สารเทฟลอน: สารที่ลื่นที่สุด
โดย อาจารย์ บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์  ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ  ฟิสิกส์ราชมงคลขอขอบคุณครับ


   ปัจจุบันมีสินค้าหลายชนิดที่ผสมหรือเคลือบสารเทฟลอน (Teflon) ไว้ในผลิตภัณฑ์ ไม่ว่าจะเป็นเครื่องครัวโลหะต่าง ๆ หรือสีทาผนังบางยี่ห้อ เป็นต้น โดยเครื่องครัวและสีที่มีสารเทฟลอนผสมหรือเคลือบอยู่จะมีข้อดีคือ ช่วยให้ทำความสะอาดได้ง่าย เนื่องจากไม่ค่อยมีคราบสกปรกมาเกาะ หรืออาหารไม่ติดที่ก้นภาชนะเครื่องครัว



โมเลกุลของสารเทฟลอนแบบ 3D (ซ้าย) สูตรโมเลกุลของสารเทฟลอน (ขวา)

สารเทฟลอนคืออะไร?

สารเทฟลอน (Teflon) เป็นชื่อทางการค้าของสารโพลิเตตระฟลูออโรเอทิลีน (polytetrafluoroethylene, PTFE) ดร.รอย เจ. พลันเก็ตต์ (Roy J. Plunkett) วิศวกรของบริษัทดูปองต์ เป็นผู้สังเคราะห์สารนี้ได้ในปี ค.ศ. 1938 ในขณะที่เขากำลังทดลองหาสารทำความเย็นตัวใหม่ ในตอนแรกบริษัทดูปองต์เองก็ไม่รู้ว่าจะนำสิ่งที่พบนี้ไปใช้ในทางการค้าได้อย่างไร จนกระทั่งปี ค.ศ. 1946 บริษัทดูปองต์ก็สามารถเปิดตัวสินค้าประเภทชิ้นส่วนเครื่องจักรที่เคลือบสารเทฟลอนออกมา ซึ่งระยะแรกนั้นสินค้าที่มีการเคลือบสารเทฟลอนก็ยังจำกัดอยู่เฉพาะสินค้าอุตสาหกรรมเท่านั้น จนกระทั่งช่วงกลางของทศวรรษที่ 1950 จึงมีการผลิตเครื่องครัวที่เคลือบด้วยสารเทฟลอนออกวางจำหน่ายในท้องตลาด

ดร.รอย เจ. พลันเก็ตต์
ดร.รอย เจ. พลันเก็ตต์

สารเทฟลอนมีสมบัติเด่นคือ สารมีค่าสัมประสิทธิ์ความเสียดทานต่ำ หากพูดในอีกลักษณะที่ไม่ใช่วิชาการคือ สารเทฟลอนเป็นสารที่ “ลื่น” นั่นเอง เมื่อสารเทฟลอนมีสมบัติลื่นมาก ผู้ผลิตสินค้าจึงใช้สารนี้รองพื้นผิวผลิตภัณฑ์ เช่น เครื่องครัวทำให้หมดปัญหาเรื่องอาหารติดกะทะ และเมื่อทอดยังไงอาหารก็ไม่ติดกะทะ ดังนั้นผู้บริโภคก็สามารถลดปริมาณไขมันในการประกอบอาหารลงได้ ซึ่งเป็นการรักษาสุขภาพทางอ้อม นอกจากนี้สารเทฟลอนยังถูกใช้เคลือบอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น ลูกปืน เฟือง (gear) เพื่อลดความเสียดทานขณะเคลื่อนไหว

เนื่องจากสารมีความลื่นมาก ดังนั้นมันจึงถูกนำมาประยุกต์ใช้เพื่อลดแรงเสียดทานระหว่างผิววัสดุผลิตภัณฑ์หลายชนิด เช่น ลูกปืน เป็นต้น หรือแม้แต่ในผลิตภัณฑ์บางอย่างเช่น กระสุนปืน (bullet) ก็มีการใช้สารเทฟลอนมาประยุกต์ด้วย โดยผู้ผลิตกระสุนบางรายเคลือบหัวกระสุนด้วยสารเทฟลอนเพื่อลดแรงเสียดสีขณะลูกกระสุนวิ่งออกจากลำกล้องทำให้ลดความสึกหรอในลำกล้องปืน

