Омани та цікаві факти про тефлон

Незважаючи на наполегливі запевнення в інше, тефлон з’явився не як побічний продукт космічної програми. «Тефлон» — торгова марка політетрафторетилену (ПТФЕ), або фторполімерної смоли. Тефлон був відкритий абсолютно випадково доктором Роєм Планкеттом у 1938 році. У комерційний продаж він надійшов у 1946 році.

Політетрафторетилен, або фторопласт-4, більш відомий під торговою маркою «Teflon» — це полімер тетрафторетилену (ПТФЕ), пластмаса, яка володіє рідкісними фізичними та хімічними властивостями та широко застосовується в техніці та побуті.

Слово «Тефлон» є зареєстрованим товарним знаком американської хімічної компанії Chemours, яка є спін-офф компанією корпорації DuPont.

У квітні 1938 року 27-річний учений-хімік Рой Планкетт із компанії «Кінетик Кемікалс» експериментуючи з газами, які належать до групи холодильних агентів (типу фреону), виявив, що залишений під впливом холоду зразок за одну ніч перетворився на воскоподібне тверде тіло білуватого кольору з досить цікавими властивостями. Мало того, що матеріал мав надзвичайно ковзку поверхню, він виявився вражаюче стійким до впливу майже всіх хімікатів та розчинників, включаючи сильно роз’їдні кислоти.

У 1941 році компанії Kinetic Chemicals був виданий патент на тефлон, а в 1949 році вона стала підрозділом американської компанії «Дюпон» (DuPont). Новому відкриттю швидко знайшли практичне застосування: спочатку в «Проєкті Манхеттен» (кодове найменування програми зі створення ядерної зброї у 1942–1946 роках), а потім для кухонного начиння.

Ніхто до теперішнього часу так і не зміг вказати джерело походження міфу про «космонавтику» — окрім, можливо, того, що космічна програма «Аполлон» багато в чому залежала від тефлону, який застосовувався для ізоляції кабелів.

До інших оман, пов’язаних із тефлоном, належить міф, нібито кулі з тефлоновим покриттям набагато краще пробивають бронежилети, ніж будь-які інші. Насправді завдання тефлонового покриття — зменшити знос внутрішньої поверхні ствола зброї, що не має ніякого відношення до ефективності самої кулі.

Тефлон дійсно має мінімальний коефіцієнт тертя порівняно з іншими відомими твердими матеріалами — саме тому він так добре працює як антипригарне покриття для кухонних сковорідок.

Але якщо тефлон такий ковзкий, як же його змушують прилипати до сковорідки? Процес вимагає попередньої піскоструминної обробки, в результаті чого на поверхні сковороди утворюється безліч дрібних подряпин, на які тонким шаром розпилюється рідкий тефлон. Все це сушиться під впливом високих температур, тефлон застигає і надійно схоплюється. Потім його покривають спеціальним герметиком і піддають повторній термообробці.

Далі ми детально розглянемо, у яких сферах людської діяльності застосовують тефлон і наскільки він є безпечним для нашого здоров’я.

Де ще застосовують тефлон?

Тефлон — це біла, у тонкому шарі прозора речовина, за виглядом нагадує парафін або поліетилен. Володіє високою тепло- та морозостійкістю, залишається гнучким та еластичним при температурах від −70 до +270 °C, чудовий ізоляційний матеріал. Тефлон має дуже низькі поверхневе натягнення та адгезію і не змочується ні водою, ні жирами, ні більшістю органічних розчинників.

Фторопласт — м’який і текучий матеріал, тому має обмежене застосування в навантажених конструкціях. Володіє дуже низькою адгезією (липкістю). Компанія Дюпон вказує температуру початку плавлення для різних типів тефлону від 260 °С до 327 °С.

Тефлон застосовують у хімічній, електротехнічній та харчовій промисловості, для виробництва мембранного одягу, у медицині, у транспортних засобах, у військових цілях, в основному як покриття. Найбільшу популярність фторполімери отримали завдяки широкому застосуванню у виробництві посуду з антипригарним покриттям. Отже, давайте розглянемо основні сфери застосування цієї унікальної речовини.

1. Харчова промисловість і побут

Завдяки низькій адгезії, незмочуваності та термостійкості тефлон у вигляді антипригарного покриття широко застосовується для виготовлення екструзійних форм та форм для випічки, а також сковорідок і каструль.

Тефлон також використовується у виробництві інших побутових приладів. Тефлонове покриття у вигляді тоненької плівки наносять на леза бритв, що значно продовжує термін їх служби та полегшує гоління.

