teflon | |
---|---|
| |
Tábornok | |
Szisztematikus név |
Poli(difluor-metilén). |
Rövidítések |
PTFE, PTFE |
Hagyományos nevek | Teflon, Fluoroplast-4 |
Chem. képlet | ( C 2 F 4 ) n |
Fizikai tulajdonságok | |
Állapot | szilárd |
Sűrűség | 2,2 g/cm³ |
Szakítószilárdság | 15...27 N/mm² |
Termikus tulajdonságok | |
Hőfok | |
• bomlás | 415 °C |
Oud. hőkapacitás | 1040 J/(kg K) |
Hővezető | 0,25 W/(m K) |
Coeff. hőm. kiterjesztések | (8..25)∙10 -5 |
Osztályozás | |
Reg. CAS szám | 9002-84-0 |
Reg. EINECS szám | 618-337-2 |
CHEBI | 53251 |
Biztonság | |
NFPA 704 | 0 egy 0 |
Az adatok standard körülményeken (25 °C, 100 kPa) alapulnak, hacsak nincs másképp jelezve. | |
Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon |
Politetrafluor -etilén vagy fluoroplaszt -4 (-C 2 F 4 -) n , más néven teflon - tetrafluor - etilén (PTFE), műanyag polimerje , amely ritka fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkezik, és széles körben alkalmazzák a technológiában és a mindennapi életben. élet.
A „Teflon” szó a Chemours ( a DuPont Corporation spin-off vállalata ) bejegyzett védjegye. Az anyag általános neve „politetrafluor-etilén” vagy „fluorpolimer”. A Szovjetunióban és Oroszországban ennek az anyagnak a hagyományos műszaki neve fluoroplast-4 .
A politetrafluor-etilént 1938 áprilisában fedezte fel a 27 éves kémikus, Roy Plunkett [1] [2] a Kinetic Chemicals cégtől, aki véletlenül felfedezte, hogy az általa nyomás alatt lévő hengerekbe pumpált gáznemű tetrafluoretilén spontán fehér paraffinszerű porrá polimerizálódik [3] [ 3] 4 ] . 1941 - ben a Kinetic Chemicals szabadalmat kapott a teflonra , és 1949 - ben az amerikai DuPont cég részlege lett .
A teflon fehér, átlátszó anyag, vékony rétegben, megjelenésében paraffinra vagy polietilénre emlékeztet . Sűrűség a GOST 10007-80 szerint 2,18-2,21 g / cm 3 . Nagy hő- és fagyállósággal rendelkezik, rugalmas és rugalmas marad -70 és +270 °C közötti hőmérsékleten, kiváló szigetelőanyag. A teflon felületi feszültsége és tapadása nagyon alacsony , és nem nedvesíti víz , zsír vagy a legtöbb szerves oldószer hatására .
A fluoroplasztika puha és folyékony anyag, ezért korlátozottan használható terhelt szerkezetekben. Nagyon alacsony a tapadása (ragadóssága).
A DuPont az ASTM D3418 szerinti olvadáskezdési hőmérsékletet jelzi a különböző típusú teflonok esetében 260°C és 327°C között [5] .
Vegyszerállóságát tekintve minden ismert szintetikus anyagot és nemesfémet felülmúl . Nem esik össze lúgok , savak és még salétrom- és sósav keverékek hatására sem . Az alkálifémek, a fluor és a klór-trifluorid olvadéka tönkreteszi .
A politetrafluor-etilén előállítása három lépésből áll: az első lépésben a klór- difluor -metánt úgy állítják elő, hogy a klóratomokat fluorral helyettesítik antimonvegyületek jelenlétében ( Swarts-reakció ) triklór -metán (kloroform) és vízmentes hidrogén-fluorid között ; a második lépésben a tetrafluor -etilént klór-difluor-metán pirolízisével állítják elő; a harmadik lépésben a tetrafluor -etilén polimerizációját hajtják végre [6] [7] .
Az F-4 termékeket hidegsajtolással, majd 365 ± 5 °C-os sütéssel állítják elő [8] . A préselési eljárás a PTFE vizes emulziójából indul ki felületaktív anyag (például perfluoroktánsav vagy perfluoroktánszulfonsav ) jelenlétében, amely stabilizálja az emulziót és lehetővé teszi vízben diszpergált politetrafluor-etilén előállítását.
A fluoroplaszt fő gyártója Oroszországban a Konsztantyinovról elnevezett Kirovo-Chepetsk vegyi üzem , Kirovo-Chepetsk, Kirov régió.
