تغییر شیمیایی تفلون

“تفلون” یک علامت تجاری است که برای نوعی پلاستیک به نام پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE) انتخاب شده است.

راز سطح صیقلی تفلون را باید در گسترش اتم های فلوئور در مولکول تفلون جست. اتم های فلوئور F تقریباً همه مواد را دفع می کنند و از چسبیدن آنها به تفلون جلوگیری می کنند. با استفاده از دو تکنیک، خود مواد تفلون را می توان به سطوحی مانند قابلمه و تابه متصل کرد.

اولین تکنیک رسوب گذاری است که فرآیندی شبیه ذوب است. در این روش تفلون در دمای بسیار بالا گرم شده و روی سطح مورد نظر فشرده می شود. در این روش اگر تفلون به دمای اتاق برسد ممکن است از سطح جدا شود. روش تغییر شیمیایی در سطحی که می خواهیم تفلون را به آن بچسبانیم نتایج بهتری را به همراه دارد. در این روش، با بمباران یونی در میدان تخلیه الکتریکی یا پلاسما، می‌توانیم تعدادی پیوند بین اتم‌های فلوئور و کربن را بشکنیم و مانع اتم‌های فلوئور در نصب شویم. پیوند بین اتم های کربن و سایر اتم ها را از بین ببرید. در این صورت می توانیم به جای پیوندهای شکسته پیوندهای جدیدی از اتم های کربن با دیگران ایجاد کنیم. بیایید اتم ها یا گروه هایی مانند اکسیژن ایجاد کنیم، این گروه ها بر خلاف اتم های فلوئور پیوندهای قوی با فلز برقرار می کنند.

بنابراین تفلون به عنوان شناخته شده ترین پوشش ظروف دارای بیشترین میزان کاربرد است. علاوه بر این تفلون برای عایق کاری کابل های ارتباطی، جلوگیری از زنگ زدن ظروف آشپزخانه و جلوگیری از نفوذ آب از منافذ ریز کاربرد فراوانی دارد.

روش بعدی توسط یان گنزر، مهندس شیمی از دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی معرفی شده است. در این روش که تغییر شیمیایی تفلون نامیده می شود، یک عامل کاهنده (دهنده الکترون) می تواند اتم های فلوئور را از اتم های کربن جدا کرده و با به هم پیوستن آنها فلوئور رادیکال کربنی از باقیمانده تفلون تشکیل دهد.

این رادیکال ها به نوبه خود با پیوستن به رادیکال های دیگر تک تک الکترون های خود را جفت می کنند و باعث تولید هیدروکربن های غیر اشباع می شوند. چسبناک هستند و به این ترتیب تفلون که به هیچ غذایی نمی چسبد، می تواند به این شکل به ته ظرف آشپزخانه بچسبد.

پاسخ سوم به این سوال توسط گرگوری آر برادبرن ارائه شده است: “تفلون یک پلیمر است.” این ماده در اثر واکنش های پلیمری در خود ظرف ایجاد می شود یا به عبارتی خود ظرف به عنوان محل واکنش تولید تفلون در نظر گرفته می شود. در این حالت سطح ظرف پایه و هسته تشکیل پلیمر است و حالتی کاتالیزوری برای شروع واکنش تبدیل مونومرها به پلیمر در نظر گرفته می شود. بنابراین سطح ظرف اساس و هسته تشکیل پلیمر است. البته همه مواد این حالت را ایجاد نمی کنند مثلا این واکنش روی آلومینیوم انجام نمی شود و برای شروع واکنش ابتدا باید شارژ (مثبت) شود تا واکنش پلیمریزاسیون روی سطح آلومینیوم و تفلون انجام شود. روی سطح آلومینیوم ظاهر می شود.

خواص ویژه تفلون از ترکیب شیمیایی و ساختار آن ناشی می‌شود: پیوندهای بین اتم‌های کربن و فلوئور بسیار قوی هستند که نشان می‌دهد مقدار زیادی انرژی برای شکستن و جایگزینی این پیوندها با پیوندهای جدید مورد نیاز است. پایداری شیمیایی این ماده و بی تفاوتی آن نسبت به سایر مواد در همین است. علاوه بر این، اتم‌های فلوئور بزرگ‌تر از اتم‌های کربن، اتم‌های کربن را از مولکول‌های خارجی پنهان می‌کنند و در نتیجه احتمال واکنش شیمیایی را کاهش می‌دهند.

دلایل دیگر عدم چسبیدن مواد به تفلون به خواص الکتریکی آن مربوط می شود: PTFE یک مولکول الکتریکی خنثی است، به این معنی که مجموع بارهای مثبت آن (تعداد پروتون ها) برابر است با مجموع بارهای منفی آن (تعداد الکترون). بنابراین مولکول نه جذب مولکول های باردار در مجاورت خود می شود و نه توسط آنها دفع می شود.

در اصل، مولکول های خنثی می توانند توسط نیروهای واندروالس جذب شوند، هرچند ضعیف تر. اینها نیروهای الکتریکی بسیار ضعیفی هستند که در محدوده بسیار کوتاه (کمتر از یک نانومتر) بین مولکولهای خنثی (مولکولهایی که بار الکتریکی کل آنها برابر است) عمل می کنند. برای اینکه این اتفاق بیفتد، مولکول ها باید قطبی یا قطبی شوند، به این معنی که الکترون ها به طور ناهموار در سراسر مولکول پراکنده می شوند، یا به طور دائم یا به دلیل تأثیر خارجی.

تفلون یک مولکول غیر قطبی است و به راحتی قابل قطبش نیست. دلیل این امر ساختار متقارن مولکول تفلون است که منجر به پراکندگی یکنواخت الکترون ها در اطراف آن می شود که به معنای عدم قطبیت است. علاوه بر این، فلوئور به شدت الکترون های اتم های دیگر را جذب می کند. این الکترون ها در اطراف اتم های فلوئور جمع می شوند و به راحتی جابه جا نمی شوند و پلاریزاسیون مولکول های تفلون را دشوار می کند. ترکیب همه دلایل بالا تفلون را به ماده ای بسیار صاف تبدیل می کند، به طوری که حتی یک مارمولک نیز نمی تواند به آن بچسبد.