Teflon

Chemicznie teflon to politetrafluoroetylen - polimer tetrafluoroetylen.
Politetrafluoroetylen (skrócone PTFE; czasem nazywany Polytetrafluoroetylen) to polimer tetrafluoroetylen, którego po raz pierwszy przygotował chemik Roy J. Plunkett w firmie DuPont. Politetrafluoroetylen jest znany przede wszystkim pod nazwą handlową teflon (czyli teflon). Inne używane nazwy handlowe politetrafluoroetylen to Dyneon™ PTFE (wcześniej Hostaflon™) i Gore-Tex™ (PTFE membrany).

PTFE należy do grupy polyhalogenolefin, do której należą np. PCTFE - polichlorotrifluoroetylen. Należy do termoplastów, mimo że posiada pewne cechy bardziej charakterystyczne dla reaktoplastów. Temperatura topnienia PTFE wynosi około 327 °C, ale jego właściwości zmieniają się już przy temperaturze 260 °C, powyżej temperatury 350 °C następuje rozkład.

Historia

3D model części częsteczki PTFE.
Choć powszechnie spotykane jest nieprawidłowe stwierdzenie, że PTFE powstał jako materiał do lotów kosmicznych, które zaczęły się dopiero w 1957 roku, to jego historia sięga aż do 1938 roku. Wtedy PTFE przypadkowo przygotował Roy J. Plunkett, eksperymentujęcy z tetrafluoroetylenem jako nośnikiem chłodzącym. Plunkett zapomniał butli z tetrafluoroetylenem (TFE) postawić na noc w chłodzie. Do drugiego dnia gaz w butlach częściowo przekształcił się w biały, twardy materiał – PTFE. Wciąż dziś proces przemysłowy produkcji PTFE nazywa się na cześć odkrywcy. Proces ten polega na polimeryzacji tetrafluoroetylenu pod wysokim ciśnieniem w obecności inicjatorów (peroksydów). W 1941 roku firma DuPont uzyskała patent na produkcję PTFE, a w 1944 roku Teflon stał się zarejestrowaną marką towarową.

Pierwsze praktyczne zastosowanie PTFE odnaleziono w 1943 roku - ochrona przed korozją podczas produkcji bomby atomowej. Jego warstwa na wirówkach i rurach chroniła materiał przed bardzo agresywnym gazem, fluorurem uranowym (UF6). Później francuski chemik Marc Grégoire nałożył warstwę teflonu na wędkę, która potem szybciej się odwijała. Właśnie jego żona Colette wpadła w 1954 roku na pomysł, że teflon można by użyć jako powierzchnię na patelnie i garnki.

Właściwości

Teflon jest używany jako powierzchnia patelni i innych naczyń kuchennych.
PTFE wyróżnia się kilkoma wyjątkowymi właściwościami:

PTFE jest praktycznie nereaktywny. Silne kwasy, takie jak np. kwasa regia, wcale nie reagują z PTFE. Przyczyną są bardzo silne wiązania między atomami węgla i fluoru, ponieważ fluor to pierwiastek z najwyższą elektronegatywnością (x = 4,0) i tworzy bardzo polaryzowane i stabilne wiązania z węglem (x = 2,5). Dotychczas znamy tylko kilka związków, które potrafią chemicznie uszkodzić PTFE – np. stopiony sód lub fluor.
PTFE ma bardzo niski współczynnik tarcia ślizgowego (f(stal–teflon) = 0,04). Dwa powierzchnie PTFE ślizgają się po sobie tak dobrze jak dwa powierzchnie lodowe. Co więcej, ten współczynnik jest praktycznie taki sam dla stanu statycznego i dynamicznego, dlatego przejście ciała z ruchu do spoczynku jest bardzo niewymagające.
Na powierzchni wykonanej z PTFE praktycznie nic się nie przylepia, ponieważ ma bardzo wysokie napięcie powierzchniowe w stosunku do innych materiałów.
Gęstość: 2,1–2,3 g/cm³, Twardość Shore D 55 aż D 60
Wysoka odporność na podwyższoną temperaturę, wszystkie kwasy, zasady, alkohole, ketony, oleje itp. PTFE można stosować przy temperaturze do 260 °C bez zmiany właściwości (przy temperaturze 400 °C dochodzi do pyrolizy i powstania toksycznych produktów, np. fluorfosgen COF2). PTFE jest odporny na mrozi do −200 °C; fizjologicznie całkowicie niezachwiany.
Wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej, przejście fazowe z tryklinicznej sieci krystalicznej na sześciokątną przy 19 °C towarzyszy zmiana objętości.
Niepalny, w silnym świetle rozkład z powstaniem fluorowodoru, gazowe spaliny są trujące i mogą u człowieka wywołać tzw. „gorączkę teflonową”.
Współczynnik załamania około 1,34 – bardzo niewiele się różni od wody (1,333).