Teflon | |
---|---|
| |
Allmän | |
Systematiskt namn |
Poly(difluormetylen). |
Förkortningar |
PTFE, PTFE |
Traditionella namn | Teflon, Fluoroplast-4 |
Chem. formel | ( C2F4 ) n _ _ _ |
Fysikaliska egenskaper | |
stat | fast |
Densitet | 2,2 g/cm³ |
Brottgräns | 15..27 N/mm² |
Termiska egenskaper | |
Temperatur | |
• nedbrytning | 415°C |
Oud. värmekapacitet | 1040 J/(kg K) |
Värmeledningsförmåga | 0,25 W/(m K) |
Coeff. temp. förlängningar | (8..25)∙10 -5 |
Klassificering | |
Reg. CAS-nummer | 9002-84-0 |
Reg. EINECS-nummer | 618-337-2 |
CHEBI | 53251 |
Säkerhet | |
NFPA 704 | 0 ett 0 |
Data baseras på standardförhållanden (25 °C, 100 kPa) om inget annat anges. | |
Mediafiler på Wikimedia Commons |
Polytetrafluoretylen , eller fluoroplast -4 (−C 2 F 4 −) n , även känd under varumärket teflon - en polymer av tetrafluoreten (PTFE), plast , som har sällsynta fysikaliska och kemiska egenskaper och används flitigt inom teknik och i vardagen liv.
Ordet "Teflon" är ett registrerat varumärke som tillhör Chemours ( ett avknoppningsföretag från DuPont Corporation ). Det generiska namnet för ämnet är "polytetrafluoretylen" eller "fluorpolymer". I Sovjetunionen och Ryssland är det traditionella tekniska namnet för detta material fluoroplast-4 .
Polytetrafluoreten upptäcktes i april 1938 av den 27-årige kemisten Roy Plunkett [1] [2] från Kinetic Chemicals, som av misstag upptäckte att gasformig tetrafluoreten som pumpades in i trycksatta cylindrar av honom spontant polymeriserades till ett vitt paraffinliknande pulver [3] [ 4 ] . 1941 beviljades Kinetic Chemicals patent på Teflon och blev 1949 en division av det amerikanska företaget DuPont .
Teflon är ett vitt, genomskinligt ämne i ett tunt lager, som liknar paraffin eller polyeten till utseendet . Densitet enligt GOST 10007-80 från 2,18 till 2,21 g/cm 3 . Den har hög värme- och frostbeständighet, förblir flexibel och elastisk vid temperaturer från -70 till +270 ° C, ett utmärkt isoleringsmaterial. Teflon har mycket låg ytspänning och vidhäftning och vätes inte av vatten , fett eller de flesta organiska lösningsmedel .
Fluoroplast är ett mjukt och flytande material, därför har det begränsad användning i belastade strukturer. Den har mycket låg vidhäftning (klibbighet).
DuPont anger smältstarttemperaturen enligt ASTM D3418 för olika typer av teflon från 260°C till 327°C [5] .
När det gäller kemisk beständighet överträffar den alla kända syntetiska material och ädelmetaller . Kollapsar inte under påverkan av alkalier , syror och till och med en blandning av salpeter- och saltsyror . Det förstörs av smältor av alkalimetaller, fluor och klortrifluorid .
Produktionen av polytetrafluoreten omfattar tre steg: i det första steget erhålls klordifluormetan genom att ersätta kloratomer med fluor i närvaro av antimonföreningar ( Swarts reaktion ) mellan triklormetan (kloroform) och vattenfri vätefluorid ; i det andra steget erhålls tetrafluoreten genom pyrolys av klordifluormetan; i det tredje steget utförs polymerisation av tetrafluoreten [6] [7] .
F-4-produkter tillverkas genom kallpressning följt av gräddning vid en temperatur på 365 ± 5 °C [8] . Pressningsprocessen utgår från en vattenhaltig emulsion av PTFE i närvaro av ett ytaktivt ämne (till exempel perfluoroktansyra eller perfluoroktansulfonsyra ), som stabiliserar emulsionen och gör det möjligt att framställa vattendispergerad polytetrafluoreten.
