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Kunststoffe zum Kennenlernen:

Polytetrafluorethen

Polytetrafluorethen (PTFE) wird kommerziell unter dem Namen Teflon® verkauft. Ihr kennt diesen Stoff bestimmt von Bratpfannen, in denen das Essen nicht anbrennt. Eine solche Pfanne kann man problemlos mit einem weichen Schwamm reinigen, nichts scheint an der Oberfläche dauerhaft halten zu können. Doch warum ist dieser Stoff so unangreifbar? Und wenn nichts an der Bratpfanne haften bleibt, wieso haftet dann das Teflon® an der Pfanne?

Die Wissenschaft Chemie kann diese Eigenschaften des Stoffes aufgrund der Beschaffenheit seiner molekularen Struktur erklären:

Im Prinzip ähneln die Moleküle des Teflon® denen des Polyethens, jedoch mit einem großen Unterschied: anstelle der Wasserstoffmoleküle ist jedes Kohlenstoffatom entlang der Polymerkette mit zwei Fluoratomen kovalent verbunden.

Fluor ist ein gelbes, giftiges, stark ätzendes Gas. Es ist das reaktivste Nichtmetall und besitzt von allen Elementen die größte Elektronegativität. Die Bindung zwischen den Fluor- und den Kohlenstoffatomen ist die stärkste Einfachbindung, die der Kohlenstoff überhaupt eingehen kann. Außerdem ist die Bindung sehr polar, so dass von großen Anziehungskräften zwischen den Polymerketten auszugehen ist.

Diese Eigenschaften im Kleinen bestimmen die Eigenschaften der Substanz im Großen (in der Wissenschaft sagt man „im makroskopischen Bereich“):

Teflon® ist eine weiße, harte Masse mit außerordentlich hoher Chemikalienbeständigkeit und Kristallinität. Selbst Königswasser (eine Mischung aus Salz- und Salpetersäure die bekanntlich sogar das edle Gold löst) greift Teflon® nicht an. Es ist ein thermoplastischer Kunststoff, der allerdings erst bei ca. 325° C schmilzt, und kann von -200° bis +250° C als Werkstoff eingesetzt werden. Zudem besitzt er gute Gleiteigenschaften.

All dies macht Teflon® zu einem so genannten Hochleistungskunststoff. Überall, wo Gegenstände und Bauteile großen Belastungen ausgesetzt sind, ist Teflon® ein ausgezeichneter Werkstoff. Aber auch im Alltag finden wir es nicht nur in der Bratpfanne, sondern beispielsweise auch als Membran in den atmungsaktiven Gore-Tex®-Kleidungsstücken. Hergestellt wird Teflon® durch radikalische Polymerisation von Tetrafluorethen. Dies ist ein giftiges Gas, das sehr vorsichtig gehandhabt werden muss.

Diese Polymerisationsreaktion kann sich auch unerwünscht, bei der bloßen Lagerung von Tetrafluorethen ereignen. Auf diesem Wege, also durch Zufall, wurde das Teflon® in den dreißiger Jahren des vorigen Jahrhunderts erst entdeckt. Es ist also kein Produkt der Weltraumforschung, wie man immer wieder hören kann. Allerdings wird dieser hoch belastbare Kunststoff viel in der Raumfahrt eingesetzt.

Und warum hält jetzt das Teflon® in der Pfanne?

Die Pfannenhersteller behandeln die blanke Metalloberfläche der Pfanne zunächst mit einem Sandstrahlgebläse. Diese wird dadurch sehr rau und übersät von winzig kleinen Unebenheiten. Auf dieser Oberfläche hält das Teflon® also durch mechanische Kräfte, chemisch findet keine Verbindung zwischen der Pfanne und seiner Beschichtung statt.

 

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