Beberapa Penggunaan Teflon dalam Kehidupan Sehari-hari

Pernahkah kita bertanya-tanya apa yang membuat makanan tidak menempel pada peralatan masak anti lengket? Polytetrafluoroethylene (PTFE) adalah fluoropolimer sintetis tetrafluoroethylene dan dikenal dengan nama merek umum Teflon. Polime itu dianggap benda padat paling licin yang pernah dibuat oleh manusia. Selain menjadi bahan yang tahan lama, ini adalah pelumas yang tidak menguap seperti minyak dasar, sehingga memungkinkan pelumas bertahan tiga sampai empat kali lebih lama. Sifat ini membuatnya akrab bagi banyak orang sebagai pelapis pada peralatan masak antilengket.

Namun, peralatan masak bukanlah aplikasi pertama Teflon. Ini dipatenkan pada tahun 1941 oleh Laboratorium Jackson Perusahaan DuPont sebagai PTFE, lapisan untuk katup dan segel pipa yang mengandung senyawa uranium yang sangat radioaktif selama Proyek Manhattan. Hingga tahun 1945 ketika seorang Prancis, Marc Grégoire, datang dengan ide untuk melapisi alat pancingnya dengan senyawa itu, tetapi sebenarnya istrinya yang memiliki ide cemerlang untuk menggunakannya untuk melapisi panci. Mereka kemudian mendirikan merek Tefal. Karena panas yang ekstrim dan tahan terhadap korosi, Teflon banyak digunakan untuk hampir setiap mekanisme yang mengalami panas, keausan, dan gesekan, dan dalam peralatan laboratorium yang harus tahan terhadap bahan kimia korosif. Teflon sangat erat kaitannya dengan kehidupan kita sehingga dapat ditemukan di beberapa benda yang kita temui setiap hari.

Penemuan

Penemuan Teflon adalah produk sampingan yang tidak disengaja dari pencarian refrigeran yang lebih baik selama akhir 1930-an. Pada tahun 1938, Roy J. Plunkett, seorang ahli kimia Amerika untuk E.I. du Pont de Nemours & Company (sekarang DuPont Company), sedang meneliti refrigeran chlorofluorocarbons baru karena refrigeran yang ada sebelumnya seperti sulfur dioksida dan amonia telah menjadi penting bagi kesehatan manusia. Plunkett telah menghasilkan seratus pon gas tetrafluoroethylene (TFE) dan menyimpannya dalam silinder kecil pada suhu es kering sebelum mengklorinasi itu. Ketika mereka menyiapkan silinder tersebut untuk digunakan, gas berhenti mengalir sambil mempertahankan skala berat silinder untuk pembacaan serupa. Saat mereka membelah silinder, Plunkett menemukan bubuk putih. Dia menemukan zat itu tahan panas dan inert, dan memiliki gesekan permukaan yang sangat rendah sehingga sebagian besar zat lain tidak akan menempel padanya. Plunkett menyadari bahwa TFE telah terpolimerisasi menjadi zat dengan karakteristik yang berpotensi berguna yang tidak biasa dalam ilmu polimer pada waktu itu.

Pembuatan Teflon

Teflon dibuat dengan polimerisasi radikal bebas dari monomer yang disebut tetrafluoroethylene. Polimerisasi adalah proses di mana molekul yang relatif kecil, yang dikenal sebagai monomer digabungkan secara kimia untuk membentuk struktur seperti rantai yang dikenal sebagai polimer. Polimerisasi Teflon adalah proses dua langkah. Langkah pertama adalah menyiapkan bahan mentah, TFE dalam hal ini, dan yang kedua, adalah polimerisasi TFE itu sendiri.

Untuk pembuatan tetrafluoroethylene (C₂F₄), fluorspar, asam hidrofluorat, dan kloroform digabungkan dalam ruang reaksi kimia, yang kemudian dipanaskan hingga suhu sekitar 600-900ºC. Ini menghasilkan pembentukan gas, yang kemudian disuling untuk membentuk TFE cair. 

Produksi TFE secara kimiawi dilakukan dengan langkah-langkah berikut:

Dengan mereaksikan kloroform dengan hidrogen fluorida anhidrat, terbentuk klorodifluorometana

CHCl_{3 (g)} + 2HF_(g) → CHClF_2(g) + 2 HCl_(g)

Karena TFE sangat eksplosif, TFE diproduksi pada tempat, kapan dan di mana polimerisasi akan terjadi, meminimalkan waktu penyimpanan. Pemanasan klorodifluorometana tanpa adanya udara, proses yang dikenal sebagai pirolisis, menghasilkan tetrafluoroethylene (TFE).

CHClF_2(g) →C₂F4 _(g) + 2HCl _(g)

Berdasarkan karakteristik yang diinginkan dari produk akhir, PTFE dibuat melalui metode yang berbeda seperti polimerisasi suspensi, polimerisasi emulsi terkontrol, dan polimerisasi dispersi yang masing-masing menghasilkan butiran, serbuk halus, dan polimer berbasis air. Namun, reaksi bersih kimianya dalam semua proses tetap sama.

