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| Strukturformel | ||
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| Allgemeines | ||
| Name | Polytetrafluorethylen | |
| Andere Namen |
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| CAS-Nummer | 9002-84-0 | |
| Art des Polymers | Thermoplast | |
| Kurzbeschreibung | weiĂer Feststoff, sehr geringer Reibungskoeffizient | |
| Monomer | ||
| Monomer | 1,1,2,2-Tetrafluorethen (IUPAC) | |
| Summenformel | C2F4 | |
| Molare Masse | 100,02 g·molâ1 | |
| Eigenschaften | ||
| Aggregatzustand | fest | |
| Dichte | 2,16 g·cmâ3 [1] | |
| Schmelzpunkt | 327 °C [1] | |
| HĂ€rte | D55 (nach Shore) | |
| ElastizitÀtsmodul | 420 MPa [2] | |
| Wasseraufnahme | < 0,01 | |
| Chemische BestÀndigkeit | sehr hoch | |
| WÀrmeleitfÀhigkeit | 0,24 W/(m·K)[2] | |
| Thermischer Ausdehnungskoeffizient | 130 · 10â6 Kâ1[2] | |
| Sicherheitshinweise | ||
Gefahrstoffkennzeichnung [1]
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| R- und S-SĂ€tze | R: keine R-SĂ€tze | |
| S: keine S-SĂ€tze | ||
| Soweit möglich und gebrÀuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | ||
Polytetrafluorethylen (Kurzzeichen PTFE, gelegentlich auch Polytetrafluorethen) ist ein unverzweigtes, linear aufgebautes, teilkristallines Polymer aus Fluor und Kohlenstoff. Umgangssprachlich wird dieser Kunststoff oft mit dem Handelsnamen Teflon der Firma DuPont bezeichnet. Weitere hĂ€ufig verwendete Handelsnamen anderer Hersteller von PTFE sind Dyneon PTFE (ehemals Hostaflon) und Gore-Tex fĂŒr PTFE-Membranen.
PTFE gehört zur Klasse der Polyhalogenolefine, zu der auch PCTFE (Polychlortrifluorethylen) gehört. Es gehört zu den Thermoplasten, obwohl es auch Eigenschaften aufweist, die eine eher fĂŒr duroplastische Kunststoffe typische Verarbeitung bedingen.
Inhaltsverzeichnis |
PTFE ist kein Nebenprodukt der Raumfahrt, da es bereits 1938 von dem Chemiker Roy Plunkett entdeckt wurde. Als Plunkett auf der Suche nach KĂ€ltemitteln fĂŒr KĂŒhlschrĂ€nke mit Tetrafluorethylen (TFE) experimentierte, entdeckte er in seinem ReaktionsgefÀà "farblose KrĂŒmel" [3]. Tetrafluorethylen wurde zu PTFE polymerisiert. Nach seinem Entdecker heiĂt das noch heute gebrĂ€uchliche Herstellungsverfahren Plunkett-Verfahren. Dabei wird die Polymerisation bei hohem Druck mit Peroxiden gestartet. 1941 erhielt DuPont das Patent auf PTFE.
Ăber fĂŒnf Jahre war eine technische Nutzung von PTFE nicht gegeben, da die Herstellungskosten zu hoch waren und keine Anwendung fĂŒr das hochinerte Material gesehen wurde. Im Jahre 1943 standen Forscher im Manhattan-Projekt vor dem Problem, dass sie mit dem extrem korrosiven Uranhexafluorid umgehen mussten. PTFE fand hier erstmals technische Verwendung als Korrosionsschutz bei der Urananreicherung. SpĂ€ter beschichtete der französische Chemiker Marc GrĂ©goire seine Angelschnur mit PTFE, um sie leichter entwirren zu können. Seine Ehefrau Colette kam 1954 auf die Idee, Töpfe und Pfannen damit zu beschichten.
PTFE wird aus Chloroform CHCl3 durch partielle Fluoridierung hergestellt, wobei zunÀchst Chlordifluormethan CHClF2 und Tetrafluorethylen C2F4 erzeugt werden. Als Katalysator fungiert hierbei Antimon(V)-chloridfluorid (SbCl4F).
