teflonové | |
---|---|
| |
Všeobecné | |
Systematický název |
Poly(difluormethylen). |
Zkratky |
PTFE, PTFE |
Tradiční jména | Teflon, Fluoroplast-4 |
Chem. vzorec | ( C2F4 ) n _ _ _ |
Fyzikální vlastnosti | |
Stát | pevný |
Hustota | 2,2 g/cm³ |
Pevnost v tahu | 15..27 N/mm² |
Tepelné vlastnosti | |
Teplota | |
• rozklad | 415 °C |
Oud. tepelná kapacita | 1040 J/(kg K) |
Tepelná vodivost | 0,25 W/(m K) |
Coeff. tepl. rozšíření | (8..25)∙10 -5 |
Klasifikace | |
Reg. Číslo CAS | 9002-84-0 |
Reg. číslo EINECS | 618-337-2 |
CHEBI | 53251 |
Bezpečnost | |
NFPA 704 |
![]() |
Údaje jsou založeny na standardních podmínkách (25 °C, 100 kPa), pokud není uvedeno jinak. | |
Mediální soubory na Wikimedia Commons |
Polytetrafluorethylen , neboli fluoroplast -4 (−C 2 F 4 −) n , také známý pod značkou teflon - polymer tetrafluorethylenu (PTFE), plast , který má vzácné fyzikální a chemické vlastnosti a je široce používán v technologii a v každodenní život.
Slovo "Teflon" je registrovaná ochranná známka společnosti Chemours ( odštěpená společnost DuPont Corporation ). Obecný název látky je „polytetrafluorethylen“ nebo „fluorpolymer“. V SSSR a Rusku je tradiční technický název tohoto materiálu fluoroplast-4 .
Polytetrafluorethylen objevil v dubnu 1938 27letý chemik Roy Plunkett [1] [2] z Kinetic Chemicals, který náhodou objevil, že jím čerpaný plynný tetrafluorethylen do tlakových lahví spontánně polymeruje na bílý prášek podobný parafínu [3] [ 4] . V roce 1941 byl Kinetic Chemicals udělen patent na teflon a v roce 1949 se stal divizí americké společnosti DuPont .
Teflon je bílá, průhledná látka v tenké vrstvě, která svým vzhledem připomíná parafín nebo polyethylen . Hustota podle GOST 10007-80 od 2,18 do 2,21 g / cm3 . Má vysokou tepelnou a mrazuvzdornost, zůstává pružný a elastický při teplotách od -70 do +270 °C, vynikající izolační materiál. Teflon má velmi nízké povrchové napětí a přilnavost a není smáčen vodou , tukem ani většinou organických rozpouštědel .
Fluoroplast je měkký a tekutý materiál, proto má omezené použití v zatěžovaných strukturách. Má velmi nízkou přilnavost (lepivost).
DuPont udává počáteční teplotu tání podle ASTM D3418 pro různé typy teflonu od 260°C do 327°C [5] .
V chemické odolnosti předčí všechny známé syntetické materiály a ušlechtilé kovy . Nekolabuje pod vlivem alkálií , kyselin a dokonce ani směsi kyselin dusičné a chlorovodíkové . Ničí ho tavenina alkalických kovů, fluor a fluorid chloritý .
Výroba polytetrafluorethylenu zahrnuje tři stupně: v prvním stupni se chlordifluormethan získá nahrazením atomů chloru fluorem v přítomnosti sloučenin antimonu ( Swartsova reakce ) mezi trichlormethanem (chloroformem) a bezvodým fluorovodíkem ; ve druhém stupni se pyrolýzou chlordifluormethanu získá tetrafluorethylen ; ve třetím stupni se provádí polymerace tetrafluorethylenu [6] [7] .
Produkty F-4 se vyrábějí lisováním za studena s následným vypalováním při teplotě 365 ± 5 °C [8] . Proces lisování vychází z vodné emulze PTFE v přítomnosti povrchově aktivní látky (například kyseliny perfluoroktanové nebo perfluoroktansulfonové ), která stabilizuje emulzi a umožňuje výrobu polytetrafluorethylenu dispergovaného ve vodě.
