PTFE là gì?

Định nghĩa PTFE

Polytetrafluoroethylene ( PTFE ) là một chất fluoropolyme tổng hợp của tetrafluoroethylene có nhiều ứng dụng. Tên thương hiệu thường được biết đến của các chế phẩm dựa trên PTFE là Teflon của Chemours, một sản phẩm phụ từ DuPont, công ty ban đầu phát hiện ra hợp chất này vào năm 1938.

Polytetrafluoroethylen là một chất rắn fluorocarbon (ở nhiệt độ phòng), vì nó là một polyme có trọng lượng phân tử cao bao gồm toàn bộ cacbon và flo . PTFE kỵ nước: không nước và các chất chứa nước làm ướt PTFE, vì flo cacbon thể hiện “lực phân tán London” giảm nhẹ do độ âm điện cao của flo. PTFE có một trong những hệ số ma sát thấp nhất của bất kỳ chất rắn nào.

PTFE – Polytetrafluoroethylene
Tính chất
Công thức hóa học
(C 2 F 4 ) n
Tỉ trọng 2200  kg / m 3
Độ nóng chảy 327  ° C
Dẫn nhiệt 0,25 W / (m · K)

PTFE sử dụng vào việc gì?

Polytetrafluoroethylene được sử dụng làm lớp phủ chống dính cho chảo và các dụng cụ nấu nướng khác. Nó không phản ứng, một phần là do độ bền của liên kết cacbon-flo, và vì vậy nó thường được sử dụng trong các thùng chứa và đường ống cho các hóa chất phản ứng và ăn mòn. Khi được sử dụng làm chất bôi trơn, PTFE làm giảm ma sát, mài mòn và tiêu thụ năng lượng của máy móc. Nó thường được sử dụng làm vật liệu ghép trong các can thiệp phẫu thuật. Nó cũng thường được sử dụng như một lớp phủ trên ống thông; điều này cản trở khả năng của vi khuẩn và các tác nhân lây nhiễm khác bám vào ống thông và gây nhiễm trùng bệnh viện .

Lịch sử hình thành PTFE

Polytetrafluoroethylene tình cờ được phát hiện vào năm 1938 bởi Roy J. Plunkett khi ông đang làm việc tại New Jersey cho DuPont. Khi Plunkett cố gắng tạo ra một chất làm lạnh chlorofluorocarbon mới, tetrafluoroethylenekhí trong chai có áp suất của nó ngừng chảy trước khi trọng lượng của chai giảm xuống mức báo hiệu “rỗng”. Vì Plunkett đang đo lượng khí được sử dụng bằng cách cân cái chai, ông trở nên tò mò về nguồn gốc của quả cân, và cuối cùng phải dùng đến cách cưa chiếc chai ra. Anh phát hiện bên trong chai được phủ một lớp vật liệu trắng như sáp, trơn một cách kỳ lạ. Phân tích cho thấy rằng nó đã được polyme hóa perfluoroethylene, với sắt từ bên trong thùng chứa đóng vai trò như một chất xúc tác ở áp suất cao. Kinetic Chemicals đã cấp bằng sáng chế cho nhựa flo mới (tương tự như polyethylene đã được biết đến ) vào năm 1941, và đăng ký nhãn hiệu Teflon vào năm 1945.

Đến năm 1948, DuPont, công ty thành lập Kinetic Chemicals hợp tác với General Motors, đã sản xuất hơn hai triệu pound (900 tấn) Polytetrafluoroethylene thương hiệu Teflon mỗi năm tại Parkersburg, Tây Virginia. Một lần đầu được sử dụng trong Dự án Manhattan như một vật liệu để phủ van và đệm kín trong các đường ống chứa uranium hexafluoride phản ứng cao tại nhà máy làm giàu uranium K-25 rộng lớn ở Oak Ridge, Tennessee.

Năm 1954, Collette Grégoire, vợ của kỹ sư người Pháp Marc Grégoire, đã thúc giục ông thử vật liệu mà ông đã sử dụng để câu cá trên chảo nấu ăn của bà. Sau đó, ông đã tạo ra chảo chống dính, phủ PTFE đầu tiên với thương hiệu Tefal (kết hợp “Tef” từ “Teflon” và “al” từ nhôm). Tại Hoa Kỳ, Marion A. Trozzolo, người đã sử dụng chất này trên các đồ dùng khoa học, đã tiếp thị loại chảo tráng PTFE đầu tiên do Hoa Kỳ sản xuất, “The Happy Pan”, vào năm 1961. Dụng cụ nấu ăn chống dính. từ đó đã trở thành một sản phẩm gia dụng phổ biến, hiện được cung cấp bởi hàng trăm nhà sản xuất trên khắp thế giới.

