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PFA - Perfluoralkoxy (Teflon® PFA, Hostaflon® PFA, Chemfluor®)

chem-Formel-PFA-1568e71ed0d05aPerfluoralkoxy

andere Bezeichnungen:  Poly[tetrafluorethylen-perfluor(alkoxyvinylether)]

Kurzzeichen:  PFA

CAS-Nr.: 26655-00-5

 

Wichtige Handelsnamen und Markeneigner

DYNEON® PFA – Dyneon / 3M

HOSTAFLON® PFA - Dyneon / 3M

HYFLON® PFA - Solvay Plastics

NEOFLON® PFA - Daikin Industries, Ltd.

SYMALIT® PFA - Daikin Industries, Ltd.

TEFLON® PFA  - DuPont

 

Geschichtliches

PFA wurde im Jahre 1972 von DuPont unter der Bezeichnung Teflon®PFA  erfolgreich am Markt platziert. Nach dem Auslaufen der Patente wird PFA weltweit auch von anderen Herstellern produziert.  

 

Allgemeine Beschreibung

PFA ist ein perfluorierter, teilkristalliner, thermoplastischer Kunststoff. Er vereint die hervorragenden chemischen Eigenschaften von Teflon® (PTFE) mit den mechanisch-technischen Eigenschaften von Poly-Fluorethylenpropylen (FEP).

 

Verarbeitung

PFA ist zersetzungsfrei schmelzbar, so dass der Kunststoff durch thermische Formgebungsverfahren, wie Spritzgießen, Pressen und Extrudieren, bei Arbeitstemperaturen zwischen +320 °C und +420 °C zu Halbzeugen und Serienprodukten verarbeitet werden kann. Halbzeuge werden vorwiegend durch spanabhebende Verfahren, wie durch Fräsen, Drehen oder Hobeln weiterverarbeitet. Kleben ist nach Primerbehandlung möglich.

 

Verwendung

PFA ist, wie alle perfluorierten Kunststoffe, sehr chemikalienresistent und temperaturbeständig. Es findet daher im Chemieanlagen- und im Laborbau verbreitet Anwendung, sowohl als Beschichtungswerkstoff für thermisch dauerbelastete, korrosionsgefährdete Konstruktionen als auch für Labor-Kleinmaterialien, wie Schläuche, Fittings und Dichtungen. Seiner antiadhäsiven Eigenschaften halber wird PFA auch für substanzkontaktierende Bauteile und Gefäße in chemischen Spurenanalysegeräten verbaut. Da PFA die strengen FDA-Richtlinien erfüllt, kann es ebenso im Apparatebau für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie eingesetzt werden.

PFA ersetzt vor allem bei Großserienprodukten gewichts- und kostenmindernd metallische oder keramische Werkstoffe. Da PFA UV-strahlungsbeständig ist, kann es ohne weiteres für Außenkonstruktionen eingesetzt werden.

Die herausragenden elektrischen Eigenschaften des Kunststoffs PFA haben auch Einsatzgebiete in der Starkstromtechnik und Elektronik erschlossen, etwa für Hochleistungs-Kabel- und Drahtisolierungen.

 

Chemische Eigenschaften

PFA ist ein Co-Polymer der zwei monomeren Komponenten Tetrafluorethylen (CF2═CF2) und Perfluoralkoxyethylen (CF2═CF-O-R). Ihre Anteile m : n im Makromolekül (siehe Formelbild oben) sind von den Polymerisationsbedingungen abhängig. Zudem ist die Länge der über die Sauerstoffbrücke (Etherbrücke) gebundene Fluorcarbon-Seitenkette der allgemeinen Zusammensetzung R = CXF2X + 1 variabel. Hieraus ergeben sich für PFA eine Vielzahl von Produktvarianten. Da in der Praxis das Verhältnis m : n  üblicherweise auf einen Wert von etwa 1 : 50 eingestellt wird und x = 3 beträgt, unterscheiden sich die Produkte unterschiedlicher Hersteller meist nur marginal. Die herstellereigenen Qualitätskennzeichnungen erfolgen durch den jeweiligen Markennamen in Verbindung mit der Kurzbezeichnung PFA.

PFA ist weichmacherfrei und physiologisch unbedenklich. Es kann mit allen herkömmlichen Methoden sterilisiert werden. Der schwere, thermoplastische Kunststoff ist nicht selbstbrennend, zersetzt sich jedoch bei höheren Temperaturen, wie im Brandfall, unter Freisetzung giftiger und ätzender Brandgase, die Kohlenmonoxid, Fluorwasserstoff sowie niedermolekulare Fluorkohlenwasserstoffe enthalten. 

