Molekuła Miesiąca – nieprzylepny polimer

Wiele jest takich związków, o których niechemiczna większość z nas wie, że istnieją, kojarzy ich nazwę mniej lub bardziej, a nawet do czego najczęściej są stosowane. Często jednak nie zdajemy sobie sprawę z tego, jak powszechna w istocie jest dana substancja. Takim związkiem jest bohater październikowej Molekuły Miesiąca: politetrafluoroetylen (PTFE).

A ma PTFE zastosowań liczbę ogromną. Od przemysłowych – w smarach, w powłokach ochronnych różnego typu, w substancjach uszczelniających; poprzez medyczno- rozrywkowe – np. w implantach, w gadżetach, w membranie Gore-Tex; aż po najbliższe nam urządzenia w gospodarstwach domowych – prostownice do włosów czy też, tutaj fanfara, patelnie.

Bo PTFE, nawet jeśli skrót czy nazwa chemiczna nic Wam nie mówi, znacie jednak na pewno. Jest to po prostu Teflon.

Co więc jest przyczyną takiej powszechności i wszechstronności tego polimeru? Na to nieszczególnie zadane pytanie odpowiedzią są oczywiście jego niesamowite wręcz właściwości. Teflon jest bowiem nietopliwy w czystej postaci (stąd zastowanie w powłokach przeciwogniowych, np. ubraniach ochronnych strażaków), ma niezwykle mały współczynnik tarcia, który decyduje o „ślizgalności” materiału (bardziej od teflonu śliskim materiałem w tym sensie jest DLC – diamentopodobny węgiel amorficzny), dzięki czemu jest stosowany właśnie w różnego rodzaju smarach i lubrykantach. Maleńka swobodna energia powierzchniowaj materiału odpowiada za jego nieprzylepność – jest to jedyny znany nam materiał, do którego nie są w stanie przyssać się gekony. PTFE jest bardzo odporny  chemicznie, jest też znakomitym dielektrykiem.

Budowa teflonu. Łańcuch rozciąga się w obie strony...

Pytanie jednak znacznie bardziej zasadnicze: skąd biorą się te niezwykłe właściwości teflonu? Oczywiście, jak zawsze w przypadku związków chemicznych, z jego budowy. Teflon to łańcuch węglowy, w którym każdy atom węgla tworzy pojedyncze wiązania z dwoma innymi atomami węgla ora dwa pojedyncze wiązania z atomami fluoru. Każdy Czytelnik z minimum wiedzy chemicznej rozpozna w tej strukturze podobieństwo do alkanów – prostych łańcuchów węglowych otocznych chmurą wodorów. W teflonie wodór jest zastąpiony fluorem i to właśnie jest klucz do tajemnicy jego sukcesu. Wiązania węgiel – fluor są bardzo wytrzymałe i stąd właśnie bierze się chemiczna inercja tego polimeru – jego kompletna nieprzylepność. Jedynym związkiem, do którego teflon może się przylepić jest… sam teflon.

Pojawia się jednak zasadniczy problem – wszyscy znamy teflon z kuchni, z teflonowym patelni, do których nic nie przylega. Skoro jednak nic do nich nie przylega, jakim cudem teflon przeczepiony jest to metalowej powłoki? Wykorzystuje się do tego właśnie fakt, że teflon przylega do teflonu. Powierzchnia patelni jest piaskowana, dzięki czemu na jej powierzchni powstają liczne rysy. Następnie pokrywa się ją tzw. primerem – związkiem, który stopiony wpływa w szczeliny i zagnieżdża się w nich, a nadmiar tworzy kolejną warstwę na powierzchni patelni. Jaką dokładnie substancją jest ten primer wiedzą tylko wtajemniczeni inżynierowie patelni teflonowych. Czy jakoś tak. Jest to w każdym razie tajemnica handlowa. Dość powiedzieć, że jest to prawdopodobnie jakiegoś rodzaju pochodna teflonu, w której do atomów węgla przyłączone są zarówno atomy wodoru, jak i fluoru. Dzięki temu posiada właściwości połowicznie teflonowe – przywiera zarówno do metalu, jak i do teflonu. Na tę warstwę nanosi się już właściwy teflon. Ot i cały sekret.

Dorzućmy więc na koniec kilka ciekawostek o teflonie. Jak większość niezwykłych odkryć, teflon odkryty został przez przypadek w 1938 roku przez Roya Plunketta z Kinetic Chemicals. Firma opatentowała związek trzy lata później, a w 1945 zarejestrowała Teflon jako znak towarowy. Pięć lat później Kinetic Chemicals zostało przejęte przez DuPont i od tej pory teflon i różnorodne technologie na nim oparte są jednym z okrętów flagowych tej firmy. Do ciekawszych jego zastosowań  należą np. wspomniana przeze mnie membrana Gore-Tex, warstwy ochronne na okularach, piórach, golarkach oraz cienkie teflonowe warstwy stosowane w ogniwach fotowoltaicznych (czyli po prostu bateriach słonecznych).

Ten brak przyczepności teflonu stał się – przynajmniej w języku angielskim – przysłowiowy. I tak teflonem Anglosasi nazywają osoby, które odporne są na – mówiąc oględnie – łajno, którym są z różnych przyczyn obrzucane. Tego miana dochapało się conajmniej kilku polityków mniejszego i większego kalibru, m.in. Ronald Reagan, Tony Blair oraz Władimir Putin. Mianem Teflonso złośliwcy ochrzcili Fernando Alonso po słynnej Crashgate w 2008 roku. W języku polskim niestety brak jeszcze takich chemicznych odniesień.