Mity i ciekawe fakty o teflonie

Mimo uporczywych zapewnień, teflon nie powstał jako produkt uboczny programu kosmicznego. „Teflon” to znak towarowy politetrafluoroetylenu (PTFE) lub żywicy fluoropolimerowej. Teflon został odkryty całkowicie przypadkowo przez dr. Roya Plunketta w 1938 roku. Do sprzedaży komercyjnej trafił w 1946 roku.

Politetrafluoroetylen, znany również jako fluoroplast-4, to polimer tetrafluoroetylenu (PTFE), tworzywo sztuczne o wyjątkowych właściwościach fizycznych i chemicznych, szeroko stosowane w technice i w życiu codziennym.

Słowo „Teflon” jest zarejestrowanym znakiem towarowym amerykańskiej firmy chemicznej Chemours, będącej spin-offem korporacji DuPont.

W kwietniu 1938 roku 27-letni chemik Roy Plunkett z firmy „Kinetic Chemicals” eksperymentował z gazami należącymi do grupy czynników chłodniczych (takich jak freon) i odkrył, że pozostawiony w niskiej temperaturze próbka przekształciła się w woskowatą, białą substancję stałą o niezwykłych właściwościach. Materiał ten nie tylko miał wyjątkowo śliską powierzchnię, ale także okazał się niezwykle odporny na działanie prawie wszystkich chemikaliów i rozpuszczalników, w tym silnie żrących kwasów.

W 1941 roku firma Kinetic Chemicals otrzymała patent na teflon, a w 1949 roku stała się oddziałem amerykańskiej firmy „DuPont”. Szybko znaleziono praktyczne zastosowanie dla nowego odkrycia: najpierw w „Projekcie Manhattan” (kryptonim programu tworzenia broni jądrowej w latach 1942–1946), a następnie w naczyniach kuchennych.

Do dziś nikt nie był w stanie wskazać źródła pochodzenia mitu o „kosmonautyce” — poza tym, że program kosmiczny „Apollo” w dużej mierze zależał od teflonu, który był używany do izolacji kabli.

Innym mitem związanym z teflonem jest przekonanie, że pociski z powłoką teflonową znacznie lepiej przebijają kamizelki kuloodporne niż jakiekolwiek inne. W rzeczywistości zadaniem powłoki teflonowej jest zmniejszenie zużycia wewnętrznej powierzchni lufy broni, co nie ma nic wspólnego z skutecznością samego pocisku.

Teflon rzeczywiście ma minimalny współczynnik tarcia w porównaniu z innymi znanymi materiałami stałymi — dlatego tak dobrze sprawdza się jako powłoka antyadhezyjna do patelni kuchennych.

Ale jeśli teflon jest tak śliski, jak zmusza się go do przylegania do patelni? Proces wymaga wstępnej obróbki strumieniowo-ściernej, w wyniku której na powierzchni patelni powstaje wiele drobnych rys, na które cienką warstwą rozpyla się płynny teflon. Wszystko to jest suszone w wysokiej temperaturze, teflon twardnieje i mocno się wiąże. Następnie pokrywa się go specjalnym uszczelniaczem i poddaje ponownej obróbce termicznej.

Poniżej szczegółowo omówimy, w jakich dziedzinach działalności człowieka stosuje się teflon i jak bardzo jest on bezpieczny dla naszego zdrowia.

Gdzie jeszcze stosuje się teflon?

Teflon to biała, w cienkiej warstwie przeźroczysta substancja, przypominająca wyglądem parafinę lub polietylen. Charakteryzuje się wysoką odpornością na ciepło i mróz, pozostaje elastyczny w temperaturach od −70 do +270 °C, jest doskonałym materiałem izolacyjnym. Teflon ma bardzo niskie napięcie powierzchniowe i adhezję, nie zwilża się ani wodą, ani tłuszczami, ani większością rozpuszczalników organicznych.

Fluoroplast to miękki i płynny materiał, dlatego ma ograniczone zastosowanie w konstrukcjach obciążonych. Ma bardzo niską adhezję (przylepność). Firma DuPont podaje temperaturę początku topnienia dla różnych rodzajów teflonu od 260 °C do 327 °C.