Tetrafluorethen wird anschlieĂend einer radikalischen Polymerisation unter Druck unterzogen. Je nach Bedingungen ergeben sich unterschiedliche MolekĂŒl- und PartikelgröĂen:
Da diese Reaktion stark exotherm ist und sich die Monomereinheiten bei hohen Temperaturen leicht explosiv zersetzen, wird die Polymerisation in Suspension durchgefĂŒhrt. Zudem bedingt die InstabilitĂ€t des Monomers eine rĂ€umliche NĂ€he der Produktion von Polymer und Monomer, da ein Transport des Monomers wegen der Explosionsgefahr nur sehr eingeschrĂ€nkt möglich ist.
PTFE zeichnet sich durch mehrere Besonderheiten aus:
Wegen seiner chemischen TrĂ€gheit wird PTFE als Beschichtung dort eingesetzt, wo aggressive Chemikalien vorkommen. Schon bei der Aufbereitung von Uran fĂŒr die ersten Atombomben (Manhattan-Projekt) wurde das sehr reaktionsfĂ€hige Uranhexafluorid in PTFE-beschichteten GefĂ€Ăen aufbewahrt.
Im Bereich der Dichtungstechnik wird PTFE als Basiscompound in vielen Anwendungen eingesetzt. Insbesondere im Bereich:
Weiterhin wird PTFE auch im Chemieanlagenbau als Auskleidungswerkstoff fĂŒr Kompensatoren, Rohrleitungen und Kolonnen eingesetzt. Die gĂ€ngigste Verarbeitungsform bei der Auskleidung ist die isostatische Vorgehensweise. Hierbei wird PTFE unter hohem Druck an die WĂ€nde des auszukleidenden Aggregates gepresst.
Im Architekturbereich wird Glasfasergewebe mit PTFE beschichtet, um witterungs- und UV- bestĂ€ndige Membranen zu erhalten. In der spĂ€teren Verarbeitung wird hauptsĂ€chlich SchweiĂen angewendet, da ein VernĂ€hen aufgrund der geringen Reibung der Fasern problematisch ist. Inzwischen gibt es auch komplett aus Teflon hergestellte Gewebe. Diese haben den Vorteil der leichteren Handhabbarkeit und der geringeren KnickgefĂ€hrdung. Dazu sind deren Dehnwerte besser fĂŒr die Herstellung von Membranen geeignet.
Die vielfĂ€ltigen und relativ einfachen Möglichkeiten der Compoundierung ermöglichen spezielle Mischungen fĂŒr zahlreiche Anwendungen, die in diversen Parametern (beispielsweise Druck, OberflĂ€chengĂŒte, Geschwindigkeit etc.) differieren können.
Durch seine geringe Reibung ist PTFE als Trockenschmierstoff (Festschmierstoff) und als Beschichtung fĂŒr Lager und Dichtungen interessant. Ebenso kommt PTFE fĂŒr Beschichtungen bei hochwertigen Garten-Schneidewerkzeugen wie Reb- oder Astscheren zum Einsatz. Der Kraftaufwand beim Schneiden wird hierdurch erheblich reduziert.
In der Medizin wird PTFE unter anderem fĂŒr Implantate wie beispielsweise GefĂ€Ăprothesen verwendet. Zum einen sorgt seine chemische BestĂ€ndigkeit fĂŒr eine lange Lebensdauer und gute VertrĂ€glichkeit, zum anderen verringert die glatte OberflĂ€che die Entstehung von Blutgerinnseln.
Aufgrund dieser VertrĂ€glichkeit findet es auch immer mehr Anwendung als Piercing-Schmuck â wobei hier darauf geachtet werden sollte, dass der betreffende PTFE-Schmuck fĂŒr den Einsatz im/am Körper hergestellt wurde, da es bei âindustriellemâ PTFE immer zu chemischen RĂŒckstĂ€nden durch das Sintern kommen kann. Durch den Einsatz von Piercing-Schmuck aus PTFE als Ersteinsatzmaterial werden wesentlich kĂŒrzere Abheilzeiten erreicht als bei Verwendung von Titan. Wegen seiner extrem hohen WĂ€rmebestĂ€ndigkeit kann PTFE im Gegensatz zu anderen Kunststoffen im Autoklaven bei 130 °C dampfsterilisiert werden. Weiterhin gibt es Implantate fĂŒr das Gesicht aus PTFE, die in der Plastischen Chirurgie Verwendung finden
In der Optik wird PTFE als Linsenmaterial eingesetzt, da es im fernen Infrarotbereich transparent ist. Aber auch bei BrillenglÀsern wird PTFE als Beschichtung eingesetzt, um diese einfacher reinigen zu können.