PFA ist gegenüber nahezu allen Chemikalien stabil, ebenso ist der Kunststoff äußerst witterungsbeständig und strahlungsresistent. Aufgrund dieser hohen chemischen Stabilität verrottet der Kunststoff nicht. Daher sind PFA-Rest- und Abfallstoffe auf Abfalldeponien zwar nicht unmittelbar problematisch, sie sollten aber nach Möglichkeit in Recyclings einbezogen werden, weil das Langzeitverhalten von PFA wie auch das aller anderen fluorierten Kunststoffe unter den in Deponiekörpern herrschenden Bedingungen noch weitgehend unbekannt ist.

Probleme bereitet jedoch die thermische Aufbereitung (Verbrennung) von PFA-Rest- und Abfallstoffen sowie von PFA-beschichteten Metallen. Wegen der von dem Kunststoff bei hohen Temperaturen freigesetzten gasförmigen Giftstoffe sind dafür speziell ausgerüstete Anlagen nötig. 

 

Handelsformen

PFA wird als Granulat für die Weiterverarbeitung zu Halbzeugen, wie Folien, Platten, Profilen, Stäben, Schläuchen und Rohren, sowie für die Massenproduktion von Fertig-Kleinteilen angeboten.

 

Technische Daten  
allgemeine Eigenschaften  
Dichte 2,10-2,17 g/cm3 (DIN 53479)
Farbe weiß-opak, einfärbbar
Wasseraufnahme  
in Atmosphäre +23 °C/50% rel. Feuchte nicht meßbar
in Wasser +23 °C/Wassersättigung <0,05 %
LOI-Index >95 % O2
Brandklasse UL 94  V-0 (DIN IEC 60695-11-10)
   
thermische Eigenschaften  
Wärmeleitfähigkeit 0,22 W/K · m
Schmelztemperatur +300 bis +310 °C (ISO 11357-1/3)
thermische Verarbeitungstemperatur +320 bis +420 °C
Zersetzungstemperatur > +375 °C
linearer Wärmeausdehnungskoeffizient  1,3 · 10-4 / K (ISO 11359)
maximale Einsatztemperatur  
kurzzeitig +280 °C
dauerhaft +260 °C
minimale Einsatztemperatur  -200 °C
   
elektrische Eigenschaften  
Dielektrizitätskonstante (50 Hz)     2,1 (IEC 60250)
Dielektrizitätskonstante (1 MHz)  2,1 (IEC 60250)
Dielektrischer Verlustfaktor (50 Hz)   0,9·10-4 (IEC 60250) 
Dielektrischer Verlustfaktor (1 MHz) 1,1·10-4 (IEC 60250)
Durchschlagfestigkeit 20 kV / mm (IEC 60243-1)
spezifischer Durchgangswiderstand 1018 Ω / m(IEC 60093)
spezifischer Oberflächenwiderstand   1017 Ω  / cm2 (IEC 60093)
   
mechanische Eigenschaften  
Shore-Härte (D)   60 - 65 (DIN 53505)
Kugeldruckhärte 25 - 30 MPa(ISO 2029-1)
Reißdehnung 300 % (ISO 527)
Zugfestigkeit  25 MPa (ISO 527)
Streckspannung 31 MPa (ISO 527)
Kerbschlagfestigkeit   690 J / m2
   
chemische Beständigkeit  
Benzin und andere aliphatische Kohlenwasserstoffe  beständig
Benzol, Xylol und andere aromatische Kohlenwasserstoffe beständig
Phenole  beständig 
halogenierte Lösungsmittel beständig
Ester, Ketone beständig
Natron- und Kalilauge beständig
Ammoniaklösung und aliphatische Amine beständig
Anillin, Pyridin und andere aromatische Amine beständig
Mineralsäuren beständig
organische Säuren beständig
Wasserstoffperoxid beständig
Heißwasser beständig
UV-Strahlung beständig
freie Alkalimetalle unbeständig / Zersetzung

 

Weiterführende Literatur

(1) M. D. Lechner, K. Gehrke, E. H. Nordmeier, Makromolekulare Chemie, Birkhäuser Verlag [2010], ISBN 978-3-7643-8890-4

(2)  J. Buddrus, Grundlagen der Organischen Chemie, Verlag Walter de Gruyter, Berlin [2011],  ISBN 978-3-1102-4894-4

(3) M. Biron, Thermoplastics and Thermoplastic Composites (2nd Ed.), William Andrew Publ. [2012], ISBN 978-1-4557-7898-0

(4) W. Woishins, S. Ebnesajjad (Ed.), Chemical Resistance of Speciality Thermoplastics (PDL Handbook Series), William Andrew Publ. [2012], ISBN 978-1-4557-3110-7