A fluorpolimereket a vegyiparban , az elektromos iparban és az élelmiszeriparban, membránruházat gyártására, gyógyászatban , járművekben, katonai célokra használják, főként bevonatként . A fluorpolimerek leginkább a tapadásmentes bevonattal ellátott edények gyártásában való széleskörű felhasználásukról ismertek [9] .
Különböző iparágakban a politetrafluoretilénből (teflon, polifén) [ 10] előállított szálakat széles körben használják magas hőmérsékletű zsákszűrőként, különféle típusú hőálló tömítésekként, textilszövetek meneteként, valamint autóipari berendezésekben, általános célú ipari berendezésekben. szűrők, elzáró elemek és vezérlőszelepek , keverők és szivattyúk , szűrő- és elválasztó berendezések.
A repülésben például a hidraulikus rendszerek rugalmas fém-műanyag csővezetékei fluoroplasztból készülnek, amelyek nagy nyomáson (több mint 200 kgf / cm 2 ) és magas munkaközeg hőmérsékleten működnek. .
Az F-4 márkájú fluoroplaszt felhasználható desztillációs oszlopok, szivattyúk, csövek, szelepek, harmonika, burkolólapok, tömszelencék gyártására. Dielektrikumként a politetrafluor-etilént sikeresen alkalmazzák a nagy- és ultranagyfrekvenciás technológiában. A hengerelt fluoroplasztikus fóliát kiváló minőségű kábelek, vezetékek, kondenzátorok gyártásához, tekercsek, elektromos gépek hornyainak szigetelésére használják. Szerkezeti anyagként a politetrafluor-etilént különféle gépalkatrészek gyártásához használják. A politetrafluor-etilént különösen széles körben használják kenőanyag nélkül, korlátozott kenőanyaggal és korrozív környezet jelenlétében működő csapágyak gyártásánál [8] .
Kémiai tehetetlensége, hidrofóbsága (a szivárgási szög 108 ± 2°), oleofóbsága és folyékonysága miatt az anyagot széles körben használják menetes és karimás kötések tömítésére ( FUM szalag ) [11] .
KenőanyagA fluoroplast-4 (teflon) kiváló súrlódáscsökkentő anyag [12] , csúszósúrlódási együtthatójával, a rendelkezésre álló ismert szerkezeti anyagok közül a legkisebb (még az olvadó jégénél is kisebb). Lágyságuk és folyékonyságuk miatt a tömör PTFE siklócsapágyakat ritkán használják. A nagy terhelésű egységeknél fém-fluoroműanyag csapágybetéteket és fém-fluoroplast tartószalagokat használnak. Egy ilyen csúszóelem négyzetmilliméterenként több tíz kilogrammot bír el, és fém alapból áll, amelyre fluoroplasztikus bevonatot visznek fel [13] . Súrlódáscsökkentő adalékként (szilárd kenőanyagként) is használják, amely javítja az alappolimerek, például poliéter- éter -keton ( PEEK ) vagy polifenilén-szulfid ( PPS ) csúszási tulajdonságait, és nagy szilárdságú, kopásállóságú " csapágy " összetételt biztosít. kúszásállóság és jó súrlódásgátló tulajdonságok.
A kenőanyagok finoman diszpergált fluoroplasztokkal ismertek összetételükbe . Megkülönböztetik őket az a tény, hogy a dörzsölő fémfelületeken megtelepedő töltőanyag bizonyos esetekben lehetővé teszi, hogy a mechanizmusok egy ideig működjenek teljesen meghibásodott kenőanyag-rendszerrel, csak a fluoroplaszt súrlódásgátló tulajdonságai miatt.
ElektronikaA teflont széles körben használják a nagyfrekvenciás technológiában, mivel a hasonló tulajdonságokkal rendelkező polietiléntől vagy polipropiléntől eltérően dielektromos állandója nagyon kevéssé változik a hőmérséklet függvényében, nagy áttörési feszültsége és rendkívül alacsony dielektromos veszteségei vannak . Ezek a tulajdonságok a hőállóság mellett meghatározzák a vezetékek szigeteléseként való széles körű alkalmazását, különösen a nagyfeszültségű, mindenféle elektromos alkatrészként, kiváló minőségű kondenzátorok, nyomtatott áramköri lapok gyártásában .