Hlavním výrobcem fluoroplastů v Rusku je chemička Kirovo-Chepetsk pojmenovaná po Konstantinovovi , Kirovo-Chepetsk, Kirovská oblast.
Fluoropolymery se používají v chemickém , elektrotechnickém a potravinářském průmyslu, k výrobě membránových oděvů, v lékařství , ve vozidlech, pro vojenské účely, především jako nátěry . Fluoropolymery jsou nejlépe známé pro své široké použití při výrobě nádobí s nepřilnavým povlakem [9] .
V různých průmyslových odvětvích jsou vlákna získaná z polytetrafluorethylenu (teflon, polyfen) [10] široce používána jako vysokoteplotní kapsové filtry, různé typy tepelně odolných těsnění, nitě pro textilní tkaniny, ale i v automobilovém vybavení, univerzální průmyslové filtry, uzavírací prvky a regulační ventily, míchadla a čerpadla , filtrační a separační zařízení.
Například v letectví se z fluoroplastu vyrábí flexibilní kovoplastová potrubí hydraulických systémů, která pracují pod vysokým tlakem (více než 200 kgf / cm 2 ) a s vysokou teplotou pracovní tekutiny. .
Fluoroplast značky F-4 lze použít k výrobě destilačních kolon, čerpadel, potrubí, ventilů, měchů, obkladových dlaždic, ucpávek. Jako dielektrikum se polytetrafluorethylen úspěšně používá ve vysokofrekvenční a ultravysokofrekvenční technologii. Válcovaná fluoroplastová fólie se používá při výrobě vysoce kvalitních kabelů, vodičů, kondenzátorů, pro izolaci cívek, drážek elektrických strojů. Jako konstrukční materiál se polytetrafluoretylen používá při výrobě různých strojních součástí. Polytetrafluoretylen je zvláště široce používán při výrobě ložisek pracujících bez maziva, s omezeným množstvím maziva a v přítomnosti korozního prostředí [8] .
Díky chemické inertnosti, hydrofobnosti (kontaktní úhel netěsnosti 108 ± 2°), oleofobnosti a tekutosti je materiál široce používán pro těsnění závitových a přírubových spojů ( páska FUM ) [11] .
MazivoFluoroplast-4 (teflon) je vynikající antifrikční materiál [12] s koeficientem kluzného tření, nejmenším ze známých dostupných konstrukčních materiálů (dokonce menším než má tající led). Pevná kluzná ložiska z PTFE se kvůli jejich měkkosti a tekutosti používají jen zřídka. U vysoce zatížených jednotek se používají kov-fluoroplastová ložiska-vložky a kovové-fluoroplastové nosné pásky. Takový posuvný prvek snese desítky kilogramů na čtvereční milimetr a skládá se z kovové základny, na kterou je nanesen fluoroplastový povlak [13] . Používá se také jako přísada proti tření (tuhé mazivo), která zlepšuje kluzné vlastnosti základních polymerů , jako je polyetheretherketon ( PEEK ) nebo polyfenylensulfid ( PPS ) a získává „ ložiskovou “ kompozici s vysokou pevností, odolností proti opotřebení, odolnost proti tečení a dobré kluzné vlastnosti.
Jsou známá maziva s jemně rozptýleným fluoroplastem zaváděným do jejich složení . Vyznačují se tím, že plnivo, usazující se na třecích kovových površích, v některých případech umožňuje, aby mechanismy nějakou dobu pracovaly se zcela selhávajícím mazacím systémem, a to pouze díky antifrikčním vlastnostem fluoroplastu.
ElektronikaTeflon je široce používán ve vysokofrekvenční technologii, protože na rozdíl od polyethylenu nebo polypropylenu s podobnými vlastnostmi má dielektrickou konstantu, která se velmi málo mění s teplotou, vysoké průrazné napětí a extrémně nízké dielektrické ztráty . Tyto vlastnosti spolu s tepelnou odolností určují jeho široké použití jako izolace vodičů, zejména vysokonapěťových, všech druhů elektrických dílů, při výrobě vysoce kvalitních kondenzátorů, desek plošných spojů .