Huvudtillverkaren av fluoroplast i Ryssland är den kemiska fabriken Kirovo-Chepetsk som är uppkallad efter Konstantinov , Kirovo-Chepetsk, Kirov-regionen.
Fluoropolymerer används i den kemiska , elektriska och livsmedelsindustrin, för tillverkning av membrankläder, i medicin , i fordon, för militära ändamål, främst som beläggningar . Fluoropolymerer är mest kända för sin utbredda användning vid tillverkning av kokkärl med non-stick beläggning [9] .
Inom olika industrier används fibrer erhållna från polytetrafluoreten (Teflon, polyfen) [10] i stor utsträckning som högtemperaturpåsfilter, olika typer av värmebeständiga packningar, trådar för textiltyger , såväl som i fordonsutrustning , industriella allmänna ändamål filter, avstängningselement och styrventiler , omrörare och pumpar , filtrerings- och separationsutrustning.
Inom flyget, till exempel, är flexibla metall-plaströrledningar av hydrauliska system gjorda av fluorplast, som arbetar under högt tryck (mer än 200 kgf / cm 2 ) och med en hög temperatur på arbetsvätskan .
F-4 märket fluoroplast kan användas för att producera destillationskolonner, pumpar, rör, ventiler, bälgar, fasadplattor, glandpackningar. Som dielektrikum används polytetrafluoreten framgångsrikt i hög- och ultrahögfrekvensteknik. Valsad fluorplastfilm används vid tillverkning av högkvalitativa kablar, ledningar, kondensatorer, för isoleringsspolar, spår av elektriska maskiner. Som konstruktionsmaterial används polytetrafluoreten vid tillverkning av olika maskindelar. Polytetrafluoreten används särskilt i stor utsträckning vid tillverkning av lager som arbetar utan smörjmedel, med en begränsad mängd smörjmedel och i närvaro av en korrosiv miljö [8] .
På grund av kemisk tröghet, hydrofobicitet (kontaktvinkel för läckage 108 ± 2°), oleofobicitet och flytbarhet, används materialet i stor utsträckning för tätning av gängade och flänsade fogar ( FUM-tejp ) [11] .
SmörjmedelFluoroplast-4 (Teflon) är ett utmärkt antifriktionsmaterial [12] med en glidfriktionskoefficient, det minsta av de kända strukturella materialen som finns tillgängliga (även mindre än smältande is). På grund av deras mjukhet och smidighet används solida PTFE -glidlager sällan. I högt belastade enheter används metall-fluoroplastiska lager-insatser och metall-fluoroplastiska stödband. Ett sådant glidelement tål tiotals kilogram per kvadratmillimeter och består av en metallbas, på vilken en fluorplastbeläggning appliceras [13] . Det används också som ett antifriktionstillsatsmedel (fast smörjmedel) som förbättrar glidegenskaperna hos baspolymerer som polyeter -eterketon ( PEEK ) eller polyfenylensulfid ( PPS ) och ger en " lager " -komposition med hög hållfasthet, slitstyrka, krypmotstånd och goda antifriktionsegenskaper.
Smörjmedel är kända med fint dispergerad fluoroplast införd i deras sammansättning . De kännetecknas av det faktum att fyllmedlet, som sätter sig på gnidande metallytor, i vissa fall tillåter mekanismer att fungera under en tid med ett helt misslyckat smörjmedelssystem, bara på grund av fluoroplastens antifriktionsegenskaper.
ElektronikTeflon används ofta inom högfrekvensteknik, eftersom det, till skillnad från polyeten eller polypropen med liknande egenskaper , har en dielektricitetskonstant som ändras väldigt lite med temperatur, hög genombrottsspänning och extremt låga dielektriska förluster . Dessa egenskaper, tillsammans med värmebeständighet, bestämmer dess utbredda användning som trådisolering, särskilt högspänning, alla typer av elektriska delar, vid tillverkning av högkvalitativa kondensatorer, kretskort .