Догляд за посудом з тефлоновим покриттям

Тефлонове покриття не має великої міцності, тому при приготуванні їжі в такій посуді слід використовувати лише м’які — дерев’яні, пластикові або покриті шаром пластику — приладдя (лопатки, половники тощо). Посуду з тефлоновим покриттям потрібно мити у теплій воді м’якою губкою, з додаванням рідкого мийного засобу, без використання абразивних губок або чистячих паст, а також уникати її перегріву до 415 °C та смаження на великому вогні.

Цікава історія бренду Tefal

У 1954 році французький інженер Марк Грегуар відкрив метод нанесення політетрафторетилену (тефлону) на алюміній. Таким чином була винайдена перша сковорідка з антипригарним покриттям. Через 2 роки, у 1956 році в Сарселі (Франція) була заснована компанія Tefal.

До кінця 1956 року нове виробництво випускало 100 сковорідок на день. Винахід продавався під гаслом «Сковорідка TEFAL — перша сковорідка, яка дійсно не пригоряє». До 1961 року попит на сковорідки Тефаль досяг 1 мільйона одиниць на місяць.

У 1968 році Tefal стала лідируючим виробником посуду у Франції з обсягом продажів у 49 мільйонів франків. І в цьому ж році французька група компаній з виробництва побутових приладів Groupe SEB укладає угоду про придбання Tefal. Протягом своєї історії компанія SEB розширювала асортимент продукції марки Tefal за рахунок нових технологій та приладів для дому.

У 2009 році Tefal випустила мільярдну сковорідку.

2. Промисловість і техніка

У різних галузях промисловості волокна, отримані з політетрафторетилену (тефлон), знайшли широке застосування в якості високотемпературних мішечних фільтрів, різних типів термостійких прокладок, ниток для текстильних тканин, а також у автомобільному оснащенні, промислових фільтрах загального призначення, елементах запірних та регулюючих клапанів, мішалок і насосів, обладнання для фільтрації та розділення.

У авіації, наприклад, з тефлону виготовляють гнучкі металопластикові трубопроводи гідросистем, які працюють під високим тиском (понад 200 кгс/см²) і з високою температурою робочої рідини.

З фторопласту марки Ф-4 можна виготовити: ректифікаційні колони, насоси, труби, клапани, сильфони, облицювальні плитки, сальникові набивки. Як діелектрик, політетрафторетилен успішно застосовується в техніці високих та ультрависоких частот. Прокатана фторопластова плівка використовується при виготовленні високоякісних кабелів, проводів, конденсаторів, для ізоляції котушок, пазів електричних машин. Як конструкційний матеріал політетрафторетилен застосовується при виготовленні різних деталей машин. Особливо широке застосування тефлон знаходить при виготовленні підшипників, які працюють без мастильного матеріалу, з обмеженою кількістю мастильного матеріалу та за наявності корозійного середовища.

Завдяки хімічній інертності, гідрофобності (контактний кут натікання 108±2°), олеофобності та текучості тефлон отримав широке поширення для ущільнення різьбових та фланцевих з’єднань (стрічка ФУМ або тефлонова стрічка).

Завдяки своїм якісним характеристикам тефлонові самоклеючі стрічки відрізняються великою популярністю і часто застосовуються у текстильній та харчовій промисловостях, а також у повсякденній діяльності людини. Це можуть бути: тефлоновий скотч, тефлонова стрічка для вакуумного упаковщика, склотканина з тефлоновим покриттям, тефлонова стрічка для запайщика, тефлонова самоклеюча стрічка та ін.

Мастильний матеріал

Фторопласт-4 (тефлон) — чудовий антифрикційний матеріал з коефіцієнтом тертя ковзання, найменшим із відомих доступних конструкційних матеріалів (навіть менше, ніж у талого льоду). Через м’якість і текучість цілісні підшипники ковзання з фторопласту використовують рідко. У високонавантажених вузлах застосовують металлофторопластові підшипники-вкладиші та металлофторопластові опорні стрічки. Такий елемент ковзання витримує десятки кілограмів на квадратний міліметр і складається з металевої основи, на яку нанесено тефлонове покриття.

Також тефлон використовується як антифрикційний добавковий матеріал (твердий мастильний матеріал), який покращує властивості ковзання базових полімерів, наприклад поліефірефіркетону (англ. PEEK) або поліфеніленсульфіду (англ. PPS), щоб отримати «підшипникову» композицію, яка володіє високою міцністю, зносостійкістю, стійкістю до повзучості та хорошими антифрикційними властивостями.

Відомі мастильні матеріали з введеним до їх складу дрібнодисперсним фторопластом. Їх відрізняє те, що наповнювач, осідаючи на поверхнях металів, що труться, дозволяє в ряді випадків деякий час працювати механізмам з повністю відмовившою системою мастильного матеріалу, лише за рахунок антифрикційних властивостей тефлону.

