Teflon kojarzy się przede wszystkim z patelniami, ponieważ jego powłoka powoduje nieprzywieranie jedzenia podczas obróbki. Mało kto jednak wie, że Teflon znalazł o wiele szersze zastosowanie – nie tylko w przemyśle gastronomicznym. O tym opowiemy w dzisiejszym artykule.
Czym jest Teflon (PTFE)?
Teflon to nazwa handlowa syntetycznego fluoropolimeru – poli(tetrafluoroetylenu) – w skrócie PTFE (ang. Polytetrafluoroethylene). Związek ten po raz pierwszy udało się uzyskać w 1938 roku na terenie USA. Jego specjalne właściwości sprawiają, że PTFE stał się doskonałym środkiem smarującym, a za sprawą niewielkiej swobodnej energii powierzchniowej, nie przywierają do niego inne substancje.
To z tego powodu Teflonem pokrywa się m.in. powierzchnie patelni kuchennych, pojemniki na chemikalia czy rury transportujące substancje korodujące.
Właściwości Teflonu
PTFE jest w warunkach pokojowych białym ciałem stałym o gęstości 2200 kg/m3. Swoje właściwości – w tym odporność mechaniczną, twardość i właściwości smarujące, zachowuje nawet w ekstremalnie niskich temperaturach, rzędu −268.15 °C. Z kolei swoją elastyczność zachowuje nawet w temperaturze −79 °C.
Teflon to jeden z trzech związków chemicznych znanych ludzkości, który zapewnia najniższe tarcie COF (ang. coefficient of friction) (0.05–0.10). Bardziej śliski jest tylko BAM (ang. aluminum magnesium boride) na poziomie 0.02 oraz DLC (ang. diamond-like carbon) o wartości 0,05.
Struktura meru (stale powtarzającego się fragment cząsteczki) PTFE to −[−CF2−CF2−]n−. Czysty Teflon topi się w temperaturze 327 °C, a w 260 °C przechodzi z fazy krystalicznej do fazy ciekłokrystalicznej – staje się przezroczysty i miękki, ale nie płynny. Teflon cechuje się bardzo dużą lepkością, która nie pozwala na jego przetwórstwo jak w przypadku innych, typowych termoplastów1.
PTFE wyróżnia się niezwykle wysoką odpornością chemiczną. Nie reaguje z innymi związkami chemicznymi – w tym z kwasem fluorowodorowym. Z uwagi na brak topliwości, Teflon nie nadaje się do obróbki poprzez wytłaczanie lub wtryskiwanie. W tym celu wykorzystuje się technikę spiekania proszku, znaną chociażby z obróbki materiałów ceramicznych.
PTFE jest substancją hydrofobiczną, czyli odpychającą cząsteczki wody, która łatwo spływa po jego powierzchni.
Historia wynalezienia Teflonu
PTFE został odkryty zupełnie przypadkowo w 1939 roku, a jego odkrywcą był Roy J. Plunkett – amerykański chemik. Podczas gdy pracował on nad nowym rodzajem chłodziwa składającego się z chlorofluorowęglowodoru, na ściankach naczynia wcześniej wypełnionego tetrafluoroetenem (TFE) zauważył białą i bardzo śliską maź, zbliżoną do wosku. Analiza wykazała, że był spolimeryzowany perfluoroethylen. Wkrótce potem w 1945 roku opatentowano nowy związek pod nazwą handlową Teflon.
Od 1948 roku przedsiębiorstwo chemiczne DuPont produkowało blisko 900 ton PTFE każdego roku. Pierwsza patelnia kuchenna pokryta nieprzywierającą warstwą teflonu powstała w 1961 roku.
Otrzymywanie Teflonu
PTFE jest najczęściej produkowany w procesie emulsyjnej polimeryzacji tetrafluoroetylenu, co przedstawia poniższy zapis reakcji i grafika:
n F2C=CF2 → −(F2C−CF2)n−
W efekcie otrzymuje się liniowe cząsteczki o masach molowych rzędu 106 g/mol. Produktem wyjściowym jest Teflon w formie emulsji rozpuszczonej w wodzie, benzynie lub eterze naftowym. Można ją przetapiać na granulat lub zatężać.
