|
聚四氟乙烯( PTFE )是四氟乙烯的合成含氟聚合物，具有多种应用。基于 PTFE 的组合物的众所周知的品牌名称是Chemours的Teflon，是杜邦公司的衍生产品，杜邦公司最初于1938年发现了这种化合物。
聚四氟乙烯是一种碳氟固体，因为它是一种完全由碳和氟组成的高分子量聚合物。PTFE 是疏水的：水和含水物质都不润湿PTFE，因为氟的高电负性，碳氟化合物表现出减弱的伦敦分散力。PTFE是所有固体 中摩擦系数最低的一种。
聚四氟乙烯用作平底锅和其他炊具的不粘涂层。它是非反应性的，部分原因是碳 - 氟键的强度，因此它经常用于容器和管道系统中用于反应性和腐蚀性化学品。在用作润滑剂时，PTFE 可减少机械的摩擦、磨损和能耗。它通常用作外科手术中的移植材料。它也经常用作导管上的涂层；这会干扰细菌和其他感染因子粘附在导管上并导致医院获得性感染的能力。 历史： 1938年， Roy J. Plunkett在新泽西州为杜邦公司工作时意外发现了聚四氟乙烯。当 Plunkett 试图制造一种新的氯氟烃制冷剂时，四氟乙烯压力瓶中的气体在瓶子的重量下降到发出“空”的信号之前就停止了流动。由于 Plunkett 是通过称量瓶子来测量使用的气体量，所以他对重量的来源感到好奇，最后不得不将瓶子锯开。
Happy Pan 的广告，这是 1960 年代的特氟龙涂层锅 他发现瓶子的内部涂有一层蜡质的白色材料，非常滑。分析表明它是聚合的全氟乙烯，容器内部的铁在高压下起到催化剂的作用。Kinetic Chemicals于1941年获得了新型氟化塑料（类似于已知的聚乙烯）的专利，并于1945年注册了 Teflon 商标。 到1948年，与通用汽车公司合作创建 Kinetic Chemicals 的杜邦公司在西弗吉尼亚州的帕克斯堡每年生产超过 200 万磅（900 吨）特氟龙牌聚四氟乙烯。早期的用途是在曼哈顿项目中，在田纳西州橡树岭的大型K-25铀浓缩厂中，用作在装有高活性六氟化铀的管道中涂覆阀门和密封件的材料。 1954年，法国工程师马克·格雷戈瓦 (Marc Grégoire) 的妻子科莱特·格雷戈瓦 (Colette Grégoire) 敦促他尝试使用他在她的烹饪锅上制作渔具的材料。随后，他以Tefal品牌（结合了“Teflon”中的“Tef”和铝中的“al”）创建了第一个 PTFE 涂层不粘锅。
显示撞击坑的聚四氟乙烯热盖，来自美国宇航局在长期曝光设施(LDEF)上的超重宇宙射线实验 (UHCRE )。 在美国，一直在科学用具上使用该物质的Marion A. Trozzolo于1961年推出了第一款美国制造的 PTFE 涂层锅“快乐锅”。不粘炊具此后成为一种常见的家用产品，现在由全球数百家制造商提供。品牌名称 Zepel 用于提高其在织物上的抗污性和防水性。 在1990年代，人们发现 PTFE 可以在无氧环境中高于其熔点进行辐射交联。电子束处理是辐射处理的一个例子。交联聚四氟乙烯具有改进的高温机械性能和辐射稳定性。这很重要，因为多年来，环境条件下的辐照已被用于分解聚四氟乙烯以进行回收利用。这种辐射引起的断链使其更容易重新研磨和重复使用。 已经报道了对表面进行电晕放电处理以增加能量并改善附着力。 生产 聚四氟乙烯是由四氟乙烯自由基 聚合而成。净方程为： n F 2 C=CF 2 → -(F 2 C-CF 2 ) n - 由于四氟乙烯会爆炸性地分解为四氟甲烷和碳，因此聚合需要特殊的设备来防止可能引发这种危险副反应的热点。该过程通常以过硫酸盐开始，过硫酸盐均分解产生硫酸根： [O 3 SO−OSO 3 ] 2− ⇌ 2 SO•− 4 所得聚合物以硫酸酯基团封端，硫酸酯基团可水解产生OH端基。 由于 PTFE 在几乎所有溶剂中的溶解度都很差，因此聚合以水中乳液的形式进行。该过程产生聚合物颗粒的悬浮液。或者，使用全氟辛烷磺酸(PFOS) 等表面活性剂进行聚合。
