Политетрафторэтилен

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Политетрафторэтилен
Политетрафторэтилен
Политетрафторэтилен
Общие
Систематическое
наименование
Poly(difluoromethylene)
Сокращения PTFE
Традиционные названия Тефлон
Хим. формула (C2F4)n
Физические свойства
Состояние твёрдое
Плотность 2,2 г/см³
Предел прочности 15..27 Н/мм²
Термические свойства
Т. разл. 415 °C
Уд. теплоёмк. 1040 Дж/(кг·К)
Теплопроводность 0,25 Вт/(м·K)
Коэфф. тепл. расширения (8..25)∙10-5
Классификация
Рег. номер CAS 9002-84-0
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иначе.
Фторопласт-4 (прессованный цилиндр)

Политетрафторэтиле́н, тефло́н или фторопла́ст-4 (-C2F4-)nполимер тетрафторэтилена (ПТФЭ), пластмасса, обладающая редкими физическими и химическими свойствами и широко применяемая в технике и в быту.

Слово «Тефлон» является зарегистрированной торговой маркой корпорации DuPont. Непатентованное название вещества — «политетрафторэтилен» или «фторополимер». В СССР и России традиционное техническое название этого материала — фторопласт.

Политетрафторэтилен был открыт в апреле 1938 года 27-летним учёным-химиком Роем Планкеттом[1][2] из компании Kinetic Chemicals, который случайно обнаружил, что закачанный им в баллоны под давлением газообразный тетрафторэтилен спонтанно полимеризовался в белый парафиноподобный порошок[3][4]. В 1941 году компании Kinetic Chemicals был выдан патент на тефлон, а в 1949 году она стала подразделением американской компании DuPont.

Свойства[править | править вики-текст]

Физические[править | править вики-текст]

Тефлон — белое, в тонком слое прозрачное вещество, по виду напоминающее парафин или полиэтилен. Плотность по ГОСТ 10007-80 от 2,18 до 2,21 г/см3. Обладает высокой тепло- и морозостойкостью, остается гибким и эластичным при температурах от -70 до +270 °C, прекрасный изоляционный материал. Тефлон обладает очень низкими поверхностным натяжением и адгезией и не смачивается ни водой, ни жирами, ни большинством органических растворителей.

Фторопласт - мягкий и текучий материал, имеет ограниченное применение в нагруженных конструкциях.

DuPont указывает температуру начала деструкции согласно стандарту ASTM D3418 для разных типов тефлона от 260 °С до 327 °С.[5]

Химические[править | править вики-текст]

По своей химической стойкости превосходит все известные синтетические материалы и благородные металлы. Не разрушается под влиянием щелочей, кислот и даже смеси азотной и соляной кислот. Разрушается расплавами щелочных металлов, фтором и трифторидом хлора.

Производство[править | править вики-текст]

Производство политетрафторэтилена в России включает в себя три стадии: на первой стадии получают хлордифторметан заменой атомов галогена на фтор в присутствии соединений сурьмы (реакция Свартса) между трихлорметаном (хлороформом) и безводным фтористым водородом; на второй стадии получают тетрафторэтилен пиролизом хлордифторметана; на третьей стадии осуществляют полимеризацию тетрафторэтилена.[6][7]

Выпускается нескольких марок политетрафторэтилена. Они маркируются в зависимости от среднего размера частиц, например, ф-4, ф-4ПН-90, ф-4ПН-40, ф-4ПН-20 со средними размерами частиц (мкм): 100-180, 46-135, 21-45; 6-20, соответственно. Изделия из ф-4 производятся методом холодного прессования с последующим запеканием при температуре 365±5 °C.[8]

Применение[править | править вики-текст]

Тефлон применяют в химической, электротехнической и пищевой промышленности, в медицине, в транспортных средствах, в военных целях, в основном в качестве покрытий. Наибольшую известность тефлон получил благодаря широкому применению в производстве посуды с антипригарным покрытием.[9]

Промышленность и техника[править | править вики-текст]

В различных отраслях промышленности волокна, полученные из политетрафторэтилена (тефлон, полифен)[10], нашли широкое применение в качестве высокотемпературных мешочных фильтров, разных типов теплостойких прокладок, нитей для текстильных тканей, а также в автомобильном оснащении, промышленных фильтрах общего назначения, элементах запорных и регулирующих клапанов, мешалок и насосов, оборудования для фильтрации и разделения.