V elektronických zařízeních pro speciální účely je široce používána elektroinstalace s PTFE izolací, odolná vůči agresivnímu prostředí a vysokým teplotám - vodiče značek MGTF , MS a řady dalších. Drát v teflonové izolaci nelze roztavit páječkou . Nevýhodou fluoroplastu je vysoká tekutost za studena : pokud budete drát ve fluoroplastové izolaci mechanicky zatěžovat (např. na něj položíte nábytkovou nohu), může se drát po chvíli obnažit.
Pro svou biologickou kompatibilitu s lidským tělem se polytetrafluoretylen úspěšně používá k výrobě implantátů pro kardiovaskulární a všeobecnou chirurgii, stomatologii a oftalmologii [14] . Teflon je považován za nejvhodnější materiál pro výrobu umělých cév [15] a kardiostimulátorů [16] .
Ve stomatologii se v technikách řízené regenerace kostí (GBR) používají neresorbovatelné membrány z PTFE s vyztužením titanového jádra nebo bez něj. Existuje také PTFE steh [17] .
V roce 2011 byl poprvé použit pro plastiku poškozené nosní přepážky a stěn vedlejších nosních dutin místo titanových síťek. Po 12–15 měsících se implantát zcela rozpustí a je nahrazen vlastní tkání pacienta [18] .
Vzhledem k nízkému tření a nesmáčivosti není hmyz schopen lézt po teflonové stěně. Teflonová ochrana se používá zejména při držení nelétavého hmyzu, aby se nemohl dostat ven. .
Pro svou nízkou přilnavost , nesmáčivost a tepelnou odolnost je teflon ve formě povlaku široce používán k výrobě vytlačovacích a pečicích forem , stejně jako pánví a hrnců .
Teflon se používá i při výrobě dalších domácích spotřebičů. Na žiletky je nanesen teflonový povlak ve formě nejtenčího filmu, který výrazně prodlužuje jejich životnost a usnadňuje holení. .
Péče o nádobí potažené teflonemTeflonový povlak nemá velkou pevnost , proto při vaření v takovém nádobí používejte pouze měkké - dřevěné, plastové nebo poplastované doplňky ( lopaty , naběračky atd.). Nádobí potažené teflonem by se mělo mýt v teplé vodě s měkkou houbou, s přídavkem tekutého mycího prostředku , bez použití abrazivních houbiček nebo čisticích prášků a vyvarovat se přehřátí nad 300 °C.
Při výrobě moderního high-tech oblečení se používají membránové materiály na bázi expandovaného polytetrafluoretylenu.
Fyzickou deformací teflonu se získá tenký porézní film, který se nanáší na látky a používá se v krejčovství. Membránové materiály, v závislosti na výrobních vlastnostech, mohou mít jak větruvzdorné, tak voděodolné vlastnosti, zatímco jsou normalizované[ co? ] velikost pórů polytetrafluorethylenové membrány umožňuje materiálu účinně procházet odpařováním lidského těla .
Výrobky, při jejichž výrobě se používá teflon:
|
|
Možný negativní dopad polytetrafluorethylenu na lidské zdraví je předmětem diskusí již řadu let. Samotný polymer je za normálních podmínek velmi stabilní a inertní . PTFE nereaguje s potravinami, vodou ani domácími chemikáliemi.
Při požití je polytetrafluoretylen neškodný [16] . Světová zdravotnická organizace požádala Mezinárodní organizaci pro kontrolu rakoviny , aby provedla experiment na krysách. Zkušenosti ukazují, že při užití s jídlem do 25 % polytetrafluorethylenu nemá žádný účinek. Tato studie byla provedena v 60. a znovu v 80. letech 20. století na obecné populaci krys, které konzumovaly PTFE každý den v množství odpovídajícím 25 % celkového příjmu potravy [19] .
Výzkum francouzských odborníků, zveřejněný v časopise "60 Millions de Consomateurs" výsledky laboratorní studie 13 vzorků pánví, potvrzuje bezpečnost nepřilnavého povlaku. Francouzský časopis uvádí, že v důsledku testů byla prokázána úplná bezpečnost pánví. Všechny vzorky úspěšně prošly testem poté, co byly povrchy tisíckrát otřeny abrazivním materiálem během dvou cyklů.