Im Bereich der Hochfrequenztechnik ist PTFE aufgrund seiner geringen DielektrizitĂ€tskonstante und der geringen Verluste ein beliebter Werkstoff beispielsweise fĂŒr Kabelisolationen. In der Produktion von Hochfrequenzleiterplatten dient der Werkstoff, zum Teil verstĂ€rkt mit Glasgewebe, als dielektrisches Basismaterial.
In der Hochspannungstechnik eignet sich PTFE aufgrund der hohen Teilentladungsfestigkeit und der geringen HaftbestĂ€ndigkeit von OberflĂ€chen-Verschmutzungen als elektrischer Isolator (Einsatz in Isolatoren) sowie als DĂŒsenmaterial in Leistungsschaltern.
Mit PTFE werden vereinzelt Projektile fĂŒr Handfeuerwaffen beschichtet, um hĂ€rtere Geschosse (z. B. aus Messing) ohne ĂŒbermĂ€Ăigen VerschleiĂ des Laufs verschieĂen zu können. PTFE ist insofern eine Alternative zu MolybdĂ€ndisulfid (MoS2).
PTFE wird auch im BrĂŒckenlagerbau als Gleitwerkstoff eingesetzt.
Bei hochwertigen ComputermĂ€usen werden die âMausfĂŒĂchenâ ebenfalls aus PTFE hergestellt. Dies soll den Reibungswiderstand der Maus herabsetzen und somit eine komfortablere FĂŒhrung gestatten.
Die bekannteste Anwendung ist sicherlich die Antihaft-Beschichtung in Pfannen und Töpfen. Sie selbst haftet, weil das Metall der Pfanne angeraut wird, beispielsweise mechanisch durch Sandstrahlen oder chemisch durch SÀuren. Danach wird das PTFE mit Druck aufgetragen und so von den zahllosen kleinen Unebenheiten der Pfanne festgehalten. Die Bindung erfolgt somit mechanisch und nicht chemisch, weshalb die OberflÀche meist nur wenig kratzfest ist. Die Oberseite der Beschichtung bleibt jedoch glatt und verhindert so das Anbacken des Gargutes.
Viele Anwendungen gibt es aber auch im industriellen Bereich, als Antihaft-Beschichtung in der Textilindustrie oder in Formen bei der Kunststoffbearbeitung und in der Dachsanierung als Dachbeschichtung mittels einer elastischen Acryldispersionsbeschichtung.
Im Zusammenhang mit Teflonpfannen wird hĂ€ufig ein Verdacht auf krebserregende Substanzen in der Beschichtung geĂ€uĂert. Die gefĂ€hrlichen fluorierten Verbindungen treten allerdings nur bei starker Ăberhitzung auf (je nach Quelle ab 202 °C bis 360 °C). Daher sollte eine Pfanne nicht lĂ€nger als drei Minuten leer erhitzt werden. Bei Induktionsherdplatten rĂ€t das Bundesinstitut fĂŒr Risikobewertung von der Erhitzung leerer Pfannen ab, da diese zu schnell die kritische Temperatur erreichen.[7] Kratzer in der Beschichtung sind ebenso unbedenklich wie sich ablösende Beschichtungspartikel, da diese wieder ausgeschieden werden.[8][9]
Expandiertes PTFE (ePTFE) ist eine speziell verarbeitete Form des Polytetrafluorethylens. WĂ€hrend des Verarbeitungsprozesses werden die PTFE-MolekĂŒlfasern orientiert, wodurch im Material verbesserte Festigkeits- und Kaltflusseigenschaften, im Vergleich zu nicht orientiertem PTFE, erzeugt werden. In hauchdĂŒnnen Schichten finden gereckte PTFE-Folien (ePTFE) auch unter dem Handelsnamen Gore-Tex Verwendung. Hier als sogenanntes Gore-Tex-Laminat, dessen Membran feine Poren besitzt, die noch groĂ genug sind, um Wasserdampf durchzulassen, nicht aber Wasser in flĂŒssiger Form. Daraus kann âatmungsaktiveâ, wasser- und winddichte Kleidung hergestellt werden (z. B. Jacken, Schuhe und Socken), die trotz hoher Dichte ein Entweichen der Hautfeuchtigkeit ermöglicht. Neben dem Einsatz in der Textilindustrie wird ePTFE auch im Bereich der Medizintechnik z. B. fĂŒr Stents oder BypĂ€sse eingesetzt. Als Dichtungsmaterial findet ePTFE auch unter dem Handelsnamen SoftFluor und FluorTex Anwendung in Luft- und Raumfahrt sowie, wegen seiner unverĂ€ndert hohen ChemikalienbestĂ€ndigkeit, auch in der Chemie- und Pharmaindustrie.
