Teflon®

Chemisch ist Teflon Polytetrafluorethylen - ein Polymer von Tetrafluorethylen.
Polytetrafluorethylen (abgekürzt PTFE; manchmal auch Polytetrafluorethen genannt) ist ein Polymer von Tetrafluorethylen, das erstmals von dem Chemiker Roy J. Plunkett bei der Firma DuPont hergestellt wurde. Polytetrafluorethylen ist vor allem unter dem Handelsnamen Teflon (bzw. Teflon) bekannt. Weitere gebräuchliche Handelsnamen für Polytetrafluorethylen sind Dyneon™ PTFE (früher Hostaflon™) und Gore-Tex™ (PTFE-Membranen).

PTFE gehört in die Gruppe der Polyhalogenolefine, zu denen beispielsweise auch PCTFE – Polytrifluormonochlorethylen – zählt. Es gehört zu den Thermoplasten, obwohl es einige Eigenschaften aufweist, die eher für Reaktoplasten typisch sind. Die Schmelztemperatur von PTFE beträgt ungefähr 327 °C, doch bereits ab 260 °C ändern sich seine Eigenschaften. Bei Temperaturen über 350 °C kommt es zur Zersetzung.

Geschichte

3D-Modell eines Teils der PTFE-Molekülstruktur.
Trotz des verbreiteten, falschen Behauptungen, dass PTFE als Material für Raumfahrt entwickelt wurde, was erst 1957 begann, reicht seine Geschichte bis ins Jahr 1938 zurück. Damals entstand PTFE zufällig, als Roy J. Plunkett mit Tetrafluorethylen als Kältemittel experimentierte. Plunkett hatte vergessen, die Druckflaschen mit Tetrafluorethylen (TFE) an jenem Abend in die Kälte zu bringen. Bis zum nächsten Tag war ein Teil des Gases in den Flaschen durch Polymerisation in eine weiße feste Substanz – PTFE – übergegangen. Der nach seinem Entdecker benannte industrielle Produktionsprozess von PTFE besteht darin, dass Tetrafluorethylen unter hohem Druck in Gegenwart von Initiatorstoffen (z. B. Peroxiden) polymerisiert. 1941 erhielt das Unternehmen DuPont ein Patent für die Herstellung von PTFE, 1944 wurde Teflon zur registrierten Marke.

Die erste praktische Anwendung fand PTFE 1943 – zur Korrosionsschutz bei der Herstellung der Atombombe. Seine Schicht auf Zentrifugen und Rohren schützte das Material vor dem äußerst korrosiven Gas Uranhexafluorid (UF6). Später überzog der französische Chemiker Marc Grégoire einen Angelhaken mit einer Teflon-Schicht, wodurch er sich schneller abwickeln ließ. Seine Ehefrau Colette kam 1954 auf die Idee, dass Teflon als Oberfläche für Töpfe und Pfannen verwendet werden könnte.

Eigenschaften

Teflon wird als Oberfläche von Pfannen und anderen Küchengeräten verwendet.
PTFE ist durch mehrere außergewöhnliche Eigenschaften gekennzeichnet:

PTFE ist fast nicht reaktiv. Starke Säuren, wie beispielsweise Königswasser, reagieren überhaupt nicht mit PTFE. Ursache sind die sehr starken Bindungen zwischen Kohlenstoff- und Fluoratomen, da Fluor das Element mit der höchsten Elektronegativität (x = 4,0) ist und mit Kohlenstoff (x = 2,5) eine sehr polare und stabile Bindung bildet. Bislang kennen wir nur wenige Verbindungen, die PTFE chemisch angreifen können – beispielsweise geschmolzenes Natrium oder Fluor.
PTFE weist einen sehr niedrigen Reibwert auf (f(Stahl–Teflon) = 0,04). Zwei PTFE-Oberflächen gleiten genauso gut aneinander vorbei wie zwei eisige Oberflächen. Darüber hinaus ist dieser Reibwert fast identisch für den statischen und dynamischen Zustand, weshalb der Übergang eines Körpers vom Ruhezustand in die Bewegung sehr einfach ist.
Auf einer Oberfläche aus PTFE haftet fast nichts, da sie aufgrund ihrer extrem hohen Oberflächenspannung kaum an anderen Materialien haftet.
Dichte: 2,1–2,3 g/cm³, Härte nach Shore D 55 bis D 60
Hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber erhöhten Temperaturen, allen Säuren, Laugen, Alkoholen, Ketonen, Ölen usw. PTFE kann bis zu 260 °C verwendet werden, ohne dass sich seine Eigenschaften verändern (bei 400 °C entstehen durch Pyrolyse toxische Produkte, z. B. Fluorformgen COF2). PTFE ist frostbeständig bis −200 °C; physiologisch völlig indifferent.
Hoher Wärmeausdehnungskoeffizient, Phasenübergang von der triklinen Kristallgitterstruktur zur hexagonalen bei 19 °C mit Volumenänderung.
Nicht brennbar, bei starker Bestrahlung Zersetzung mit Bildung von Fluorwasserstoff, die Abgase sind giftig und können beim Menschen sogenannte „Teflon-Fieber“ auslösen.
Brechungsindex ca. 1,34 – nur geringfügig anders als bei Wasser (1,333).