Zastosowanie Teflonu
Teflon z uwagi na swoje właściwości (głównie smarujące i odpychające inne substancje) znalazł zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu.
- Izolacja przewodów – blisko połowa światowej produkcji PTFE przeznaczona jest do izolowania przewodów elektrycznych. Głównie dotyczy to elektroniki stosowanej w przestrzeni kosmicznej i wewnątrz komputerów. Wynika to z faktu, że Teflon jest bardzo dobrym izolatorem (oporność 1018 Ω·cm) – szczególnie w obecności fal o wysokiej częstotliwości (w tym promieniowania mikrofalowego). Dochodzi do tego wysoka temperatura topnienia Teflonu.
- Produkcja materiałów i powłok pracujących w wysokich temperaturach i narażonych na kontakt z agresywnymi środkami chemicznymi.
- Produkcja materiałów hydrofobowych.
- Produkcja elementów i powłok poślizgowych.
- Produkcja materiałów uszczelniających.
- Wytwarzanie elementów mających stały kontakt z tkankami ciała (implanty, kolczyki, itp.).
- Produkcja kompozytowych pasów transmisyjnych na bazie włókna szklanego.
Jak nanosi się Teflon na patelnie?
PTFE nanosi się na powierzchnię metalową patelni metodą retencji. Polega to na tym, że na wcześniej wypiaskowaną powierzchnię patelni, natryskiwana jest cienka warstwa Teflonu (tzw. primer), którą następnie poddaje się wypiekaniu. W drugim etapie nanosi się kolejną, grubszą warstwę Teflonu, która stapiana jest z primerem, tworząc idealnie gładką i hydrofobową powierzchnię.
Szkodliwość Teflonu
PTFE jest nietoksyczny i stabilny chemicznie w niskich temperaturach. Dopiero w okolicach 260 °C zaczynają pogarszać się jego właściwości, a w temperaturze 350 °C następuje jego stopniowy rozkład. Ulega pirolizie (suchej destylacji) w temperaturze ponad 400 °C.
Głównymi produktami rozkładu Teflonu są fluorokarbony i różnego rodzaju sublimaty, takie jak tetrafluoroeten (TFE) czy RCF2 (ang. difluorocarbene radicals).
Badania naukowe na zwierzętach w 1995 roku wykazały, że prawdopodobieństwo przedostania się do organizmu szkodliwych cząstek poniżej temperatury 250 °C jest bardzo małe. W wyższych temperaturach produkty rozkładu Teflonu mogą być śmiertelne dla ptaków i powodować objawy grypopodobne w przypadku ludzi (tzw. grypa teflonowa, ang. polymer fume feve). Objawy te samoistnie mijają w przeciągu kilku dni pod warunkiem przebywania na świeżym powietrzu.
Do zatrucia dochodzi najczęściej w przypadku palenia tytoniu zawierającego PTFE, spawania w bezpośredniej sąsiedztwie PTFE czy też nagrzewania naczyń z powłoką Teflonową w temperaturze 390 °C przez ok. 4 godziny. Tym samym osiągnięcie tak wysokiej temperatury w warunkach kuchennych jest bardzo mało prawdopodobne.
Czy patelnie z Teflonu są szkodliwe?
Kwas PFOA (ang. perfluorooctanoic acid) wykorzystywany do produkcji powłok z PTFE wykazuje właściwości rakotwórcze. Niewielkie ilości PFOA znajdowały się nawet w krwi osób, które przebywały w bliskim sąsiedztwie fabryk produkcyjnych przetwarzających Teflon.
Nie dowiedziono jednak, aby patelnie czy inne naczynia z powłokami teflonowymi, mogły być źródłem szkodliwego dla zdrowia PFOA. Kwas ten zwyczajnie jest wypalany w procesie produkcji naczyń teflonowych i nie przedostaje się do gotowego produktu. Ponadto od 2013 roku do produkcji naczyń teflonowych zaprzestano wykorzystywać PFOA (produkcja tego kwasu również została wstrzymana w USA).
1 – tworzywo sztuczne, które w określonej temperaturze i ciśnieniu zaczyna mieć własności lepkiego płynu.
Sprawdź również informacje o innych substancjach: