PTFE vs. PFOA: Der vollständige Vergleich

In dieser umfassenden und informativen Studie werden PTFE und PFOA umfassend beschrieben, einschließlich der Elemente, die zu ihrer Besonderheit führen, sowie ihrer chemischen, physikalischen und mechanischen Eigenschaften, Anwendungen, Vorteile und Einschränkungen.

Definition

PTFE ist ein thermoplastisches Polymer hergestellt aus Tetrafluorethylen-Polymerisation und liegt in fester Form vor. Gleichzeitig ist PFOA eine synthetische Chemikalie, die im Rahmen der Fluorpolymere und liegt in flüssiger Form vor.

Elemente zur Herstellung von PTFE und PFOA

Sowohl PTFE als auch PFOA bestehen aus unterschiedlichen Elementen, die sie voneinander unterscheiden.

PTFE besteht aus folgenden Elementen:

• Kohlenstoff

Jedes Kohlenstoffatom ist mit zwei anderen Kohlenstoffatomen in einer langen kettenartigen Anordnung von Kohlenstoffatomen verbunden.

• Fluor

PTFE enthält viele Fluoratome.

Die Kohlenstoffkette ist von einer Schutzhülle aus Fluoratomen umgeben, wodurch ein chemisch inertes, relativ dichtes Molekül mit extrem starken Kohlenstoff-Fluor-Wechselwirkungen entsteht.

PFOA besteht aus folgenden Elementen:

• Sauerstoff

PFOA hat zwei Sauerstoffatome, die an Kohlenstoffatome gebunden sind.

• Fluor

PFOA hat zehn Fluoratome, die an Kohlenstoffatome gebunden sind.

• Kohlenstoff

PFOA hat acht Kohlenstoffatome.

Physikalische Eigenschaften

Die physikalischen Eigenschaften von PTFE sind:

 

• Glatt und antihaftbeschichtet

PTFE trägt den Namen Teflon; das Fluor, das die Teflonmoleküle umgibt, ist der Schlüssel zu seiner glatten Oberfläche. Dank dieser Fluoratome ist Teflon gegen das Anhaften praktisch aller anderen Materialien resistent.

• Aussehen

Es ist weiß und liegt in fester Form vor.

• Dichte

Die Dichte von PTFE beträgt ca. 2200 kg/m³.

• Geringe Reibung

Die Fluorbeschichtung auf PTFE trägt zu seinem niedrigen Reibungskoeffizienten bei.

• Schmelzpunkt

Es hat einen hohen Schmelzpunkt von bis zu 327 °C

• Elektrische Isolierung

PTFE ist gegenüber elektrischer Energie nicht leicht porös und kann hohen Spannungen standhalten, ohne sich zu zersetzen.

• Hydrophobie

PTFE ist ein wasserbeständiges Polymer.

Die physikalischen Eigenschaften von PFOA sind:

• Hoher Siedepunkt

Es hat einen hohen Siedepunkt von bis zu 189 °C und ist daher temperaturbeständig.

• Aussehen

PFOA hat keine ausgeprägte Farbe und liegt in flüssiger Form vor, kann unter bestimmten Bedingungen aber auch in gasförmiger oder fester Form vorliegen.

• Hydrophob

PFOA ist aufgrund der Fluorkohlenwasserstoffkette stark hydrophob und weist daher Wasser ab.

• Schmelzpunkt

PFOA hat einen Schmelzpunkt von 67°C

Chemische Eigenschaften

Zu den chemischen Eigenschaften von PTFE gehören:

 

• Beständig gegen Abbau

Aufgrund der Anwesenheit von Kohlenstoffatomen und Fluor weist PTFE eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Abbau auf.

• Trägheit

PTFE ist außergewöhnlich widerstandsfähig gegenüber chemischen Angriffen durch Basen, Säuren und andere korrosive Chemikalien. Die meisten Lösungsmittel können es nicht angreifen, und selbst starke Säuren und Basen reagieren nicht so leicht darauf.

• Reaktivität

PTFE ist typischerweise ein nicht reaktives Polymer und reagiert daher mit anderen Verbindungen.