Sifat Teflon

Sifat PTFE bergantung pada jenis polimer dan metode pemrosesan. Namun, ia memiliki sifat yang sangat baik seperti kelembaman kimiawi, ketahanan panas (baik tinggi maupun rendah), sifat isolasi listrik, koefisien gesekan rendah (0,08 statis dan dinamis 0,01), dan sifat antilengket pada rentang suhu yang luas. Sifat-sifat ini berasal dari struktur elektronik khusus atom fluorin, ikatan kovalen karbon-fluor yang stabil, dan interaksi intramolekul dan antarmolekul yang unik antara segmen polimer berfluorinasi dan rantai utama.

1.PTFE adalah padatan putih pada suhu kamar, dengan kepadatan sekitar 2,2 gram per sentimeter kubik.

2. PTFE adalah polimer tahan bahan kimia yang sangat baik. Ini karena adanya ikatan karbon-fluor yang sangat kuat. Bahan kimia yang dapat mempengaruhi ikatan ini adalah logam alkali, logam pada suhu tinggi, bahan fluorinasi seperti xenon difluorida dan kobalt (III) fluorida, dan gas fluor itu sendiri.

3. Sifat mekanis PTFE lebih rendah dibandingkan dengan plastik lainnya, tetapi tetap menguntungkan pada kisaran suhu yang luas dari -100 ° F hingga + 400 ° F (-73 ° C hingga 204 ° C). Selain itu, sifat seperti kekuatan mekanik, stabilitas, dan ketahanan aus dapat ditingkatkan dengan menambahkan bahan pengisi seperti serat kaca, karbon, grafit, molibdenum disulfida, dan perunggu.

4. Karena struktur makromolekul yang sangat simetris, konstanta dielektrik Teflon sangat rendah (2,1 pada 1Mhz).

5. PTFE menunjukkan stabilitas termal yang tinggi, yang dapat bertahan hingga suhu 440 ° C

6. PTFE tidak menunjukkan sifat elastis dan karena itu, cenderung berubah bentuk secara permanen di bawah tekanan mekanis.

7. PTFE juga sangat tahan terhadap gaya Van-der Waal. Faktanya, itu adalah satu-satunya bahan yang bahkan tokek tidak dapat menempel.

Kegunaan Teflon

1. Peralatan Listrik

Industri kelistrikan menyumbang setidaknya 50% dari produksi Teflon di seluruh dunia. Beberapa percobaan engan Teflon telah membuktikan bahwa ia memiliki ketahanan yang sangat tinggi terhadap panas, air, bahan kimia, dan keausan yang parah. Sifat Teflon ini menjadikannya bahan baku yang sempurna untuk kabel. Sifat tahan api Teflon melindungi sejumlah besar perangkat listrik, seperti konektor dan perangkat kontrol instrumen. Teflon digunakan dalam produksi alat kelengkapan lampu, pengukur suhu, serta untuk berbagai macam komponen listrik.

Karena sifat dielektrik Teflon membuatnya dapat digunakan dalam produksi beberapa komponen komputer seperti papan sirkuit cetak dan kabel perakitan, lapisan gesekan rendah Teflon memberikan luncuran yang lebih mulus ke elemen lain, seperti bola mouse gaming, tablet tulis dan gambar, stylus. e-pens, dan touchpads. Resistivitas curah Teflon yang sangat tinggi menjadikannya bahan yang ideal untuk membuat elektret yang tahan lama, analog elektrostatis dari magnet permanen.

2. Peralatan masak

Siapa pun yang dibesarkan di dunia modern mungkin pernah mendengar tentang wajan yang tidak lengket. Ini adalah salah satu aplikasi awal Teflon. Sifat hidrofobik Teflon membuatnya menjadi lapisan yang cocok untuk panci anti lengket. Kitamungkin bertanya-tanya bahwa Teflon tidak menempel pada telur, tetapi entah bagaimana dapat menempel pada logam wajan. Namun, pada kenyataannya, sifat non-perekat Teflon juga berlaku untuk permukaan logam. Ada dua teknik untuk membuat Teflon itu sendiri menempel pada permukaan barang seperti panci dan wajan. Yang pertama adalah “sintering” di mana teflon dipanaskan pada suhu yang sangat tinggi dan ditekan dengan kuat ke permukaan. Saat bahan mendingin hingga mencapai suhu ruangan, pada akhirnya mungkin akan terkelupas. Teknik kedua termasuk ikatan kimia Teflon dengan membombardirnya dengan ion dalam ruang hampa tinggi di bawah medan listrik, atau “plasma”, yang dapat melepaskan banyak atom fluor di permukaan yang ingin kita buat lengket. Karena suhu lelehnya yang tinggi, Teflon merupakan bahan pilihan untuk peralatan masak berperforma tinggi.