В авиации, например, из фторопласта изготавливают гибкие металлопластиковые трубопроводы гидросистем, работающие под высоким давлением (более 200 кгс/см2) и с высокой температурой рабочей жидкости.

Из фторопласта марки Ф-4 можно изготовить: аппараты, ректификационные колонны, насосы, трубы, клапаны, сильфоны, облицовочные плитки, сальниковые набивки. Как диэлектрик, политетрафторэтилен успешно применяется в технике высоких и ультравысоких частот. Прокатанная фторопластовая плёнка используется при изготовлении высококачественных кабелей, проводов, конденсаторов, для изоляции катушек, пазов электрических машин. В качестве конструкционного материала политетрафторэтилен применяется при изготовлении различных деталей машин и аппаратов. Особенно широкое применение политетрафторэтилен находит при изготовлении подшипников, работающих без смазки, с ограниченной смазкой и при наличии коррозионной среды.[8]

Благодаря химической инертности, гидрофобности и текучести материал получил широкое распространение для уплотнения резьбовых и фланцевых соединений (лента ФУМ).

Смазка[править | править вики-текст]

Фторопласт (тефлон) — великолепный антифрикционный материал[11], с коэффициентом трения скольжения наименьшим из известных доступных конструкционных материалов (даже меньше, чем у тающего льда). Из-за мягкости и текучести цельные подшипники скольжения из фторопласта используют редко. В высоконагруженных узлах применяют металлофторопластовые подшипники-вкладыши и металлофторопластовые опорные ленты. Такой элемент скольжения выдерживает десятки килограммов на квадратный миллиметр и состоит из металлической основы на которую нанесено фторопластовое покрытие.[12]

Известны смазки с введённым в их состав мелкодисперсным фторопластом. Их отличает то, что наполнитель, оседая на трущихся металлических поверхностях, позволяет в ряде случаев некоторое время работать механизмам с полностью отказавшей системой смазки, только за счёт антифрикционных свойств фторопласта.[источник не указан 528 дней]

Электроника[править | править вики-текст]

Тефлон широко используется в высокочастотной технике, так как, в отличие от близких по свойствам полиэтилена или полипропилена, имеет очень слабо меняющийся с температурой коэффициент диэлектрической проницаемости, высокое напряжение пробоя, а также крайне низкие диэлектрические потери. Эти свойства, наряду с теплостойкостью, обусловливает его широкое применение в качестве изоляции проводов, особенно высоковольтных, всевозможных электротехнических деталей, при изготовлении высококачественных конденсаторов, печатных плат.

В электронной технике специального назначения широко используется проводка с изоляцией из фторопласта, стойкая к агрессивным средам и высокой температуре — провода марки МГТФ, МС и ряд других. Провод в тефлоновой изоляции невозможно проплавить паяльником. Недостатком фторопласта является высокая холодная текучесть: если держать провод во фторопластовой изоляции под механической нагрузкой (например, поставить на него ножку мебели), провод через некоторое время может оголиться.

Медицина[править | править вики-текст]

Благодаря биологической совместимости с организмом человека политетрафторэтилен с успехом применяется для изготовления имплантатов для сердечнососудистой и общей хирургии, стоматологии, офтальмологии[13]. Тефлон считается наиболее пригодным материалом для производства искусственных кровеносных сосудов[14] и сердечных стимуляторов[15]. В 2011 году впервые применён для пластики поврежденных носовой перегородки и стенок околоносовых пазух вместо титановых сеток. Через 12–15 месяцев имплантат полностью растворяется и замещается собственной тканью пациента.[16]

Из-за низкого трения и несмачиваемости насекомые не способны ползти по тефлоновой стене. В частности, тефлоновая защита применяется при содержании нелетающих насекомых, чтобы они не смогли вылезти наружу.

Пищевая промышленность и быт[править | править вики-текст]

Благодаря низкой адгезии, несмачиваемости и термостойкости тефлон в виде покрытия широко применяется для изготовления экструзионных форм и форм для выпечки, а также сковород и кастрюль.