Fluoroplasty jsou biologicky nebezpečné ve dvou případech: při výrobě a při přehřátí hotového polymeru. Samotné fluoroplastické monomery a mnoho dalších složek jeho výroby jsou toxické a karcinogenní látky, které se mohou dostat do životního prostředí jak únikem, tak kontaminací hotového výrobku. Produkt může také obsahovat nízkomolekulární frakce obsahující aktivní koncové skupiny, které se mohou potenciálně podílet na metabolismu a nepředvídatelných přeměnách v přírodě významně ovlivňujících biocenózy. Fragmenty fluorouhlovodíků v molekulách jim obvykle propůjčují cytotoxické vlastnosti, bez ohledu na jejich „hlavní“ biochemickou roli.
Při přehřátí PTFE dochází k tepelnému rozkladu za uvolňování toxických látek [20] .
Za hlavní zdroj biologických rizik při výrobě fluoropolymerů je považována kyselina perfluoroktanová (PFOA, PFOA). Tato sloučenina se v USA používá od 50. let 20. století [21] . První účinky na zdraví byly hlášeny z továren 3M a DuPont v 60. letech minulého století. V 80. letech se ke studiu biologických účinků připojily vědecké skupiny. Koncem 90. let minulého století na problém upozornily americké regulační úřady, které vyústily v uznání nebezpečnosti látky a regulaci maximálních koncentrací. Technologické procesy ve Spojených státech byly změněny tak, aby byly PFOA zcela vyřazeny. Byly zahájeny rozsáhlé kampaně na kontrolu koncentrací PFOA a objasnění jejich dopadu na lidské zdraví [22] [21] .
Společnost DuPont obdržela stovky milionů dolarů v právních nárocích (které byly předmětem filmu „ Temné vody “, 2019) od zaměstnanců společnosti a sousedních obyvatel v souvislosti s poškozením zdraví a mlčením o nebezpečích výroby [21 ] . V roce 2006 společnost DuPont, do té doby jediný výrobce PFOA ve Spojených státech, souhlasila s odstraněním zbytkového činidla ze svých zařízení do roku 2015 [23] . Podle oficiálních informací společnosti DuPont od ledna 2012 nepoužívá PFOA při výrobě nádobí a zapékacích misek [24] .
Je známo, že kyselina perfluoroktanová se rozkládá při teplotě 190 °C, zatímco k technologickému procesu spékání dna pánve s nepřilnavým povlakem dochází při teplotě 420 °C [25] . Předpokládá se tedy, že podle výrobního procesu je přítomnost PFOA v hotové pánvi nepravděpodobná [26] . Studie z roku 2005 však zjistila, že hladiny PFOA v novém nádobí potaženém PTFE se pohybují od 4 do 75 µg/kg (přibližně 1800 µg/kg v potravinářské fólii a až 290 µg/kg v balení popcornu) [27] .
Nezávislé evropské studie prokázaly, že nepřilnavé povlaky neobsahují PFOA v množstvích překračujících bezpečné limity [28] . Čínská akademie kontroly kvality, inspekce a karantény (GAQSIQ) a také Dánský technologický institut potvrzují, že nebyla zjištěna žádná expozice PFOA používanému při výrobě nádobí [28] [29] [30] .
V Rusku neexistují žádné regulační dokumenty omezující průmyslovou kontaminaci fluoroplastů, která může nepříznivě ovlivnit kvalitu produktů obsahujících fluoroplasty [31] .
Norma GOST 10007-80 [32] normalizuje rozsah provozních teplot fluoroplastu až do +260 °C a přímo indikuje nebezpečí uvolňování toxických plynů nad tuto teplotu. DuPont neuvádí charakteristiky uvolňování toxických látek, ale udává bod tání podle ASTM D3418 pro různé typy teflonu od 260 °C do 327 °C [5] .