3. Produk Perawatan Diri

Ketika kita berpikir tentang produk kecantikan, hal yang kebanyakan memiliki kesamaan adalah teksturnya yang licin. Sejumlah penelitian mengungkapkan bahwa teflon dapat ditemukan sebagai bahan utama dalam beberapa produk kecantikan dan perawatan kulit, seperti alas bedak, bedak padat, bedak tabur, bronzer, blush on, perona mata, maskara, gel cukur, lip balm, dan losion anti penuaan, mengandung Teflon sebagai bahannya. Ini digunakan secara luas dalam produk dan kosmetik anti-penuaan, kemungkinan besar karena memberikan hasil akhir yang halus dan lembut.

Asam perfluorooctanoic (PFOA) adalah salah satu dari banyak senyawa fluorocarbon yang digunakan sebagai bahan dalam pembuatan kosmetik. PFOA dikaitkan dengan banyak penyakit yang berpotensi mematikan, seperti kanker, kanker payudara, toksisitas reproduksi, dan gangguan endokrin. Secara terpisah, PTFE belum dikonfirmasi sebagai bahan beracun dalam kosmetik.

Namun, literatur yang luas telah menemukan bukti bahwa paparan senyawa berfluorinasi dapat meningkatkan karsinogenisitas bahan kimia lain ketika paparan terjadi bersamaan. Hal ini juga ditemukan pada cat kuku, cenderung memberikan tampilan yang bersinar dan mengkilap. Selain kosmetik, teflon juga terdapat pada peralatan perawatan lainnya seperti alat pengeriting rambut, pelurus, sisir dan sebagai pelapis pada bilah pemangkas.

4. Kain

Baik itu pakaian, karpet, sprei, pelapis, awning, atau bantal teras, hampir semua kain di sekitar kita yang perlu dilindungi dari noda atau hidrofobik dibuat dengan memperkenalkan Teflon dalam produksinya. Kualitas kain untuk pakaian sangat bergantung pada aspek estetika, daya tahan, dan kenyamanan. Sementara kinerja estetika & kenyamanan diinginkan dalam pakaian, utilitas adalah persyaratan utama dalam kain. Pelindung kain Teflon berfungsi pada berbagai jenis kain tanpa mengganggu berat, tampilan, warna, atau daya tahan udara. Koefisien gesekan terendah Teflon berhasil mengusir air dan minyak serta menahan tumpahan, noda, dan percikan yang tidak terduga.

Sementara PTFE secara inheren tidak dapat ditembus oleh air, ada jenis lanjutan dari polimer ini yang dikenal sebagai polytetrafluoroethylene (ePTFE) yang diperluas yang memiliki struktur mikroporous yang memungkinkan lewatnya air ketika dalam bentuk gas. Seperti polytetrafluoroethylene normal, ePTFE sangat tahan panas dan hidrofobik, tetapi juga mudah dibentuk menjadi bahan seperti kain tipis yang dapat digunakan di lebih banyak aplikasi daripada PTFE tradisional, yang lebih kaku.

Dalam industri tekstil, polimer ini memiliki nama khusus, GORE-TEX, dan memiliki sifat khusus yang memungkinkan pakaian bernapas. Saat tubuh kita berkeringat, misalnya, mengeluarkan uap, dan uap ini dapat dengan bebas bergerak melalui GORE-TEX. Namun, air cair dalam bentuk hujan tidak dapat melewati kain tahan air ini.

5. Industri Dirgantara

Meski terdengar menarik, menjelajahi dunia baru di luar dunia kita adalah tugas yang cukup menuntut. Temperatur yang sangat rendah dan beberapa sinar kosmik yang berbahaya dapat membuat pesawat ruang angkasa terkena kerentanan tertentu, seperti sinyal rusak, kerusakan elektronik, dan mekanik yang tidak dapat dioperasikan. Ini dapat menyebabkan gangguan orbit di wilayah asing dan oleh karena itu membahayakan misi yang menelan biaya jutaan dolar.

Masalah ini diatasi dengan memperkenalkan fluoropolimer berkinerja tinggi yang menambah daya tahan, keandalan, dan konduktivitas untuk pesawat ruang angkasa dan satelit. Dari kabel yang membantu dalam mentransmisikan gambar yang tidak diketahui kembali ke Bumi hingga pelindung luar angkasa kontrol termal yang superior, Teflon adalah bahan yang memungkinkan proyek ini.

Selain itu, Teflon juga merupakan bahan utama untuk memungkinkan perjalanan udara dalam atmosfer kita. Ini digunakan dalam konstruksi selang bahan bakar dan fasilitas tubing yang memastikan aliran bahan bakar dan cairan pesawat lainnya yang aman dan tahan lama. Itu juga diperkenalkan sebagai pelapis pada sayap pesawat.