Polytetrafluoretylen

Polytetrafluoretylen
IUPAC navn
Poly (tetrafluoreten)
Forkortelser
PTFE
Alternative navn
Teflon, Fluon, Algoflon, Hostaflon, Inoflon, Guaflon
Generelle funksjoner
Molekylær eller rå formelC n F 2 n + 2
CAS-nummer9002-84-0
EINECS-nummer618-337-2
Fysisk-kjemiske egenskaper
Tetthet (g/l, i cs )2200
Smeltepunkt327 °C (600,15 K)
Sikkerhetsinformasjon

Polytetrafluoretylen ( PTFE ) er polymeren som tilhører klassen av perfluorkarboner (PFC) som stammer fra homopolymerisering av tetrafluoreten .

Det er normalt mest kjent gjennom sine kommersielle navn Teflon , Fluon , Algoflon , Hostaflon , Inoflon og Guaflon , der andre stabiliserende og fluidiserende komponenter tilsettes polymeren for å forbedre bruksmulighetene, eller fyllstoffer basert på silika, karbon, bronse, rustfritt. stål og bariumsulfat for å øke ytelsen innen mekaniske, pneumatiske eller kjemiske felt, så vel som for farmasøytiske applikasjoner.

Det er et plastmateriale som er glatt å ta på og motstandsdyktig mot temperaturer opp til 260 ° C (533,1 K), som brukes i industrien for å dekke overflater utsatt for høye temperaturer som krever "ikke-klebing" og god kjemisk treghet. [1] Kjøkkenpannene definert som "non-stick" er slike fordi de er dekket inne i et lag med PTFE (Teflon).

Det er også materialet med lavest kjente friksjonskoeffisient, med TFE-Stål dynamisk friksjon lik 0,04, mens statisk friksjon er 0,07 / 0,14 [2] .

Historie

"PTFE" ble ved et uhell oppdaget i 1938 av Roy Plunkett under et forsøk på å produsere et nytt klorfluorkarbon som skulle brukes som kjølemiddel for kompresjonssykluser . Plunkett målte gassstrømmen ved å sjekke vekten av sylinderen der den gassformige tetrafluoretenen var inneholdt. Gassstrømmen stoppet lenge før skalaen indikerte tetrafluoretylen-sylinderen som tom.

Når sylinderen var blitt saget, la Plunkett merke til at et ekstremt glatt og vesentlig uløselig voksaktig belegg hadde dannet seg på de indre veggene selv i kontakt med de mest aggressive kjemiske midler. De utførte kjemiske analysene bekreftet at det var polytetrafluoretylen. Kinetic Chemicals patenterte produktet i 1941, [3] og registrerte handelsnavnet "Teflon" i 1945. [4] [5]

Det var amerikanske DuPont som først produserte den i et av sine pilotanlegg for å levere noen mengder til den amerikanske hæren som var engasjert i konstruksjonen av den første atombomben. Som en del av Manhattan-prosjektet ble PTFE brukt som et internt belegg i utstyr som inneholder uranheksafluorid ved K-25- komplekset i Oak Ridge, Tennessee . [6]

I 1954 testet en fransk ingeniør, Marc Grégoire, etter råd fra sin kone Teflon han brukte til fiskeutstyr på teinene sine. Resultatene var så gode at kommersialiseringen av PTFE-belagte kokekar begynte under Tefal -merket . [7]

I Italia begynte den industrielle produksjonen av PTFE i 1954 av Montecatini , som markedsførte den under navnet Algoflon . Produksjonen fortsetter i dag på det italienske stedet til Spinetta Marengo (AL).