I elektronisk utrustning för speciella ändamål används ledningar med PTFE-isolering, resistenta mot aggressiva miljöer och höga temperaturer, i stor utsträckning - ledningar av MGTF , MS och ett antal andra märken. Tråd i teflonisolering kan inte smältas med lödkolv . Nackdelen med fluoroplast är hög kallflytande : om du håller tråden i fluoroplastisk isolering under mekanisk belastning (till exempel sätt ett möbelben på den), kan tråden bli bar efter ett tag.
På grund av sin biologiska kompatibilitet med människokroppen används polytetrafluoreten framgångsrikt för tillverkning av implantat för kardiovaskulär och allmän kirurgi, tandvård och oftalmologi [14] . Teflon anses vara det mest lämpliga materialet för produktion av konstgjorda blodkärl [15] och pacemakers [16] .
Inom tandvården används icke-resorberbara PTFE-membran med eller utan förstärkning av titankärna i Guided Bone Regeneration (GBR)-tekniker. Det finns också en PTFE-sutur [17] .
2011 användes den för första gången för plastik av skadad nässkiljevägg och väggar i paranasala bihålor istället för titannät. Efter 12-15 månader löses implantatet helt upp och ersätts av patientens egen vävnad [18] .
På grund av den låga friktionen och de icke- vätande egenskaperna kan insekter inte krypa på teflonväggen. I synnerhet används teflonskydd när man håller icke-flygande insekter så att de inte kan ta sig ut. .
På grund av dess låga vidhäftning , icke-vätnings- och värmebeständighet, används Teflon i form av en beläggning i stor utsträckning för tillverkning av extruderings- och bakformar , samt stekpannor och grytor .
Teflon används också vid tillverkning av andra hushållsapparater. Teflonbeläggning i form av den tunnaste filmen appliceras på rakblad, vilket avsevärt förlänger deras livslängd och underlättar rakning. .
Skötsel av teflonbelagda köksredskapTeflonbeläggning har inte stor styrka , därför, när du lagar mat i sådana rätter, bör du bara använda mjukt trä, plast eller plastbelagda - tillbehör ( spadar , slevar , etc.). Teflonbelagda diskar ska tvättas i varmt vatten med en mjuk svamp, med tillsats av flytande tvättmedel , utan att använda slipsvampar eller skurpulver, och undvik överhettning över 300 ° C.
Vid tillverkning av moderna högteknologiska kläder används membranmaterial baserade på expanderad polytetrafluoreten.
Genom fysisk deformation av teflon erhålls en tunn porös film, som appliceras på tyger och används i skräddarsydd. Membranmaterial, beroende på tillverkningsegenskaperna, kan ha både vindtäta och vattentäta egenskaper, medan de är normaliserade[ vad? ] porstorleken på polytetrafluoretylenmembranet tillåter materialet att effektivt passera förångningen av människokroppen .
Produkter i tillverkningen av vilka Teflon används:
|
|
Den möjliga negativa effekten av polytetrafluoreten på människors hälsa har varit föremål för diskussion i många år. Polymeren i sig är mycket stabil och inert under normala förhållanden. PTFE reagerar inte med mat, vatten eller hushållskemikalier.
Vid förtäring är polytetrafluoreten ofarligt [16] . Världshälsoorganisationen bad International Cancer Control Organization att genomföra ett experiment på råttor. Erfarenhet har visat att när det tas med mat upp till 25 % polytetrafluoretylen har det ingen effekt. Denna studie genomfördes på 1960-talet och igen på 1980-talet på en allmän population av råttor som konsumerade PTFE varje dag i en mängd motsvarande 25 % av det totala födointaget [19] .
Forskning av franska experter, publicerad i tidskriften "60 Millions de Consomateurs", resultaten av en laboratoriestudie av 13 prover av stekpannor, bekräftar säkerheten hos non-stick-beläggningen. Den franska tidningen rapporterar att som ett resultat av testerna bevisades den fullständiga säkerheten för kokkärl. Alla prover klarade testet framgångsrikt efter att ha gnuggat ytorna med slipmaterial tusen gånger under två cykler.
