Chemicky je teflon polytetrafluoretylen ? polymer tetrafluoretenu.
Polytetrafluoretylen
(skratene
PTFE
; niekedy tie?
Polytetrafluoreten
) je
polymer
tetrafluoretylenu, ktory ako prvy pripravil chemik
Roy J. Plunkett
v spolo?nosti
DuPont
. Polytetrafluoretylen je znamy najma pod svojim obchodnym nazvom
teflon
(resp.
teflon
). ?al?imi pou?ivanymi obchodnymi nazvami polytetrafluoretylenu su Dyneon™ PTFE (v minulosti Hostaflon™) a Gore-Tex™ (PTFE membrany).
PTFE patri do skupiny polyhalogenolefinov, kam patri napr. aj PCTFE ?
polytrifluormonochloreten
. Patri ku
termoplastom
, hoci ma niektore vlastnosti, ktore su typicke skor pre
reaktoplasty
. Teplota topenia PTFE je pribli?ne 327 °C, ale jeho vlastnosti sa menia u? pri teplote 260 °C, nad teplotou 350 °C nastava rozklad.
3D model ?asti
molekuly
PTFE.
Napriek v?itemu nespravnemu tvrdeniu, ?e PTFE vznikol ako material pre vesmirne lety, ktore za?ali a? roku
1957
, siaha jeho historia a? do roku
1938
. Vtedy PTFE nahodne pripravil
Roy J. Plunkett
, ke? experimentoval s
tetrafluoretylenom
ako chladiacim mediom pre chladni?ky. Plunkett zabudol tlakove f?a?e s tetrafluoretylenom (TFE) umiestni? na noc do chladu. Do druheho d?a sa plyn vo f?a?iach ?iasto?ne premenil
polymerizaciou
na bielu tuhu latku ? PTFE. Po svojom objavite?ovi sa e?te dnes nazyva priemyselny proces vyroby PTFE. Ten spo?iva v
polymerizacii
tetrafluoetylenu pri vysokom
tlaku
za pritomnosti iniciatorov (
peroxidov
). V roku
1941
ziskala firma
DuPont
patent na vyrobu PTFE, v roku
1944
sa Teflon stal registrovanou obchodnou zna?kou.
Prve prakticke vyu?itie sa pre PTFE na?lo v roku
1943
? ochrana proti korozii pri vyrobe
atomovej bomby
. Jeho vrstva na centrifugach a potrubiach chranila material pred ve?mi korozivnym
plynom
fluoridom uranovym
(UF
6
). Neskor francuzsky chemik
Marc Gregoire
naniesol vrstvu teflonu na rybarsky vlasec, ktory sa potom rychlej?ie odvijal. Prave jeho man?elka Colette pri?la v roku
1954
na my?lienku, ?e by sa teflon mohol pou?i? ako povrch na hrnce a panvice.
Nazov teflon sa tie? pou?iva pre polymer podobnych vlastnosti ? polymerna perfluoralkoxy ?ivica (PFA).
PTFE sa vyraba z
chloroformu
(
C
H
Cl
3
) ?iasto?nou (parcialnou) fluoraciou, pri?om medziproduktmi su
difluorchlormetan
a
tetrafluoretylen
. Ako
katalyzator
sa pou?iva fluorid-tetrachlorid antimoni?ny (
Sb
Cl
4
F
).
- CHCl
3
+ 2 HF → CHClF
2
+ 2 HCl
- 2 CHClF
2
→ C
2
F
4
+ 2 HCl
Tetrafluoretylen sa hne? po vzniku podrobuje radikalovej
polymerizacii
pri vysokom
tlaku
(cca 5 M
Pa
). Pod?a podmienok pri reakcii vznikaju
molekuly
PTFE roznej d??ky:
- n
C
2
F
4
→ ?[C
2
F
4
]
n
?
Vzh?adom na to, ?e
reakcia
je silne exotermicka a monomer je pri vysokych
teplotach
vybu?ny, uskuto??uje sa polymerizacia v
suspenzii
.
