Politetrafluoroetylen

Politetrafluoroetylen
Politetrafluoroetylen.svg
PTFE-3D-vdW.png
Struktura PTFE.
Identyfikacja
Nazwa IUPAC Poli (difluorometylen)
Synonimy

Politetrafluoroeten, PTFE, teflon-PTFE, teflon, teflon (w mowie potocznej)

N O CAS 9002-84-0
N O ECHA 100 120 367
UŚMIECH C (C (*) (F) F) (*) (F) F
PubChem , widok 3D
Wygląd bezwonne białe ciało stałe
Właściwości chemiczne
Formuła (C 2 F 4 ) n
Właściwości fizyczne
T ° zeszklenie 120  ° C , ~ -100  ° C według niektórych autorów
T ° fuzja 327  ° C
Rozpuszczalność nierozpuszczalny
Parametr rozpuszczalności δ 12,7  MPa 1/2
Masa objętościowa 2,16  g cm- 3
Przewodność cieplna 0,25  W  · m- 1 K- 1 −
Właściwości elektroniczne
Stała dielektryczna 2,1 ( 60  Hz )
2,1 ( 1  kHz , 25  °C )
2,1 ( 1  MHz , 25  °C )
2,1 ( 1  GHz , 25  °C )
Krystalografia
Typowa struktura półkrystaliczny
Właściwości optyczne
Współczynnik załamania światła  1,35
Przezroczystość nieprzezroczysty z wyjątkiem bardzo cienkich warstw amorficznych
Środki ostrożności
WHMIS

Produkt niekontrolowanyTen produkt nie jest kontrolowany zgodnie z kryteriami klasyfikacji WHMIS.
Klasyfikacja IARC
Grupa 3  : Niesklasyfikowane ze względu na rakotwórczość dla ludzi human
Jednostki SI i STP, chyba że zaznaczono inaczej.

Politetrafluoroetylenu (skrót PTFE ) jest fluoropolimerem pochodzące z tetrafluoroetylenu .

Ten techniczny polimer został przypadkowo odkryty w 1938 r. przez chemika Roya J. Plunketta (1910-1994) pracującego dla amerykańskiej firmy EI du Pont de Nemours and Company, często nazywanej „du Pont de Nemours” i oficjalnie skracanej jako „DuPont”. Został wprowadzony na rynek w 1949 roku. Jest sprzedawany pod zarejestrowanymi znakami towarowymi Teflon , Hostalen, Hostaflon lub Fluon. Najbardziej znaną marką jest Teflon firmy du Pont de Nemours.

Posiada niezwykłe właściwości odróżniające go od innych polimerów termoplastycznych , w tym doskonałą odporność termiczną i chemiczną, a także wyjątkowo niski współczynnik tarcia .

W życiu codziennym teflon jest szeroko stosowany jako powłoka zapobiegająca przywieraniu w naczyniach kuchennych .

Opis

PTFE jest miękkim, łatwo odkształcalnym, półkrystalicznym , nieprzezroczystym, białym materiałem dopuszczonym do kontaktu z żywnością. Jego wydłużenie jest wysokie (właściwości mechaniczne typu elastomeru), a odporność na naprężenia i promieniowanie jest niska. Wykazuje niezwykłą odporność na większość chemikaliów, wyjątkowo niski współczynnik tarcia i pozostaje stabilny w podwyższonych temperaturach (do 327  °C ). Te niezwykłe właściwości sprawiają, że jest nieoceniony w wielu zastosowaniach.

Politetrafluoroetylen jest również jedynym materiałem, do którego nie przylegają nogi większości gekonów drzewnych.

Zastosowania

PTFE stanowi około 90% zużycia fluoropolimerów, czyli około 20 000  ton rocznie .

W przemyśle znajduje zastosowanie w łożyskach, uszczelnieniach, izolacji elektrycznej wysokotemperaturowej, wykładzinach nieprzylepnych i uszczelkach do wanien  itp. W życiu codziennym tworzy powłokę niektórych przyborów kuchennych i służy jako taśma do uszczelniania połączeń gwintowanych.

Nieruchomości

Chemiczny

Ogólnie doskonała obojętność chemiczna, zwłaszcza wobec kwasów ( oleum , woda królewska , dymiący kwas azotowy ), zasad ( stężona soda lub potaż ), alkoholi , ketonów i węglowodorów . Jest odporny na działanie kwasu fluoroantymonowego , najsilniejszego znanego dziś kwasu, który rozpuszcza szkło. PTFE jest przystosowana do temperatury ciekłego metalu, metali alkalicznych roztworów z węglowodorów aromatycznych, w eterze ( np sodu naphthalenide w roztworze w tetrahydrofuranie ), hydrazyny , dietylu aminę , dimetylo-formamid, fluoru i złotawy cyjanku .

