Политетрафторэтиле́н, тефло́н или фторопла́ст-4 (-C₂F₄-)_n — полимер тетрафторэтилена (ПТФЭ), пластмасса, обладающая редкими физическими и химическими свойствами и широко применяемая в технике и в быту.

Слово «Тефлон» является зарегистрированной торговой маркой корпорации DuPont. Непатентованное название вещества — «политетрафторэтилен» или «фторополимер». В СССР и России традиционное техническое название этого материала — фторопласт.

Политетрафторэтилен был открыт в апреле 1938 года 27-летним учёным-химиком Роем Планкеттом^[1][2], который случайно обнаружил, что закачанный им в баллоны под давлением газообразный тетрафторэтилен спонтанно полимеризовался в белый парафиноподобный порошок^[3][4]. Патент на изобретение тефлона принадлежит американской компании DuPont.

Свойства

Физические

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, остается 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.

Химические

По своей химической стойкости превышает 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.

Производство

Производство политетрафторэтилена в России включает в себя три стадии: на первой стадии получают хлордифторметан заменой атомов галогена на фтор в присутствии соединений сурьмы (реакция Свартса) между трихлорметаном (хлороформом) и безводным фтористым водородом; на второй стадии получают тетрафторэтилен пиролизом хлордифторметана; на третьей стадии осуществляют полимеризацию тетрафторэтилена.^[5][6]

Выпускается нескольких марок политетрафторэтилена. Они маркируются в зависимости от среднего размера частиц, например, ф-4, ф-4ПН-90, ф-4ПН-40, ф-4ПН-20 со средними размерами частиц (мкм): 100-180, 46-135, 21-45; 6-20, соответственно. Изделия из ф-4 производятся методом холодного прессования с последующим запеканием при температуре 365±5° C.^[7]

Применение

Тефлон применяют в химической, электротехнической и пищевой промышленности, в медицине, в транспортных средствах, в военных целях, в основном в качестве покрытий.

Электроника

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, а также крайне низкие диэлектрические потери. Эти свойства, наряду с теплостойкостью, обусловливает его широкое применение в качестве изоляции проводов, особенно высоковольтных, всевозможных электротехнических деталей, а также при изготовлении высококачественных конденсаторов.

Тефлон очень тугоплавок; провод в тефлоновой изоляции невозможно проплавить паяльником. Впрочем, недостатком тефлона 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.

Промышленность и техника

В различных отраслях промышленности волокна, полученные из политетрафторэтилена (тефлон, полифен)^[8], 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 кг/см²) и с высокой температурой рабочей жидкости. Широко используется бортовая проводка с изоляцией из фторопласта, стойкая к агрессивным средам, механическим повреждениям, высокой температуре — провода марки БПДО, ФТ и ряд других.^{[источник не указан 512 дней]}

Из ф-4 можно изготовить: аппараты, 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 и аппаратов. Особенно широкое применение политетрафторэтилен находит при изготовлении подшипников, работающих без смазки, с ограниченной смазкой и при наличии коррозионной среды. ^[7]

Медицина

Применяется для изготовления имплантатов для сердечнососудистой и общей хирургии, стоматологии, офтальмологии^[9]. В 2011 году впервые применён для пластики поврежденных носовой перегородки и стенок околоносовых пазух вместо титановых сеток. Через 12-15 месяцев имплантат полностью растворяется и замещается собственной тканью пациента.^[10]

Смазка

Фторопласт (тефлон) — великолепный антифрикционный материал^[11], с коэффициентом трения скольжения наименьшим из известных доступных конструкционных материалов (даже меньше, чем у тающего льда). Однако из-за мягкости и текучести он неприменим для тяжело нагруженных подшипников и в основном используется в приборостроении.

Известны смазки со 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 смазки, только за счёт антифрикционных свойств фторопласта.

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.

