テフロンに関する誤解と興味深い事実

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根強い誤解にもかかわらず、テフロンは宇宙開発プログラムの副産物として誕生したわけではありません。 『テフロン』は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)またはフッ素ポリマー樹脂の商標です。テフロンは、1938年にロイ・プランケット博士によって偶然発見されました。商業販売は1946年に開始されました。

ポリテトラフルオロエチレン、またはフッ素樹脂-4として知られる『Teflon』は、テトラフルオロエチレン(PTFE)のポリマーであり、珍しい物理的および化学的特性を持ち、工業や家庭で広く使用されているプラスチックです。

『テフロン』という言葉は、米国化学会社Chemoursの登録商標であり、同社はDuPontのスピンオフ企業です。

1938年4月、27歳の化学者ロイ・プランケットは、Kinetic Chemicals社で冷媒ガス(フロンなど)を用いた実験を行っていました。彼は、冷却下に置かれたサンプルが一晩で蝋のような白っぽい固体へと変化し、興味深い特性を持っていることを発見しました。その素材は非常に滑りやすい表面を持ち、強力な酸を含むほとんどの化学薬品や溶剤に対して驚異的な耐性を示しました。

1941年、Kinetic Chemicals社はテフロンの特許を取得し、1949年には同社が米国の『デュポン』(DuPont)の子会社となりました。この新素材はすぐに実用化され、『マンハッタン計画』(1942年から1946年の核兵器開発プログラム)に使用された後、調理器具にも応用されました。

宇宙開発の副産物という誤解の出所は誰も特定できていません。しかし、『アポロ計画』がテフロンに大きく依存していたことは事実であり、特にケーブルの絶縁材として広く使用されました。

テフロン上の水滴

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テフロンに関するもう一つの誤解は、テフロンコーティングされた弾丸が防弾チョッキを貫通しやすいというものです。しかし、実際にはテフロンコーティングの目的は、銃身の摩耗を軽減することであり、弾丸の貫通力とは関係がありません。

テフロンは、他の既知の固体材料と比べて摩擦係数が最も低いものの一つであり、そのため調理用フライパンのノンスティックコーティングとして非常に効果的です。

しかし、非常に滑りやすいテフロンがどのようにフライパンに密着するのでしょうか?このプロセスには、まずフライパンの表面をサンドブラスト処理し、微細な傷を作る工程が含まれます。その後、液状テフロンを薄くスプレーし、高温で乾燥させます。固化したテフロンは表面に強固に密着し、さらに特殊なシーリング処理を施した後、再び熱処理が行われます。

次に、テフロンの用途と健康への影響について詳しく見ていきましょう。

テフロン製のフライパン

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テフロンのその他の用途

テフロンは、白色で薄い層では透明な物質であり、見た目はパラフィンやポリエチレンに似ています。耐熱性・耐寒性に優れ、-70℃から+270℃の範囲で柔軟性と弾力性を保持し、優れた絶縁材料として機能します。テフロンは表面張力と付着性が非常に低く、水や油、ほとんどの有機溶剤を弾きます。

フッ素樹脂は柔らかく流動性のある素材であり、高負荷がかかる構造には使用が制限されます。また、非常に低い付着性(粘着性)を持ちます。デュポン社によると、テフロンの融点はタイプによって260℃から327℃の範囲にあります。

テフロンは化学産業、電気技術、食品業界、防水衣類の製造、医療、自動車、軍事分野で主にコーティング材料として使用されます。特に、ノンスティック加工の調理器具に広く使われることで最も有名です。それでは、このユニークな素材の主要な用途について詳しく見ていきましょう。

 

1. 食品産業と日常生活

低い付着性、非浸透性、耐熱性のおかげで、テフロンはノンスティックコーティングとして広く使用されており、押出成形型やベーキング型、さらにはフライパンや鍋の製造に活用されています。

また、テフロンは他の家庭用電化製品の製造にも使用されます。例えば、カミソリの刃に極薄のテフロンコーティングを施すことで、刃の寿命が大幅に延び、剃り心地が向上します。

 

テフロン加工の調理器具の手入れ

テフロンコーティングは非常に耐久性があるわけではないため、調理の際には木製、プラスチック製、またはプラスチックコーティングされた器具(ヘラ、おたまなど)を使用する必要があります。テフロン加工の調理器具は、研磨剤入りのスポンジやクリーナーを使用せず、液体洗剤を加えたぬるま湯で柔らかいスポンジを使って洗うべきです。また、415℃以上に加熱したり、強火での調理を避けることが推奨されます。