Електроніка

Тефлон широко використовується у високочастотній техніці, оскільки, на відміну від близьких за властивостями поліетилену або поліпропілену, має дуже слабко змінюваний з температурою коефіцієнт діелектричної проникності, високу напругу пробою, а також надзвичайно низькі діелектричні втрати. Ці властивості, поряд з термостійкістю, обумовлюють його широке застосування як ізоляції проводів, особливо високовольтних, різноманітних електротехнічних деталей, при виготовленні високоякісних конденсаторів, друкованих плат.

У електронній техніці спеціального призначення широко використовується проводка з ізоляцією з фторопласту, стійка до агресивних середовищ і високої температури — проводи марки МГТФ, МС та ряд інших. Провід у тефлоновій ізоляції неможливо проплавити паяльником. Недоліком фторопласту є висока холодна текучість: якщо тримати провід у фторопластовій ізоляції під механічним навантаженням (наприклад, поставити на нього ніжку меблів), провід через деякий час може оголитися.

3. Медицина

Завдяки біологічній сумісності з організмом людини тефлон успішно застосовується для виготовлення імплантатів для серцево-судинної та загальної хірургії, стоматології, офтальмології. Політетрафторетилен вважається найбільш придатним матеріалом для виробництва штучних кровоносних судин та серцевих стимуляторів.

У стоматології нерозсмоктувані мембрани з тефлону з посиленням титановим каркасом або без нього, використовуються при методиках спрямованої кісткової регенерації (НКР). Також існує шовний матеріал з ПТФЕ.

У 2011 році тефлон вперше застосований для пластики пошкоджених носової перегородки та стінок околоносових пазух замість титанових сіток. Через 12–15 місяців імплантат повністю розчиняється і заміщується власною тканиною пацієнта.

4. Одяг

У виробництві сучасного високотехнологічного одягу застосовуються мембранні матеріали на основі експандованого політетрафторетилену.

Шляхом фізичної деформації тефлону виходить тонка пориста плівка, яка наноситься на тканини і використовується при пошитті одягу. Мембранні матеріали, залежно від особливостей виготовлення, можуть володіти як вітрозахистними, так і водонепроникними властивостями, при цьому нормований розмір пор мембрани з політетрафторетилену дозволяє матеріалу ефективно пропускати випаровування тіла людини.

Існує мембранний матеріал з тефлону на тканинній основі, який пропускає повітря, але не пропускає вітер.

Тефлон використовується також при виготовленні килимів, парасольок, плащів, курток, кульок та багатьох інших предметів.

5. Інші вироби, у виробництві яких використовується тефлон

• обігрівальні лампи
• переносні обігрівальні прилади (електрогрілки)
• пластини прасок
• покриття прасувальних дощок
• конфорки плит
• противні
• електрогрилі
• прилади для виготовлення попкорну
• кавники
• скалки (з антипригарним покриттям)
• машини для випікання хліба
• піддони під вертел або решітку
• формочки для морозива
• унітази з тефлоновим покриттям
• кип’ятильники
• штопори
• поверхні кухонних плит
• кухонне начиння
• каструлі та сковорідки для смаження
• воки (китайські каструлі для смаження овочів та м’яса)
• форми для випікання
• прес для гарячих бутербродів
• вафельниці
• оптичні кріостати
• леза бритв
• внутрішні покриття стволів танків
• електроракетні двигуни
• ущільнення шарнірно-з’єднаних механізмів (шарнірів)
• лакофарбові матеріали

Як тефлон впливає на організм людини

Можливий негативний вплив політетрафторетилену на здоров’я людини вже багато років є предметом неоднозначних думок. Сам по собі полімер дуже стійкий і інертний у звичайних умовах. Політетрафторетилен не вступає в реакцію з їжею, водою та побутовими хімічними засобами.

При потраплянні до організму політетрафторетилен нешкідливий. Всесвітня організація охорони здоров’я звернулася до Міжнародної організації боротьби з раком із проханням провести дослід на щурах. Дослід показав, що при вживанні з їжею до 25 % політетрафторетилену він не має ніякого впливу. Це дослідження було проведено у 1960-х роках і повторно у 1980-х роках на поширеній популяції щурів, які щодня споживали ПТФЕ у кількості, що відповідає 25 % загального прийому їжі.

Дослідження французьких експертів, опубліковані у журналі «60 Millions de Consommateurs» результати лабораторного дослідження 13 зразків сковорідок, підтверджують безпеку антипригарного покриття. Французький журнал повідомляє, що в результаті випробувань була доведена повна безпека сковорідок. Усі зразки успішно пройшли випробування після тисячократного натирання поверхонь абразивним матеріалом протягом двох циклів.