FĂŒr spezielle messtechnische Aufgaben, beispielsweise mit der Ulbricht-Kugel, wird PTFE in optisch reinweiĂer QualitĂ€t als diffus reflektierende Beschichtung verwendet.
Mit PTFE beschichtete chemische Herstellungseinrichtungen fallen, teils mit weiteren Voraussetzungen, unter Teil 1 Abschnitt C Position 2B350 der Ausfuhrliste. Die Ausfuhr solcher GĂŒter ist gemÀà Artikel 3 der EG-Dual use-VO genehmigungspflichtig.[10] Da die Vorprodukte fĂŒr chemische Kampfstoffe und auch die Kampfstoffe selbst (siehe z. B. Schwefellost) teils hochkorrosiv sind, ist es notwendig, die Herstellungsanlagen sĂ€ure- und laugenfest auszulegen. Mit PTFE innen vollstĂ€ndig beschichtete Ventile, Rohrleitungen und BehĂ€ltnisse sind notwendig bei der Herstellung von aggressiven Stoffen wie z. B. bestimmte Giftgase. Sie finden auch in Meerwasserentsalzungsanlagen Anwendung, da die entstehende Ablauge korrosiv ist. Die ungenehmigte Ausfuhr solcher GĂŒter stellt einen Straftatbestand nach § 34 Abs. 1 Nr. 2 AWG dar.[11]
In den letzten Jahren ist die Herstellung von Fluorpolymeren in die Kritik geraten, da die dabei benötigte PerfluoroctansÀure (wie alle perfluorierten Tenside) als persistenter und bioakkumulativer organischer Stoff im Verdacht steht, krebserregende und auch sonstige toxische Eigenschaften zu haben. Bei der Herstellung von Teflon entstehen langlebige perfluorierte Alkylsubstanzen, die in der Muttermilch nachgewiesen werden können. Wie sich diese Substanzen auf die Gesundheit auswirken, ist unklar.[12]
Bei der Entsorgung (Verbrennung) von Perfluorpolymeren gelangen Fluorverbindungen in die Umwelt, typischerweise FlusssÀure und Perfluorkohlenwasserstoffe wie Tetrafluorethen oder TrifluoressigsÀure.[13]
Bei zu starker Erhitzung von PTFE ĂŒber 360 °C werden fĂŒr den Menschen giftige DĂ€mpfe freigesetzt. Dies geschieht jedoch bei bestimmungsgemĂ€Ăem Gebrauch von beschichtetem Kochgeschirr in der Regel nicht. Das deutsche Bundesinstitut fĂŒr Risikobewertung warnt jedoch davor, beschichtete Pfannen lĂ€nger als drei Minuten leer zu erhitzen. Als Folge des Einatmens von geringen Mengen an PTFE-DĂ€mpfen kann es zum Auftreten von Polymerfieber kommen, gröĂere Mengen wirken tödlich. Vögel reagieren sensibler auf PTFE-DĂ€mpfe: Sie können bereits bei der Erhitzung des Materials auf ca. 202 °C verenden, weshalb die Firma Tefal auf ihren Verpackungen davon abrĂ€t, Vögel in der KĂŒche zu halten.[14][15]
