Политетрафторэтилен

Тефлон — белое, в тонком слое прозрачное вещество, по виду напоминающее парафин или полиэтилен. Плотность по ГОСТ 10007-80 от 2,18 до 2,21 г/см³. Обладает высокой тепло- и морозостойкостью, остаётся гибким и эластичным при температурах от −70 до +270 °C, прекрасный изоляционный материал. Тефлон обладает очень низкими поверхностным натяжением и адгезией и не смачивается ни водой, ни жирами, ни большинством органических растворителей.

Фторопласт — мягкий и текучий материал, поэтому имеет ограниченное применение в нагруженных конструкциях. Обладает очень низкой адгезией (липучестью).

DuPont указывает температуру начала плавления согласно стандарту ASTM D3418 для разных типов тефлона от 260 °С до 327 °С[5].

По своей химической стойкости превосходит все известные синтетические материалы и благородные металлы. Не разрушается под влиянием щелочей, кислот и даже смеси азотной и соляной кислот. Разрушается расплавами щелочных металлов, фтором и трифторидом хлора.

В различных отраслях промышленности волокна, полученные из политетрафторэтилена (тефлон, полифен)[10], нашли широкое применение в качестве высокотемпературных мешочных фильтров, разных типов теплостойких прокладок, нитей для текстильных тканей, а также в автомобильном оснащении, промышленных фильтрах общего назначения, элементах запорных и регулирующих клапанов, мешалок и насосов, оборудования для фильтрации и разделения.

В авиации, например, из фторопласта изготавливают гибкие металлопластиковые трубопроводы гидросистем, работающие под высоким давлением (более 200 кгс/см²) и с высокой температурой рабочей жидкости.

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[8].

Благодаря химической инертности, гидрофобности (контактный угол натекания 108±2°), олеофобности и текучести материал получил широкое распространение для уплотнения резьбовых и фланцевых соединений (лента ФУМ)[11].

Тефлоновая ФУМ-лента, применяемая для герметизации резьбовых соединений в сантехнике

Фторопласт-4 (тефлон) — великолепный антифрикционный материал[12] 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 десятки килограммов на квадратный миллиметр и состоит из металлической основы, на которую нанесено фторопластовое покрытие[13]. Также используется как антифрикционный присадочный материал (твердый смазочный материал) улучшающий свойства скольжения базовых полимеров например полиэфирэфиркетона (англ. PEEK) или полифениленсульфида (англ. PPS) и получить «подшипниковую» композицию обладающую высокой прочностью, износостойкотью, стойкостью к ползучести и хорошими антифрикционными свойствами.

Известны смазочные материалы с введённым в их состав мелкодисперсным фторопластом. Их отличает то, что наполнитель, оседая на трущихся металлических поверхностях, позволяет в ряде случаев некоторое время работать механизмам с полностью отказавшей системой смазочного материала, только за счёт антифрикционных свойств фторопласта.

Тефлон широко используется в высокочастотной технике, так как, в отличие от близких по свойствам полиэтилена или полипропилена, имеет очень слабо меняющийся с температурой коэффициент диэлектрической проницаемости, высокое напряжение пробоя, а также крайне низкие диэлектрические потери. Эти свойства, наряду с теплостойкостью, обусловливают его широкое применение в качестве изоляции проводов, особенно высоковольтных, всевозможных электротехнических деталей, при изготовлении высококачественных конденсаторов, печатных плат.

В электронной технике специального назначения широко используется проводка с изоляцией из фторопласта, стойкая к агрессивным средам и высокой температуре — провода марки МГТФ, МС и ряд других. Провод в тефлоновой изоляции невозможно проплавить паяльником. Недостатком фторопласта является высокая холодная текучесть: если держать провод во фторопластовой изоляции под механической нагрузкой (например, поставить на него ножку мебели), провод через некоторое время может оголиться.

Печатная плата из Фторопласта-4

Благодаря биологической совместимости с организмом человека политетрафторэтилен с успехом применяется для изготовления имплантатов для сердечно-сосудистой и общей хирургии, стоматологии, офтальмологии[14]. Тефлон считается наиболее пригодным материалом для производства искусственных кровеносных сосудов[15] и сердечных стимуляторов[16].

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[17].

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[18].