A speciális célokra szolgáló elektronikus berendezésekben széles körben használják a PTFE szigetelésű vezetékeket, amelyek ellenállnak az agresszív környezetnek és a magas hőmérsékletnek - MGTF , MS és számos más márka vezetékei. A teflon szigetelésű huzal nem olvasztható meg forrasztópákával . A fluoroplaszt hátránya a nagy hidegfolyékonyság : ha a vezetéket mechanikai terhelés alatt fluoroplast szigetelésben tartja (például bútorlábat tesz rá), a huzal egy idő után kicsupaszodhat.
Az emberi szervezettel való biológiai kompatibilitása miatt a politetrafluor-etilént sikeresen használják szív- és érrendszeri és általános sebészeti, fogászati és szemészeti implantátumok gyártására [14] . A teflont tartják a legalkalmasabb anyagnak mesterséges erek [15] és szívritmus-szabályozók [16] előállítására .
A fogászatban nem felszívódó PTFE membránokat használnak titán magerősítéssel vagy anélkül az irányított csontregenerációs (GBR) technikákban. Létezik PTFE varrat is [17] .
2011-ben először használták a sérült orrsövény és az orrmelléküregek falának plasztikájára titánháló helyett. 12-15 hónap elteltével az implantátum teljesen feloldódik, és helyébe a páciens saját szövete kerül [18] .
Az alacsony súrlódási és nem nedvesítő tulajdonságok miatt a rovarok nem tudnak mászni a teflon falon. A teflon védelmet különösen akkor használják, ha nem repülő rovarokat tartanak, hogy ne tudjanak kijutni. .
Alacsony tapadása , nem nedvesedése és hőállósága miatt a bevonat formájában lévő teflont széles körben használják extrudáló- és sütőformák , valamint serpenyők és edények gyártásához .
A teflont más háztartási készülékek gyártásához is használják. A borotvapengékre a legvékonyabb film formájában teflon bevonatot visznek fel, ami jelentősen meghosszabbítja élettartamukat és megkönnyíti a borotválkozást. .
Teflonbevonatú edények gondozásaA teflon bevonatnak nincs nagy szilárdsága , ezért az ilyen edényekben való főzéskor csak puha - fa, műanyag vagy műanyag bevonatú - tartozékokat ( lapát , merőkanál stb.) használjon. A teflonbevonatú edényeket meleg vízben, puha szivaccsal, folyékony mosószer hozzáadásával kell mosni, súrolószivacs vagy súrolópor használata nélkül , és kerülni kell a 300 °C feletti túlmelegedést.
A modern high-tech ruházati cikkek gyártása során expandált politetrafluor-etilén alapú membránanyagokat használnak.
A teflon fizikai deformációjával vékony porózus filmet kapunk, amelyet a szövetekre visznek fel és a szabás során használnak fel. A membránanyagok a gyártási jellemzőktől függően szél- és vízálló tulajdonságokkal is rendelkezhetnek, miközben normalizálódnak[ mi? A politetrafluor - etilén membrán pórusmérete lehetővé teszi, hogy az anyag hatékonyan áthaladjon az emberi test párologtatásán .
Termékek, amelyek előállításához teflont használnak:
|
|
A politetrafluor-etilén emberi egészségre gyakorolt lehetséges negatív hatásai évek óta vita tárgyát képezik. Maga a polimer normál körülmények között nagyon stabil és inert . A PTFE nem lép reakcióba élelmiszerrel, vízzel vagy háztartási vegyszerekkel.
Lenyeléskor a politetrafluor-etilén ártalmatlan [16] . Az Egészségügyi Világszervezet felkérte a Nemzetközi Rákellenes Szervezetet , hogy végezzen kísérletet patkányokon. A tapasztalatok azt mutatják, hogy étkezés közben legfeljebb 25%-os politetrafluor-etilén tartalommal nincs hatása. Ezt a vizsgálatot az 1960-as években, majd az 1980-as években végezték el olyan általános patkánypopuláción, amely minden nap a teljes táplálékfelvétel 25%-ának megfelelő mennyiségben fogyasztott PTFE-t [19] .
A francia szakértők által végzett kutatás, amelyet a "60 Millions de Consomateurs" folyóiratban tettek közzé, egy 13 serpenyőmintán végzett laboratóriumi vizsgálat eredményei megerősítik a tapadásmentes bevonat biztonságosságát. A francia magazin beszámolója szerint a tesztek eredményeként bebizonyosodott a serpenyők teljes biztonsága. Minden minta sikeresen átment a teszten, miután két cikluson keresztül ezerszer megdörzsölték a felületeket csiszolóanyaggal.