Sammendrag

Kjedepolymerisasjonen finner sted på radikal måte i nærvær av en passende initiator - ofte en oksidant som hydrogenperoksid , et persulfat eller et organisk peroksid - under temperatur- og trykkbetingelser som avhenger av den valgte katalysatoren.

n F2C=CF2 → −(F2C−CF2)n− (ΔH P ≈ -41 kcal / mol)

Reaksjonen kan utføres ved suspensjonspolymerisasjon eller ved polymerisasjon i vandig emulsjon (med tanke på uoppløseligheten av PTFE i ethvert organisk løsningsmiddel). Det overflateaktive stoffet som brukes må være perfluorert ( PFOA , GenX , ...). Polymerisering er en sterkt eksoterm reaksjon, det vil si at den er ledsaget av en stor utvikling av varme ; derfor er det nødvendige forholdsregler for å kontrollere temperaturen på reaksjonen og forhindre at den når for høye nivåer (større enn 80 ° C), utover hvilke reaksjonen blir eksplosiv og utvikler tetrafluormetan og karbon.

CF2=CF2 → CF4 + C (ΔH R ≈ -85 kcal / mol)

Egenskaper

PTFE har en rekke særegne egenskaper som førte til at det ble ansett som et strategisk materiale frem til syttitallet.

Hovedfunksjonene er:

Disse egenskapene får ytterligere betydning hvis vi vurderer at de forblir praktisk talt uendret i et temperaturområde mellom -80 og 250 ° C (193,2–523,1 K).

PTFE, kun ment som et 100 % derivat av TFE, smelter ikke ved høye temperaturer, men brytes ned.

Dette problemet er løst på flere måter:

Med den andre måten å gå frem på er det dannelsen av den såkalte modifiserte PTFE som kan bearbeides ved isostatisk støping for realisering av produkter eller for foring av rør for transport av korrosive produkter, opp til den patenterte ULTRA-varianten med dobbel flerveis sintring av belastet PTFE og elektrisk ledende PTFE for spredning av elektrostatiske ladninger.

Applikasjoner

De bemerkelsesverdige egenskapene til PTFE har gjort det til et av de mest brukte materialene innen husholdning og industri.

Som rapportert ovenfor er den mest kjente applikasjonen absolutt kjeler med ikke-klebende panner (overflaten er dekket med et tynt lag teflon slik at maten ikke fester seg under tilberedning).

I den kjemiske industrien brukes den til å lage pakninger og deler beregnet på kontakt med korrosive midler (for eksempel konsentrert svovelsyre ).

Den brukes i motorer, for å redusere friksjonen til girkassen og i injeksjonssystemer med ladning av grafitt guaflex for å redusere friksjonen ved første løsgjøring.

Ekspandert PTFE brukes i tannleger for å lage ikke-resorberbare membraner, nyttig i veiledet beinregenerering (GBR) operasjoner.

En teflonfilm brukes i kjemiske laboratorier for å garantere tettheten til de slipte glassfugene , uten risiko for å pådra seg vanskelig løsgjøring av delene.

En teflonplate er plassert mellom to av metallplatene som utgjør stålstøtteanordningene til broene i en sandwich . Disse lagerenhetene fungerer ved å gli, og utnytter den lave friksjonskoeffisienten som oppstår mellom en speilbehandlet overflate i rustfritt stål og PTFE.

Den brukes også i kjøretøysviskere.

I den elektriske industrien er det et nyttig isolasjonsmateriale .

I lutherie brukes det som tilsetning i konstruksjonsmaterialet til syntetiske nøtter, slik som grafitt , slik at det er lav friksjon mellom strengene og selve mutteren .

I mekanikk brukes det som en tilleggsingrediens til smøremiddelet for drivkjeder i motorsykler og mekaniske komponenter. Det er også teflon-additiver som skal tilsettes motoroljer og transmisjonsoljer: dette er produkter som utfører en anti-friksjonsfunksjon for mekaniske komponenter.

I informatikk brukes den som erstatningsføtter for spillmus, for å redusere friksjon og friksjon på mattene.

I industrien for produksjon av matriser til matpasta brukes den til å realisere tegnedelen av innsatsene, noe som gir pastaen som produseres med dem et jevnt og gult utseende, i motsetning til pastaen produsert med innsatser med bronsetegningsdeler (tradisjonell).