Vzniknuty PTFE ma nasledujucu ?trukturu:
F F F F F F F F F F F F
| | | | | | | | | | | |
...-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-...
| | | | | | | | | | | |
F F F F F F F F F F F F
Teflon sa pou?iva ako povrch panvic a inych kuchynskych nadob.
PTFE sa vyzna?uje viacerymi vynimo?nymi vlastnos?ami:
- PTFE je takmer nereaktivny. Silne
kyseliny
, ako napriklad
lu?avka kra?ovska
s PTFE vobec nereaguju. Pri?inou su ve?mi silne
vazby
medzi
atomami
uhlika
a
fluoru
, preto?e
fluor
je
prvok
s najvy??ou
elektronegativitou
(
x
= 4,0) a s uhlikom (
x
= 2,5) vytvara ve?mi polarnu a stabilnu vazbu. Doteraz pozname len malo zlu?enin, ktore doka?u PTFE chemicky naru?i? ? napriklad roztaveny
sodik
alebo
fluor
.
- PTFE ma ve?mi nizky
su?inite? ?mykoveho trenia
(
f
(
oce?
?teflon) = 0,04). Dva PTFE povrchy sa po sebe k??u rovnako dobre ako dva ?adove povrchy. Okrem toho je tento su?inite? takmer rovnaky pre staticky aj dynamicky stav, preto je ve?mi nenaro?ny prechod telesa z pokoja do pohybu.
- Na povrchu zhotovenom z PTFE takmer ni? neprilieha, preto?e ma ku ostatnym materialom extremne vysoke
povrchove napatie
.
- Hustota
: 2,1?2,3
g
/cm³, Tvrdos? pod?a Shore D 55 a? D 60
- Vysoka odolnos? vo?i zvy?enej
teplote
, v?etkym
kyselinam
,
zasadam
,
alkoholom
,
ketonom
, olejom at?. PTFE je mo?ne pou?iva? pri
teplote
do 260 °C bez zmeny vlastnosti (pri teplote 400 °C dochadza
pyrolyzou
ku vzniku toxickych produktov, napriklad fluorfosgen
C
O
F
2
). PTFE je odolny vo?i mrazu do ?200 °C; fyziologicky uplne indiferentny.
- Vysoky
su?inite? tepelnej roz?a?nosti
, fazovy prechod z triklinickej
kry?talovej mrie?ky
na hexagonalnu pri 19 °C sprevadzany zmenou objemu.
- Nehor?avy, v silnom ?iare rozklad za vzniku
fluorovodika
,
plynne
spaliny su jedovate a u ?loveka mo?u vyvola? tvz. ?teflonovu horu?ku”.
- Index lomu
cca 1,34 ? len malo odli?ny od
vody
(1,333).
Pre svoju chemicku odolnos? sa pou?iva PTFE vo forme ochrannej vrstvy v?ade tam, kde sa pracuje s agresivnymi chemikaliami. Pri uprave
uranu
pre prvu
atomovu bombu
(Projekt Manhattan) bol reaktivny
fluorid uranovy
uskladneny v nadobach pokrytych vrstvou PTFE.
V oblasti tesniacej techniky sa PTFE hojne pou?iva na vyrobu tesniacich kru?kov, zavitov at?. ?alej sa pou?iva pri stavbe chemickych aparatur, kolon a potrubi na ich vnutorne povrchy, ktore prichadzaju do styku s reaktivnymi latkami. Na nana?anie tychto vrstiev sa pou?iva tzv. izostaticka metoda, kedy sa PTFE pod vysokym
tlakom
lisuje na dane povrchy.
Rozmanite a relativne jednoduche vytvaranie primesi k PTFE umo??uju vznik novych materialov, ktore sa vyzna?uju viacerymi vynimo?nymi parametrami (napriklad odolnos? vo?i
tlaku
, kvalita povrchu at?.). Pre svoje ve?mi nizke trenie je PTFE vhodny material na vyrobu
lo?isk
, ktore sa len pomaly opotrebuvaju.
V
medicine
sa PTFE pou?iva predov?etkym na vyrobu
implantatov
. Dovodom je najma vysoka chemicka stalos?, ?ivotnos? a zna?anlivos? PTFE v
tkanivach
.