Teflon jest stosowany w przemyśle chemicznym, elektrotechnicznym i spożywczym, do produkcji odzieży membranowej, w medycynie, w pojazdach, w celach wojskowych, głównie jako powłoki. Największą popularność fluoropolimery zyskały dzięki szerokiemu zastosowaniu w produkcji naczyń z powłoką antyadhezyjną. Przyjrzyjmy się więc głównym obszarom zastosowania tej unikalnej substancji.

1. Przemysł spożywczy i gospodarstwo domowe

Dzięki niskiej adhezji, niezwilżalności i odporności na ciepło, teflon w postaci powłoki antyadhezyjnej jest szeroko stosowany do produkcji form wytłaczanych i form do pieczenia, a także patelni i garnków.

Teflon jest również używany w produkcji innych urządzeń domowych. Powłokę teflonową w postaci bardzo cienkiej folii nakłada się na ostrza maszynek do golenia, co znacznie wydłuża ich żywotność i ułatwia golenie.

Pielęgnacja naczyń z powłoką teflonową

Powłoka teflonowa nie jest zbyt wytrzymała, dlatego podczas gotowania w takich naczyniach należy używać tylko miękkich — drewnianych, plastikowych lub pokrytych warstwą plastiku — przyborów (łopatek, chochli itp.). Naczynia z powłoką teflonową należy myć w ciepłej wodzie miękką gąbką, z dodatkiem płynnego detergentu, bez użycia ściernych gąbek lub past czyszczących, a także unikać ich przegrzania do 415 °C i smażenia na dużym ogniu.

Ciekawa historia marki Tefal

W 1954 roku francuski inżynier Marc Grégoire odkrył metodę nakładania politetrafluoroetylenu (teflonu) na aluminium. W ten sposób wynaleziono pierwszą patelnię z powłoką antyadhezyjną. Dwa lata później, w 1956 roku w Sarcelles (Francja) założono firmę Tefal.

Pod koniec 1956 roku nowa produkcja wypuszczała 100 patelni dziennie. Wynalazek sprzedawano pod hasłem „Patelnia TEFAL — pierwsza patelnia, która naprawdę nie przypala”. Do 1961 roku popyt na patelnie Tefal osiągnął 1 milion sztuk miesięcznie.

W 1968 roku Tefal stał się wiodącym producentem naczyń we Francji, osiągając sprzedaż na poziomie 49 milionów franków. W tym samym roku francuska grupa firm produkujących sprzęt gospodarstwa domowego Groupe SEB zawarła umowę o przejęciu Tefal. W ciągu swojej historii firma SEB poszerzała asortyment produktów marki Tefal o nowe technologie i urządzenia domowe.

W 2009 roku Tefal wyprodukował miliardową patelnię.

2. Przemysł i technika

W różnych branżach przemysłowych włókna wytworzone z politetrafluoroetylenu (teflonu) znalazły szerokie zastosowanie jako wysokotemperaturowe filtry workowe, różnego rodzaju uszczelki odporne na wysokie temperatury, nici do tkanin tekstylnych, a także w wyposażeniu samochodowym, filtrach przemysłowych ogólnego przeznaczenia, elementach zaworów odcinających i regulacyjnych, mieszadłach i pompach, urządzeniach do filtracji i separacji.

W lotnictwie, na przykład, z teflonu wytwarza się elastyczne rurociągi metalowo-plastikowe układów hydraulicznych, pracujące pod wysokim ciśnieniem (ponad 200 kg/cm²) i w wysokiej temperaturze cieczy roboczej.

Z fluoroplastu marki F-4 można wytwarzać: kolumny rektyfikacyjne, pompy, rury, zawory, syfony, płytki okładzinowe, uszczelnienia. Jako dielektryk, politetrafluoroetylen z powodzeniem stosuje się w technice wysokich i ultra wysokich częstotliwości. Walcowana folia fluoroplastowa jest używana do produkcji wysokiej jakości kabli, przewodów, kondensatorów, do izolacji cewek, rowków maszyn elektrycznych. Jako materiał konstrukcyjny politetrafluoroetylen stosuje się do wytwarzania różnych części maszyn. Szczególnie szerokie zastosowanie teflon znajduje przy produkcji łożysk pracujących bez smaru, z ograniczoną ilością smaru i w obecności środowiska korozyjnego.

Dzięki chemicznej obojętności, hydrofobowości (kąt zwilżania 108±2°), oleofobowości i płynności, teflon znalazł szerokie zastosowanie do uszczelniania połączeń gwintowanych i kołnierzowych (taśma FUM lub taśma teflonowa).