Hele det ytre dekselet til Allianz Arena i München er dekket med 2 874 PTFE pneumatiske puter, som er opplyst i henhold til laget på banen.

Den brukes i HPTFE-varianten for konstruksjonen av GUARDIAN varmevekslerplatene for å garantere, sammen med silisiumkarbidrørene, en varmeveksling 10 ganger høyere enn rustfritt stål, men med en uovertruffen kjemisk motstand mot oksidanter.

Sikkerhet

Ved omtrent 500 ° C (773,1 K) brytes det ned, og frigjør en rekke giftige fluorholdige gasser, inkludert perfluorpropen og perfluorisobuten .

Pyrolysen av PTFE kan påvises ved 200 ° C (473,1 K) og utvikler flere fluorkarbongasser [8] og et sublimat . En dyrestudie utført i 1955 konkluderte med at disse produktene sannsynligvis ikke vil bli generert i betydelige mengder for helsen ved temperaturer under 250 ° C (523,1 K). [1]

Imidlertid antas det generelt at PTFE ikke utgjør noen risiko for toksisitet så lenge det holdes ved temperaturer under 200 °C (473,1 K); derfor krever det ikke spesielle forholdsregler for daglig bruk. I stedet må det tas forholdsregler under bearbeidings- og støpefasen.

Mens PTFE normalt er stabilt og ikke-giftig, begynner det å forringes når temperaturen på kokekaret når 260 °C (533,1 K) og brytes ned over 350 °C (623,1 K). [9] [10] Disse nedbrytningsbiproduktene kan være dødelige for fugler og kan forårsake influensalignende symptomer hos mennesker. [9] I mai 2003 sendte miljøforsknings- og forsvarsorganisasjonen Environmental Working Group inn et 14-siders sammendrag til US Consumer Product Safety Commission med begjæring om en standard som krever at gryter og varmeovner med belegg med non-stick-produkter bærer fareetiketten for mennesker og fugler. [11]

Kjøtt stekes vanligvis mellom 204 og 232 °C (477,1–505,1 K), og de fleste oljer begynner å ryke før de når 260 °C (533,1 K), men det er minst to matoljer ( raffinert saflorolje og avokadoolje ) som har en høyere røykpunkt . Selv tomme kjeler som blir varmet opp kan overstige denne temperaturen.

Merknader

  1. ^ a b ( EN ) Zapp JA, Limperos G, Brinker KC, Toxicity of pyrolysis products of 'Teflon' tetrafluorethylene resin , i Proceedings of the American Industrial Hygiene Association Annual Meeting , 26. april 1955.
  2. ^ PTFE , på centerplast.it . Hentet 2. april 2014 (arkivert fra originalen 4. mars 2016) .
  3. ^ {{{CountryCode}}} {{{PublicationNumber}}} 
  4. ^ History Timeline 1930: The Fluorocarbon Boom , DuPont . Hentet 10. juni 2009 .
  5. ^ Roy Plunkett: 1938 . Hentet 10. juni 2009 .
  6. ^ Richard Rhodes , The Making of the Atomic Bomb , New York, New York, Simon og Schuster, 1986, s. 494, ISBN 0-671-65719-4 . Hentet 31. oktober 2010 .  
  7. ^ " Teflon History ", home.nycap.rr.com , Hentet 25. januar 2009.
  8. ^ Teflon avgassstudier | Environmental Working Group . Arkivert 4. februar 2013 på Internet Archive . Ewg.org. Hentet 2013-01-01.
  9. ^ a b DuPont, Key Questions About Teflon , åpnet 3. desember 2007.
  10. ^ http://www.medicalnewstoday.com/medicalnews.php?newsid=4716 "Kan teflon gjøre deg syk?", Medical News Today
  11. ^ Begjæring om å kreve advarselsetiketter | Environmental Working Group Arkivert 15. oktober 2012 på Internet Archive (PDF). Hentet 2013-01-01.

Relaterte elementer

Andre prosjekter

Eksterne lenker