Kurz zur Erfindung: Die Teflon®-Beschichtung wurde 1938 zufällig von Dr. Roy Plunkett entdeckt, einem jungen Chemiker bei DuPont, der damals Experimente mit Kühlgasen durchführte. Dieses rutschige Material, das an nichts haftet, ist PTFE (Polytetrafluorethylen), dem DuPont später den Namen Teflon ® gab.
Teflon® ist eine eingetragene Marke und darf nur von DuPont verwendet werden.
Dr. Roy Plunketts Notiz in seinem Notizbuch
Autor: Dr. Árpád Máthé
Teflon® und der Zufall
Im April 1938 verwendete Dr. Roy Plunkett, Chemiker bei der amerikanischen Firma DuPont, Tetrafluorethylen (C2F4) als Zwischenprodukt, um ein neues Kältemittel herzustellen. Die 45 Kilogramm minus 76 Grad Celsius heißen Gases waren in einigen Dutzend kleinen Stahlflaschen gelagert. Als sie später das Absperrventil öffneten, schien eine der Flaschen leer zu sein… Aus der Flasche kam kein Gas. Das Ventil wurde entfernt. Es stellte sich heraus, dass sich ein weißes Pulver aus dem Tetrafluorethylengas an der Flaschenwand ablagerte. Um den Staub aufzufangen, wurde die Flasche in zwei Hälften zersägt. Es wurde festgestellt, dass das weiße Pulver dieselbe chemische Zusammensetzung wie Tetrafluorethylengas hatte. Unabhängig von der Absicht der Forscher entstand bei der Lagerung Poly(tetrafluorethylen), kurz: PTFE.
Plunkett glaubte nicht, dass Tetrafluorethylen während der Lagerung polymerisieren könnte, da die Polymerisation eines ähnlichen Monomers, Vinylchlorid, einen Katalysator, einen Radikalinitiator, erforderte. Die spontane Polymerisation war auch deshalb überraschend, weil es die Forscher gerade wegen ihrer hohen Stabilität mit Fluorchlorkohlenwasserstoffen (Freonen) zu tun hatten.
Poly(tetrafluorethylen) erhielt den Namen Teflon®. Dieses thermoplastische Polymer hat eine hochkristalline Struktur. Es hat die höchste chemische Beständigkeit aller Kunststoffe: Es enthält keine Lösungsmittel. Es hält sowohl Kälte als auch Hitze gut stand: Es ist dauerhaft von minus 269 Grad Celsius bis plus 260 Grad Celsius einsetzbar. Der am wenigsten brennbare Kunststoff. Es erfüllt die strengsten Anforderungen der Lebensmittelindustrie und der Medizin und kann sogar in lebende Organismen eingebaut werden.
Auch bei höheren Temperaturen bleibt kein Material daran haften. Deshalb können wir in Teflon®-beschichteten Metallformen ohne Fett backen. Es kann nicht mit herkömmlichen Kunststoffverarbeitungsmethoden geformt werden: Seine Dichte ist höher (2,3 Gramm/Kubikzentimeter) als die von Massenkunststoffen und sein Preis ist viel höher als bei ihnen.
Dank seiner besonderen Anwendungsmöglichkeiten werden weltweit jedes Jahr mehr als 50.000 Tonnen Teflon® produziert.
Teflon® ist ein Produkt der radikalischen Polymerisation von Tetrafluorethylen. Es hat ein hohes durchschnittliches Molekulargewicht (0,5–1 Million), eine 90-prozentige Kristallstruktur und schmilzt bei 341 Grad Celsius. Interessant ist, dass das geblähte und dann abgekühlte Polymer bereits bei 327 Grad Celsius zum zweiten Mal schmilzt. Oberhalb dieser Temperatur ist es stabil, allerdings ist die Viskosität der Schmelze so hoch (1011 Poise bei 380 Grad Celsius), dass sie nicht auf herkömmliche Weise (durch Extrusion oder Spritzguss) verarbeitet werden kann. Das aus den Suspensionspolymerisationsreaktoren austretende Material aus porösen Partikeln unterschiedlicher Form wird je nach Bedarf gefiltert, getrocknet und gemahlen. Ein typisches PTFE-Granulat besteht aus Partikeln mit einem Durchmesser von 400–800 Mikrometern. Dieses Mahlgut wird bei niedriger Temperatur in die gewünschte Form gepresst und anschließend wird das Halbzeug im Ofen gesintert (langzeitig bei 380 Grad Celsius unter Druck wärmebehandelt). Dadurch fügen sich die Partikel zu einem porenfreien, festen Material zusammen, das den Raum vollständig ausfüllt. Dieses kann dann mit aus der Metallindustrie bekannten Verfahren (Bohren, Drehen, Fräsen etc.) in Form gebracht werden.
Teflon ® eignet sich zur Herstellung von Beschichtungen und Fasern in Form einer wässrigen Dispersion. Die Rohdispersion wird zunächst mit Tensiden stabilisiert und anschließend auf einen Trockensubstanzgehalt von 50-60 Prozent eingedickt. Es wird auf unterschiedliche Weise auf die gewünschte Oberfläche aufgetragen: Es wird mit Treibgas besprüht, es wird mit Flüssigkeit aufgetragen, das zu beschichtende Material wird darin oder in ein elektrisches Feld getaucht, wodurch die Beschichtung entsteht .
Eine Teflon®-Faser kann auch aus einer wässrigen Dispersion gezogen werden. Dabei wird die Dispersion mit einem matrixbildenden Kunststoff wie beispielsweise Viskose vermischt. Das Hilfspolymer, das die Matrix bildet, wird durch Erhitzen aus dem Faserbündel entfernt, anschließend werden die Fasern gesintert und weiter gestreckt.