A fluorműanyagok két esetben biológiailag veszélyesek: a gyártás során és a kész polimer túlmelegedésekor. Maguk a fluoroplasztikus monomerek és a gyártás számos más összetevője mérgező és rákkeltő anyagok, amelyek mind szivárgás útján, mind a késztermék szennyeződéseként kerülhetnek a környezetbe. A termék alacsony molekulatömegű, aktív végcsoportokat tartalmazó frakciókat is tartalmazhat, amelyek potenciálisan részt vehetnek az anyagcserében és a természetben bekövetkező előre nem látható átalakulásokban, jelentősen befolyásolva a biocenózisokat. A molekulákban lévő fluor-szénhidrogén fragmensek általában citotoxikus tulajdonságokat adnak nekik, függetlenül a "fő" biokémiai szerepüktől.
Amikor a PTFE túlhevül, hőbomlás következik be, mérgező anyagok felszabadulásával [20] .
A fluorpolimerek gyártása során a biológiai kockázatok fő forrásának a perfluor-oktánsavat (PFOA, PFOA) tekintik. Ezt a vegyületet az 1950-es évek óta használják az Egyesült Államokban [21] . Az első egészségügyi hatásokat a 3M és a DuPont gyárak jelentették az 1960-as években. Az 1980-as években tudományos csoportok csatlakoztak a biológiai hatások vizsgálatához. Az 1990-es évek végén az amerikai szabályozó hatóságok felhívták a figyelmet a problémára, aminek eredményeként felismerték az anyag veszélyességét és szabályozták a maximális koncentrációkat. Az Egyesült Államokban a technológiai folyamatokat megváltoztatták a PFOA teljes kivonása érdekében. Nagyszabású kampányok indultak a PFOA-koncentráció ellenőrzésére és az emberi egészségre gyakorolt hatásának tisztázására [22] [21] .
A DuPont több száz millió dollárnyi jogi követelést kapott (amelyről a „ Sötét vizek ” című film, 2019 volt a témája) a cég alkalmazottaitól és a szomszédos lakosoktól egészségkárosító és a termelési veszélyek elhallgatásával kapcsolatban [21 ] . 2006-ban a DuPont, amely akkoriban az egyetlen PFOA gyártó volt az Egyesült Államokban, beleegyezett, hogy 2015-ig eltávolítja a maradék reagenst a létesítményeiből [23] . A cég hivatalos tájékoztatása szerint a DuPont 2012 januárja óta nem használt PFOA-t ételek és sütőedények gyártása során [24] .
Ismeretes, hogy a perfluor-oktánsav 190 °C-on bomlik le, míg a tapadásmentes bevonattal ellátott serpenyő aljának szinterezésének technológiai folyamata 420 °C-on megy végbe [25] . Ezért feltételezzük, hogy a gyártási folyamat szerint a PFOA jelenléte a kész serpenyőben nem valószínű [26] . Egy 2005-ös tanulmány azonban a PTFE-bevonatú új edényekben 4 és 75 µg/kg közötti PFOA-szintet talált (kb. 1800 µg/kg fóliában és 290 µg/kg pattogatott kukoricacsomagolásban) [27] .
Független európai tanulmányok kimutatták, hogy a tapadásmentes bevonatok nem tartalmaznak PFOA-t a biztonságos határértéket meghaladó mennyiségben [28] . A Kínai Minőségellenőrzési, Vizsgálati és Karantén Akadémia (GAQSIQ), valamint a Dán Technológiai Intézet megerősíti, hogy nem észleltek az étkészletek gyártása során használt PFOA-nak való kitettséget [28] [29] [30] .
Oroszországban nincsenek olyan szabályozási dokumentumok, amelyek korlátoznák a fluoroplasztok ipari szennyeződését, ami hátrányosan befolyásolhatja a fluoroplastot tartalmazó termékek minőségét [31] .
A GOST 10007-80 szabvány [32] normalizálja a fluoroplasztikus műanyagok üzemi hőmérsékleti tartományát +260 °C-ig, és közvetlenül jelzi a mérgező gázok felszabadulásának veszélyét e hőmérséklet felett. A DuPont nem határozza meg a mérgező anyagok kibocsátási jellemzőit, de olvadáspontot ad meg az ASTM D3418 szerint különböző típusú teflonokhoz 260 °C és 327 °C között [5] .