Dzięki swoim cechom jakościowym, samoprzylepne taśmy teflonowe cieszą się dużą popularnością i są często stosowane w przemyśle tekstylnym i spożywczym, a także w codziennej działalności człowieka. Mogą to być: taśma teflonowa, taśma teflonowa do pakowarki próżniowej, tkanina szklana z powłoką teflonową, taśma teflonowa do zgrzewarki, samoprzylepna taśma teflonowa i inne.

Materiał smarny

Fluoroplast-4 (teflon) to doskonały materiał antypoślizgowy o współczynniku tarcia ślizgowego, najmniejszym ze znanych dostępnych materiałów konstrukcyjnych (nawet mniejszym niż u topniejącego lodu). Ze względu na miękkość i płynność, pełne łożyska ślizgowe z fluoroplastu stosuje się rzadko. W wysoko obciążonych węzłach stosuje się metalowo-fluoroplastowe wkładki łożyskowe i metalowo-fluoroplastowe taśmy podporowe. Taki element ślizgowy wytrzymuje dziesiątki kilogramów na milimetr kwadratowy i składa się z metalowej podstawy, na którą naniesiono powłokę teflonową.

Teflon jest również używany jako dodatek antypoślizgowy (stały materiał smarny), poprawiający właściwości ślizgowe podstawowych polimerów, na przykład polieteroetherketonu (ang. PEEK) lub polifenylenosulfidu (ang. PPS), aby uzyskać kompozycję „łożyskową” o wysokiej wytrzymałości, odporności na zużycie, odporności na pełzanie i dobrymi właściwościami antypoślizgowymi.

Znane są materiały smarne z wprowadzonym do ich składu drobnoziarnistym fluoroplastem. Charakteryzują się tym, że wypełniacz, osadzając się na trących się powierzchniach metalowych, pozwala w niektórych przypadkach na pewien czas pracować mechanizmom z całkowicie uszkodzonym systemem smarowania, tylko dzięki właściwościom antypoślizgowym teflonu.

Elektronika

Teflon jest szeroko stosowany w technice wysokich częstotliwości, ponieważ, w przeciwieństwie do podobnych pod względem właściwości polietylenu lub polipropylenu, ma bardzo słabo zmieniającą się wraz z temperaturą stałą dielektryczną, wysokie napięcie przebicia, a także ekstremalnie niskie straty dielektryczne. Te właściwości, wraz z odpornością na ciepło, powodują jego szerokie zastosowanie jako izolacji przewodów, zwłaszcza wysokonapięciowych, różnych elementów elektrotechnicznych, a także przy produkcji wysokiej jakości kondensatorów i płytek drukowanych.

W elektronice specjalnego przeznaczenia szeroko stosuje się przewody z izolacją z fluoroplastu, odporne na agresywne środowiska i wysoką temperaturę — przewody marki MGTF, MS i kilka innych. Przewód w izolacji teflonowej nie może zostać przepalony lutownicą. Wadą fluoroplastu jest jednak wysoka płynność na zimno: jeśli przewód w izolacji teflonowej pozostanie pod obciążeniem mechanicznym (na przykład, jeśli postawi się na nim mebel), przewód po pewnym czasie może zostać odsłonięty.

3. Medycyna

Dzięki biokompatybilności z organizmem człowieka, teflon z powodzeniem stosuje się do produkcji implantów dla chirurgii sercowo-naczyniowej, ogólnej chirurgii, stomatologii i okulistyki. Politetrafluoroetylen uważany jest za najbardziej odpowiedni materiał do produkcji sztucznych naczyń krwionośnych i rozruszników serca.

W stomatologii nieresorbowalne membrany z teflonu, wzmocnione ramą tytanową lub bez niej, stosuje się w technikach ukierunkowanej regeneracji kości (NKR). Istnieje również materiał szewny z PTFE.

W 2011 roku teflon po raz pierwszy zastosowano do plastyki uszkodzonej przegrody nosowej i ścian zatok przynosowych zamiast siatek tytanowych. Po 12–15 miesiącach implant całkowicie się rozpuszcza i zostaje zastąpiony własną tkanką pacjenta.

4. Odzież

W produkcji nowoczesnej odzieży wysokotechnologicznej stosuje się materiały membranowe na bazie ekspandowanego politetrafluoroetylenu.

