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Polytetrafluorethylen

Polytetrafluorethylen (Kurzzeichen PTFE, gelegentlich auch Polytetrafluorethen oder -äthylen) ist ein vollfluoriertes Polymer. Umgangssprachlich wird dieser Kunststoff oft mit dem Handelsnamen Teflon der Firma DuPont bezeichnet. Weitere Handels-namen anderer Hersteller von PTFE sind DyneonTM PTFE (ehemals Hostaflon), Heydeflon, Ekafluvin, Fluon, Algoflon und Polyflon sowie Gore-Tex.
PTFE gehört zur Klasse der Polyhalogenolefine, zu der auch PCTFE (Polytrifluormonochlorethen) gehört.
Geschichte
Entgegen einer weitläufigen Meinung ist PTFE kein Nebenprodukt der Raumfahrt, die erst 1957 begann. Es wurde bereits 1938 von dem Chemiker Roy Plunkett durch Zufall entdeckt, als er auf der Suche nach Kältemitteln für Kühlschränke mit Tetrafluorethylen (TFE) experimentierte und vergaß, die Flasche mit dem Gas über Nacht kühl zu lagern. Am nächsten Tag hatte sich das Gas in PTFE umgewandelt. Nach seinem Entdecker heißt das noch heute gebräuchliche Herstellungsverfahren Plunkett-Verfahren. Dabei wird die Polymerisation bei hohem Druck mit Peroxiden eingeleitet. 1941 erhielt DuPont das Patent auf PTFE.
Im Jahre 1943 fand PTFE erstmals technische Verwendung als Korrosionsschutz beim Atombombenbau. Teflon schützte dort die Gaszentrifugen und Rohrleitungen vor dem extrem korrosiven Gas Uranhexafluorid. Später beschichtete der französische Chemiker Marc Grégoire seine Angelschnur mit Teflon, um sie leichter entwirren zu können. Seine Ehefrau Colette kam 1954 auf die Idee, Töpfe und Pfannen zu beschichten.
Herstellung
PTFE wird aus Chloroform CHCl3 durch partielle Fluoridierung hergestellt, wobei zunächst Chlorfluormethan CHClF2 und Tetrafluorethen C2F4 erzeugt werden. Als Katalysator fungiert hierbei Antimon(V)-chloridfluorid (SbCl4F).
CHCl3 + 2 HF → CHClF2 + 2 HCl
2 CHClF2 → C2F4 + 2 HCl
Tetrafluorethen wird anschließend einer radikalischen Polymerisation unter Druck unterzogen. Je nach Bedingungen ergeben sich unterschiedliche Molekül- und Partikelgrößen:
n C2F4 → -[CF2]2n-
Da diese Reaktionen stark exotherm ist und sich die Monomereinheiten bei hohen Temperaturen leicht explosiv zersetzen, wird die Polymerisation in Suspension durchgeführt.
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 Rucken stattfindet.
- An PTFE bleibt so gut wie nichts haften, da seine Oberflächenspannung extrem niedrig ist.
- Dichte: 2,10 .. 2,30 g/cm³
- äußerst beständig gegen alle Säuren und Basen, Alkohole, Ketone, Benzine, Öle usw.; unbeständig nur gegen Natrium; Einsatztemperatur bis 260 °C (bei Temperaturen über 400 °C werden hochtoxische Pyrolyseprodukte wie z. B. Fluorphosgen (COF2) freigesetzt); frostbeständig bis -200 °C; nur nach Vorbehandlung klebbar; schweißen möglich, aber nicht üblich; leicht wachsartige Oberfläche (nicht so ausgeprägt wie bei PE); physiologisch unbedenklich
- hohe Wärmeausdehnung, Phasenumwandlung von triklinem zuhexagonalem Kristallgitter bei 19 °C mit Volumenänderung
- Brennprobe: nicht brennbar; in heißer Flamme findet bei Rotglut Zersetzung statt; dabei Geruch nach Salz- und Fluorwasserstoffsäure; die entstehenden Dämpfe sind giftig und können Haustiere schwer schädigen oder töten und führen beim Menschen zum Polymerfieber.
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