Тефлон также используется в производстве других бытовых приборов. Тефлоновое покрытие в виде тончайшей плёнки наносят на лезвия бритв, что значительно продлевает срок их службы и облегчает бритьё.

Уход за посудой с тефлоновым покрытием[править | править вики-текст]

Тефлоновое покрытие не обладает большой прочностью, поэтому при приготовлении пищи в такой посуде следует использовать только мягкие — деревянные, пластиковые или покрытые слоем пластика — принадлежности (лопатки, половники и т.п). Посуду с тефлоновым покрытием нужно мыть в тёплой воде мягкой губкой, с добавлением жидкого моющего средства, без использования абразивных губок или чистящих паст.

Одежда[править | править вики-текст]

В производстве современной высокотехнологичной одежды применяются мембранные материалы на основе экспандированного политетрафторэтилена.

Путем физической деформации тефлона получается тонкая пористая пленка, которая наносится на ткани и используется при пошиве одежды. Мембранные материалы, в зависимости от особенностей изготовления, могут обладать как ветрозащитными так и водоизоляционными свойствами, при этом, нормированный размер пор мембраны из политетрафторэтилена позволяет материалу эффективно пропускать испарения тела человека.

Ви́ндсто́ппер (англ. windstopper — ветронепроницаемый) — сленговое название материала из политетрафторэтилена на тканевой основе. Представляет собой мембранный материал, который пропускает воздух, но не пропускает ветер.

  • Гор-Тэкс — водонепроницаемая дышащая мембрана.

Другие изделия[править | править вики-текст]

Изделия, в производстве которых используется тефлон:

  • обогревательные лампы;
  • переносные обогревательные приборы;
  • пластины утюгов;
  • покрытия гладильных досок;
  • конфорки плит;
  • противни;
  • электрогрили;
  • приборы для изготовления попкорна;
  • кофейники;
  • скалки (с антиналипающим покрытием);
  • машины для выпечки хлеба;
  • поддоны под вертел или решетку;
  • формочки для мороженого;
  • унитазы c тефлоновым покрытием;

Опасность политетрафторэтилена[править | править вики-текст]

Возможное негативное влияние политетрафторэтилена на здоровье человека уже много лет является предметом спекуляций. Сам по себе полимер очень устойчив и инертен в обычных условиях. Политетрафторэтилен не вступает в реакцию с пищей, водой и бытовой химией.

При попадании в организм политетрафторэтилен безвреден[15]. Всемирная организация здравоохранения обратилась с просьбой в Международную организацию борьбы с раком провести опыт на крысах, который показал, что при употреблении с пищей до 25% политетрофторэтилена он не оказывает никакого воздействия. Данное исследование было проведено в 60-х годах и повторно осуществлено в 80-х годах на распространенной популяции крыс, которые каждый день потребляли ПТФЭ в количестве, соответствующем 25 % общего приема пищи[17].

Последние исследования французских экспертов, опубликовавших в журнале «60 Millions de Consomateurs» результаты лабораторного исследования 13 образцов сковородок, подтверждают безопасность антипригарного покрытия. Французский журнал сообщает, что в результате тестов была доказана полная безопасность сковород. Все образцы успешно прошли тест после тысячекратного натирания поверхностей абразивным материалом в течение двух циклов[5].

Фторопласт потенциально биологически опасен в двух случаях: производство и перегрев готового полимера. Производство полимера использует токсичные и канцерогенные вещества, которые могут попадать в окружающую среду как при утечках так и в виде производственного загрязнения готового продукта. Продукты термического разложения фторопласта токсичны.

Производственные загрязнения[править | править вики-текст]

Полемику о вреде тефлона спровоцировала независимая американская научная группа, объявившая, что перфтороктановая кислота (ПФОК, PFOA), которая известна также как С-8 и используется как катализатор при производстве антипригарного покрытия, при превышении допустимых значений приобретает канцерогенные свойства[18].[неавторитетный источник? 558 дней]

Сообщения о влиянии тефлона на повышение уровня холестерина и триглицеридов у людей, а также повышение риска рака зарегистрированы в 80-х годах на фоне активного применения перфтороктановой кислоты (ПФОК, PFOA) при производстве посуды[19].