Termiczny

Fizyczny

Gęstość  : 2,15  g cm- 3 dla 50% krystaliczności 24-godzinna absorpcja wody: 0,01% (hydrofobowa) Graniczny indeks tlenowy (LOI): 95% (bardzo wysoka wartość, materiał niepalny , samogasnący) Przepuszczalność azotu w 25  ° C  : 1 × 10 -13  cm 2  s -1  Pa -1 Przepuszczalność wodoru w 25  ° C  : 7 × 10 −13  cm 2  s −1  Pa −1 Przepuszczalność dwutlenku węgla w 25  ° C  : 7 × 10 −13  cm 2  s −1  Pa −1 Przepuszczalność tlenu w 25  ° C  : 3 × 10 −13  cm 2  s −1  Pa −1 Przepuszczalność wody w 25  ° C  : 4 × 10 −13  cm 2  s −1  Pa −1 Odporność na promieniowanie UV  : doskonała

Mechanika

Zachowanie mechaniczne elastomerów i tego samego typu w zakresie od -80  °C do 250  °C .

Twardość Shore D: 50-65 Twardość Rockwella: 25 Moduł Younga  : 300 do 800  MPa Wytrzymałość na rozciąganie: od 10 do 40  MPa Wydłużenie przy zerwaniu  : 100 do 400  % Współczynnik tarcia  : 0,05 do 0,2 Odporność na uderzenia Izoda: brak pęknięć Współczynnik Poissona  : 0,46

Elektryczny

Właściwości elektryczne PTFE są wyjątkowe.

Względna przenikalność przy 1  MHz  : 2,0 do 2,1 Współczynnik  rozpraszania przy 1  MHz : 0,0003 do 0,0007 Wytrzymałość dielektryczna  : 15 do 17  kV mm- 1 Rezystywność  : 10 18 do 10 19  Ω cm

Niedogodności

Inne fluoropolimery zostały opracowane w celu złagodzenia tych wad. Na przykład politrifluorochloroetylen (PCTFE, pochodzący z monomeru CFCl = CF 2) (temperatura topnienia ~ 213  °C ) przeobraża się nieco łatwiej niż PTFE. Pokazuje interwał pracy (w ciągłym użyciu) od -250  do  150  ° C . Charakteryzuje się odpornością na zimno i lepszymi właściwościami mechanicznymi niż PTFE, z drugiej strony ma mniejszą odporność termiczną i chemiczną.

Przykład PCTFE niekoniecznie jest tutaj najbardziej odpowiedni; ten ostatni został faktycznie odkryty kilka lat przed PTFE (Farben, 1934). Wspomniane zostaną FEP , MFA lub PFA , kopolimery PTFE, które pojawiły się w szczególności w celu umożliwienia kształtowania w stanie stopionym, głównego czarnego punktu PTFE w zastosowaniach przemysłowych.

Toksyczność

PTFE jest chemicznie obojętny i nietoksyczny w niskich temperaturach, ale zaczyna emitować toksyczne produkty już w 230  ° C (temperatura zwykle osiągana przez patelnię po 2 do 5 minutach normalnego użytkowania). Rozkład PTFE generuje emisje powyżej 350  °C, które czasami są śmiertelne dla ptaków, co może powodować objawy grypopodobne u ludzi.

Dla porównania tłuszcze kuchenne (oleje i masła) zaczynają się palić w okolicach 200  °C . W badaniu z 1959 r. stwierdzono, że toksyczność oparów z powłok (poprzez ogrzewanie na sucho) była mniejsza niż oparów generowanych przez przegrzane oleje spożywcze.

W 1973 roku badanie potwierdziło te wcześniejsze wyniki. Wykazano również, że narażenie na produkty z masła do gotowania w temperaturze 260  ° C przez cztery godziny na niepowlekanej patelni było w 100% toksyczne (śmiertelne) dla papużek, podczas gdy te same warunki z powłoką patelni nie powodowały śmierci zwierząt do 280  ° C . Z drugiej strony, w ciągu ostatnich czterdziestu lat patelnie nieprzywierające były szeroko stosowane i zgłoszono tylko niewielki przypadek o ograniczonym wpływie na zdrowie i związany z przegrzaniem patelni.

W 2005 roku Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych (EPA) odkryła, że kwas perfluorooktanowy (PFOA lub PFOA w języku angielskim, znany również jako C8), kluczowa substancja chemiczna używana do produkcji teflonu , jest rakotwórczy . To odkrycie jest częścią raportu, który jest sprawdzany przed ostateczną akceptacją .