Vào những năm 1990, người ta phát hiện ra rằng PTFE có thể là bức xạ liên kết chéo trên điểm nóng chảy của nó trong môi trường không có oxy.  Xử lý chùm tia điện tử là một ví dụ về xử lý bức xạ. Polytetrafluoroethylene liên kết chéo đã cải thiện các đặc tính cơ học ở nhiệt độ cao và độ ổn định bức xạ. Điều này có ý nghĩa quan trọng vì trong nhiều năm, chiếu xạ ở điều kiện môi trường xung quanh đã được sử dụng để phân hủy Polytetrafluoroethylene để tái chế. Việc cắt dây xích gây ra bởi bức xạ này cho phép nó dễ dàng thay thế và tái sử dụng.

PTFE - Polytetrafluoroethylene
PTFE – Polytetrafluoroethylene – 3D

Sản xuất PTFE

PTFE được sản xuất bằng cách trùng hợp gốc tự do của tetrafluoroethylen. Phương trình ròng là

n F 2 C = CF 2 → – (F 2 C − CF 2 ) n –

Vì tetrafluoroethylen có thể phân hủy bùng nổ thành tetrafluoromethane và carbon, nên cần có thiết bị đặc biệt cho quá trình trùng hợp để ngăn chặn các điểm nóng có thể bắt đầu phản ứng phụ nguy hiểm này. Quá trình này thường được bắt đầu với persulfate, chất này đồng nhất để tạo ra các gốc sulfat:

[O 3 SO − OSO 3 ] 2− ⇌ 2 SO 4 • –

Polyme tạo thành được kết thúc bằng các nhóm este sunfat, có thể bị thủy phân để tạo ra các nhóm cuối OH.

Vì PTFE hòa tan kém trong hầu hết các dung môi nên quá trình trùng hợp được tiến hành dưới dạng nhũ tương trong nước. Quá trình này tạo ra một huyền phù của các hạt polyme. Ngoài ra, quá trình trùng hợp được tiến hành bằng cách sử dụng chất hoạt động bề mặt như axit perfluorooctanesulfonic (PFOS).

Thuộc tính của PTFE

PTFE là một polyme nhiệt dẻo, là một chất rắn màu trắng ở nhiệt độ phòng, với mật độ khoảng 2200 kg / m 3 và điểm nóng chảy là 600 K (327 ° C; 620 ° F).  Nó duy trì độ bền cao, độ dẻo dai và khả năng tự bôi trơn ở nhiệt độ thấp xuống đến 5 K (−268,15 ° C; −450,67 ° F), và tính linh hoạt tốt ở nhiệt độ trên 194 K (−79 ° C; −110 ° F) ).  PTFE nhận được các đặc tính của nó từ hiệu ứng tổng hợp của các liên kết cacbon-flo, cũng như tất cả các flocacbon.

Các hóa chất duy nhất được biết là ảnh hưởng đến các liên kết cacbon-flo này là các kim loại có phản ứng cao như kim loại kiềm và ở nhiệt độ cao hơn cũng có thể là kim loại như nhôm và magiê, và các tác nhân flo nhưxenon diflorua và coban (III) florua .  Ở nhiệt độ trên 650–700 ° C (1.200–1.290 ° F) PTFE trải qua quá trình khử phân tử.

Các hệ số ma sát của chất dẻo thường được đo so với thép được đánh bóng. Hệ số ma sát của PTFE là 0,05 đến 0,10, là thấp thứ ba so với bất kỳ vật liệu rắn nào đã biết (nhôm magiê boride (BAM) là vật liệu đầu tiên, với hệ số ma sát là 0,02; carbon giống kim cương là thấp thứ hai ở mức 0,05). Khả năng chống lại lực van der Waals của PTFE có nghĩa là nó là bề mặt duy nhất được biết đến mà tắc kè không thể dính vào. Trên thực tế, PTFE có thể được sử dụng để ngăn côn trùng leo lên các bề mặt được sơn bằng vật liệu. PTFE trơn đến mức côn trùng không thể bám và có xu hướng rơi ra. Ví dụ, PTFE được sử dụng để ngăn kiến ​​leo ra khỏi bệnh sùi mào gà .