• Chemische Beständigkeit

Es ist sehr widerstandsfähig gegen chemische Angriffe durch Basen, Säuren und ätzende Chemikalien.

Die chemischen Eigenschaften von PFOA sind wie folgt:

• Bioakkumulation

PFOA und seine Verbindungen können sich anreichern und sind in Wasser, Boden, Vögeln und Fischen konstant vorhanden.

• Chemische Stabilität

Die chemische Stabilität von PFOA ist relativ hoch und reagiert daher nicht effizient mit anderen Chemikalien in der Umwelt.

Mechanische Eigenschaften

Im Gegensatz zu PTFE ist PFOA eine synthetische Chemikalie. Seine mechanischen Eigenschaften in Werkstoffen und anderen Verbindungen können je nach Herstellungsverfahren und Material selbst unterschiedlich sein.

Zu den mechanischen Eigenschaften von PTFE gehören:

• Zugfestigkeit

Es hat eine hohe Zugfestigkeit von etwa 10–43 MPa.

• Verlängerung

PTFE hat eine hohe Dehnung von bis zu 500%.

• Kompressibilität

Aufgrund seiner Molekularstruktur weist dieses Polymer eine geringe Kompressibilität auf.

Bei sehr hohen Temperaturen kann PTFE sein Volumen und seine Form nicht verändern.

• Vielseitigkeit

Aufgrund seiner molekularen Zusammensetzung ist es anpassungsfähig und kann sich biegen oder krümmen, ohne sich zu verformen.

• Härte

Dieses Polymer hat eine sehr geringe Härte, da es weich ist.

Vorteile

Die Vorteile von PTFE und PFOA variieren je nach ihrer jeweiligen Eigenschaft. Im Folgenden werden die Vorteile von PTFE erläutert:

• Glatt und antihaftbeschichtet

PTFE ist sehr glatt und nicht klebrig und wird daher bevorzugt für Antihaftanwendungen wie Kochgeschirr verwendet.

• Beständig gegen Chemikalien

PTFE ist sehr beständig gegen Wasser, Chemikalien, Basen, Säuren, Lösungsmittel und andere ätzende Substanzen.

• Elektrische Isolierung

PFOA ist ein ausgezeichneter elektrischer Isolator, da es hohe Spannungen ohne Schaden aushält und elektrische Energie nicht so leicht abgibt.

• Oberfläche mit geringer Reibung

PTFE hat einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten und wird für technische Anwendungen bevorzugt.

• Beständig gegen hohe Temperaturen

PTFE eignet sich auch für den Einsatz bei hohen Temperaturen, da es bis zu 260 °C unbeschadet übersteht.

• Beständig an die rauen Umgebungs- und Wetterbedingungen

PTFE hält extremen Witterungsbedingungen stand und kommt vor allem für den Einsatz im Außenbereich in Frage.

Die Vorteile von PFOA sind:

• Beständig gegen hohe Temperaturen

Genau wie PTFE kann PFOA hohen Temperaturen ohne Schaden standhalten.

• Antihaft-Vorteile

Dieses Polymer verfügt über gute Antihafteigenschaften und wird in Geräten zur Lebensmittelverarbeitung und in Kochgeschirr verwendet.

• Beständig gegen Chemikalien

PFOA ist sehr beständig gegen Basen, Säuren und andere ätzende Verbindungen.

• Hält rauen Bedingungen stand

PFOA wirkt abweisend gegenüber Umwelteinflüssen wie UV-Strahlung.

Nachteile

Obwohl PTFE hervorragende Vorteile bietet, die es für seine Anwendungen geeignet machen, hat es auch seine Grenzen, darunter die folgenden:

• Einschränkung der Farboptionen

PTFE ist weiß und daher möglicherweise nicht geeignet, wenn es in anderen Farboptionen benötigt wird.

• Kosten

PTFE ist aufgrund der Verarbeitung und Herstellung sehr aufwendig und teuer.

