PTFE - Polytetrafluorethylen

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Werkstoffe / Materialien

Polytetrafluorethylen (PTFE), bekannter unter dem Markennamen Teflon®, ist ein Kunststoff, welcher aufgrund seiner hervorragenden chemischen und physikalischen Eigenschaften in der Industrie nicht mehr wegzudenken ist und häufig als Hochleistungskunststoff bezeichnet wird. PTFE zeichnet sich durch eine sehr hohe chemische Beständigkeit aus und kann selbst von aggressivsten Säuren wie etwa Königswasser nicht zersetzt werden. PTFE hat eine extrem hohe Beständigkeit gegen alle Säuren und Basen, Alkohole, Ketone, Benzine, Öle usw. (unbeständig nur gegen Natrium und elementares Fluor), wodurch der Kunststoff für den Einsatz im Chemieanlagenbau prädestiniert ist und hier für Beschichtungen in Rohrleitungen sowie als Dichtmaterial zum Einsatz kommt. Auch in der Wassertechnik werden Gewindedichtbänder aufgrund der guten Gleiteigenschaften und der hohen Temperaturbeständigkeit von -200 °C bis +260 °C aus PTFE eingesetzt.

Eigenschaften

  • PTFE ist sehr reaktionsträge. Dies liegt in der besonders starken Bindung zwischen den Kohlenstoff- und den Fluoratomen begründet. Fluor ist das Element mit der stärksten Elektronegativität und geht somit nur sehr schwer Bindungen ein. So gelingt es vielen Substanzen nicht, die Bindungen aufzubrechen und mit PTFE chemisch zu reagieren. Auch die Kohlenstoffatome sind so von den Fluoratomen eingeschlossen, dass eine Reaktion erheblich erschwert wird.
  • Aufgrund der sehr geringen Oberflächenspannung bleiben kaum Stoffe an PTFE hängen.
  • Der sehr geringe Reibungskoeffizient sorgt für eine sehr gute Gleitfähigkeit des PTFE. Die Haftreibung ist genauso groß wie die Gleitreibung, was ein sehr gleichmäßiges Rutschen ohne Rucken ermöglicht. Dies macht PTFE besonders als Gleitringe in Kugelhähnen interessant, welche die Kugel fixieren. Kugelhähne können so gleichmäßig geöffnet und geschlossen werden. Bei Gewindedichtbändern wird das Festschrauben der Gewindeteile ebenfalls erheblich erleichtert.
  • Die sehr gute Temperaturbeständigkeit von -200 °C bis +260 °C ermöglicht ein großes Einsatzspektrum für diverse Flüssigkeiten von der Kühltechnik bis zum Heizungsbau und der Prozessindustrie. PTFE ist auch für Dampf geeignet.
  • Die extrem hohe chemische Beständigkeit gegenüber allen Säuren und Basen, Ölen, Benzinen usw. ermöglicht es, den Kunststoff für diverse Einsatzbereiche in der chemischen Industrie anzuwenden.
  • PTFE ist physiologisch unbedenklich und kann in der Lebensmittelindustrie und der Trinkwasserversorgung verwendet werden.

Aufbau

PTFE wird aus Chloroform CHCl3 durch partielle Fluoridierung hergestellt, wobei zunächst Chlordifluormethan CHClF2 und Tetrafluorethylen 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 Reaktion stark exotherm ist und sich die Monomereinheiten bei hohen Temperaturen leicht explosiv zersetzen, wird die Polymerisation in Suspension (Suspensionspolymerisation) oder in Emulsion (Emulsionspolymerisation) durchgeführt.

Strukturformel von PTFE (Teilausschnitt der Molekülkette):

     F F F F
     | | | |
··· -C-C-C-C- ···
     | | | |
     F F F F