 

興味深いTefalブランドの歴史

1954年、フランスのエンジニア、マーク・グレゴワールは、アルミニウムにポリテトラフルオロエチレン(テフロン)をコーティングする方法を発見しました。これにより世界初のノンスティックフライパンが誕生しました。そして2年後の1956年、フランスのサルセルにTefal社が設立されました。

1956年末には、新しい生産ラインで1日100個のフライパンが製造されました。この革新的な商品は、「Tefalのフライパン — 本当に焦げ付かない最初のフライパン」というスローガンで販売されました。そして1961年までにTefalのフライパンの需要は月間100万個に達しました

1968年には、Tefalはフランスの調理器具市場でトップ企業となり、売上は4900万フランに達しました。同年、フランスの家庭用電化製品メーカーGroupe SEBがTefalの買収契約を結びました。その後、SEBはTefalブランドの製品ラインを拡大し、新技術を活用した家庭用機器を開発しました。

2009年には、Tefalは10億個目のフライパンを生産しました

スーパーマーケットのTefal製品

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2. 産業と技術

さまざまな産業分野で、ポリテトラフルオロエチレン(テフロン)製の繊維は、高温対応のバッグフィルター、耐熱ガスケット、繊維用の糸、自動車部品、一般的な産業用フィルター、バルブのシール材、攪拌装置やポンプ、ろ過・分離装置などに広く使用されています。

航空業界では、例えば、テフロンを使用した金属プラスチック製の柔軟な流体配管が高圧(200 kgf/cm²以上)および高温環境下での油圧システムに利用されています。

フッ素樹脂のF-4グレードは、蒸留塔、ポンプ、パイプ、バルブ、ベローズ、ライニングタイル、パッキンの製造に使用できます。また、誘電体として、ポリテトラフルオロエチレンは高周波および超高周波技術において成功を収めています。圧延フッ素樹脂フィルムは、高品質のケーブル、ワイヤー、コンデンサー、電気コイル、電動機のスロットの絶縁に使用されます。さらに、構造材料として、さまざまな機械部品の製造にも利用され、特に潤滑剤を必要としない、または腐食性環境下で使用されるベアリングに広く適用されています。

化学的に不活性であり、疎水性(接触角108±2°)、撥油性、流動性を持つため、テフロンはネジやフランジのシール用途に広く利用されています(シールテープやテフロンテープとして知られる)。

優れた特性を持つテフロン製の自己粘着テープは、繊維産業や食品産業をはじめ、日常生活でも広く使用されています。例えば、テフロンテープ、真空包装機用テフロンテープ、テフロンコーティングされたガラス繊維テープ、シール機用テフロンテープ、自己粘着型テフロンテープなどがあります。

 

潤滑剤としての使用

フッ素樹脂-4(テフロン)は、既存のエンジニアリング材料の中で最も低い摩擦係数を持つ優れた耐摩耗材料です(溶けた氷よりも摩擦が少ない)。ただし、テフロンは柔らかく流動性が高いため、一体型の摺動ベアリングとして使用されることは稀です。高負荷部品には、金属とフッ素樹脂を組み合わせたベアリングインサートやサポートストリップが使用されます。これらの滑り要素は、1平方ミリメートルあたり数十キログラムの圧力に耐え、金属ベースにテフロンコーティングが施された構造を持ちます。

また、テフロンは、摩擦特性を向上させる添加剤として使用されることもあり、例えば、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)やポリフェニレンサルファイド(PPS)といったベースポリマーに添加され、「ベアリング用」コンポジットを形成します。このコンポジットは、高強度、耐摩耗性、耐クリープ性、優れた摩擦特性を備えています。

さらに、微粒子状フッ素樹脂を含む潤滑剤も開発されており、これらの潤滑剤は摩擦する金属表面に定着し、潤滑システムが完全に故障した場合でも、一時的に機構を維持できる特性を持ちます。

 

エレクトロニクス

テフロンは、高周波技術に広く使用されています。これは、ポリエチレンやポリプロピレンなどの類似材料と異なり、温度変化に対する誘電率の変化が非常に少なく、高い絶縁破壊電圧を持ち、極めて低い誘電損失を示すためです。これらの特性と耐熱性により、特に高電圧ケーブルの絶縁材、各種電気部品、高品質のコンデンサー、プリント基板の製造に広く使用されています。

