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Porträt Ein Polymer für alle Fälle

| Autor / Redakteur: Alexander Völkert / Nora Nuissl

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Vom Manhattan-Projekt in die Bratpfannen der Haushalte: PTFE ist heute ein weit verbreitetes Material.
Vom Manhattan-Projekt in die Bratpfannen der Haushalte: PTFE ist heute ein weit verbreitetes Material.
(Bild: Edenwithin - Fotolia)

Es ist das Jahr 1943 und die Welt befindet sich im Krieg. Die Sowjetunion, Japan, Deutschland und die USA arbeiten an der Realisierung einer Atombombe. Die Väter der Kernwaffe unter der Leitung des US-amerikanischen Physikers Robert Oppenheimer stehen bei ihrem „Manhattan Project“ vor unlösbaren Problemen. Um das für die Kernspaltung nötige hochangereicherte Uran herstellen zu können, müssen sie mit Uranhexafluorid, einem extrem korrosiven Stoff, experimentieren. Er zerstört in kurzer Zeit einfach alle Behälter und Leitungen, mit denen er in Berührung kommt. Doch die Zeit drängt. Der Krieg scheint endlos zu werden. Wer als Erster die Wunderwaffe einsetzt, wird die entscheidende Kriegswende, oder besser das Ende, herbeiführen. Ein dringender Hilferuf geht an alle Chemiefirmen der USA. Er erreicht auch die Dupont-Forschungsabteilung. Hier erinnert man sich einer eigenartigen Substanz, auf die Roy Plunkett bei der Suche nach einem geeigneten Kältemittel stieß: PTFE oder auch Teflon genannt.

Jetzt, fünf Jahre nach der Entdeckung geht alles ganz schnell: Eine Teflon-Schicht könnte die Behälter und Rohrleitungen der Atomforscher schützen. Und so wird PTFE zum ersten Mal im Jahr 1943 beim amerikanischen Manhattan-Projekt verwendet. Beim Bau von Kernwaffen kam das Material schließlich für den Korrosionsschutz von Behältern zum Einsatz, in denen Uranhexafluorid gelagert wurde.

Teflon für den Bau der Atombombe

Doch zurück zum Anfang: Was hat ein Kunststoff mit der Suche nach einem Kühlmittel zu tun? Die Entdeckungsgeschichte des Teflons beginnt mit der Erfindung des Kühlschranks. Die ersten eingesetzten Kühlmittel und ihre Alternativen waren explosiv, giftig oder stanken. Forscher der Firma General Motors stießen bei der Suche nach Alternativen auf eine Substanzklasse, die damals geradezu ideal erschien, denn sie ist farb- und geruchlos, ungiftig und nicht brennbar: die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW). Auch die Firma Dupont wollte Kühlmittel verkaufen. Also bekam der junge Chemiker Roy Plunkett den Auftrag, für Dupont nach neuen Kältemitteln zu suchen, die das General-Motors-Patent auf FCKW umgehen würden.

Zu diesem Zweck legte er sich einen Vorrat von Tetrafluorethylen an. Plunkett lagerte das Gas bei einer Temperatur von -80 °C. Bei diesen Bedingungen geschah etwas, was der Chemiker nicht erwartet hatte. Die Moleküle des Gases verbanden sich zu langen Ketten. Das Ergebnis waren weiße Krümel aus Polytetrafluorethen. Die Substanz reagierte mit keinem Stoff chemisch – nicht mal mit Königswasser, einer aggressiven Mischung aus Salz- und Salpetersäure. Für Dupont ein teurer Fehlschlag, das Rezept für
PTFE verschwand in den Archiven – bis einige Jahre später die Atomforschung um Hilfe rief.

Nachdem der Krieg dann doch ein Ende fand, begann das Unternehmen 1948 mit der kommerziellen Produktion der Substanz. Der Markenname „Teflon“ bestand bereits. Beschichtungen, Dichtungen und Isoliermaterial waren die Haupteinsatzgebiete. In den 50er-Jahren griffen die Nasa-Ingenieure dankbar die Erfindung Plunketts auf. Von Explorer 1 bis zum Space Shuttle haben Teflon und seine Derivate die Geschichte der amerikanischen Raumfahrt begleitet – als Kabelisolierung, Hitzeschutzkachel oder als Schutzschicht auf den Raumanzügen. Die Apollo-Mondlandefähren hatten mehrere Hundert Kilo Teflon an Bord; selbst die Sammeltüten für Mondgestein bestanden daraus.

Teflon für die Raumfahrt

Die berühmte Teflon-Pfanne verdanken wir allerdings nicht der Raumfahrt, sondern einem passionierten Angler. Bereits Anfang der 50er-Jahre hörte der Pariser Chemiker Marc Grégoire von der Substanz. Immer wieder ärgerte er sich über verhedderte Angelschnüre. Er behalf sich mit einer dünnen Teflonschicht auf der Schnur und freute sich des Antihafteffekts. Doch wie kam er nun zur Pfanne? Es heißt, auf die Idee, diesen Effekt in die Küche zu übertragen, kam seine Ehefrau. Und sie scheint den richtigen Riecher gehabt zu haben. Unter dem Namen „Tefal“ produzierte und verkaufte der Franzose in Europa in wenigen Jahren mehr als eine Million Pfannen und Töpfe mit der Antihaftbeschichtung.

Wasserdicht und atmungsaktiv

Und die Erfolgsgeschichte des Zufalls-Polymers geht weiter. 1969 wurde eine weitere Anwendung von Teflon entdeckt: Gore-Tex. Das ist eine mikroporöse Membran aus expandiertem Polytetrafluorethylen, die winddicht, wasserdicht, aber wasserdampfdurchlässig und damit atmungsaktiv ist. Diese Membran besitzt etwa 1,3 Mrd. Poren pro m². Deren Durchmesser ist etwa 20.000-mal kleiner als ein Wassertropfen, aber etwa 770-mal größer als ein Wasserdampfmolekül. Damit eignet sich Gore-Tex bestens für die Verarbeitung in Funktionstextilien, wie Sport-, Freizeit- und Arbeitsschutzkleidung. Außerdem ist das Material dank seiner Reaktionsträgheit ideal für Implantate: Künstliche Gelenke, Herzklappen und auch Inletts für verkalkte Arterien sind mit Gore-Tex beschichtet. Wie kam es dazu? Der amerikanische Unternehmer William Gore, ein ehemaliger Dupont-Mitarbeiter, verarbeitete den Rohstoff zu Isoliermaterial für elektrische Geräte. Sein Sohn Robert wollte den Einsatz optimieren und suchte neue Verwendungen für das teure Material. Die dünne Teflon-Membran, die man beim Dehnen des Grundstoffs erhält, eignet sich gut zur Herstellung extrem widerstandsfähiger Dichtungen für viele Industrieanwendungen. Aufgrund des niedrigen Gleitreibwertes trägt die Polymerbeschichtung zu einer ressourcenschonenden und qualitätsbewussten Produktion bei. So hat PTFE zwar keinen Krieg beendet, wohl aber viele kleine Technikärgernisse überflüssig gemacht.

* Der Autor ist freier Fachjournalist in Berlin.

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