Poprzez fizyczną deformację teflonu uzyskuje się cienką, porowatą folię, którą nakłada się na tkaniny i wykorzystuje do szycia odzieży. Materiały membranowe, w zależności od sposobu produkcji, mogą posiadać zarówno właściwości wiatroszczelne, jak i wodoodporne, przy czym kontrolowany rozmiar porów membrany z politetrafluoroetylenu pozwala materiałowi skutecznie odprowadzać parę wodną z ciała człowieka.

Istnieje materiał membranowy z teflonu na bazie tkaniny, który przepuszcza powietrze, ale nie przepuszcza wiatru.

Teflon jest również używany do produkcji dywanów, parasoli, płaszczy, kurtek, piłek i wielu innych przedmiotów.

5. Inne produkty, w których stosuje się teflon

• lampy grzewcze
• przenośne urządzenia grzewcze (termofory elektryczne)
• płyty żelazek
• powłoki desek do prasowania
• płyty kuchenek
• blachy do pieczenia
• grille elektryczne
• urządzenia do produkcji popcornu
• dzbanki do kawy
• wałki do ciasta (z powłoką zapobiegającą przywieraniu)
• maszyny do pieczenia chleba
• podstawki pod rożen lub ruszt
• foremki do lodów
• toalety z powłoką teflonową
• grzałki
• korkociągi
• powierzchnie płyt kuchennych
• naczynia kuchenne
• garnki i patelnie do smażenia
• woki (chińskie garnki do smażenia warzyw i mięsa)
• formy do pieczenia
• prasy do gorących kanapek
• gofrownice
• kriostaty optyczne
• ostrza do golenia
• wewnętrzne powłoki luf czołgów
• silniki elektrorakietowe
• uszczelnienia mechanizmów przegubowych (zawiasów)
• materiały lakiernicze

Jak teflon wpływa na organizm człowieka

Potencjalny negatywny wpływ politetrafluoroetylenu na zdrowie człowieka od wielu lat jest przedmiotem kontrowersji. Sam polimer jest bardzo stabilny i obojętny w normalnych warunkach. Politetrafluoroetylen nie reaguje z żywnością, wodą ani środkami chemicznymi stosowanymi w gospodarstwie domowym.

Po dostaniu się do organizmu politetrafluoroetylen jest nieszkodliwy. Światowa Organizacja Zdrowia zwróciła się do Międzynarodowej Agencji Badań nad Rakiem z prośbą o przeprowadzenie eksperymentu na szczurach. Eksperyment wykazał, że spożycie politetrafluoroetylenu w ilości do 25% diety nie ma żadnego wpływu. Badanie to przeprowadzono w latach 60. i powtórzono w latach 80. na populacji szczurów, które codziennie spożywały PTFE w ilości odpowiadającej 25% całkowitej diety.

Badania francuskich ekspertów, opublikowane w czasopiśmie „60 Millions de Consommateurs”, potwierdzają bezpieczeństwo powłok antyadhezyjnych. Francuski magazyn donosi, że testy wykazały całkowite bezpieczeństwo patelni. Wszystkie próbki pomyślnie przeszły test po tysiąckrotnym przetarciu powierzchni materiałem ściernym w dwóch cyklach.

Teflon jest głównie niebezpieczny biologicznie w dwóch przypadkach: podczas produkcji oraz przy przegrzaniu gotowego polimeru (w temperaturze powyżej 200 °C).

Podczas przegrzewania fluoroplastu dochodzi do termicznego rozkładu z wydzielaniem toksycznych substancji.

Zanieczyszczenia produkcyjne

Głównym źródłem ryzyka biologicznego podczas produkcji fluoropolimerów jest kwas perfluorooktanowy (PFOA, w języku angielskim — PFOA), znany pod nazwą „C8”. Związek ten był stosowany w produkcji teflonu w USA od lat 50. XX wieku. Pierwsze informacje o wpływie na zdrowie pochodzą z zakładów 3M i DuPont z lat 60. W latach 80. do badania efektów biologicznych dołączyły grupy naukowe. Pod koniec lat 90. organy nadzorcze w USA zwróciły uwagę na problem, co doprowadziło do uznania niebezpieczeństwa substancji i ustalenia dopuszczalnych stężeń. Procesy technologiczne na terenie USA zostały zmienione w celu całkowitego wyeliminowania C8. Rozpoczęto szeroko zakrojone kampanie kontroli stężeń PFOA i wyjaśnienia jego wpływu na zdrowie człowieka.