V
optike
sa teflon pou?iva ako material na vyrobu ?o?oviek, ktore su vhodne na pracu v I? oblasti. V elektrotechnike na?iel teflon uplatnenie ako kvalitny a odolny
izolant
. Z teflonu sa tie? vyrabaju
dentalne nite
, povrch projektilov.
Po?ita?ove my?i
maju z teflonu zhotovene ?no?i?ky”, ktore ve?mi dobre k??u po podlo?ke robia my? pohodlnej?ou.
Najznamej?im pou?itim teflonu su ur?ite nepri?nave povrchy na panviciach a hrncoch. Ich vyroba spo?iva najprv v zdrsneni povrchu kovu (bu? pieskovanim alebo chemicky
kyselinami
). Potom sa PTFE nana?a pod
tlakom
na povrch, kde dr?i prave v?aka vytvorenym nerovnostiam. Vazba PTFE na panviciach teda spo?iva vo fyzikalnych a nie chemickych vazbach. Mnohe aplikacie PTFE su aj v priemysle ? v textilnom priemysle na upravy tkanin, formy na spracovanie plastov at?.
V podobe ve?mi tenkych vrstiev na?iel teflon pou?itie ako Gore-Tex ? su to membrany s mikropormi, ktore su dostato?ne ve?ke, aby prepu??ali vodnu paru, ale
vodu
ako kvapalinu neprepu??aju. Preto mo?no vyraba? oble?enie a obuv, ktore je vodeodolne, ale zarove? umo??uje odvadzanie telesnej vlhkosti.
Gore-Tex je obchodny nazov pre membrany vyrobene z PTFE, ktore slu?ia na po?ahovanie textilii. Gore-Tex vyvinula americka spolo?nos? W. L. Gore & Associates, Newark, Delaware.
V roku
1969
objavil americky chemik
Bob Gore
celkom novy sposob spracovania PTFE, ktory umo?nil prena?a? jeho vynimo?ne vlastnosti na textilne materialy. Sposob vyroby spo?iva v mechanickej expanzii PTFE, ?im sa docieli porovity povrch (tzv. ePTFE membrana). Na vyrobu membran su potrebne len ve?mi male mno?stva
polymeru
a v?aka tomu je vyroba efektivna.
Gore-Tex membrany su v su?asnosti pou?ivane na takmer v?etky ?asti odevu a tie? na obuv, ktora je potom vodotesna. Priepustnos? Gore-Tex membran byva v?ak ve?mi ?asto prece?ovana. Pri ?a?kej fyzickej aktivite nie je ?iadna membrana schopna odvadza? vznikajuci
pot
. Cez 1 m² membrany prejde za jednu hodinu maximalne 200?290 g pary, pri?om pri ve?kej za?a?i mo?e telo vyprodukova? a? 2 l tekutin za hodinu a navy?e, pri vy??ich teplotach je priepustnos? membran e?te obmedzena.
V medicine sa Gore-Tex
implantaty
pou?ivaju v chirurgii
srdca
,
ciev
, lie?be
hernie
a pri operaciach o?nej rohovky.
V poslednych rokoch je vyroba fluorovanych polymerov ve?mi kritizovana, preto?e pri vyrobe je potrebna
kyselina perfluoroktanova
, ktora je toxicka a navy?e podozriva z karcinogenity. Preto americky urad pre ochranu ?ivotneho prostredia EPA uva?uje o zakaze pou?ivania niektorych chemikalii.
Spolo?nos? DuPont musela zaplati? sumu 16 milionov dolarov za ?tudiu, ktora preukazala karcinogenne vlastnosti niektorych medziproduktov. ?al?ich 300 milionov dolarov stal spolo?nos? sudny proces oh?adom zne?istenia vod v blizkosti jej tovarne.
Pri vysokych teplotach sa mo?e PTFE rozklada? na toxicke produkty, ktore su ve?mi ?a?ko odburate?ne a akumuluju sa v potravinovom re?azci. V
krvi
95 % americkej populacie je mo?ne tieto latky dokaza?.