Teflon | |
---|---|
| |
Generel | |
Systematisk navn |
Poly(difluormethylen). |
Forkortelser |
PTFE, PTFE |
Traditionelle navne | Teflon, Fluoroplast-4 |
Chem. formel | ( C2F4 ) n _ _ _ |
Fysiske egenskaber | |
Stat | solid |
Massefylde | 2,2 g/cm³ |
Trækstyrke | 15..27 N/mm² |
Termiske egenskaber | |
Temperatur | |
• nedbrydning | 415°C |
Oud. Varmekapacitet | 1040 J/(kg K) |
Varmeledningsevne | 0,25 W/(m K) |
Coeff. Midlertidig. udvidelser | (8..25)∙10 -5 |
Klassifikation | |
Reg. CAS nummer | 9002-84-0 |
Reg. EINECS nummer | 618-337-2 |
CHEBI | 53251 |
Sikkerhed | |
NFPA 704 | 0 en 0 |
Data er baseret på standardbetingelser (25 °C, 100 kPa), medmindre andet er angivet. | |
Mediefiler på Wikimedia Commons |
Polytetrafluorethylen , eller fluoroplast -4 (−C 2 F 4 −) n , også kendt under varemærket teflon - en polymer af tetrafluorethylen (PTFE), plastik , som har sjældne fysiske og kemiske egenskaber og er meget udbredt i teknologi og i hverdagen liv.
Ordet "Teflon" er et registreret varemærke tilhørende Chemours ( et spin-off selskab fra DuPont Corporation ). Det generiske navn for stoffet er "polytetrafluorethylen" eller "fluorpolymer". I USSR og Rusland er det traditionelle tekniske navn for dette materiale fluoroplast-4 .
Polytetrafluorethylen blev opdaget i april 1938 af den 27-årige kemiker Roy Plunkett [1] [2] fra Kinetic Chemicals, som ved et uheld opdagede, at gasformig tetrafluorethylen pumpet ind i tryksatte cylindre af ham spontant polymeriseret til et hvidt paraffinlignende pulver [3] [ 4] . I 1941 fik Kinetic Chemicals patent på Teflon og blev i 1949 en afdeling af det amerikanske firma DuPont .
Teflon er et hvidt, gennemsigtigt stof i et tyndt lag, der ligner paraffin eller polyethylen i udseende . Massefylde ifølge GOST 10007-80 fra 2,18 til 2,21 g/ cm3 . Det har høj varme- og frostbestandighed, forbliver fleksibelt og elastisk ved temperaturer fra -70 til +270 ° C, et fremragende isoleringsmateriale. Teflon har meget lav overfladespænding og vedhæftning og fugtes ikke af vand , fedt eller de fleste organiske opløsningsmidler .
Fluoroplast er et blødt og flydende materiale, derfor har det begrænset anvendelse i belastede strukturer. Det har meget lav vedhæftning (klæbrighed).
DuPont angiver smeltestarttemperaturen i henhold til ASTM D3418 for forskellige typer teflon fra 260°C til 327°C [5] .
Med hensyn til kemisk resistens overgår den alle kendte syntetiske materialer og ædelmetaller . Falder ikke sammen under påvirkning af alkalier , syrer og endda en blanding af salpetersyre og saltsyre . Det ødelægges af smeltninger af alkalimetaller, fluor og klortrifluorid .
Produktionen af polytetrafluorethylen omfatter tre trin: i det første trin opnås chlordifluormethan ved at erstatte chloratomer med fluor i nærvær af antimonforbindelser ( Swarts-reaktion ) mellem trichlormethan (chloroform) og vandfrit hydrogenfluorid ; i andet trin opnås tetrafluorethylen ved pyrolyse af chlordifluormethan; i tredje trin udføres polymerisering af tetrafluorethylen [6] [7] .
F-4 produkter fremstilles ved koldpresning efterfulgt af bagning ved en temperatur på 365 ± 5 °C [8] . Presseprocessen går ud fra en vandig emulsion af PTFE i nærværelse af et overfladeaktivt middel (f.eks. perfluoroctansyre eller perfluoroctansulfonsyre ), som stabiliserer emulsionen og gør det muligt at fremstille vanddispergeret polytetrafluorethylen.
