Major components obtained from Teflon pyrolysis are $C_2F_4$, $C_3F_6$ and cyclo-$C_4F_8$ and mole percent distribution of each component can be varied by temperature, pressure and flow rate of inert carrier gas.
In this experiment, product distributions of Teflon pyrolysis under various conditions were found and computer simulation was undertaken to compare experimental values with theoretical product distributions.
Experiments were performed under five temperatures between 550 and 800℃ and seven pressures between 760 and 2mmHg. Experiments were also performed under same five temperatures and four flow rates of inert carrier gas between 50 and 170ml/min.
The mechanism of Teflon pyrolysis was confirmed from the experimental results as follows; The pyrolysis of Teflon occurred via formation of [:$CF_2$] fragments that subsequently coupled to give $C_2F_4$, which was further pyrolyzed to produce $C_3F_6$, and cyclo-$C_4F_8$.
Formation of $C_3F_6$ and higher boiling perfluoro compounds was facilitated by raising the pyrolysis temperature. Raising the pyrolysis temperature had little effect on $C_2F_4$ formation in atmospheric pressure but diminished $C_2F_4$ formation under reduced pressure or in carrier gas flow. Cyclo-$C_4F_8$ was unstable at high temperatures and its amount was sharply decreased at high temperatures.
Formation of monomer was facilitated by increasing the flow rate of carrier gas and reducing the pressure. This is because reducing the residence time of pyrolysis products in the reactor gave little chance for the monomer to form $C_3F_6$ and cyclo-$C_4F_8$. This effect was more typical in low temperatures than in high temperatures.
Reducing the pressure was more effective in monomer formation than increasing the flow rate of inert carrier gas and at 2mmHg monomer was formed almost exclusively. Suitable model for the pressure-temperature experiments was chosen to find theoretical product distributions by computer simulation. But the result was very poor because kinetic data for all the reactions in the Teflon pyrolysis is not available.
Teflon의 열분해에서 얻어지는 주요생성물은 $C_2F_4,\; C_3F_6$ 및 cyclic-$C_4F_8$ 이며 열분해조건에 따라 각 생성물의 량은 달라진다. 본 실험에서는 Teflon의 열분해 mechanism에 대한 확실한 규명과 열분해조건에 대한 생성물분포의 변화를 알아 보려하였다. 또한 computer로 계산을 하여 생성물분포의 이론치를 구하는 시도를 해 보았다.
압력에 대한 실험의 경우 $550 \sim 800\,^\circ\!C$의 온도범위에서 압력을 대기압에서 2 mmHg까지 변화시키며 하였고 carrier gas의 유량에 대한 실험의 경우 같은 온도범위에서 질소기체의 유량을 $50 \sim 170 ml/\min$의 범위에서 하였다.
실험의 결과 Teflon의 열분해 mechanism은 열에 의해 생성된 말단기에서 monomer가 직접 형성되거나 혹은 $[:CF_2]$ 가 떨어져 나와 dimerize하여 monomer가 되는 것이며, 다른 생성물은 이 monomer가 반응기내에서 다시 반응하여 생긴다는 것이타당함을 알았다.
또한 열분해의 조건이 생성물분포에 영향을 미치는 것은 온도에 따라 각 반응이 일어나는 정도가 다르며 압력과 유량의 변화에 따라 분해생성물이 반응기내에 머므르는 시간이 달라짐에 의 한 것을 알았다.
Monomer가 생성되는 반응은 온도에 크게 영향을 받지않아 대기압에서는 온도의 변화에 따라 그 양이 크게 변하지 않으나 압력과 carrier gas의 유량에 대한 실험에 있어서는 온도의 증가에 따라 그 양이 감소한다. $C_3F_6$ 의 경우는 어느 조건에서도 도 온도의 증가에 따라 그 양이 증가한다.
Cyclic-$C_4F_8$는 $C_3F_6$ 에 비하여 낮은 온도에서도 쉽게 형성되나 높은 온도에서는 불안정하여 다시 분해된다. 즉 어느 온도까지는 온도의 상승에 따라 그 양이 증가하다가 높은 온도에서는 감소한다.
질소기체의 유량이 커지거나 반응기 내부의 압력을 낮게 유특시키면 monomer의 량은 증가하고 $C_3F_6$는 감소한다. Cyclic -$C_4F_8$는 유량의 증가에 따라 낮은 온도에서는 그 량이 감소하고 높은 온도에서는 증가한다. Monomer의 양이 증가하는 것은 분해생성물이 반응기내에 머므는 시간이 짧아져 일단 생성된 monomer가 다시 다른 생성물을 만드는 기회가 줄어들기 때문이다. 이러한 효과는 높은 온도에서 보다 낮은 온도에서 뚜렷하다.
또한 압력을 낮추는 효과가 유량을 증가시키는 효과보다 커서 실제로 2 mmHg에서는 거의 monomer만이 생성되었다.
압력에 대한 실험에 대해서 적절한 model을 만들어 computer로 생성물분포의 이론치를 구하는 시도를 해 보았으나 주어진 mechanism에 대한 각 반응식의 반응공학적 자료를 완벽하게 얻을 수 없어 좋은 결과를 얻지 못하였다.