特殊用途の電子技術では、フッ素樹脂絶縁の配線が広く使用されています。これは、過酷な環境や高温に耐える性質を持ち、例えばMGTФ、MCなどのワイヤーが含まれます。テフロン絶縁のワイヤーは、はんだごてで溶かすことができません。しかし、フッ素樹脂の欠点の一つは、高いコールドフロー性(低温流動性)です。例えば、家具の脚を長時間テフロン絶縁のワイヤーに載せておくと、ワイヤーが露出することがあります。

フッ素樹脂シーリングテープ

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ロール状のテフロン自己粘着テープ

テフロン自己粘着テープ | adobe.com

PTFEコーティングされたガラス繊維と自己粘着層

PTFEコーティングされたガラス繊維と自己粘着層 | depositphotos.com

 

3. 医療

テフロンは人体との生体適合性が高いため、心血管外科、一般外科、歯科、眼科のインプラント製造に成功裏に使用されています。ポリテトラフルオロエチレンは、人工血管やペースメーカーの製造に最適な材料の一つと考えられています。

歯科では、チタンフレームで強化されたものや、そうでないテフロン製の吸収されない膜が、指向性骨再生(GBR)技術で使用されます。また、PTFE製の縫合糸も存在します。

2011年には、鼻中隔や副鼻腔壁の損傷修復のために、初めてテフロンがチタンメッシュの代わりに使用されました。12〜15ヶ月後には、インプラントが完全に吸収され、患者自身の組織に置き換わります。

 

4. 衣類

最新の高機能衣類の製造では、膨張ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)を基にした膜素材が使用されています。

テフロンを物理的に変形させることで微細な多孔質フィルムが作られ、これを生地にコーティングすることで衣類の製造に活用されます。膜素材は製造方法によって、防風性や防水性を持つことができます。また、ポリテトラフルオロエチレン膜の孔のサイズが適切に制御されているため、人体の水蒸気を効果的に排出することができます。

テフロン膜を生地に加工した通気性のある素材は、風を通さずに空気を循環させる特性を持っています。

また、テフロンはカーペット、傘、レインコート、ジャケット、ボールなど、さまざまな製品の製造にも使用されています。

 

5. テフロンを使用したその他の製品

  • ヒーターランプ
  • 携帯用ヒーター(電気毛布など)
  • アイロンプレート
  • アイロン台のカバー
  • 調理用コンロのバーナー
  • オーブンの天板
  • 電気グリル
  • ポップコーンメーカー
  • コーヒーメーカー
  • ノンスティック加工されためん棒
  • ホームベーカリー
  • ロティサリー用トレイやグリルプレート
  • アイスクリーム型
  • テフロン加工されたトイレ
  • 電気湯沸かし器
  • コルク抜き
  • キッチンコンロの表面
  • 調理器具
  • フライパンや鍋
  • 中華鍋(野菜や肉の炒め物用)
  • ベーキングトレイ
  • ホットサンドメーカー
  • ワッフルメーカー
  • 光学クライオスタット
  • カミソリの刃
  • 戦車砲の内面コーティング
  • 電気推進ロケットエンジン
  • ヒンジシール(可動部のシール)
  • 塗料およびコーティング材

 

テフロンが人体に与える影響

ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の健康への潜在的な悪影響については、長年にわたり議論が続いています。しかし、このポリマー自体は通常の条件下で非常に安定であり、不活性です。ポリテトラフルオロエチレンは食品、水、家庭用洗剤と反応しません。

体内に取り込まれたポリテトラフルオロエチレンは無害です。世界保健機関(WHO)は、国際がん研究機関(IARC)に依頼し、ラットを使った試験を行いました。この試験では、摂取食品の25%までがポリテトラフルオロエチレンであっても、健康に影響を及ぼさないことが示されました。この研究は1960年代と1980年代に繰り返され、毎日PTFEを総摂取量の25%相当摂取したラットを対象に行われました。

フランスの専門家が雑誌『60 Millions de Consomateurs』に発表した実験では、13種類のフライパンのラボテストが行われ、ノンスティックコーティングの安全性が確認されました。フランスの雑誌によると、試験の結果、フライパンは完全に安全であることが証明されました。すべてのサンプルは、2回のテストサイクルで数千回の研磨試験に耐え、問題がないことが確認されました。