PTFE 通常用于涂覆不粘锅，因为它具有疏水性并具有相当高的耐热性。 属性 PTFE是一种热塑性聚合物，在室温下为白色固体，密度约为2200kg/m3，熔点为600K（327°C；620°F）。它在低至5K（-268.15°C；-450.67°F）的低温下保持高强度、韧性和自润滑性，并在194K（-79°C；-110°F）以上的温度下保持良好的柔韧性）。PTFE的特性来自碳氟键的聚合效应，所有碳氟化合物也是如此。唯一已知会影响这些碳-氟键的化学物质是高活性金属，如碱金属，在较高温度下还有铝和镁等金属，以及氟化剂，如二氟化氙和氟化钴(III)。在高于650–700°C(1,200–1,290°F)的温度下，PTFE会发生解聚。 塑料的摩擦系数通常是用抛光钢来测量的。PTFE的摩擦系数为0.05至0.10，在所有已知固体材料中排名第三低（硼化铝镁(BAM)为第一，摩擦系数为0.02；类金刚石碳为第二低，为0.05）。PTFE对范德华力的抵抗力意味着它是唯一已知的壁虎无法粘附的表面。事实上，PTFE可用于防止昆虫爬上涂有该材料的表面。聚四氟乙烯非常滑，以至于昆虫无法抓住并容易脱落。例如，聚四氟乙烯用于防止蚂蚁爬出蚁巢。 由于其卓越的化学和热性能，聚四氟乙烯通常在需要抵抗腐蚀性化学品（如药品或化学加工）的行业中用作垫片材料。然而，直到1990年代，PTFE才像弹性体一样交联，因为它的化学惰性。因此，它没有“记忆”并且会蠕变。由于具有蠕变倾向，此类密封件的长期性能比蠕变水平为零或接近零的弹性体更差。在关键应用中，Belleville垫圈常用于对PTFE垫圈施加持续的力，从而确保在垫圈的使用寿命内将性能损失降至最低。 PTFE是一种紫外线(UV)透明聚合物。然而，当暴露于准分子激光束时，由于异质光热效应，它会严重退化。 处理 加工PTFE既困难又昂贵，因为327°C(621°F)的高熔化温度高于200°C(392°F)的初始分解温度。即使在熔融状态下，PTFE也不会流动，因为它具有极高的熔体粘度。[32][33]通过加入少量的共聚单体，例如全氟（丙基乙烯基醚）和六氟丙烯（HFP），可以降低粘度和熔点。这些导致原本完全线性的PTFE链变成支链，从而降低其结晶度。 一些PTFE零件是通过冷成型（一种压缩成型形式）制成的。在这里，在高压(10–100MPa)下将细粉状PTFE压入模具中。经过几分钟到几天的沉降期后，模具在360至380°C（680至716°F）下加热，使细颗粒融合（烧结）成一个整体。 应用和用途 电线绝缘，电子 PTFE的主要应用，占产量的50%，用于航空航天和计算机应用中的布线绝缘（例如连接线、同轴电缆）。该应用利用了PTFE具有出色的介电性能，特别是低群速度色散的事实，特别是在高射频下，使其适合用作连接器组件和电缆以及印刷电路板中的出色绝缘体在微波炉中使用频率。结合其高熔点，这使其成为低成本应用中常用的较弱、高分散性和低熔点聚乙烯的高性能替代材料的首选材料。 轴承密封件 在工业应用中，由于其低摩擦，PTFE用于滑动轴承、齿轮、滑板、密封件、垫圈、衬套以及更多具有零件滑动作用的应用，其性能优于乙缩醛和尼龙。 驻极体 其极高的体电阻率使其成为制造长寿命驻极体（永磁体的静电类似物）的理想材料。 复合材料 PTFE薄膜还广泛用于生产碳纤维复合材料和玻璃纤维复合材料，特别是在航空航天工业中。聚四氟乙烯薄膜用作正在建造的碳或玻璃纤维部件之间的屏障，以及用于在减体积（从层叠的材料层之间真空去除空气）和固化复合材料时用于封装粘合的透气材料和装袋材料，通常在高压灭菌器中。 此处用作薄膜的PTFE可防止非生产材料粘附到正在构建的部件上，由于碳石墨或玻璃纤维层预先用双马来酰亚胺树脂浸渍，因此具有粘性。非生产材料，如Teflon、AirweaveBreather和袋子本身，如果留在铺层中，将被视为FOD（异物碎片/损坏）。 Gore-Tex是一种膨体聚四氟乙烯(ePTFE)品牌，它是一种结合了具有微孔的氟聚合物膜的材料。美国明尼阿波利斯HubertH.HumphreyMetrodome的屋顶是PTFE涂层的最大应用之一。20英亩（81,000m2）的材料用于制作白色双层PTFE涂层玻璃纤维圆顶。 化学惰性衬里 由于其极端的非反应性和高温等级，PTFE通常用作软管组件、膨胀节和工业管道的衬里，特别是在使用酸、碱或其他化学品的应用中。其无摩擦特性可改善高粘度液体的流动，并用于制动软管等应用。 乐器 聚四氟乙烯经常出现在乐器润滑产品中；最常见的是阀门油。 润滑剂 PTFE用于一些气溶胶润滑剂喷雾，包括微粉化和极化形式。它以其极低的摩擦系数、疏水性（用于防止生锈）以及在施工后形成的干膜而著称，这使得它能够抵抗收集颗粒，否则可能会形成研磨膏。[40]品牌包括GT85。 厨具 聚四氟乙烯以其在不粘煎锅和其他炊具涂层中的应用而闻名，因为它具有疏水性并具有相当高的耐热性。 一些熨斗的底板涂有聚四氟乙烯。 其他 其他利基应用包括： 1/它通常作为非机械AFD（减摩装置）在滑雪固定装置中发现 2/它可以被拉伸以包含不同大小的小孔，然后放置在织物层之间，制成户外服装中的防水透气织物。 3/它被广泛用作织物保护剂，以防止正式校服上的污渍，如制服西装外套。 4/它经常用作润滑剂，以防止圈养的昆虫和其他节肢动物逃跑。 5/它被用作医疗和保健应用的涂层，为手术器械和其他医疗设备提供强度和耐热性。 6/它用作运动和医疗应用的薄膜界面贴片，具有压敏粘合剂背衬，安装在鞋类、鞋垫、踝足矫形器和其他医疗设备的战略性高摩擦区域，以防止和缓解摩擦-诱发水泡、老茧和足部溃疡。 7/膨胀的PTFE膜已在试验中用于辅助小梁切除术治疗青光眼。 8/粉末状PTFE在烟火组合物中用作氧化剂，与粉末状金属（如铝和镁）一起使用。点燃后，这些混合物会形成碳质烟灰和相应的金属氟化物，并释放大量热量。它们用于红外诱饵照明弹和固体燃料火箭推进剂的点火器。铝和PTFE也用于一些温压燃料组合物中。 8/粉末状PTFE与低粘度、共沸的硅氧烷醚混合物悬浮在一起，以制造用于曲折拼图的润滑剂。 9/在光学辐射测量中，PTFE片材用作光谱辐射计和宽带辐射计（例如照度计和紫外辐射计）的测量头，因为PTFE能够几乎完美地漫射透射光。此外，PTFE的光学特性在从紫外到近红外的广泛波长范围内保持恒定。在该区域，其常规透射率与漫射透射率之比小到可以忽略不计，因此通过漫射器（PTFE片材）透射的光会像朗伯余弦定律一样辐射。因此，PTFE能够为检测器在表面（例如在太阳能中）测量光辐射功率的检测器提供余弦角响应辐照度测量。 10/聚四氟乙烯涂层子弹涂有聚四氟乙烯，以减少未涂层弹丸对枪支膛线造成的磨损。聚四氟乙烯本身并不赋予弹丸穿甲性能。 11/其高耐腐蚀性使PTFE在实验室环境中非常有用，可用作容器的内衬、磁力搅拌器的涂层，以及用于溶解玻璃容器的高腐蚀性化学品（如氢氟酸）的管道。它用于储存氟锑酸（一种超强酸）的容器中。 12/聚四氟乙烯管用于垃圾焚烧炉气体净化中的气体-气体热交换器。单位功率容量通常为几兆瓦。 13/PTFE广泛用作管道应用中的螺纹密封胶带，在很大程度上取代了糊状螺纹涂料。 14/PTFE膜过滤器是最有效的工业空气过滤器之一。PTFE涂层过滤器通常用于集尘系统中，用于在涉及高温和高颗粒负载的应用（例如燃煤电厂、水泥生产和钢铁铸造厂）中从气流中收集颗粒物。 15/如果没有合适的自体静脉移植物，PTFE移植物可用于绕过周围血管疾病中的狭窄动脉。 16/许多自行车润滑油和润滑脂都含有PTFE，用于链条和其他承受摩擦力的运动部件（例如轮毂轴承）。 17/PTFE用于某些类型的牙线。 18/聚四氟乙烯也可以在放置牙科填充物时使用，以隔离邻牙的接触，使修复材料不会粘在邻牙上。 19/聚四氟乙烯片材因其不粘特性和对非极性溶剂的耐受性而用于生产丁烷哈希油。 20/聚四氟乙烯与轻微纹理的层压板相结合，构成了多布森望远镜的滑动轴承系统。 21/聚四氟乙烯广泛用作食品加工设备的不粘涂层；面团料斗、搅拌碗、输送系统、滚筒和溜槽。PTFE也可以在存在磨损的地方进行加固——例如，用于处理种子或颗粒状面团的设备。 22/聚四氟乙烯已被用于化学镀镍。 