Политетрафторэтиле́н (ПТФЭ), фторопла́ст-4, известный под торговой маркой Тефлон — полимер тетрафторэтилена с формулой (−C2F4−)n, широко применяемый в технике и быту. Этот материал обладает редкими физическими и химическими свойствами — низким коэффициентом трения и высочайшей среди твердых веществ химической инертностью.
Слово «Тефлон» является зарегистрированным товарным знаком компании Chemours (дочерней компании корпорации DuPont). Непатентованное название вещества — «политетрафторэтилен» или «фторополимер». В СССР и России традиционное техническое название этого материала — фторопласт-4.
Вопрос, влияет ли тефлон на здоровье, является предметом современных исследований.
История Политетрафторэтилен был случайно синтезирован в джексоновской лаборатории () в апреле 1938 года 27-летним сотрудником компании Роем Планкеттом. Компания была создана DuPont и (дочерняя компания ) для разработки хладагентов (фреонов). В процессе исследований Планкетт, оставив баллоны с закачанным в них под высоким давлением тетрафторэтиленом в сухом льду, обнаружил вместо газа в одних баллонах белый парафиноподобный порошок, а в других плёнку — находившийся под давлением тетрафторэтилен полимеризовался при низкой температуре.
Новый материал оказался одним из самых химически инертных твёрдых веществ — первооткрывателю не удалось растворить его в холодной и горячей воде, ацетоне, простых эфирах, кислотах и спиртах, в целом он чрезвычайно устойчив к воздействию агрессивных сред.
Политетрафторэтилен также обладал новыми уникальными на тот момент физическими свойствами — он не обугливается и не плавится под нагретым паяльником, не набухает (не впитывает жидкости), не гниет, не плесневеет, не разрушается под прямыми солнечными лучами. Он также обладает уникальными фрикционными свойствами, это очень скользкий материал.
Технологию промышленного получения политетрафторэтилена Планкетт с коллегами разрабатывали в течение следующего года.
1 июля 1939 года Планкетт подал заявку в от имени компании , и в 1941 году был выдан патент № 2230654, а в 1945 году DuPont зарегистрировала для него торговую марку «Тефлон». В 1949 году стала подразделением американской компании .
Первое практическое применение политетрафторэтилен получил в Манхэттенском проекте. Тефлоновые прокладки были использованы в установке газодиффузного разделения изотопов урана, где прокладки из других материалов оказались проницаемыми для агрессивного тетрафторида урана.
В 1948 году произвела 900 тонн Тефлона на построенном для этого заводе вблизи Паркерсберга в штате Западная Виргиния.
В 1953 году политетрафторэтилен уже широко применялся в промышленном производстве, и пыталась найти ему бытовое применение.
Когда проводила тестирование Тефлона для разных применений, французский инженер Марк Грегуар () раздобыл небольшое его количество, намереваясь использовать его в рыболовных снастях (чтобы они меньше запутывались и с целью облегчить их распутывание). Однако его жена попросила у него покрыть этим скользким материалом кухонную сковородку. Результат оказался настолько удачным, что Грегуар запатентовал антипригарную посуду в 1954 и создал завод по её производству в 1956 году. Свою посуду Грегуары назвали «» — составили название из первых слогов слов Teflon и aluminium.
В дальнейшем политетрафторэтилен нашёл широчайшее применение. Из него делают водопроводные трубы и клапаны, он используется в лаке для ногтей, в тканях (например, его нити содержит гортекс), в кардиостимуляторах, зубных и внутренних протезах, хирургических шовных нитях, в печатных платах, кабелях, космических костюмах и многих других промышленных изделиях.
К 1994 году путём радиоактивного облучения был получен и изучен «сшитый политетрафторэтилен» (). Новый материал обладает устойчивостью к радиации и к воздействию высокой температуры.
Физические свойства Политетрафторэтилен — белое, в тонком слое прозрачное вещество, по виду напоминающее парафин или полиэтилен. Его плотность составляет от 2,18 до 2,21 г/см3. Он обладает высокой тепло- и морозостойкостью, остаётся гибким и эластичным при температурах от −70 до +260 °C, это прекрасный изоляционный материал. Также он обладает очень низкими поверхностным натяжением и адгезией к другим средам при соблюдении некоторых условий и не смачивается ни водой, ни жирами, ни большинством органических растворителей.
Низкая адгезия политетрафторэтилена проявляется в случаях, когда он находится в твёрдой фазе и контактирует с не смачивающим его жидким адгезивом. В случае контакта расплавленного политетрафторэтилена с металлом между ними наблюдается хорошая адгезия, что позволяет производить изделия из металла, покрытого фторопластом-4.
Фторопласт — мягкий и текучий материал, поэтому имеет ограниченное применение в нагруженных конструкциях.
Производитель утверждает, что Teflon сохраняет свои свойства в диапазоне температур от −200 до +260 °C.
DuPont указывает температуру начала плавления согласно стандарту ASTM D3418 для разных типов Тефлона от 260 °С до 327 °С.