Laboratoriom DuPont, które go wprowadzają do obrotu, nakazano zapłacić ponad szesnaście milionów dolarów władzom zdrowotnym Stanów Zjednoczonych za ukrycie pewnych potencjalnych zagrożeń. Badania wykazały, że PFOA powoduje raka u zwierząt .

Pozew, prowadzony przez 60 000 mieszkańców mieszkających w pobliżu fabryk grupy w USA, nakazał DuPontowi wydanie 345 milionów dolarów na rekompensatę i zmuszenie go do zaprzestania emisji PFOA do wody i gleby. W tej chwili ta substancja chemiczna nie jest akceptowana przez EPA . W 2007 roku między innymi perfluorowanymi związkami był kwas perfluorooktanowy, który jest trwały w środowisku i akumulowany poprzez wiązanie się z białkami we krwi (albuminie), wątrobie i nerkach organizmów żywych. Toksyczny dla ludzi i innych zwierząt, PFOA został znaleziony we krwi pępowinowej 100% z 299 noworodków badanych w Baltimore , wykazując rozległe zanieczyszczenie wewnątrzmaciczne w tym obszarze. Znaleziono inne związki perfluorowane, ale w niższych dawkach i/lub u mniejszej liczby osobników.

W styczeń 2006, DuPont, jedyna firma, która używa PFOA w fabryce w Stanach Zjednoczonych, ogłosiła zamiar wycofania emisji z tego produktu w 2015 roku. Obecnie poszukuje zamiennika i dlatego nie planuje zaprzestania jego stosowania. produkt niezbędny do produkcji teflonu. Niniejsze ogłoszenie obejmuje wszystkie produkty firmy wykorzystujące teflon. Rzeczywiście, PFOA jest używany w procesie produkcyjnym teflonu, który jest również używany do naczyń kuchennych z powłoką zapobiegającą przywieraniu (dla których nie powinno być żadnych mierzalnych śladów PFOA w produkcie gotowym ) niż do pakowania, odzieży i wykładziny podłogowe.

W 2010 roku badanie naukowe wykazało korelację między obecnością PFOA i kwasu perfluorooktanosulfonowego (PFOS) we krwi a wzrostem poziomu cholesterolu .

Aspekty środowiskowe

Pośrednim efektem działania PTFE jest to, że po podgrzaniu może wytwarzać gazy cieplarniane w atmosferze. Rzeczywiście w 600  ° C nie jest produkcja polyfluorobutène i 650  ° C, z tetrafluorek węgla (CF 4). Te ostatnie cząsteczki mają wiązania kowalencyjne, które są spolaryzowane, pochłaniając odbite światło słoneczne (z 30% odbitego światła, 15% jest pochłaniane przez te gazy cieplarniane w wyniku drgań ścinających cząsteczki).

Problem CF 4a PFB oznacza, że ​​te cząsteczki mają bardzo długą żywotność (na przykład 50 000 lat dla CF 4) i względną moc ocieplenia globalnego na kilogram zintegrowany przez 100 lat wynoszącą 6500. Jeśli porównamy udział CO 2, miałby żywotność tysiąc razy dłuższą. Roczna stopa wzrostu wzrasta o 2% dla CF 4w porównaniu do CO 2 co jest rzędu 0,4%.

Problem: stosowanie chlorofluorowęglowodorów (CFC), które zostały zakazane od 1989 roku przez Protokół Montrealski , zostały zastąpione przez innych współtwórców (np. CF 4) nie mniej silny w potencjale ocieplenia i tym razem mający pięćset razy dłuższy czas przebywania. Degradacja PTFE pod wpływem wysokiej temperatury jest nie tylko odczuwalna podczas globalnego ocieplenia, ale jest również odczuwalna w wodach gruntowych, jeziorach, morzu i u zwierząt. W rzeczywistości najwyższe stężenie odczuwalne wśród PFC (związków perfluorowanych) to PFOA.

PFOA jest jednym z trwałych zanieczyszczeń organicznych (POP), to znaczy nie ulega rozkładowi lub ma tylko niewielki charakter. PFOA został znaleziony na biegunie u niedźwiedzi polarnych, ryb, ludzi i we wszystkich oceanach świata. PFOA ulega bioakumulacji i biomagnifikacji.