23/PTFE管用于3D打印机中的鲍登管，因为它的低摩擦力使挤出机步进电机可以更轻松地推动细丝通过它。 24/PTFE常用于游戏鼠标的售后附加鼠标脚，以减少鼠标与鼠标垫的摩擦，从而实现更顺畅的滑动。 25/聚四氟乙烯箔通常与激光打印机一起使用，在它们的定影单元中，缠绕在加热器元件上以及对面的压力辊上，以防止任何类型的粘附（打印纸和碳粉都不会） 26/PTFE也用于制作身体首饰，因为与丙烯酸等材料相比，它佩戴起来更安全，丙烯酸在26.6°C时会向体内释放有毒物质，而PTFE在650–700°C时会释放有毒物质。 27/聚四氟乙烯用于制造用于折叠、刻划和分离纸张的装订工具。这些通常称为Teflon骨骼文件夹。 安全 虽然PTFE在较低温度下稳定且无毒，但它在约260°C(500°F)的温度下开始变质，在350°C(662°F)以上时分解，在400°C(752°F)以上的温度下发生热解°F)。主要分解产物是碳氟化合物气体和升华物，包括四氟乙烯(TFE)和二氟卡宾自由基(RCF2)。 1955年进行的一项动物研究得出结论，在低于250°C(482°F)的温度下，这些产品不太可能产生对健康有重要意义的数量。高于这些温度，降解副产物对鸟类可能是致命的，并可能导致人类出现流感样症状（聚合物烟雾热），尽管在人类中这些症状在一两天内消失被转移到空气新鲜的地方。 大多数人体聚合物烟雾热病例是由于吸食受PTFE污染的烟草引起的，尽管病例发生在在PTFE组件附近焊接或在390°C(734°F)下加热PTFE涂层炊具的人身上至少4小时。聚四氟乙烯涂层炊具在正常使用时不太可能达到危险温度，因为肉类通常在204至232°C（399至450°F）之间进行油炸，大多数食用油（精制红花油和鳄梨油除外）开始抽烟在达到260°C(500°F)的温度之前。杜邦公司Haskell实验室1973年的一项研究发现，在加热到280°C(536°F)的聚四氟乙烯炊具发出的烟雾中暴露4小时对长尾小鹦鹉来说是致命的，尽管这比260°C(500°C)的温度要高。F)热解黄油产生的烟雾对鸟类致命所必需的。 全氟辛酸(PFOA)是一种以前用于制造PTFE产品（如不粘涂层炊具）的化学品，接触它的人可能会致癌（参见生态毒性）。在使用该化学品的工厂工作或居住在附近的人的血液中，以及经常接触某些滑雪蜡和防污织物涂层等含PFOA产品的人的血液中都发现了PFOA的含量，但未发现不粘炊具是主要的暴露源，因为PFOA在制造过程中被烧掉，并且不存在于成品中。自2013年以来，未使用PFOA制造不粘涂层炊具，并且美国不再生产PFOA。 生态毒性 三氟乙酸钠和类似的氯二氟乙酸钠化合物都可以在PTFE经历热解时生成，以及产生具有相同持久性的更长链的多氟和/或多氯氟(C3-C14)羧酸。这些产品可以在蒸发湿地中积累，并已在湿地植物物种的根和种子中发现，但尚未观察到对植物健康或发芽成功产生不利影响。 全氟辛酸 全氟辛酸（PFOA，或C8）已被用作PTFE乳液聚合中的表面活性剂，尽管一些制造商已完全停止使用它。 PFOA在环境中无限期地存在。在美国普通人群的许多人的血液中检测到全氟辛酸含量低于十亿分之几，而在化工厂员工和周边亚群中的含量更高。据估计，PFOA和全氟辛烷磺酸(PFOS)在每一个美国人的血液中的含量为十亿分之几，尽管1999年至2014年间，PFOA和全氟辛烷磺酸的浓度分别下降了70%和84%，这与2014年末期相吻合。PFOA和PFOS在美国的生产和淘汰情况。通过将C8废物大量倾倒到海洋和靠近俄亥俄河谷。已在工业废物、防污地毯、地毯清洁液、屋尘、微波爆米花袋、水、食品和PTFE炊具中检测到PFOA。 由于与杜邦公司的集体诉讼和社区和解，三位流行病学家对一家化工厂周围的人群进行了研究，该工厂的PFOA暴露水平高于普通人群。研究得出结论，PFOA暴露与六种健康结果之间存在关联：肾癌、睾丸癌、溃疡性结肠炎、甲状腺疾病、高胆固醇血症（高胆固醇）和妊娠高血压。 总体而言，PTFE炊具被认为是PFOA的次要暴露途径。 |