Známky rozkladu se objevují při teplotě 200 °C. Proces probíhá poměrně pomalu až do 420 °C. Při teplotách od 500 °C do 550 °C dosahuje úbytek hmotnosti 5–10 % za hodinu v inertních médiích, prudce se zrychlujících v přítomnosti vzdušného kyslíku. Při teplotách mezi 300 a 360 °C jsou produkty rozkladu převážně hexafluorethan a oktafluorcyklobutan . Nad 380 °C se objevuje perfluorisobutylen a další produkty pyrolýzy [33] [34] [35] .
Mezi produkty tepelného rozkladu polytetrafluorethylenu je za nejnebezpečnější považován perfluorisobutylen - extrémně jedovatý plyn, který je asi 10x jedovatější než fosgen [36] .
Produkty tepelného rozkladu způsobují otravu připomínající slévárenskou horečku . Případně je jedovatý a má pyrogenní účinek, zejména čerstvě získaný aerosol z polytetrafluoretylenu, na kterém se sorbují degradační produkty. Při vdechnutí studeného polytetrafluorethylenového prachu po 2-5 hodinách všichni pracovníci pocítili příznaky, které se nazývaly "teflonová horečka". Typická teflonová horečka byla pozorována u PTFE zahřátého na >350 °C. Vyšetřením 130 osob a přítomností aerosolu polytetrafluorethylenu ve vzduchu v koncentraci 0,2-5,5 mg/m3 bylo zjištěno, že většina pracovníků měla opakované záchvaty horečky. V moči stejných jedinců byl nalezen fluor (0,098-2,19 mg/l). Ukázalo se, že uvolňování fluoru je výrazně vyšší s větší zkušeností a opakovanými útoky [20] .
Vzhledem k tomu, že hromadné uvolňování toxických látek u teflonu začíná při teplotách nad 450 °C, je nádobí s nepřilnavým povlakem považováno za bezpečné, protože takové teploty nelze při běžném provozu dosáhnout [28] . Je třeba si uvědomit, že výrobci považují za normu pouze ohřívání vodou nebo olejem na pánvi. Voda zabraňuje přehřátí teflonu a jeho úplné odpaření ukazuje na výrazné zahřátí nádobí, které nyní není nijak vizualizováno a může se stát kritickým. Jedlé oleje se rozkládají při teplotách až 200 °C za uvolňování kouře, což usnadňuje identifikaci přehřátí. Ohřev na suchém sporáku je považován za abnormální a v tomto případě jsou teploty teflonové pyrolýzy snadno dosažitelné. Pro zjednodušení obsluhy jsou některé modely nádobí potaženého teflonem vybaveny vestavěnými vizuálními ukazateli teploty [37] .
Nebezpečí produktů rozkladu teflonu pro ptákyZvláštní struktura dýchacího systému ptáků způsobuje jejich přecitlivělost na toxické látky obsažené v životním prostředí. Bylo zjištěno, že i minimální množství kyseliny perfluoroktanové, které se dostane do těla ptáka vdechovaným vzduchem, ovlivňuje jeho dýchací systém a po chvíli (od několika minut až po desítky hodin) vede k smrti [38] .
Drobní ptáci jsou citlivější na toxické látky, stačí jim pár sekund vdechnutí teflonových výparů a během následujících 24 hodin nastává smrt [39] [40] [41] .
Na začátku, když se poprvé objevily zprávy o smrtelných účincích teflonu na ptáky, bylo obecně přijímáno, že smrtelné výpary se uvolňují pouze při velmi vysokých teplotách. K dnešnímu dni byl spolehlivě zaznamenán úhyn 52 % ptáků, kteří 3 dny dýchali výpary teflonových povrchů osvětlovacích lamp zahřátých na 202 °C [42] . Podle jiných stačí k negativnímu efektu jen asi 163 °C (325 °F) [42] [43] nebo dokonce 140–149 °C (285–300 °F) [39] [44] , ale tyto údaje vyžadovat[ proč? ] dodatečná kontrola.
Existuje mnoho zpráv o úhynu drůbeže (například papoušků) z výparů z teflonových pánví ponechaných bez dozoru a přehřátých nad bezpečnou teplotu [45] [42] [40] [44] [46] [47] [ 48] .
plasty | |
---|---|
Termoplasty |
|
Termoplasty |
|
Elastomery |
|