Polytetrafluorethylen (abgekürzt PTFE) ist ein fluoriertes Polymer. Umgangssprachlich wird dieser Kunststoff oft mit dem Handelsnamen der Firma DuPont, Teflon, bezeichnet. Weitere Handelsnamen anderer Hersteller von PTFE sind Hostaflon, Fluon, Algoflon und Polyflon.
Herstellung
PTFE wird aus Chloroform CHCl3 durch partielle Fluoridierung hergestellt, wobei zunächst Chlorfluormethan CHClF2 und Tetrafluorethylen C2F4 erzeugt werden. SbCl4F dient dabei als Katalysator.
CHCl3 + 2 HF → CHClF2 + 2 HCl
2 CHClF2 → C2F4 + 2 HCl
Tetrafluorethylen wird anschließend einer radikalischen Polymerisation unter Druck unterzogen. Je nach Bedingungen ergeben sich unterschiedliche Molekül- und Partikelgrößen:
n C2F4 → -[CF2]n/2-
Strukturformel von PTFE:
F F F F F
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··· -C-C-C-C-C- ···
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F F F F F
Eigenschaften
PTFE zeichnet sich durch mehrere Besonderheiten aus:
- PTFE ist sehr reaktionsträge. Selbst aggressive Säuren wie Königswasser können PTFE nicht angreifen. Der Grund liegt in der besonders starken Bindung zwischen den Kohlenstoff- und den Fluoratomen, da Fluor das Element mit der stärksten Elektronegativität ist. So gelingt es vielen Substanzen nicht, die Bindungen aufzubrechen und mit PTFE chemisch zu reagieren.
- PTFE hat einen sehr geringen Reibungskoeffizienten. PTFE rutscht auf PTFE ähnlich gut wie nasses Eis auf nassem Eis. Außerdem ist die Haftreibung genau so groß wie die Gleitreibung, so dass der Übergang vom Stillstand zur Bewegung ohne Ruckeln stattfindet.
- An PTFE bleibt so gut wie nichts haften.
Anwendungen
Die bekannteste Anwendung ist sicherlich die Anti-Haft-Beschichtung in Pfannen und Töpfen. Die berühmte Frage "Wenn nichts an Teflon haftet, wie haftet es dann an der Pfanne?" ist leicht zu beantworten: Das Metall der Pfanne wird aufgeraut, z.B. mechanisch durch Sandstrahlen oder chemisch durch Säuren. Danach wird das PTFE mit Druck aufgetragen und so von den zahllosen kleinen Unebenheiten der Pfanne festgehalten.
In hauchdünnen Schichten findet PTFE als Gore-Tex Verwendung, einer Membran mit feinsten Poren, die groß genug sind, um Wasserdampf durchzulassen, nicht aber Wasser in flüssiger Form. Daraus kann wasser- und winddichte Bekleidung hergestellt werden, die trotzdem die Hautfeuchtigkeit nach außen abgeben kann.
Wegen seiner chemischen Trägheit wird PTFE als Beschichtung dort eingesetzt, wo aggressive Chemikalien vorkommen. Schon bei Aufbereitung von Uran für die ersten Atombomben (Manhattan-Projekt) wurde das sehr reaktionsfreudige Uranhexafluorid in PTFE-beschichteten Gefäßen aufbewahrt.
Durch seine geringe Reibung ist PTFE als Beschichtung für Lager und Dichtungen interessant.
In der Medizin wird PTFE z.B. bei Implantaten verwendet. Zum einen sorgt seine chemische Beständigkeit für eine lange Lebensdauer und gute Verträglichkeit, zum anderen verringert die glatte Oberfläche die Entstehung von Blutgerinseln.
Geschichte
Entgegen einer weitläufigen Meinung ist PTFE kein Nebenprodukt der Raumfahrt. Es wurde durch Zufall bereits 1938 von dem Chemiker Roy Plunkett entdeckt, als er auf der Suche nach Kühlmitteln für Kühlschränke mit Tetrafluorethylen (TFE) experimentierte und vergaß, die Flasche mit dem Gas über Nacht im Kühlschrank aufzubewahren. Am nächsten Tag hatte sich das Gas in PTFE umgewandelt. 1941 erhielt Du Pont das Patent auf PTFE.
1954 entwickelte der französische Chemiker Marc Grégoire die PTFE-Beschichtung von Kochgeschirr.