Из-за низкого трения и несмачиваемости насекомые не способны ползти по тефлоновой стене. В частности, тефлоновая защита применяется при содержании нелетающих насекомых, чтобы они не смогли вылезти наружу.

Из-за низкой адгезии и хорошей термостойкости тефлон используется в качестве антипригарного покрытия для сковородок и другой посуды.

Благодаря низкой адгезии, несмачиваемости и теплостойкости тефлон в виде покрытия широко применяется для изготовления экструзионных форм и форм для выпечки, а также сковород и кастрюль.

Тефлон также используется в производстве других бытовых приборов. Тефлоновое покрытие в виде тончайшей плёнки наносят на лезвия бритв, что значительно продлевает срок их службы и облегчает бритьё.

Тефлоновое покрытие не обладает большой прочностью, поэтому при приготовлении пищи в такой посуде следует использовать только мягкие — деревянные, пластиковые или покрытые слоем пластика — принадлежности (лопатки, половники и т. п.). Посуду с тефлоновым покрытием нужно мыть в тёплой воде мягкой губкой, с добавлением жидкого моющего средства, без использования абразивных губок или чистящих паст, а также избегать её перегрева до 415 °C и жарки на большом^{[каком?]} огне.

В производстве современной высокотехнологичной одежды применяются мембранные материалы на основе экспандированного политетрафторэтилена.

Путём физической деформации тефлона получается тонкая пористая плёнка, которая наносится на ткани и используется при пошиве одежды. Мембранные материалы, в зависимости от особенностей изготовления, могут обладать как ветрозащитными, так и водоизоляционными свойствами, при этом нормированный^{[какой?]} размер пор мембраны из политетрафторэтилена позволяет материалу эффективно пропускать испарения тела человека.

Существует мембранный материал^{[какой?]} из политетрафторэтилена на тканевой основе, который пропускает воздух, но не пропускает ветер.

• Гор-Тэкс — водонепроницаемая дышащая мембранная ткань.

Изделия, в производстве которых используется тефлон:

Основным источником биологических рисков при производстве фторполимеров считается перфтороктановая кислота (ПФОК, PFOA). Это соединение применялось в США с 1950-х годов[21]. Первые сведения о влиянии на здоровье были получены на заводах 3M и DuPont в 1960-х годах. В 1980-х годах к изучению биологических эффектов подключились научные группы. В конце 1990-х годов на проблему обратили внимание надзорные органы США, результатом чего стало признание опасности вещества и нормирование предельных концентраций. Технологические процессы на территории США были изменены с целью полного отказа от PFOA. Были запущены широкомасштабные кампании по контролю концентраций PFOA и уточнению его влияния на здоровье человека[22][21].

DuPont получил судебные претензии (о чём был снят фильм «Темные воды», 2019) на сотни миллионов долларов от работников компании и окрестных жителей в связи с вредом здоровью и замалчиванием опасности производства[21]. В 2006 году фирма DuPont, к тому моменту единственный производитель PFOA в США, согласилась удалить остатки реагента со своих предприятий к 2015 году[23]. По официальной информации компании, с января 2012 года DuPont не использует PFOA в производстве посуды и форм для выпечки[24].

Известно, что перфтороктановая кислота распадается при температуре 190 °C, тогда как технологический процесс спекания основы сковороды с антипригарным покрытием происходит при температуре 420 °C[25]. Таким образом, предполагается, что согласно технологическому процессу, наличие PFOA в готовой сковороде маловероятно[26]. Тем не менее исследование, проведённое в 2005 году, выявило содержание PFOA в PTFE-покрытии новой посуды от 4 до 75 мкг/кг (при содержании в пищевой плёнке около 1800 мкг/кг и в материале упаковок для попкорна до 290 мкг/кг)[27].

Независимые европейские исследования показали, что антипригарные покрытия не содержат PFOA в количествах, превышающих допустимые безопасные пределы[28]. Китайская академия контроля качества, инспекции и карантина (GAQSIQ), а также датский технологический институт подтверждают, что воздействие PFOA, используемой при производстве посуды, не обнаружено[28][29][30].

В России нет нормативных документов, ограничивающих производственные загрязнения фторопластов, что может негативно сказываться на качестве продукции с содержанием фторопластов[31].