Fluoroplaster är biologiskt farliga i två fall: i produktionen och när den färdiga polymeren överhettas. De fluorplastiska monomererna i sig och många andra komponenter i dess produktion är giftiga och cancerframkallande ämnen som kan komma ut i miljön både genom läckage och som kontaminering av den färdiga produkten. Produkten kan också innehålla lågmolekylära fraktioner som innehåller aktiva ändgrupper, som potentiellt kan delta i metabolism och oförutsägbara transformationer i naturen, vilket signifikant påverkar biocenoser. Fluorokarbonfragment i molekyler ger dem vanligtvis cytotoxiska egenskaper, oavsett deras "huvudsakliga" biokemiska roll.
När PTFE är överhettad sker termisk nedbrytning med frisättning av giftiga ämnen [20] .
Den huvudsakliga källan till biologiska risker vid framställning av fluorpolymerer anses vara perfluoroktansyra (PFOA, PFOA). Denna förening har använts i USA sedan 1950 -talet [21] . De första hälsoeffekterna rapporterades från 3M- och DuPont-fabrikerna på 1960-talet. På 1980-talet anslöt sig vetenskapliga grupper till studiet av biologiska effekter. I slutet av 1990-talet uppmärksammade de amerikanska tillsynsmyndigheterna problemet, vilket resulterade i att man insåg ämnets fara och reglerade maximala koncentrationer. Teknologiska processer i USA har ändrats för att helt fasa ut PFOA. Storskaliga kampanjer har lanserats för att kontrollera PFOA-koncentrationer och klargöra dess inverkan på människors hälsa [22] [21] .
DuPont har fått hundratals miljoner dollar i rättsliga anspråk (vilket var föremålet för filmen " Dark Waters ", 2019) från anställda i företaget och närboende i samband med skador på hälsan och tystnaden om farorna med produktionen [21 ] . 2006 gick DuPont, då den enda tillverkaren av PFOA i USA, med på att ta bort resterande reagens från sina anläggningar senast 2015 [23] . Enligt företagets officiella information har DuPont sedan januari 2012 inte använt PFOA vid tillverkning av rätter och bakformar [24] .
Det är känt att perfluoroktansyra sönderdelas vid en temperatur på 190 °C, medan den tekniska processen att sintra botten av en panna med en non-stick-beläggning sker vid en temperatur på 420 °C [25] . Således antas det att enligt tillverkningsprocessen är närvaron av PFOA i den färdiga pannan osannolik [26] . En studie från 2005 fann dock att PFOA-nivåer i PTFE-belagda nya köksredskap varierade från 4 till 75 µg/kg (vid cirka 1800 µg/kg i matfilm och upp till 290 µg/kg i popcornförpackningar) [27] .
Oberoende europeiska studier har visat att non-stick beläggningar inte innehåller PFOA i mängder som överstiger säkra gränsvärden [28] . Den kinesiska akademin för kvalitetskontroll, inspektion och karantän (GAQSIQ), samt det danska tekniska institutet bekräftar att ingen exponering för PFOA som används vid tillverkning av servis har upptäckts [28] [29] [30] .
I Ryssland finns det inga regulatoriska dokument som begränsar industriell kontaminering av fluorplaster, vilket kan påverka kvaliteten på produkter som innehåller fluorplaster negativt [31] .
GOST 10007-80-standarden [32] normaliserar driftstemperaturområdet för fluorplast upp till +260 °C och indikerar direkt risken för att giftiga gaser släpps ut över denna temperatur. DuPont specificerar inte utsläppsegenskaperna för giftiga ämnen, men ger en smältpunkt enligt ASTM D3418 för olika typer av teflon från 260 °C till 327 °C [5] .