Химические свойства Политетрафторэтилен — один из самых химически инертных твёрдых материалов, он устойчив к агрессивным средам — не растворяется в воде, кислотах, ацетоне, спиртах и простых эфирах.
По своей химической стойкости он превосходит все известные до него синтетические материалы и благородные металлы, разрушается расплавами щелочных металлов, фтором и трифторидом хлора, дифторидом ксенона, трифторидом кобальта.
Производство Производство политетрафторэтилена включает в себя три стадии: на первой стадии получают дифторхлорметан заменой атомов хлора на фтор в присутствии соединений сурьмы (реакция Свартса) между трихлорметаном (хлороформом) и безводным фтористым водородом; на второй стадии получают тетрафторэтилен пиролизом дифторхлорметана; на третьей стадии осуществляют полимеризацию тетрафторэтилена.
Изделия из ф-4 производятся способом холодного прессования с последующим запеканием при температуре 365±5 °C.
Применение Фторполимеры применяют в химической, электротехнической и пищевой промышленности, для производства мембранной одежды, в медицине, в транспортных средствах, в военных целях, в основном в качестве покрытий.
Наибольшую известность фторполимеры получили благодаря широкому применению в производстве посуды с противопригарным покрытием«Термоспоты и антипригарное покрытие».
Промышленность и техника Из политетрафторэтилена получают штапельное волокно, используемое при производстве нетканых фильтрующих материалов
Из фторопласта марки Ф-4 можно изготовить: 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. Особенно широкое применение политетрафторэтилен находит при изготовлении подшипников, работающих без смазочного материала, с ограниченным количеством смазочного материала и при наличии коррозионной среды.
Благодаря химической инертности, гидрофобности (контактный угол натекания 108±2°), олеофобности и текучести этот материал получил широкое распространение для уплотнения резьбовых и фланцевых соединений (лента ФУМ).
Смазочный материал Фторопласт-4 — антифрикционный материал 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 нагрузки в десятки килограмм-сил на квадратный миллиметр и состоит из металлической основы, на которую нанесено фторопластовое покрытие.
Медицина Благодаря биологической совместимости с организмом человека политетрафторэтилен с успехом применяется для изготовления имплантатов для сердечно-сосудистой и общей хирургии, стоматологии, офтальмологии. Тефлон считается наиболее пригодным материалом для производства искусственных кровеносных сосудовПротезы кровеносных сосудов. История вопроса. http://www.hospsurg.ru/angiohirurgiya/protezy-krovenosnyh-sosudov.html и сердечных стимуляторов.
В стоматологии нерезорбируемые мембраны из ПТФЭ с усилением титановым каркасом или без последнего используются при методиках направленной костной регенерации (НКР). Также существует шовный материал из ПТФЭ.
В 2011 году впервые применён для пластики повреждённых носовой перегородки и стенок околоносовых пазух вместо титановых сеток. Через 12—15 месяцев имплантат полностью растворяется и замещается собственной тканью пациента.
Пищевая промышленность и быт
Благодаря низкой адгезии, несмачиваемости и теплостойкости политетрафторэтилена покрытия из него широко применяется при изготовлении экструзионных форм и форм для выпечки, а также сковород и кастрюль.
Уход за посудой с тефлоновым покрытием Тефлоновое покрытие не обладает большой механической прочностью, поэтому при приготовлении пищи в такой посуде следует использовать аксессуары из мягких материалов — деревянные, пластиковые или силиконовые.
Посуду с тефлоновым покрытием нужно мыть в тёплой воде мягкой губкой с добавлением жидкого моющего средства, без использования абразивных губок или чистящих порошков. Высушенную посуду желательно хранить так, чтобы не поцарапать антипригарный слой — держать отдельно от других предметов или использовать защитные разделители.
Посуду с тефлоновым покрытием нельзя перегревать, в частности, не надо оставлять её пустую на огне.
Одежда В производстве современной высокотехнологичной одежды применяются мембранные материалы на основе экспандированного политетрафторэтилена.
Другие изделия
Изделия, в производстве которых используется тефлон:
обогревательные лампы; переносные обогревательные приборы (электрогрелки); пластины утюгов; покрытия гладильных досок; конфорки плит; противни; электрогрили; приборы для изготовления попкорна; кофейники; скалки (с противоналипающим покрытием); машины для выпечки хлеба; поддоны под вертел или решётку; формочки для мороженого; унитазы c тефлоновым покрытием; ножки для компьютерных мышей;
кипятильники; штопоры; поверхности кухонных плит; кухонная утварь; кастрюли и сковороды для жарки; воки (китайские кастрюли для жарки овощей и мяса); формы для выпекания; пресс для горячих бутербродов; вафельницы; оптические криостаты; бритвенные лезвия; внутренние покрытия стволов танков; лабораторная посуда для работы с особо агрессивными химическими веществами электроракетные двигатели. лакокрасочные материалы уплотнения шарнирно-сочленённых механизмов (шарниров)
Опасность политетрафторэтилена
Воздействие на здоровье человека