• Eingeschränkte Hochdruckanwendungen

PTFE ist für Hochdruckanwendungen ungeeignet, da seine Druckfestigkeit relativ gering ist.

• Bindungsschwierigkeiten

PTFE hat eine geringe Oberflächenenergie und verbindet sich nicht so schnell mit anderen Materialien.

• Nicht verrottend

PTFE kann sehr lange in der Umwelt verbleiben, ohne Schaden zu nehmen oder zu zerfallen, da es nicht biologisch abbaubar ist.

Im Folgenden werden die Einschränkungen von PFOA erläutert:

• Kosten

Wie PTFE ist es aufgrund der schwierigen Verarbeitung und Herstellung teurer und kostenintensiver als andere Materialien.

• Eingeschränkte Anwendungsmöglichkeiten

Aufgrund seiner Eigenschaften und Umweltrisiken kann die Verwendung von PFOA im Vergleich zu anderen Materialien mit gleichem Nutzen eingeschränkt sein.

• Gesundheitsrisiken

PFOA kann zu gesundheitlichen Problemen wie Krebs sowie Störungen der Fortpflanzungsorgane und des Immunsystems führen.

• Umweltrisiken

PFOA und seine Verbindungen stellen ein Risiko für die Umwelt dar, da sie als dauerhaft in Boden und Wasser vorhanden gelten und die Umwelt verunreinigen können.

Anwendungen

Aufgrund seiner mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften eignet sich PTFE für zahlreiche Anwendungen in der Industrie.

Die Anwendungsgebiete von PTFE sind:

• Medizinische Anwendungen

Aus PTFE werden medizinische Implantate wie Herzpflaster, Ersatzbänder und Gefäßbekleidung hergestellt.

• Elektrik und Elektronik

Aus PTFE werden elektrische und elektronische Komponenten wie Leiterplatten, elektrische Isolierungen, Kabelisolierungen und Halbleiterteile hergestellt.

• Automobilindustrie

PTFE wird in Servolenkungen und Getrieben, Auskleidungen für Kraftstoffventilschaftdichtungen, Dichtungen, O-Ringen und Wellendichtungen verwendet.

• Maschinenbau

Aus PTFE werden Bauteile wie Rohrbeschichtungen, Armaturen, Lager, Sitze und Stopfen sowie Ventil- und Pumpenteile hergestellt.

• Antihaftbeschichtungen

PTFE wird zur Oberflächenbeschichtung von Geräten zur Lebensmittelverarbeitung, Backformen und Kochgeschirr verwendet.

Die Anwendungsgebiete von PFOA sind:

• Feuerlöschschäume

PFOA ist ein Nebenprodukt der Herstellung von Feuerlöschschäumen, die zum Löschen von Bränden durch brennbare Flüssigkeiten verwendet werden.

• Teppiche und Textilien

PFOA wird zur Herstellung von schmutz- und wasserabweisenden Teppich- und Textilbehandlungsmitteln verwendet.

• Antihaftbeschichtung

PFOA wird zur Herstellung von Antihaftbeschichtungen für Backformen, Lebensmittelverarbeitungsgeräte und Kochgeschirr verwendet.

Abschluss

PTFE und PFOA sind zwei unterschiedliche chemische Verbindungen mit unterschiedlichen Elementen und Verwendungszwecken.

PTFE ist ein synthetisches Polymer, während PFOA eine synthetische chemische Verbindung ist, aus der andere Materialien hergestellt werden.

Sie verfügen über eine besondere chemische Zusammensetzung sowie mechanische, physikalische und chemische Eigenschaften, die sie für verschiedene Anwendungen einzigartig machen.

PTFE gilt im Vergleich zu PFOA in Umwelt- und Gesundheitsfragen als sichere und inerte Verbindung.

PTFE gilt als nützlicher und vielseitig einsetzbarer Werkstoff. Gleichzeitig birgt PFOA jedoch gesundheitliche und ökologische Risiken.

Weitere Ressourcen:

PTFE-Eigenschaften  -Quelle: Hansa

PFOA  -Quelle: Wikipedia

PTFE-Herstellungsprozess – Quelle: Hansa