Tecken på nedbrytning finns vid en temperatur på 200 °C. Processen går relativt långsamt upp till 420 °C. Vid temperaturer från 500 °C till 550 °C når viktminskningen 5–10 % per timme i inerta medier, vilket accelererar kraftigt i närvaro av atmosfäriskt syre. Vid temperaturer mellan 300 och 360 °C är nedbrytningsprodukterna till övervägande del hexafluoretan och oktafluorcyklobutan . Över 380°C uppträder perfluorisobutylen och andra pyrolysprodukter [33] [34] [35] .
Bland produkterna från termisk nedbrytning av polytetrafluoreten anses perfluorisobutylen vara den farligaste - en extremt giftig gas, som är cirka 10 gånger giftigare än fosgen [36] .
Termiska nedbrytningsprodukter orsakar ett förgiftningsmönster som påminner om gjuterifeber . Möjligen är polytetrafluoretenaerosol, speciellt nyvunnen, på vilken nedbrytningsprodukter sorberas, också giftig och har en pyrogen effekt. När kallt polytetrafluoretendamm andades in, efter 2-5 timmar, upplevde alla arbetare symtom som kallades "teflonfeber". Typisk teflonfeber har observerats med PTFE uppvärmd till >350°C. Undersökning av 130 personer och närvaron av en aerosol av polytetrafluoreten i luften vid en koncentration av 0,2-5,5 mg/m3 visade att majoriteten av arbetarna hade upprepade feberanfall. Fluor (0,098-2,19 mg/l) hittades i urinen hos samma individer. Frisättningen av fluor visade sig vara betydligt högre med mer erfarenhet och upprepade attacker [20] .
Eftersom massutsläpp av giftiga ämnen med teflon börjar vid temperaturer över 450 ° C, anses kokkärl med non-stick beläggning säkra, eftersom sådana temperaturer inte kan nås under normal drift [28] . Man bör komma ihåg att tillverkare anser att endast uppvärmning med vatten eller olja i en panna är normen. Vatten förhindrar att teflon överhettas, och dess fullständiga avdunstning indikerar en betydande uppvärmning av disken, som nu inte visualiseras på något sätt och kan bli kritisk. Ätliga oljor sönderdelas vid temperaturer upp till 200°C med rökutsläpp, vilket gör det lättare att identifiera överhettning. Uppvärmning på en torr spishäll anses vara onormal och i detta fall är temperaturerna för teflonpyrolys lätt att uppnå. För att förenkla driften är vissa modeller av teflonbelagda kokkärl utrustade med inbyggda visuella temperaturindikatorer [37] .
Fara för nedbrytningsprodukter av teflon för fåglarDen speciella strukturen hos fåglarnas andningsorgan gör dem överkänsliga för giftiga ämnen som finns i miljön. Det har konstaterats att även en minimal mängd perfluoroktansyra, som kommer in i kroppen på en fågel med inandningsluft, påverkar dess andningsorgan, vilket leder till döden efter ett tag (från flera minuter till tiotals timmar) [38] .
Småfåglar är mer känsliga för giftiga ämnen, de behöver bara några sekunders inandning av teflonångor och döden inträffar inom de närmaste 24 timmarna [39] [40] [41] .
I början, när nyheten om de dödliga effekterna av teflon på fåglar först bröt ut, var det allmänt accepterat att dödliga ångor släpptes endast vid mycket höga temperaturer. Hittills har dödsfallet för 52 % av fåglarna registrerats tillförlitligt, under 3 dagar andas ångorna från teflon-ytor från belysningslampor som värmts upp till 202 °C [42] . Enligt andra är endast cirka 163 °C (325 °F) [42] [43] eller till och med 140–149 °C (285–300 °F) [39] [44] tillräckliga för en negativ effekt , men dessa data behöva[ varför? ] ytterligare kontroll.
Det finns många rapporter om att fjäderfä (till exempel papegojor) dör av ångorna från teflonpannor som lämnas obevakade och överhettade över en säker temperatur [45] [42] [40] [44] [46] [47] [ 48] .
plast | |
---|---|
Termoplaster |
|
Termoplaster |
|
Elastomerer |
|