Do các đặc tính hóa học và nhiệt cao của nó, PTFE thường được sử dụng làm vật liệu đệm trong các ngành công nghiệp yêu cầu khả năng chống lại các hóa chất mạnh như dược phẩm hoặc xử lý hóa chất. Tuy nhiên, cho đến những năm 1990, PTFE không được biết đến là liên kết chéo giống như chất đàn hồi, do tính trơ về mặt hóa học của nó. Do đó, nó không có “bộ nhớ” và có thể bị rão . Do xu hướng bị rão, hiệu suất lâu dài của các loại đệm như vậy kém hơn so với các chất đàn hồi có mức độ dão bằng 0 hoặc gần bằng không. Trong các ứng dụng quan trọng, vòng đệm Bellevillethường được sử dụng để tác dụng lực liên tục lên miếng đệm PTFE, do đó đảm bảo giảm thiểu hiệu suất trong suốt thời gian tồn tại của miếng đệm.

Xử lý PTFE

Xử lý PTFE có thể khó khăn và tốn kém, vì nhiệt độ nóng chảy cao, 327 ° C (621 ° F), cao hơn nhiệt độ phân hủy ban đầu, 200 ° C (392 ° F). Ngay cả khi nóng chảy, PTFE không chảy do độ nhớt nóng chảy cực cao của nó. Độ nhớt và điểm nóng chảy có thể được giảm bằng cách bao gồm các lượng nhỏ comonomers như perfluoro (propylvinyl ether) và hexafluoropropylene (HFP). Những điều này làm cho chuỗi PTFE tuyến tính hoàn hảo khác trở nên phân nhánh, làm giảm độ kết tinh của nó.

Một số bộ phận PTFE được làm bằng phương pháp đúc nguội, một dạng đúc nén . [34] Tại đây, PTFE dạng bột mịn được ép vào khuôn dưới áp suất cao (10–100 MPa).  Sau thời gian lắng, kéo dài từ vài phút đến vài ngày, khuôn được nung ở nhiệt độ 360 đến 380 ° C (680 đến 716 ° F), cho phép các hạt mịn hợp nhất ( thiêu kết ) thành một khối duy nhất.

Ứng dụng và cách sử dụng PTFE

PTFE ứng dụng trong dây cách điện, điện tử

Ứng dụng chính của PTFE, tiêu thụ khoảng 50% sản lượng, là để cách điện cho hệ thống dây điện trong các ứng dụng hàng không và máy tính (ví dụ như dây móc, cáp đồng trục). Ứng dụng này khai thác thực tế rằng PTFE có các đặc tính điện môi tuyệt vời , [36] đặc biệt là ở tần số vô tuyến cao, làm cho nó thích hợp để sử dụng như một chất cách điện tuyệt vời trong cụm đầu nối và cáp , và trong bảng mạch in được sử dụng ở tần số vi sóng. Kết hợp với nhiệt độ nóng chảy cao, điều này làm cho nó trở thành vật liệu được lựa chọn thay thế hiệu suất cao cho nhiệt độ nóng chảy yếu hơn và thấp hơnpolyethylene thường được sử dụng trong các ứng dụng chi phí thấp.

PTFE ứng dụng làm vòng bi con dấu

Trong các ứng dụng công nghiệp, do có ma sát thấp, PTFE được sử dụng cho ổ trượt trơn, bánh răng, tấm trượt, con dấu, vòng đệm, ống lót, và nhiều ứng dụng khác với hành động trượt của các bộ phận, nơi nó hoạt động tốt hơn acetal và nylon .

PTFE ứng dụng trong vật liệu tổng hợp

Màng PTFE cũng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất vật liệu tổng hợp sợi carbon cũng như vật liệu tổng hợp sợi thủy tinh, đặc biệt là trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ. Màng PTFE được sử dụng như một rào cản giữa phần carbon hoặc sợi thủy tinh đang được xây dựng, và các vật liệu làm thoáng khí và đóng bao được sử dụng để bao bọc liên kết khi bóc tách (loại bỏ chân không không khí từ giữa các lớp vật liệu đã đặt) và khi đóng rắn composite, thường trong nồi hấp.