A bomlás jelei 200 °C hőmérsékleten észlelhetők. A folyamat 420 °C-ig viszonylag lassan megy végbe. 500 °C és 550 °C közötti hőmérsékleten a tömegveszteség eléri az 5–10%-ot óránként inert közegben, ami légköri oxigén jelenlétében meredeken felgyorsul. 300 és 360 °C közötti hőmérsékleten a bomlástermékek túlnyomórészt hexafluor-etán és oktafluor -ciklobután . 380°C felett perfluor -izobutilén és egyéb pirolízistermékek jelennek meg [33] [34] [35] .
A politetrafluor-etilén termikus bomlástermékei közül a perfluor-izobutilén a legveszélyesebb - rendkívül mérgező gáz, amely körülbelül 10-szer mérgezőbb, mint a foszgén [36] .
A termikus bomlástermékek öntödei lázra emlékeztető mérgezési mintát okoznak . Valószínűleg a politetrafluor-etilén aeroszol, különösen frissen nyert, amelyen bomlástermékeket szorbeálnak, szintén mérgező és pirogén hatású. A hideg politetrafluoretilén por belélegzésekor 2-5 óra elteltével minden dolgozó „teflonláznak” nevezett tüneteket tapasztalt. Tipikus teflonlázat figyeltek meg 350 °C feletti PTFE-nél. 130 ember vizsgálata és a levegőben 0,2-5,5 mg/m3 koncentrációjú politetrafluor-etilén aeroszol jelenléte kimutatta, hogy a dolgozók többsége ismétlődő lázrohamot kapott. Ugyanezen személyek vizeletében fluort (0,098-2,19 mg/l) találtak. A fluor felszabadulása szignifikánsan magasabbnak bizonyult több tapasztalattal és ismételt támadásokkal [20] .
Mivel a mérgező anyagok tömeges felszabadulása teflonnal 450 °C feletti hőmérsékleten kezdődik, a tapadásmentes bevonattal ellátott edények biztonságosnak tekinthetők, mivel normál működés közben ilyen hőmérsékletet nem lehet elérni [28] . Nem szabad megfeledkezni arról, hogy a gyártók csak vízzel vagy olajjal történő melegítést tekintenek a normának. A víz megakadályozza a teflon túlmelegedését, teljes elpárolgása pedig az edények jelentős felmelegedését jelzi, ami most már semmiképpen sem látható, és kritikussá válhat. Az étkezési olajok 200°C-ig lebomlanak, füst szabadul fel, így könnyebben felismerhető a túlmelegedés. A száraz tűzhelyen történő melegítés abnormálisnak tekinthető, és ebben az esetben a teflon pirolízis hőmérséklete könnyen elérhető. A kezelés egyszerűsítése érdekében a teflonbevonatú edények egyes modelljei beépített vizuális hőmérséklet-jelzőkkel vannak felszerelve [37] .
Teflon bomlástermékek veszélye a madarakraA madarak légzőrendszerének speciális szerkezete túlérzékenysé teszi őket a környezetben lévő mérgező anyagokkal szemben. Megállapítást nyert, hogy a belélegzett levegővel a madár szervezetébe már minimális mennyiségű perfluor-oktánsav is hatással van a légzőrendszerére, ami egy idő után (több perctől több tíz óráig) halálhoz vezet [38] .
A kis madarak érzékenyebbek a mérgező anyagokra, mindössze néhány másodpercig kell belélegezniük a teflonfüstöt, és a következő 24 órán belül elpusztulnak [39] [40] [41] .
Kezdetben, amikor először felröppent a hír a teflon madarakra gyakorolt halálos hatásairól, általánosan elfogadott volt, hogy halálos gőzök csak nagyon magas hőmérsékleten szabadulnak fel. A mai napig a madarak 52%-ának elpusztulását jegyezték fel megbízhatóan, 3 napon keresztül lélegezve be a 202 °C-ra melegített világítólámpák teflon felületének gőzeit [42] . Mások szerint csak körülbelül 163 °C (325 °F) [42] [43] vagy akár 140–149 °C (285–300 °F) [39] [44] elegendő a negatív hatáshoz , de ezek az adatok igényelnek[ miért? ] kiegészítő ellenőrzés.
Sok jelentés érkezett arról, hogy a szárnyasok (például a papagájok) elpusztultak a teflon serpenyők füstje miatt, amelyeket felügyelet nélkül hagytak és a biztonságos hőmérséklet fölé melegítettek [45] [42] [40] [44] [46] [47] [ 48] .
műanyagok | |
---|---|
Hőre lágyuló műanyagok |
|
Hőre lágyuló műanyagok |
|
Elasztomerek |
|