W 2008 roku na świecie obowiązują badania pozwalające na degradację PFOA. W rzeczywistości badania wykazują degradację PFOA w obecności Fe( III ) iw świetle UV przy długości fali 254  nm . Dlatego analizy chemiczne związane z produkcją PTFE są coraz bardziej poszukiwane na całym świecie. Tak więc dziedzina analitycznej chemii środowiska kwitnie.

Aspekty analityczne

PFOA z rozkładu politetrafluoroetylenu w 360  ° C . Związek ten znany jest ze zwiększonej toksyczności i działania rakotwórczego u ludzi i zwierząt. Jest niepokojący, ponieważ utrzymuje się w środowisku i gromadzi w ludzkim ciele. Opracowano jednak różne metody analizy w celu określenia i ilościowego określenia tych związków w różnych mediach (woda, krew, surowica, wątroba, osocze, gleba, powietrze, przybory kuchenne  itp .).

Analiza w wodzie

Analizy PFOA i innych związków PFC Przeprowadzono w dorzeczu Padu we Włoszech w 2006 roku w celu określenia stężeń PFOA zrzucanych do Morza Adriatyckiego . Metodą analizy stosowaną w tym przypadku jest ekstrakcja do fazy stałej (SPE) i chromatografia cieczowa sprzężona z tandemową spektrometrią mas  (en) (LC-MS/MS).

SPE to technika przygotowania próbki oparta na selektywnej adsorpcji analiz na powierzchni stałej.

LC/MS/MS umożliwia rozdzielanie i oznaczanie ilościowe związków. Zaletą tej metody jest to, że pozwala na jednoczesne oznaczanie substancji o różnej budowie. Charakteryzuje się wysoką czułością, podwyższoną specyficznością i bardzo wysoką selektywnością, szybkością, poprawionym S/N (stosunek sygnał/szum), niezrównaną dokładnością i precyzją, obniżoną granicą wykrywalności , ale drogim.

Analizy wykonano, pobierając próbki wody z różnych rzek w okresie od lutego do Marzec 2007. Analizy te wykazały wysokie stężenia PFOA w rzece Tánara w 2007 roku, tj. 1270  ng/l oraz stężenia wahające się od 60 do 337  ng/l dla rzeki Pad w roku 2006 dla różnych terminów pobierania próbek. Granica wykrywalności dla analiz PFOA wynosi 100  pg/l . Z tych stężeń i przepływu rzeki wyznaczono ilość PFOA na rok 2006, tj. masę ~0,3  kg/h PFOA lub ~2,6  tony/rok, która została zdeponowana w morzu Adriatyk (część Morza Śródziemnego) .

Analiza tkanek

Wykonano analizy w celu oznaczenia kwasów perfluorokarboksylowych (PFCA, PFCA w języku angielskim) metodą chromatografii gazowo-cieczowej (GLC English) z detektorem wychwytu elektronów  (en) (ECD). Analiza ta umożliwiła wydajną ekstrakcję kwasu perfluorooktanowego (PFOA), kwasu perfluoronononowego (PFNA) i kwasu perfluorodekanowego (PFDA) z wątroby szczurów metylowanych diazometanem CH 2 N 2.następnie oddzielone przez GLC. Uzyskane stężenia PFDA w wątrobie szczura 24 godziny po podaniu dawki 20  mg kg- 1 na masę ciała wyniosły 113,9 ± 11,4  µg/g wątroby.

Niemniej jednak, oceniane są nowe badania dotyczące trwałości PFOA i jego możliwego wpływu na zdrowie środowiska, a także zdrowie człowieka .