PTFE, được sử dụng ở đây như một bộ phim, ngăn không cho các vật liệu không sản xuất dính vào bộ phận đang được chế tạo, vốn bị dính do các tấm carbon-graphite hoặc sợi thủy tinh được tạo trước với nhựa bismaleimide. Các vật liệu phi sản xuất như Teflon, Airweave Breather và bản thân túi sẽ bị coi là FOD (mảnh vỡ / hư hỏng của vật thể lạ) nếu được để trong sơ đồ.

Gore-Tex là thương hiệu của PTFE mở rộng (ePTFE), một vật liệu kết hợp màng fluoropolymer với các vi hạt. Mái nhà của Hubert H. Humphrey Metrodome ở Minneapolis , Hoa Kỳ, là một trong những ứng dụng lớn nhất của lớp phủ PTFE. 20 mẫu Anh (81.000 m 2 ) vật liệu đã được sử dụng để tạo ra mái vòm sợi thủy tinh phủ PTFE hai lớp màu trắng.

Lớp lót trơ về mặt hóa học

Do đặc tính không phản ứng và xếp hạng nhiệt độ cao, PTFE thường được sử dụng làm lớp lót trong các cụm ống , khe co giãn và trong các đường ống công nghiệp, đặc biệt là trong các ứng dụng sử dụng axit, kiềm hoặc các hóa chất khác. Chất lượng không ma sát của nó cho phép cải thiện dòng chảy của chất lỏng có độ nhớt cao và được sử dụng trong các ứng dụng như ống phanh.

PTFE ứng dụng trong nhạc cụ

PTFE thường được tìm thấy trong các sản phẩm bôi trơn nhạc cụ; phổ biến nhất là dầu van.

PTFE ứng dụng trong dầu nhờn

PTFE được sử dụng trong một số bình xịt bôi trơn dạng khí dung, bao gồm cả ở dạng vi phân và dạng phân cực. Nó đáng chú ý vì hệ số ma sát cực thấp, tính ưa nước của nó (giúp ức chế rỉ sét) và đối với lớp màng khô mà nó hình thành sau khi sử dụng, cho phép nó chống lại việc thu thập các hạt có thể tạo thành bột nhão mài mòn. [39] Các thương hiệu bao gồm GT85. [40]

Đồ bếp

PTFE được biết đến nhiều nhất với việc sử dụng để tráng chảo chống dính và các dụng cụ nấu nướng khác, vì nó kỵ nước và có khả năng chịu nhiệt khá cao.