テフロンは主に2つのケースで生物学的に危険となる可能性があります。1つは製造時、もう1つはポリマーが過熱された場合(200℃以上)です。

フッ素樹脂が過熱されると、熱分解が起こり、有毒な物質が放出される可能性があります。

テフロン製フライパンで焼かれた目玉焼き

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製造による汚染

フッ素ポリマーの製造における生物学的リスクの主な要因は、ペルフルオロオクタン酸(PFOA、英語では C8 とも呼ばれる)です。この化合物は1950年代から米国でテフロンの製造に使用されていました。3M社とDuPont社の工場で、1960年代に健康への影響に関する最初の報告が出されました。1980年代には、科学者がこの物質の生物学的影響についての研究を開始しました。1990年代後半、米国の規制機関がこの問題に注目し、その結果、PFOAの危険性が認められ、許容濃度が規制されるようになりました。米国の製造プロセスはPFOAの完全な排除を目的に変更され、大規模な濃度監視と健康への影響評価が行われました。

興味深い事実

DuPont社は、健康被害と製造の危険性の隠蔽に関する訴訟を受け(2019年公開の映画『ダーク・ウォーターズ』で描かれた)、従業員や周辺住民から数億ドル規模の賠償請求を受けました。企業弁護士ロバート・ビロット(Robert Bilott)は、多くの謎めいた死と病気が、ウェストバージニア州パーカーズバーグ周辺の水質汚染とDuPont社に関連していることを明らかにし、長年にわたり裁判で争いました。

2006年、当時PFOAを製造していた唯一の米国企業であったDuPont社は、2015年までに工場からPFOAを完全に排除することに合意しました。公式発表によれば、2012年1月以降、DuPont社は調理器具やベーキング型の製造にPFOAを使用していません。

独立した欧州の研究では、ノンスティックコーティングには許容安全範囲を超えるPFOAが含まれていないことが確認されています。中国国家品質監督検査検疫総局(GAQSIQ)およびデンマーク技術研究所は、調理器具の製造に使用されるPFOAが人体に影響を及ぼすレベルではないことを確認しています。

 

テフロンの熱分解

一般的に、テフロンの分解(熱分解)の兆候は200℃で現れ始めます。しかし、このプロセスは420℃に達するまで比較的ゆっくりと進行します。しかし、380℃を超えるとペルフルオロイソブチレン(非常に有毒なガスで、ホスゲンの約10倍の毒性)やその他の熱分解生成物が発生します。

実験によると、350℃を超える温度で加熱されたテフロンの熱分解生成物は、鋳造熱に似た中毒症状を引き起こし、「テフロン熱」と呼ばれる症状を呈することが確認されています。

このような実験の詳細や、テフロンの過熱による潜在的な危険性については、この記事の最後にある動画をご覧ください。

結論

有毒物質の大量発生は450℃を超えたときに始まるため、通常の使用では調理器具のノンスティックコーティングは安全とされています。

ただし、メーカーは、フライパン内で水または油を使用する加熱のみを正常範囲と考えています。水はテフロンの過熱を防ぎ、完全に蒸発すると、鍋の高温加熱を示す重要なシグナルとなります。一方で、食用油は200℃以下で分解し煙を発生させるため、過熱の目安として認識しやすいです。

空の鍋を直火で加熱することは異常な状態とされており、その場合、テフロンの分解温度に容易に達する可能性があります。 そのため、一部のテフロン製の調理器具には、温度を視覚的に示すインジケーターが搭載されているモデルもあります。

適切にテフロン製の調理器具を使用しましょう!

テフロン製フライパンで調理された野菜入り目玉焼き

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テフロン分解生成物の鳥への危険性

鳥類の呼吸器系の特異な構造により、環境中の有害物質に対して極めて敏感であることが知られています。研究によると、ごく微量のペルフルオロオクタン酸(PFOA)が吸入されるだけで、鳥の呼吸器系に深刻な損傷を与え、数分から数十時間以内に死亡する可能性があります。

特に小型の鳥は有害物質に対して非常に敏感であり、テフロンの蒸気を数秒間吸い込むだけで、24時間以内に死亡することが確認されています。実際に、テフロン製のフライパンが過熱され、監視されずに放置されたことにより、家庭のペットであるオウムなどの鳥が死亡したという報告が多数あります。

 

テフロンに関する興味深い情報

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テフロン製のフライパンは危険か?