Между тем известно, что перфтороктановая кислота распадается при температуре 190 ºС, тогда как технологический процесс спекания основы сковороды с антипригарным покрытием происходит при температуре 420 ºС[20]. Таким образом, согласно технологическому процессу производства, наличие ПФОК в готовой сковороде невозможно[21].

Независимые европейские исследования показали, что антипригарные покрытия не содержат PFOA в количествах, превышающих допустимые безопасные пределы[18]. Китайская академия контроля качества, инспекции и карантина (GAQSIQ), датский технологический институт подтверждают, что воздействие PFOA, используемой при производстве посуды, не поддается количественному измерению[22][23][24].

В январе 2006 г. фирма DuPont, единственный производитель PFOA в США, согласилась удалить остатки реагента со своих предприятий до 2015 г.[25]. По официальной информации компании, с января 2012 года DuPont не использует ПФОА в производстве посуды и форм для выпечки[26].

В России нет нормативных документов позволяющих контролировать производственные загрязнения фторопластов, что может негативно сказываться на качестве продукции с содержанием фторопластов.[27]

Термическое разложение политетрафторэтилена[править | править вики-текст]

Стандарт ГОСТ 10007-80[28] нормирует рабочий диапазон температур фторопласта до +260 °С и прямо указывает на опасность выделения токсичных газов выше этой температуры. DuPont не указывает характеристик эмиссии токсичных веществ но дает температуру начала деструкции согласно стандарта ASTM D3418 для разных типов тефлона от 260 °С до 327 °С.[5]

Скорость пиролиза тефлона зависит от степени полимеризации. Признаки разложения обнаруживаются при температуре 200°C. Процесс протекает относительно медленно до 420 °C. При температурах от 500 °C до 550 °C потеря веса достигает 5...10 % в час в инертных средах, резко ускоряясь в присутствии кислорода воздуха. При температурах от 300 до 360 °C продукты разложения преимущественно гексафторэтан и октафторциклобутан. Свыше 380 °С появляется перфторизобутилен и другие продукты пиролиза.[29][30][31]

Среди продуктов термического разложения политетрафторэтилена самым опасным считается перфторизобутилен — крайне ядовитый газ, который примерно в 10 раз токсичнее фосгена.

Поскольку массовое выделение токсичных веществ тефлоном начинается при температурах свыше 450 °C, то посуда с антипригарными покрытиями считается безопасной так как при нормальной эксплуатации такие температуры достичь невозможно.[18] Следует учитывать что производители считают нормой только нагрев с водой или водосодержащим маслом в сковороде. Вода препятствует перегреву тефлона. Нагрев на плите сухой посуды считается нештатным и в этом случае температуры пиролиза тефлона легко достижимы.

Опасность продуктов разложения тефлона для птиц[править | править вики-текст]

Особое строение дыхательной системы птиц делает их сверхчувствительными к токсичным веществам, содержащимся в окружающей среде. Установлено, что даже минимальное количество перфтороктановой кислоты, попадая с вдыхаемым воздухом в организм птицы, поражает её дыхательную систему, приводя к смерти через некоторое время (от нескольких минут до десятков часов).[19][32] Маленькие птички, которые более чувствительны к токсичным веществам, подышав испарениями тефлона в течение пары секунд, гибнут в жестоких мучениях в течение последующих 24 часов.[33][34][35]

Вначале, когда новость о смертоносном вреде тефлона для птиц только появилась, было принято считать, что смертельные пары выделяются лишь при очень высоких температурах. К настоящему времени достоверно зафиксирован случай смерти 52 % птиц, в течение 3 суток дышавших испарениями тефлоновых поверхностей осветительных ламп, нагретых до 202 °C[36]. По другим сведениям, достаточно всего лишь около 163 °C (325 °F)[36][37], или даже 140—149 °C (285—300 °F) [33][38], но эти данные требуют дополнительной проверки.