Ciekawy fakt

Firma DuPont otrzymała roszczenia sądowe (o czym nakręcono film „Ciemne wody”, 2019) na setki milionów dolarów od pracowników tej firmy i mieszkańców okolicznych terenów w związku z szkodami zdrowotnymi i ukrywaniem zagrożeń związanych z produkcją. Przez wiele lat korporacyjny prawnik Robert Bilott, który odkrył związek między serią tajemniczych zgonów i dużą liczbą chorób w małym miasteczku a firmą chemiczną DuPont, toczył spór z producentem w sprawie zanieczyszczenia wód w okolicach Parkersburga substancją PFOA, której normy w tamtym czasie nie były regulowane prawnie.

W 2006 roku firma DuPont, będąca wówczas jedynym producentem PFOA w USA, zgodziła się usunąć pozostałości reagentu ze swoich zakładów do 2015 roku. Według oficjalnych informacji firmy, od stycznia 2012 roku DuPont nie używa PFOA w produkcji naczyń i form do pieczenia.

Niezależne badania europejskie wykazały, że powłoki antyadhezyjne nie zawierają PFOA w ilościach przekraczających dopuszczalne bezpieczne limity. Chińska Akademia Kontroli Jakości, Inspekcji i Kwarantanny (GAQSIQ) oraz Duński Instytut Technologiczny potwierdzają, że nie stwierdzono wpływu PFOA stosowanej w produkcji naczyń.

Termiczny rozkład teflonu

Ogólnie oznaki rozkładu (pirolizy) teflonu pojawiają się już w temperaturze 200 °C. Proces ten przebiega stosunkowo powoli do temperatury 420 °C. Jednak w temperaturze powyżej 380 °C powstaje perfluorizobutylen (skrajnie toksyczny gaz, około 10 razy bardziej toksyczny niż fosgen) oraz inne produkty pirolizy.

Eksperymenty pokazują, że produkty termicznego rozkładu teflonu w temperaturze powyżej 350 °C powodują objawy zatrucia, przypominające gorączkę odlewniczą — obserwuje się symptomy, które nazwano „gorączką teflonową”.

Więcej na temat takich eksperymentów oraz potencjalnych zagrożeń związanych z przegrzewaniem teflonu można zobaczyć w filmie na końcu tego artykułu.

Wniosek

Ponieważ masowe wydzielanie toksycznych substancji przez teflon zaczyna się w temperaturach powyżej 450 °C, naczynia z powłokami antyadhezyjnymi uważa się za bezpieczne, ponieważ w normalnych warunkach użytkowania osiągnięcie takich temperatur jest niemożliwe.

Należy pamiętać, że producenci uważają za normę tylko podgrzewanie z wodą lub olejem na patelni. Woda zapobiega przegrzaniu teflonu, a jej całkowite odparowanie sygnalizuje znaczące nagrzanie naczynia, które nie jest już widoczne i może stać się krytyczne. Oleje spożywcze rozkładają się w temperaturach do 200 °C z wydzielaniem dymu, co ułatwia identyfikację przegrzania.

Podgrzewanie suchej patelni na kuchence uważa się za nieprawidłowe, a w takim przypadku temperatury pirolizy teflonu są łatwo osiągalne. Aby ułatwić użytkowanie, niektóre modele patelni teflonowych są wyposażone w wbudowane wizualne wskaźniki temperatury.

Podsumowując, używaj naczyń teflonowych prawidłowo!

Zagrożenie produktów rozkładu teflonu dla ptaków

Specyficzna budowa układu oddechowego ptaków sprawia, że są one wyjątkowo wrażliwe na toksyczne substancje obecne w środowisku. Ustalono, że nawet minimalna ilość kwasu perfluorooktanowego, dostając się z wdychanym powietrzem do organizmu ptaka, uszkadza jego układ oddechowy, prowadząc do śmierci w ciągu kilku minut do kilkudziesięciu godzin.

Małe ptaki są bardziej wrażliwe na toksyczne substancje — wystarczy kilka sekund wdychania oparów teflonu, aby w ciągu następnych 24 godzin doszło do ich śmierci. Istnieje wiele doniesień o śmierci domowych ptaków (na przykład papug) z powodu oparów z przegrzanych patelni teflonowych pozostawionych bez nadzoru.

Ciekawe fakty o teflonie

Czy patelnie teflonowe są niebezpieczne?