สมบัติเด่นอีกอย่างของสารเทฟลอนคือ ความเฉื่อยต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับสารอื่น ดังนั้นจึงมีการใช้สารนี้เคลือบผลิตภัณฑ์ประเภทท่อและบรรจุภัณฑ์ที่ต้องสัมผัสกับสารเคมีบางชนิดที่ไวต่อการเกิดปฏิกิริยา

ความลับของสารเทฟลอน

การที่สารเทฟลอนมีความลื่น และเฉื่อยต่อการเกิดปฏิกิริยากับสารเคมีอื่นนั้น มีสาเหตุจากโครงสร้างโมเลกุลของตัวสารเอง สารเทฟลอนมีสูตรโมเลกุล –[-CF2-CF2-]n- ที่ประกอบด้วยพันธะของคาร์บอน–คาร์บอน (C-C) และพันธะของคาร์บอน–ฟลูออรีน (C-F) ซึ่งพันธะระหว่างอะตอมทั้งสองชนิดเป็นพันธะเดี่ยว (single bond) ที่มีความแข็งแรงมาก การสลายพันธะจะต้องใช้พลังงานปริมาณมาก และเนื่องจากโมเลกุลของสารเทฟลอนเป็นโมเลกุลที่ไม่มีขั้ว (nonpolar) จึงทำให้สารเทฟลอนเฉื่อยต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับสารอื่น

นอกจากนี้สมบัติความลื่นของสารเทฟลอนก็เกิดเนื่องจากแรงที่กระทำบริเวณผิวโมเลกุล (interfacial forces) ของสารเทฟลอนและโมเลกุลของสารอื่นมีน้อย ดังนั้นสารเทฟลอนจึงแสดงสมบัติความลื่นออกมา

สารเทฟลอนติดอยู่บนผิวภาชนะได้อย่างไร?

เมื่อสารเทฟลอนลื่นมากจนไม่มีสารใดเกาะติดได้ แล้วผู้ผลิตนำสารนี้ไปเคลือบติดอผิวภาชนะได้อย่างไร? การเคลือบสารเทฟลอนลงบนพื้นผิวภาชนะมีหลายวิธี ซึ่งวิธีหนึ่งที่ใช้เคลือบสารเทฟลอนคือ นำภาชนะที่จะเคลือบมาขัดเซาะผิว จากนั้นพ่นสารรองพื้น (primer) ลงไป แล้วเคลือบด้วยสารเทฟลอน นำผลิตภัณฑ์ไปอบแห้ง และเคลือบสารเทฟลอนทับซ้ำลงไปอีกครั้งแล้วนำไปอบให้แห้ง ขณะที่อีกวิธีหนึ่งที่ใช้เคลือบสารเทฟลอนทำโดยนำผงสารเทฟลอนผสมกับน้ำ และทำการฉีดพ่นลงบนพื้นผิวของภาชนะที่ต้องการแล้วนำไปอบ

ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ที่เคลือบด้วยสารเทฟลอน
ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ที่เคลือบด้วยสารเทฟลอน

ความปลอดภัย

โดยทั่วไปสารเทฟลอนไม่มีอันตราย แต่มีข้อมูลหนึ่งที่น่าสนใจคือ เมื่อเผาภาชนะเปล่าที่เคลือบด้วยสารเทฟลอนจนอุณหภูมิสูงเกินกว่า 400 องศาเซลเซียส (สารเทฟลอนมีจุดหลอมเหลวที่อุณหภูมิ 327 องศาเซลเซียส) อนุภาคของสารเทฟลอนจะกลายเป็นไอและหลุดออกมาสู่บรรยากาศ ซึ่งไอของมัน สามารถทำให้เกิดอาการคล้ายกับอาการไข้จากหวัด (Polymer fume fever) แต่ปัญหานี้จะไม่เกิดขึ้นหากใช้งานภาชนะเคลือบสารเทฟลอนในช่วงอุณหภูมิใช้ทำอาหารทั่วไป

แหล่งข้อมูลอ้างอิง