Стандарт ГОСТ 10007-80[32] нормирует рабочий диапазон температур фторопласта до +260 °С и прямо указывает на опасность выделения ядовитых газов выше этой температуры. DuPont не указывает характеристик выделения ядовитых веществ, но даёт температуру плавления согласно стандарту ASTM D3418 для разных типов тефлона от 260 °С до 327 °С[5].

Скорость пиролиза тефлона зависит от степени полимеризации. Признаки разложения обнаруживаются при температуре 200 °C. Процесс протекает относительно медленно до 420 °C. При температурах от 500 °C до 550 °C потеря веса достигает 5—10 % в час в инертных средах, резко ускоряясь в присутствии кислорода воздуха. При температурах от 300 до 360 °C продукты разложения преимущественно гексафторэтан и октафторциклобутан. Свыше 380 °С появляется перфторизобутилен и другие продукты пиролиза[33][34][35].

Среди продуктов теплового разложения политетрафторэтилена самым опасным считается перфторизобутилен — крайне ядовитый газ, который примерно в 10 раз ядовитее фосгена[36].

Продукты термического разложения вызывают картину отравления, напоминающую литейную лихорадку. Вероятно, ядовит и обладает пирогенным эффектом также аэрозоль политетрафторэтилена, особенно свежеполученный, на котором сорбированы продукты деструкции. При вдыхании пыли холодного политетрафторэтилена через 2—5 часов у всех рабочих наблюдались симптомы, получившие название «тефлоновой лихорадки». Типичную тефлоновую лихорадку наблюдали при работе с политетрафторэтиленом, нагретым > 350 °C. При обследовании 130 человек и наличии в воздухе аэрозоля политетрафторэтилена в концентрации 0,2—5,5 мг/м3 выявлено, что у большинства работавших повторялись приступы лихорадки. У этих же лиц в моче обнаружен фтор (0,098—2,19 мг/л). Выделение фтора оказалось существенно выше при бóльшем стаже и повторных приступах[20].

Поскольку массовое выделение ядовитых веществ тефлоном начинается при температурах свыше 450 °C, то посуда с противопригарными покрытиями считается безопасной, так как при нормальной эксплуатации таких температур достичь невозможно[28]. Следует учитывать, что производители считают нормой только нагрев с водой или маслом в сковороде. Вода препятствует перегреву тефлона, а её полное испарение сигнализирует о существенном нагреве посуды, которое теперь никак не визуализируется и может стать критическим. Пищевые масла разлагаются при температурах до 200 °C с выделением дыма, что облегчает идентификацию перегрева. Нагрев на плите сухой посуды считается нештатным и в этом случае температуры пиролиза тефлона легко достижимы. Для упрощения эксплуатации некоторые модели тефлоновой посуды снабжаются встроенными визуальными индикаторами температуры.

Пайка проводов с фторопластовой изоляцией требует обязательного наличия вытяжной вентиляции.

Особое строение дыхательной системы птиц делает их сверхчувствительными к токсичным веществам, содержащимся в окружающей среде. Установлено, что даже минимальное количество перфтороктановой кислоты, попадая с вдыхаемым воздухом в организм птицы, поражает её дыхательную систему, приводя к смерти через некоторое время (от нескольких минут до десятков часов)[37].

Мелкие птицы более чувствительны к токсичным веществам, им достаточно нескольких секунд вдыхания испарений тефлона и в течение последующих 24 часов наступает смерть[38][39][40].

Вначале, когда новость о смертоносном вреде тефлона для птиц только появилась, было принято считать, что смертельные пары выделяются лишь при очень высоких температурах. К настоящему времени достоверно зафиксирован случай смерти 52 % птиц, в течение 3 суток дышавших испарениями тефлоновых поверхностей осветительных ламп, нагретых до 202 °C[41]. По другим сведениям, для негативного эффекта достаточно всего лишь около 163 °C (325 °F)[41][42] или даже 140—149 °C (285—300 °F)[38][43], но эти данные требуют^{[почему?]} дополнительной проверки.

Существует очень много сведений о гибели домашних птиц (например, попугаев) от испарений тефлоновых сковородок, оставленных без присмотра и перегретых выше безопасной температуры[44][41][39][43][45][46][47].