Пищевая промышленность и быт

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

Стоит отметить, что при нагревании выше 300 градусов Цельсия тефлон выделяет токсичные и канцерогенные соединения.^[12] Тем не менее, при наличии в посуде масла или воды, не дающих температуре подняться выше точки их кипения, тефлон относительно безопасен. (См. также опасность тефлона).

Тефлоновое покрытие в виде тончайшей плёнки наносят на лезвия бритв, что значительно продлевает срок их службы и облегчает бритьё.

Одежда

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

Путем физической деформации тефлона получается тонкая пористая пленка, 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 размер пор мембраны из политетрафторэтилена позволяет материалу эффективно пропускать испарения тела человека.

Ви́ндсто́ппер (англ. windstopper — ветронепроницаемый) — сленговое название материала из политетрафторэтилена на тканевой основе. Представляет собой мембранный материал, который пропускает воздух, но не пропускает ветер.

• Гор-Тэкс — водонепроницаемая дышащая мембрана.

Другие изделия

Изделия, в производстве которых используется тефлон:

Уход за посудой с тефлоновым покрытием

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.

Опасность тефлона

Сам по себе полимер очень устойчив и инертен в обычных условиях. Однако при нагревании свыше 200 °C, политетрафторэтилен начинает разлагаться с образованием токсичных продуктов. Кроме того, в производстве и при деструкции полимера, возможно образование перфтороктановой кислоты (сокращённо PFOA, или C-8)^[13], которая по-прежнему используется в производстве тефлоновых покрытий.

Однако в январе 2006 г. фирма DuPont, единственный производитель PFOA в США, согласилась удалить остатки реагента со своих предприятий до 2015 г.^[14], хотя и не обязалась полностью исключить её применение.

Недавно тефлон стали связывать с повышением уровня холестерина и триглицеридов у людей, у животных заметны изменения объёмов мозга, печени и селезенки, одновременно рушится эндокринная система, повышается риск рака, бездетности и отставания в развитии. Доказано, что C-8, попадая в организм лабораторных крыс, вызывает у них злокачественные опухоли, может привести к мутациям у потомства и нарушениям иммунной системы. Научные исследования доказали, что выделяемые из тефлона вещества могут увеличить риск ожирения, инсулиновые проблемы, рак щитовидной железы. Кроме того, тефлон угрожает, по крайней мере, девяти видам клеток, которые влияют на работу иммунной системы^[15][16].

Продукты термического разложения тефлона

Среди продуктов термического разложения тефлона обнаружен ряд высокотоксичных соединений, самым опасным из которых считается перфторизобутилен (C₄F₈, октафторизобутен) — крайне ядовитый газ, который примерно в 10 раз токсичнее фосгена.

Среди продуктов распада также обнаружены: гексафторэтан (C₂F₆), октафторциклобутан (C₄F₈), тетрафторэтилен (C₂F₄), гексафторпропилен (C₃F₆) и ряд других фторолефинов, а также карбонилфторид (COF₂, дифторофосген), трифторуксусная кислота (CF₃COOH) и её фторангидрид (CF₃COF), фтористый водород (HF) и другие соединения.^{[17] [18]}

Опасность тефлона для птиц

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).^[15][19] Маленькие птички, которые более чувствительны к токсичным веществам, подышав испарениями тефлона в течение пары секунд, гибнут в жестоких мучениях в течение последующих 24 часов.^[20][21][22]

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-х суток дышавших испарениями тефлоновых поверхностей осветительных ламп, нагретых до 202 °C^[18]. По другим сведениям, достаточно всего лишь около 163 °C (325 °F)^[18][23], или даже 140—149 °C (285—300 °F) ^[20][24], но эти данные требуют дополнительной проверки.

Существует очень много сведений о гибели домашних птиц (например, попугаев) от испарений тефлоновых сковородок, оставленных без присмотра и перегретых выше безопасной температуры.^{[16][18][21][24][25][26][27]}

Примечания