Uwagi i referencje

  1. Claude KW Friedli, Chemia ogólna dla inżynierów , Presses polytechniques et universitaire romandes, 2005 ( ISBN  2880744288 ) , s.  471 [ przeczytaj online w Google Books ] .
  2. Laurent Mahé, Zużycie naładowanego politetrafluoroetylenu: zbliż się do natężenia przepływu trzeciego ciała stałego. Zastosowanie do pierścieni tłokowych sprężarek , na tribologie.free.fr .
  3. Wejście numeru CAS 9002-84-0 „” w chemicznej bazy GESTIS IFA (niemiecki organ odpowiedzialny za bezpieczeństwo i higienę pracy) ( niemiecki , angielski ), dostępnym w dniu 8 lutego 2009 (wymagany JavaScript) .
  4. (w) James E. Mark, Podręcznik właściwości fizycznych polimerów , Springer,2007, 2 II  wyd. , 1076  s. ( ISBN  978-0-387-69002-5 i 0-387-69002-6 , czytaj online ) , s.  294.
  5. (en) JG Speight i Norbert Adolph Lange, Podręcznik chemii Lange , McGraw-Hill,2005, 16 th  ed. , 1623  s. ( ISBN  0-07-143220-5 ) , s.  2,807 i 2,748.
  6. (w) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics , CRC Press,2009, 90 th  ed. , 2804  s. , Oprawa twarda ( ISBN  978-1-4200-9084-0 ).
  7. Z Monnet: Konferencja CPT kwiecień-maj 1974. Dostępne w: Jean Bost, Plastics: chemistry-applications , Technique & Documentation Lavoisier, Paris, 1980 ( ISBN  285206068X ) .
  8. Grupa Robocza IARC ds. Oceny Ryzyka Rakotwórczego dla Ludzi , „  Globalne Oceny Karcynogenności dla Ludzi, Grupa 3  : niesklasyfikowane pod względem ich rakotwórczości dla ludzi  ” , na monografiach.iarc.fr , IARC,16 stycznia 2009(dostęp 22 sierpnia 2009 ) .
  9. „  Teflon  ” w bazie produktów chemicznych Reptox z CSST (Quebec organizacji odpowiedzialnej za bezpieczeństwo i higienę pracy), dostęp 25 kwietnia 2009.
  10. Nazwa i skrót zgodnie z EN ISO 1043-1, Tworzywa sztuczne – Symbole i skrócone określenia – Część 1  : Podstawowe polimery i ich szczególne właściwości .
  11. To klasyczny przykład odkrycia przez przypadek .
  12. Jego doskonała odporność termiczna i chemiczna wynika z wysokiej stabilności wiązania CF (wiązanie wysokoenergetyczne: 485  kJ / mol ).
  13. Temperatura ugięcia podciepła w języku angielskim.
  14. PTFE ma najwyższą gęstość spośród tworzyw sztucznych.
  15. Jego moduł sprężystości jest wyższy niż w przypadku PTFE.
  16. (w) Czy teflon może wywołać chorobę? , Wiadomości medyczne dzisiaj .
  17. (w) Dale Blumenthal, „  Czy to nowomodne naczynia są bezpieczne?  " (Dostęp 20 maja 2006 ) .
  18. (en) Griffith, dyrektor generalny; Stephens, SS; Tayfun, FO, Ekspozycja japońskich przepiórek i papug na działanie produktów pirolizy patelni pokrytych teflonem i powszechnymi olejami spożywczymi , American Industrial Hygiene Association Journal , 1973, 34 (4), s.  176-178 .
  19. (w) „  O Teflonie  ” (dostęp 20 maja 2006 ) .
  20. (w) „  Panel Przeglądu Oceny Ryzyka dla Zdrowia Ludzkiego Kwasu perfluorooktanowego  ” (dostęp 20 maja 2005 r . ) .
  21. (w) Andrew Eder, DuPont dostaje więcej czasu na testowym PFOS , The News Journal , Environmental Working Group , 10 lutego 2009 (dostępnym na 1 st październik 2009).
  22. Zobacz na ncbi.nlm.nih.gov .
  23. Zobacz na sciencedirect.com .
  24. Badanie Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health, opublikowane przez Environmental science and technology .
  25. „Czy patelnie nieprzywierające promują cholesterol?” » , Futura-Nauki .
  26. (PL) Kanarki w kuchni - Teflon Toksykoza jest zabójcze dla zwierząt Ptaki. Czy jesteśmy zagrożeni? , Environmental Working Group (EWG), 12.08.2003 , mindfully.org (dostęp 28.05.2016 ).
  27. Baird, 1995 i Bunce, 1994, Vanloon i Duffy, 2000, Environment Canada, 1997.
  28. (w) N. Yamshita, K. Kannan, S. Taniyasu, Y. Horii, G. Petrick, T.Gamo, Marine Pollution Bulletin , 51 (2005) 658-668.
  29. (w) H. Hori, A Yamamoto, K. Koike, S. Kutsuna I. Osaka, R. Arakawa Chemosphere , 71, 2008, 206-313.
  30. (w) Roberta C. Barbalace, „  DuPont's Teflon Cover-up  ” , 22 marca 2006, na stronie environmentchemistry.com (dostęp 8 marca 2008).
  31. Environment Canada, Action Plan for the Assessment and Risk Management of Perfluorocarboxylic Acids and Their Precursors Online , czerwiec 2006 (dostęp 15 stycznia 2008).
  32. (w) R. Loos, i in. , Chemosphere , 71, 2008, 306-313, na sciencedirect.com (dostęp 08 marca 2008).
  33. (en) N. Kudo, N. Bandai, Y. Kawashima, Toxicology Letters , 99, 12 listopada.

Zobacz również

Powiązane artykuły

Linki zewnętrzne