Существует очень много сведений о гибели домашних птиц (например, попугаев) от испарений тефлоновых сковородок, оставленных без присмотра и перегретых выше безопасной температуры.[39][36][34][38][40][41][42]

См.также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Скользкий тип: Тефлон — журнал «Популярная механика»
  2. Roy J. Plunkett — Chemical Heritage Foundation
  3. Accidental Invention of Teflon
  4. What lab accident created Teflon
  5. 1 2 3 Fluoropolymer Comparison - Typical Properties
  6. Уткин В. В. Завод у двуречья. Кирово-Чепецкий химический комбинат. — с цв. вкладками. — Киров: ОАО "Дом печати - Вятка", 2006. — Т. 3. — 240 с. — 1000 экз. — ISBN 5-85271-250-7
  7. Уткин В. В. 1 // Завод у двуречья. Кирово-Чепецкий химический комбинат имени Б.П.Константинова. — с цв. вкладками. — Киров: ОАО "Дом печати - Вятка", 2007. — Т. 4. — 144 с. — 1000 экз. — ISBN 978-5-85271-293-6
  8. 1 2 Логинов Б. А. Удивительный мир фторполимеров. — илл. — М., 2008. — 128 с. — ISBN 978-5-85271-311-7
  9. «Термоспоты и антипригарное покрытие»
  10. Волокна из ePTFE тефлона
  11. Антифрикционные свойства тефлона
  12. Металлофторопластовые подшипники
  13. Сайт компании «Экофлон»
  14. Протезы кровеносных сосудов. История вопроса. http://www.hospsurg.ru/angiohirurgiya/protezy-krovenosnyh-sosudov.html
  15. 1 2 Тефлоновое покрытие в современных изделиях. http://www.masstechnology.ru/est-li-vred-antiprigarnogo-pokrytiya-teflonovoe-pokrytie-v-sovremennyx-izdeliyax
  16. Запорожские врачи первыми в мире разработали уникальную методику в области отоларингологии
  17. http://cleanfit.com/MSDS_Sheets/Stainless_Steel_PTFE_MSDS.pdf
  18. 1 2 3 Антипригарные сковородки: Pro et Contra на сайте КАЧЕСТВО.РУ http://kachestvo.ru/promtovar/byt/antiprigarnye-skovorodki-pro-et-contra.html
  19. 1 2 Тефлон и его вред | Дом моих мыслей
  20. Short Statement on Nonstick Cookware Safety Prepared by the Nonstick Coating Manufacturers Group of the Fluoropolymer Division of The Society of the Plastics Industry, Inc. (SPI), May 26, 2006, http://www.cookware.org/safety_statement.php
  21. Журнал «PRO Maison», 2(13) май 2012, стр. 30–31
  22. Китайская академия контроля качества, инспекции и карантина (GAQSIQ), датский технологический институт подтверждают, что воздействие PFOA, используемой при производстве посуды, не поддается количественному измерению
  23. Health & Safety — What about PFOA? — Fluoropolymers
  24. CMA Cookware Safety Statement
  25. Juliet Eilperin. Harmful PTFE chemical to be eliminated by 2015, Washington Post (2006-01-26). Проверено 10 сентября 2006.
  26. Key Questions about the Safety of Nonstick Cookware
  27. Российской химической промышленности необходим регламент «О безопасности фтор-, хлор соединений» / Химпром / RosInvest.Com /
  28. ГОСТ 10007-80 ФТОРОПЛАСТ-4 ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
  29. Toxicity of Pyrolysis Products of "Teflon" Tetrafluoroethylene Resin by Zapp JA Jr, Limperos G, Brinker KC. Proceedings of the American Industrial Hygiene Association Annual Meeting, Cincinnati, Ohio, April 26, 1955
  30. Teflon (PTFE) Thermal Decomposition Products. Fluoride Action Network Pesticide Project
  31. http://www.sibran.ru/psb/phsb/papers/VNUT.pdf
  32. Почему тефлон опасен для птиц?
  33. 1 2 Тефлон — незаметный убийца; Оригинал статьи: The Silent Killer By Joanie Doss
  34. 1 2 TeflonTM poisoning: The silent killer — by Darrel K. Styles, DVM
  35. An agonizing death | Environmental Working Group
  36. 1 2 3 Teflon offgas studies | Environmental Working Group
  37. Teflon kills birds | Environmental Working Group
  38. 1 2 PTFE fumes kill family’s pet birds
  39. Би-би-си | Технологии | Сколько ещё жить тефлону?
  40. Key Questions About Teflon® non-sticks — Du Pont
  41. Nonstick Cookware Can Kill Birds
  42. Can Nonstick Make You Sick? — ABC News