Những ứng dụng khác của PTFE

  • Nó thường được tìm thấy trong các dây buộc trượt tuyết như một AFD phi cơ học (thiết bị chống ma sát)
  • Nó có thể được kéo căng để chứa các lỗ nhỏ với kích thước khác nhau và sau đó được đặt giữa các lớp vải để tạo thành một loại vải không thấm nước, thoáng khí trong trang phục ngoài trời.
  • Nó được sử dụng rộng rãi như một chất bảo vệ vải để đẩy lùi các vết bẩn trên trang phục đi học chính thức, như áo khoác đồng phục.
  • Nó thường được sử dụng làm chất bôi trơn để ngăn côn trùng bị giam cầm và các động vật chân đốt khác thoát ra ngoài.
  • Nó được sử dụng làm lớp phủ cho các ứng dụng y tế và chăm sóc sức khỏe được pha chế để cung cấp sức mạnh và khả năng chịu nhiệt cho các thiết bị phẫu thuật và thiết bị y tế khác.
  • Nó được sử dụng như một miếng dán giao diện phim cho các ứng dụng thể thao và y tế, có lớp nền kết dính nhạy cảm với áp lực, được lắp đặt ở các khu vực có độ ma sát cao chiến lược của giày dép, đế lót, chỉnh hình mắt cá chân và các thiết bị y tế khác để ngăn ngừa và giảm ma sát- gây ra mụn nước, vết chai và loét chân.
  • Màng PTFE mở rộng đã được sử dụng trong các thử nghiệm để hỗ trợ trabeculectomy phẫu thuật để điều trị bệnh tăng nhãn áp.
  • PTFE dạng bột được sử dụng trong chế phẩm pháo hoa như một chất oxy hóa với các kim loại dạng bột như nhôm và magiê . Khi bắt lửa, những hỗn hợp này tạo thành muội than và florua kim loại tương ứng , đồng thời giải phóng một lượng lớn nhiệt. Chúng được sử dụng trong pháo sáng decoy hồng ngoại và như dây cháy cho tên lửa nhiên liệu rắn chất đẩy.  Nhôm và PTFE cũng được sử dụng trong một số chế phẩm nhiên liệu nhiệt rắn.
  • PTFE dạng bột được sử dụng ở dạng huyền phù với hỗn hợp azeotropic có độ nhớt thấp của các ete siloxan để tạo ra chất bôi trơn để sử dụng trong các câu đố uốn lượn.
  • Trong phép đo bức xạ quang học, các tấm PTFE được sử dụng làm đầu đo trong máy đo quang phổ và máy đo bức xạ băng rộng (ví dụ, máy đo độ rọi và máy đo bức xạ UV ) do PTFE có khả năng khuếch tán ánh sáng truyền gần như hoàn hảo. Hơn nữa, các đặc tính quang học của PTFE không đổi trong một loạt các bước sóng, từ tia cực tím đến tia hồng ngoại gần. Trong vùng này, tỷ số giữa độ truyền qua đều đặn của nó và độ truyền qua khuếch tán là nhỏ đáng kể, vì vậy ánh sáng truyền qua bộ khuếch tán (tấm PTFE) bức xạ giống như định luật côsin của Lambert . Do đó PTFE cho phép đáp ứng góc cosinusoid cho một máy dò đo công suất của bức xạ quang học tại một bề mặt, ví dụ như trong năng lượng mặt trờicác phép đo bức xạ .
  • Đạn bọc teflon được phủ bằng PTFE để giảm mài mòn súng trường mà đạn không tráng có thể gây ra. Bản thân PTFE không tạo ra đặc tính xuyên giáp cho đạn.
  • Khả năng chống ăn mòn cao của nó làm cho PTFE hữu ích trong môi trường phòng thí nghiệm, nơi nó được sử dụng để lót thùng chứa, làm lớp phủ cho máy khuấy từ và làm đường ống cho các hóa chất có tính ăn mòn cao như axit flohydric, sẽ hòa tan các thùng thủy tinh. Nó được sử dụng trong các thùng chứa để lưu trữ axit fluoroantimonic, một siêu vi khuẩn.
  • Ống PTFE được sử dụng trong bộ trao đổi nhiệt khí-gas trong quá trình làm sạch khí của lò đốt chất thải. Công suất đơn vị điện thường là vài megawatt.
  • PTFE được sử dụng rộng rãi làm băng keo chỉ trong các ứng dụng đường ống dẫn nước, thay thế phần lớn cho dope chỉ dán.
  • Bộ lọc màng PTFE là một trong những bộ lọc không khí công nghiệp hiệu quả nhất. Bộ lọc phủ PTFE thường được sử dụng trong các hệ thống hút bụi để thu thập các chất dạng hạt từ các luồng không khí trong các ứng dụng liên quan đến nhiệt độ cao và tải trọng hạt cao như nhà máy nhiệt điện than, sản xuất xi măng và xưởng đúc thép.
  • Ghép PTFE có thể được sử dụng để bắc cầu động mạch mỡ trong bệnh mạch máu ngoại vi nếu không có sẵn loại ghép tĩnh mạch tự thân thích hợp .
  • Nhiều chất bôi trơn và mỡ bôi trơn xe đạp có chứa PTFE và được sử dụng trên xích và các bộ phận chuyển động khác chịu lực ma sát (chẳng hạn như ổ trục ).
  • EPTFE được sử dụng cho một số loại chỉ nha khoa .
  • PTFE cũng có thể được sử dụng để trám răng , để cô lập các tiếp xúc của răng trước để vật liệu trám sẽ không dính vào răng bên cạnh.
  • Tấm PTFE được sử dụng trong sản xuất dầu băm butan do đặc tính không dính và khả năng chống dung môi không phân cực.
  • PTFE, được kết hợp với một lớp mỏng có kết cấu nhẹ, tạo nên hệ thống chịu lực đơn giản của kính thiên văn Dobsonian .
  • PTFE được sử dụng rộng rãi làm lớp phủ chống dính cho các thiết bị chế biến thực phẩm; phễu nhào bột, bát trộn, hệ thống băng tải, con lăn và máng. PTFE cũng có thể được gia cố khi có hiện tượng mài mòn – ví dụ như đối với thiết bị chế biến bột có hạt hoặc hạt sần sùi.
  • PTFE đã được thử nghiệm để mạ niken không điện.
  • Ống PTFE được sử dụng cho ống Bowden trong máy in 3D vì độ ma sát thấp của nó cho phép động cơ bước của máy đùn đẩy dây tóc qua nó dễ dàng hơn.
  • PTFE thường được sử dụng trong bàn chân chuột bổ sung hậu mãi cho chuột chơi game để giảm ma sát của chuột với bàn di chuột, mang lại cảm giác lướt mượt mà hơn.
  • Các lá PTFE thường được sử dụng với máy in laser ở khắp mọi nơi, trong bộ nhiệt áp của chúng, được quấn quanh (các) bộ phận làm nóng và cũng như trên con lăn áp suất đối diện để ngăn bất kỳ loại nào dính vào nó (không phải giấy in hay mực thải)
  • PTFE cũng được sử dụng để làm đồ trang sức cho cơ thể vì nó an toàn hơn nhiều khi đeo so với các vật liệu như acrylic, giải phóng độc tố vào cơ thể ở 26,6 ° C, không giống như PTFE ở 650–700 ° C.