Den vigtigste producent af fluoroplast i Rusland er Kirovo-Chepetsk kemiske fabrik opkaldt efter Konstantinov , Kirovo-Chepetsk, Kirov-regionen.
Fluoropolymerer bruges i den kemiske , elektriske og fødevareindustri, til produktion af membranbeklædning, i medicin , i køretøjer, til militære formål, hovedsageligt som belægninger . Fluoropolymerer er bedst kendt for deres udbredte anvendelse i produktionen af køkkengrej med non-stick belægning [9] .
I forskellige industrier er fibre fremstillet af polytetrafluorethylen (Teflon, polyphene) [10] i vid udstrækning brugt som posefiltre til høje temperaturer, forskellige typer varmebestandige pakninger, tråde til tekstilstoffer , såvel som i biludstyr , industrielle generelle formål filtre, afspærringselementer og reguleringsventiler , omrørere og pumper , filtrerings- og separationsudstyr.
Inden for luftfart er fleksible metal-plastrørledninger til hydrauliske systemer fremstillet af fluorplast, der opererer under højt tryk (mere end 200 kgf/cm 2 ) og med en høj temperatur af arbejdsvæsken .
F-4 mærket fluoroplast kan bruges til at producere destillationskolonner, pumper, rør, ventiler, bælge, fliser, pakninger. Som et dielektrikum anvendes polytetrafluorethylen med succes i høj- og ultrahøjfrekvensteknologi. Valset fluoroplastisk film bruges til fremstilling af kabler, ledninger, kondensatorer af høj kvalitet, til isoleringsspoler, riller i elektriske maskiner. Som et strukturelt materiale anvendes polytetrafluorethylen til fremstilling af forskellige maskindele. Polytetrafluorethylen er særligt udbredt til fremstilling af lejer, der arbejder uden smøremiddel, med en begrænset mængde smøremiddel og i nærvær af et ætsende miljø [8] .
På grund af kemisk inertitet, hydrofobicitet (kontaktvinkel for lækage 108 ± 2°), oleofobicitet og fluiditet, er materialet meget brugt til tætning af gevind- og flangeforbindelser ( FUM tape ) [11] .
SmøremiddelFluoroplast-4 (Teflon) er et fremragende antifriktionsmateriale [12] med en glidende friktionskoefficient, den mindste af de kendte strukturelle materialer til rådighed (endnu mindre end smeltende is). På grund af deres blødhed og flydeevne bruges solide PTFE -glidelejer sjældent. I højt belastede enheder anvendes metal-fluoroplastiske lejer-indsatser og metal-fluoroplastiske støttetape. Et sådant glideelement kan modstå titusindvis af kilo per kvadratmillimeter og består af en metalbund, hvorpå der påføres en fluoroplastisk belægning [13] . Det bruges også som et antifriktionsadditiv (fast smøremiddel), der forbedrer glideegenskaberne af basispolymerer såsom polyetheretherketon ( PEEK ) eller polyphenylensulfid ( PPS ) og opnår en " leje " -sammensætning med høj styrke, slidstyrke, krybemodstand og gode antifriktionsegenskaber.
Smøremidler er kendt med fint dispergeret fluoroplast indført i deres sammensætning . De er kendetegnet ved, at fyldstoffet, der sætter sig på gnidning af metaloverflader, i nogle tilfælde tillader mekanismer at arbejde i nogen tid med et fuldstændigt mislykket smøremiddelsystem, kun på grund af fluoroplastens antifriktionsegenskaber.
ElektronikTeflon er meget udbredt i højfrekvensteknologi, fordi det i modsætning til polyethylen eller polypropylen med lignende egenskaber har en dielektrisk konstant, der ændrer sig meget lidt med temperatur, høj gennembrudsspænding og ekstremt lave dielektriske tab . Disse egenskaber, sammen med varmebestandighed, bestemmer dens udbredte anvendelse som ledningsisolering, især højspændings, alle slags elektriske dele, i fremstillingen af højkvalitets kondensatorer, trykte kredsløb .
I elektronisk udstyr til specielle formål er ledninger med PTFE-isolering, modstandsdygtig over for aggressive miljøer og høje temperaturer, meget brugt - ledninger af MGTF , MS og en række andre mærker. Tråd i teflonisolering kan ikke smeltes med en loddekolbe . Ulempen ved fluoroplast er høj kold fluiditet : hvis du holder tråden i fluoroplastisk isolering under mekanisk belastning (sæt for eksempel et møbelben på det), kan tråden blive bar efter et stykke tid.
På grund af dets biologiske kompatibilitet med den menneskelige krop, er polytetrafluorethylen med succes brugt til fremstilling af implantater til kardiovaskulær og generel kirurgi, tandpleje og oftalmologi [14] . Teflon anses for at være det bedst egnede materiale til fremstilling af kunstige blodkar [15] og pacemakere [16] .
Inden for tandplejen anvendes ikke-resorberbare PTFE-membraner med eller uden titaniumkerneforstærkning i Guided Bone Regeneration (GBR) teknikker. Der er også en PTFE-sutur [17] .
I 2011 blev det for første gang brugt til plastik af beskadiget næseskillevæg og vægge i paranasale bihuler i stedet for titaniummasker. Efter 12-15 måneder opløses implantatet fuldstændigt og erstattes af patientens eget væv [18] .
På grund af den lave friktion og ikke -befugtende egenskaber er insekter ikke i stand til at kravle på teflonvæggen. Især bruges teflonbeskyttelse, når man holder ikke-flyvende insekter, så de ikke kan komme ud. .
På grund af dets lave vedhæftning , ikke- væde- og varmebestandighed, er Teflon i form af en belægning meget udbredt til fremstilling af ekstruderings- og bageforme samt stegepander og gryder .
Teflon bruges også til fremstilling af andre husholdningsapparater. Teflonbelægning i form af den tyndeste film påføres barberblade, hvilket forlænger deres levetid betydeligt og letter barberingen. .
Pleje af teflonbelagt køkkengrejTeflonbelægning har ikke stor styrke , derfor bør du kun bruge blødt træ, plastik eller plastikbelagt tilbehør ( skovle , øser osv.) når du laver mad i sådanne retter. Teflonbelagte tallerkener skal vaskes i varmt vand med en blød svamp, med tilsætning af flydende rengøringsmiddel , uden brug af slibesvampe eller skurepulver , og undgå overophedning over 300 °C.
I produktionen af moderne højteknologisk tøj anvendes membranmaterialer baseret på ekspanderet polytetrafluorethylen.
Ved fysisk deformation af Teflon opnås en tynd porøs film, som påføres stoffer og bruges til skræddersyning. Membranmaterialer, afhængigt af fremstillingsegenskaberne, kan have både vindtætte og vandtætte egenskaber, mens de er normaliserede[ hvad? ] porestørrelsen af polytetrafluorethylenmembranen tillader materialet effektivt at passere fordampningen af menneskekroppen .
Produkter i produktionen, hvoraf Teflon anvendes:
|
|
Den mulige negative indvirkning af polytetrafluorethylen på menneskers sundhed har været genstand for diskussion i mange år. Selve polymeren er meget stabil og inert under normale forhold. PTFE reagerer ikke med mad, vand eller husholdningskemikalier.
Ved indtagelse er polytetrafluorethylen harmløs [16] . Verdenssundhedsorganisationen bad Den Internationale Kræftkontrolorganisation om at udføre et forsøg på rotter. Erfaring har vist, at når det tages sammen med mad op til 25 % polytetrafluorethylen, har det ingen effekt. Denne undersøgelse blev udført i 1960'erne og igen i 1980'erne på en generel population af rotter, der dagligt indtog PTFE i en mængde svarende til 25 % af det samlede fødeindtag [19] .
Forskning udført af franske eksperter, offentliggjort i tidsskriftet "60 Millions de Consomateurs", resultaterne af en laboratorieundersøgelse af 13 prøver af stegepander, bekræfter sikkerheden af non-stick belægningen. Det franske magasin rapporterer, at som et resultat af testene blev grydernes fuldstændige sikkerhed bevist. Alle prøver bestod testen med succes efter at have gnidet overfladerne med slibende materiale tusind gange over to cyklusser.
Fluoroplast er biologisk farligt i to tilfælde: i produktionen og når den færdige polymer er overophedet. Selve fluoroplastiske monomerer og mange andre komponenter i dens produktion er giftige og kræftfremkaldende stoffer, som kan trænge ind i miljøet både gennem lækage og som forurening af det færdige produkt. Produktet kan også indeholde lavmolekylære fraktioner indeholdende aktive endegrupper, som potentielt kan deltage i metabolisme og uforudsigelige transformationer i naturen, hvilket signifikant påvirker biocenoser. Fluorcarbonfragmenter i molekyler giver dem sædvanligvis cytotoksiske egenskaber, uanset deres "hoved" biokemiske rolle.
Når PTFE er overophedet, sker der termisk nedbrydning med frigivelse af giftige stoffer [20] .
Den vigtigste kilde til biologiske risici ved fremstilling af fluorpolymerer anses for at være perfluoroctansyre (PFOA, PFOA). Denne forbindelse er blevet brugt i USA siden 1950'erne [21] . De første sundhedseffekter blev rapporteret fra 3M- og DuPont-fabrikkerne i 1960'erne. I 1980'erne sluttede videnskabelige grupper sig til studiet af biologiske effekter. I slutningen af 1990'erne gjorde de amerikanske tilsynsmyndigheder opmærksomhed på problemet, hvilket resulterede i erkendelsen af stoffets fare og reguleringen af maksimale koncentrationer. Teknologiske processer i USA er blevet ændret til fuldstændig at udfase PFOA. Der er iværksat storstilede kampagner for at kontrollere PFOA-koncentrationer og afklare dets indvirkning på menneskers sundhed [22] [21] .
DuPont har modtaget hundredvis af millioner af dollars i retskrav (som var emnet for filmen " Dark Waters ", 2019) fra ansatte i virksomheden og nabobeboere i forbindelse med sundhedsskade og tavshed om farerne ved produktion [21 ] . I 2006 indvilligede DuPont, på det tidspunkt den eneste producent af PFOA i USA, i at fjerne resterende reagens fra sine faciliteter inden 2015 [23] . Ifølge virksomhedens officielle oplysninger har DuPont siden januar 2012 ikke brugt PFOA til fremstilling af fade og bageretter [24] .
Det er kendt, at perfluoroktansyre nedbrydes ved en temperatur på 190 °C, mens den teknologiske proces med sintring af bunden af en gryde med non-stick belægning sker ved en temperatur på 420 °C [25] . Det antages således, at i henhold til fremstillingsprocessen er tilstedeværelsen af PFOA i den færdige gryde usandsynlig [26] . En undersøgelse fra 2005 fandt imidlertid PFOA-niveauer i PTFE-belagte nye køkkengrej fra 4 til 75 µg/kg (ved ca. 1800 µg/kg i husholdningsfilm og op til 290 µg/kg i popcornpakker) [27] .
Uafhængige europæiske undersøgelser har vist, at non-stick belægninger ikke indeholder PFOA i mængder, der overstiger sikre grænser [28] . Det kinesiske akademi for kvalitetskontrol, inspektion og karantæne (GAQSIQ), samt Teknologisk Institut bekræfter, at der ikke er påvist nogen eksponering for PFOA anvendt til fremstilling af service [28] [29] [30] .
I Rusland er der ingen reguleringsdokumenter, der begrænser industriel forurening af fluorplast, hvilket kan påvirke kvaliteten af produkter, der indeholder fluorplast, negativt [31] .
GOST 10007-80-standarden [32] normaliserer driftstemperaturområdet for fluoroplast op til +260 °C og indikerer direkte faren for, at giftige gasser frigives over denne temperatur. DuPont specificerer ikke frigivelseskarakteristika for giftige stoffer, men giver et smeltepunkt i henhold til ASTM D3418 for forskellige typer teflon fra 260 °C til 327 °C [5] .
Tegn på nedbrydning findes ved en temperatur på 200 °C. Processen forløber relativt langsomt op til 420 °C. Ved temperaturer fra 500 °C til 550 °C når vægttabet 5-10 % i timen i inerte medier, hvilket accelererer kraftigt i nærvær af atmosfærisk oxygen. Ved temperaturer mellem 300 og 360 °C er nedbrydningsprodukterne overvejende hexafluorethan og octafluorcyclobutan . Over 380°C optræder perfluorisobutylen og andre pyrolyseprodukter [33] [34] [35] .
Blandt produkterne fra termisk nedbrydning af polytetrafluorethylen anses perfluorisobutylen for at være den farligste - en ekstremt giftig gas, som er omkring 10 gange giftigere end fosgen [36] .
Termiske nedbrydningsprodukter forårsager et forgiftningsmønster, der minder om støberifeber . Muligvis er polytetrafluorethylenaerosol, især frisk fremstillet, hvorpå nedbrydningsprodukter sorberes, også giftig og har en pyrogen virkning. Når koldt polytetrafluorethylen-støv blev indåndet, efter 2-5 timer, oplevede alle arbejdere symptomer, der blev kaldt "teflonfeber". Typisk teflonfeber er blevet observeret med PTFE opvarmet til >350°C. Undersøgelse af 130 personer og tilstedeværelsen af en aerosol af polytetrafluorethylen i luften i en koncentration på 0,2-5,5 mg/m3 viste, at størstedelen af arbejderne havde gentagne feberanfald. Fluor (0,098-2,19 mg/l) blev fundet i urinen fra de samme personer. Frigivelsen af fluor viste sig at være signifikant højere med mere erfaring og gentagne angreb [20] .
Da massefrigivelsen af giftige stoffer med Teflon begynder ved temperaturer over 450 ° C, anses køkkengrej med non-stick belægninger som sikre, da sådanne temperaturer ikke kan nås under normal drift [28] . Det skal huskes, at producenterne kun anser opvarmning med vand eller olie i en gryde for at være normen. Vand forhindrer Teflon i at overophede, og dens fuldstændige fordampning indikerer en betydelig opvarmning af tallerkenerne, som nu ikke er visualiseret på nogen måde og kan blive kritisk. Spiselige olier nedbrydes ved temperaturer op til 200°C med frigivelse af røg, hvilket gør det lettere at identificere overophedning. Opvarmning på et komfur med tør køkkengrej betragtes som unormal, og i dette tilfælde er teflon-pyrolysetemperaturerne let opnåelige. For at forenkle betjeningen er nogle modeller af teflonbelagt kogegrej udstyret med indbyggede visuelle temperaturindikatorer [37] .
Fare for Teflon-nedbrydningsprodukter til fugleDen særlige struktur i fuglenes luftveje gør dem overfølsomme over for giftige stoffer i miljøet. Det er blevet fastslået, at selv en minimal mængde perfluoroktansyre, der kommer ind i en fugls krop med indåndet luft, påvirker dens åndedrætssystem, hvilket fører til døden efter et stykke tid (fra flere minutter til snesevis af timer) [38] .
Små fugle er mere følsomme over for giftige stoffer, de behøver kun få sekunders indånding af teflon-dampe og døden indtræffer inden for de næste 24 timer [39] [40] [41] .
I begyndelsen, da nyheden om de dødelige virkninger af Teflon på fugle først brød ud, var det almindeligt accepteret, at dødelige dampe kun blev frigivet ved meget høje temperaturer. Til dato er 52% af fuglenes død blevet registreret pålideligt, idet de i 3 dage har indåndet dampene fra teflonoverflader på belysningslamper opvarmet til 202 °C [42] . Ifølge andre er kun omkring 163 °C (325 °F) [42] [43] eller endda 140–149 °C (285–300 °F) [39] [44] tilstrækkelige til en negativ effekt , men disse data kræve[ hvorfor? ] yderligere kontrol.
Der er mange rapporter om døden af fjerkræ (f.eks. papegøjer) fra dampene fra teflonpander efterladt uden opsyn og overophedet over en sikker temperatur [45] [42] [40] [44] [46] [47] [ 48] .
plastik | |
---|---|
Termoplast |
|
Termoplast |
|
Elastomerer |
|