک سری حق ثبت اختراع برای ePTEF کرد و شرکت دبیلو ال گور (W.L. Gore) در سال 1976، بازاریابی GORE-TEX را به عنوان ماده ای برای علاقمندان به فضای باز شروع کرد. خواص دفع کننده آب ePTEF موجب شد تا این ماده برای ژاکت های بارانی ایده آل شود و این پارچه هر چند که تا حدودی تنفس را حفظ می کند، اما در برابر باد مقاوم است. از سال 1970 میلادی، GORE-TEX به محبوبیت زیادی دست یافت و اکنون به عنوان ماده اصلی و برتر در بسیاری از لباس های مختلف مقاوم در آب به کار می رود.

هر چند که PTEF ذاتا در برابر نفوذ آب مقاوم است، اما چون GORE-TEX از طریق کشیدگی ePTEF ساخته شده است، لذا ساختار میکروسکوپی آن اجازه می دهد که آب وقتی در حالت گازی قرار دارد، از آن عبور کند. مثلا وقتی بدن شما عرق می کند، GORE-TEX بخار را ساطع می نماید و این بخار آزادانه می تواند از این پارچه عبور کند. با این حال، آب مایع در شکل باران نمی تواند از این پارچه مقاوم در برابر آب عبور نماید.

پارچه PTEF چگونه ساخته می شود؟

ماده PTEF از طریق تترافلوئورواتیلن پلیمریزه می گردد. تترافلوئورواتیلن نیز خود با ترکیب شدن فلوریت، اسید هیدروفلوئوریک و کلروفرم ایجاد می شود. برای ایجاد TEF، این مواد تحت دماهای بالا از طریق فرآیندی به نام پیرولیز ترکیب می گردند. ماده نهایی، حالت گازی دارد و برای تبدیل شدن به حالت مایع تحت فشار بالا در دماهای پایین قرار می گیرد.

تترافلوئورواتیلن بسیار فرار است، بنابراین معمولا قابلیت جابه جایی ندارد. در عوض بیشتر سازندگان PTEF، TEF مورد نیاز خودشان را در همان محل می سازند. در فرآیند تولید کردن TEF، مقادیر کوچکی از تعداد مختلفی مواد شیمیایی از جمله دی سوکسینیک اسید (disuccinic acid) و سولفات آمونیاک (ammonium persulfate) ممکن است به عنوان آغازگر واکنش مورد استفاده قرار گیرند و مقادیر بزرگی از آب نیز در فرآیند تولید PTEF به کار می رود.

وقتی TEF حاصل شد، ممکن است PTEF در طیف متنوعی از روش ها تولید گردد و بیشتر سازندگان این نوع از پارچه، فرآیند تولید را به عنوان رازهای تجارت حفظ کرده اند و آنها را به اشتراک نمی گذارند. با این حال فرآیندهای مختلف تولید استفاده شده برای ساخت PTEF را می توان به دو دسته، یعنی پلیمریزاسیون سوسپانسیونی (پلیمره شدن سوسپانسیونی) و پلیمریزاسیون تعلیقی تقسیم کرد.

پلیمریزاسیون سوسپانسیونی (Suspension Polymerization)

در این فرآیند، یک محفظه واکنشی با آب خالص و یک ماده شیمیایی آغازگر پر شده است و PTEF مایع سپس به درون محفظه وارد می شود. به فاصله کمی، PTEF مایع با آغازگر تماس برقرار می کند، پلیمریزاسیون شروع می گردد و دانه های جامدی را شکل می دهد که بر روی سطح آب باقی می مانند. در سراسر فرآیند، محفظه واکنش برای تسهیل کردن گردش آب به عنوان خنک کننده، به جلو و عقب حرکت می کند.

وقتی وزن مشخصی از PTEF به دست آمد، فرآیند متوقف می گردد و آب به تدریج از محفظه واکنش خالی می شود. دانه های PTEF به دست آمده سپس خشک می گردند و با یک آسیب پودر می شوند. ماده حاصل از سازگاری همچون آرد برخوردار است و این دانه های پودری سپس دانه های بزرگ تری را به وجود می آورند، چون PTEF به سختی در این حالت می تواند مورد استفاده قرار گیرد. دانه های حاصل در یک فر خشک می شوند.

وقتی دانه ها خشک شدند، می توان آنها را به شکل های مختلفی در کارخانه در آورد یا ممکن است آنها را در سیلندرهای پیش ساخته به نام شمش چهارگوش (billets) حمل نمایند. برای تبدیل PTEF به یک شکل خاص، می توان آن را بالای 680 درجه فارنهایت (360 درجه سلسیوس) در یک فر حرارت داد که در این نقطه سازگاری ژل مانند را به خود می گیرد.

پلیمریزاسیون تعلیقی

این روش موجب به وجود آمدن دانه های جامد PTEF نمی شود. در عوض این ماده به شکل مایع در می آید که می تواند فقط در کاربردهای پوششی یا نهایی مورد استفاده قرار گیرد. در این روش همانند روش پلیمریزاسیون سوسپانسیونی، آب، یک آغازگر شیمیایی و TEF مایع به درون محفظه واکنش معرفی می شوند.

با این حال محفظه واکنش به جای اینکه به شدت دچار تکان شود، فقط به آرامی تحریک می گردد که باعث تولید دانه های کوچک PTEF می شود. وقتی این دانه ها شکل گرفتند، مقدار مشخصی از آب حذف می گردد و مایع شیری مانند به وجود می آید. اگرچه این ماده آبکی معمولا در حالت مایع باقی می ماند، اما می توان آن را در حالت پودر ریز خشک نمود.