An toàn PTFE

Nhiệt phân PTFE có thể được phát hiện ở 200 ° C (392 ° F), và nó tạo ra một số khí fluorocarbon và một chất thăng hoa . Một nghiên cứu trên động vật được thực hiện vào năm 1955 đã kết luận rằng không chắc rằng những sản phẩm này sẽ được tạo ra với lượng đáng kể đối với sức khỏe ở nhiệt độ dưới 250 ° C (482 ° F). Các sản phẩm như dụng cụ nấu ăn tráng chống dính đã bị loại bỏ PFOA kể từ năm 2013 và trước đó các sản phẩm này có chứa PFOA không được phát hiện là nguồn phơi nhiễm chính.

Trong khi PTFE ổn định và không độc hại ở nhiệt độ thấp hơn, nó bắt đầu xấu đi sau khi nhiệt độ của dụng cụ nấu ăn đạt khoảng 260 ° C (500 ° F) và phân hủy trên 350 ° C (662 ° F). Quá trình nhiệt phân trên 400 ° C (752 ° F) xảy ra và quá trình phân hủy diễn ra nhanh hơn đáng kể. Các sản phẩm phân hủy chính là tetrafluoroethylene (TFE) và difluorocarbene gốc (RCF2). Các sản phẩm phụ phân hủy có thể gây chết cho chim , [60] và có thể gây ra các triệu chứng giống như cúm  ở người — xem sốt khói polyme .

Thịt thường được chiên trong khoảng từ 204 đến 232 ° C (399 và 450 ° F), và hầu hết các loại dầu bắt đầu bốc khói trước khi đạt đến nhiệt độ 260 ° C (500 ° F), nhưng có ít nhất hai loại dầu ăn ( cây rum tinh chế dầu ở 265 ° C (509 ° F) và dầu bơ ở 271 ° C (520 ° F)) có điểm bốc khói cao hơn. Tuy nhiên, những trường hợp sốt khói polyme này chủ yếu xuất hiện ở những người đã nấu ở nhiệt độ 390 ° C (734 ° F) trong 4 giờ.

Độc tính sinh thái của PTFE

Natri trifluoroacetate và hợp chất tương tự chlorodifluoroacetate đều có thể được tạo ra khi PTFE trải qua quá trình nhiệt phân, cũng như tạo ra các axit cacboxylic polyfluoro- và / hoặc polychlorofluoro- (C3-C14) chuỗi dài hơn có thể bền như nhau. Một số sản phẩm này gần đây được cho là có thể gây ra các tác động xấu đến sức khỏe và môi trường và đang bị loại bỏ dần khỏi thị trường Hoa Kỳ.

 

 

Chia sẻ bài đăng này

Hotline: 0989.204.876