Тефлон, в основному, біологічно небезпечний у двох випадках: у виробництві та при перегріві готового полімеру (при температурі вище 200 °C).

При перегріві фторопласту відбувається термічний розклад із виділенням отруйних речовин.

Виробничі забруднення

Основним джерелом біологічних ризиків при виробництві фторполімерів вважається перфтороктанова кислота (ПФОК, на англійській — PFOA), відома під назвою «C8». Це сполука застосовувалася при виробництві тефлону в США з 1950-х років. Перші відомості про вплив на здоров’я були отримані на заводах 3M і DuPont у 1960-х роках. У 1980-х роках до вивчення біологічних ефектів приєдналися наукові групи. Наприкінці 1990-х років на проблему звернули увагу наглядові органи США, результатом чого стало визнання небезпеки речовини та нормування граничних концентрацій. Технологічні процеси на території США були змінені з метою повної відмови від C8. Були запущені широкомасштабні кампанії з контролю концентрацій ПФОК та уточнення його впливу на здоров’я людини.

Цікавий факт

Компанія Дюпон отримала судові претензії (про що був знятий фільм «Темні води», 2019) на сотні мільйонів доларів від працівників цієї ж компанії та мешканців околиць у зв’язку зі шкодою здоров’ю та замовчуванням небезпеки виробництва. Багато років корпоративний юрист Роберт Білотт (Robert Bilott), який розкрив зв’язок між низкою таємничих смертей та великою кількістю захворювань у маленькому містечку та хімічною компанією DuPont, судився з виробником за фактом забруднення вод у околицях Паркерсбурга речовиною ПФОК, норма якої на той момент не регулювалася законом.

У 2006 році фірма DuPont, до того моменту єдиний виробник ПФОК у США, погодилася видалити залишки реагенту зі своїх підприємств до 2015 року. За офіційною інформацією компанії, з січня 2012 року DuPont не використовує ПФОК у виробництві посуду та форм для випічки.

Незалежні європейські дослідження показали, що антипригарні покриття не містять ПФОК у кількостях, що перевищують допустимі безпечні межі. Китайська академія контролю якості, інспекції та карантину (GAQSIQ), а також данський технологічний інститут підтверджують, що вплив ПФОК, яка використовується при виробництві посуду, не виявлено.

Термічний розклад тефлону

Взагалі ознаки розкладу (піролізу) тефлону виявляються вже при температурі 200 °C. Але цей процес протікає відносно повільно до температури 420 °C. Однак при температурі понад 380 °С з’являється перфторізобутилен (надзвичайно отруйний газ, який приблизно в 10 разів отруйніший за фосген) та інші продукти піролізу.

Досліди показують, що продукти термічного розкладу при нагріванні тефлону понад 350 °C викликають картину отруєння, що нагадує ливарну лихоманку — спостерігаються симптоми, які отримали назву «тефлонової лихоманки».

Детальніше про такі експерименти та про можливу небезпеку від перегріву тефлону дивіться у відео в кінці цієї статті.

Висновок

Оскільки масове виділення отруйних речовин тефлоном починається при температурах понад 450 °C, то посуда з антипригарними покриттями вважається безпечною, оскільки при нормальній експлуатації таких температур досягти неможливо.

Слід враховувати, що виробники вважають нормою лише нагрівання з водою або олією в сковорідці. Вода перешкоджає перегріву тефлону, а її повне випаровування сигналізує про істотний нагрів посуду, який тепер ніяк не візуалізується і може стати критичним. Харчові олії розкладаються при температурах до 200 °C з виділенням диму, що полегшує ідентифікацію перегріву.

Нагрівання на плиті сухої посуду вважається нештатним, і в цьому випадку температури піролізу тефлону легко досяжні.. Для спрощення експлуатації деякі моделі тефлонової посуду оснащуються вбудованими візуальними індикаторами температури.

Загалом, використовуйте тефлонову посуду правильно!

Небезпека продуктів розкладу тефлону для птахів

Особлива будова дихальної системи птахів робить їх надзвичайно чутливими до токсичних речовин, які містяться в навколишньому середовищі. Встановлено, що навіть мінімальна кількість перфтороктанової кислоти, потрапляючи з повітрям, що вдихається, до організму птаха, уражає її дихальну систему, призводячи до смерті через деякий час (від кількох хвилин до десятків годин).

Дрібні птахи більш чутливі до токсичних речовин, їм достатньо кількох секунд вдихання випарів тефлону і протягом наступних 24 годин настає смерть. Існує дуже багато відомостей про загибель домашніх птахів (наприклад, папуг) від випарів тефлонових сковорідок, залишених без нагляду і перегрітих вище безпечної температури.

Цікаве про тефлон

Чи небезпечні тефлонові сковорідки?