工业特氟龙用什么能代替(特氟龙应用面非常广)(1)

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“特氟龙”就是聚四氟乙烯啊,号称塑料之王。《黑水》影片还没看过,只是根据影片介绍和在业内了解的一些信息,下面分几段来解释一下题主的问题:

一、“特氟龙”是什么?它是如何发明出来的?

20世纪的前50年,杜邦公司就是现在的谷歌、特斯拉、SpaceX,总有新发明新创造,引领了时代潮流。在氟利昂的商业化之后,他们又找到了新的商机。

普伦基特是美国杜邦公司杰克森实验室的化学家。

1938年夏天,普伦基特正在研究氯氟烃的制备,之前成功商业化的氯氟烃都是氯氟烷烃,可是他对氯氟烯烃产生了兴趣。

他选择了最简单的四氟乙烯,他将四氟乙烯存放在干冰冷却的钢瓶里,以做进一步的研究。

有一天,他和助手一起打开了钢瓶,希望四氟乙烯气化通过流量计进入反应器。

没多久,他们发现四氟乙烯的流动停止了,普伦基特发现钢瓶里还有不少东西,他摇晃钢瓶,发现里面有一些固体物在响动。

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▲普伦基特的团队正在研究四氟乙烯。

他用一把钢锯把钢瓶锯开,竟然发现相当多的白粉末。普伦基特明白了,四氟乙烯聚合了,这白色粉末就是高分子聚合物:聚四氟乙烯。

他继续研究,得到了更好的方法制造更多的聚四氟乙烯。1941年,普伦基特通过专利首次把聚四氟乙烯公之于世。1945年,杜邦公司为聚四氟乙烯注册了Teflon商标,中文称为:特氟龙。

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▲杜邦的商标总是能成为一个产品的代名词,比如:Spandex,尼龙,Freon,Teflon。世界的发展需要这些伟大的

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聚四氟乙烯被制造出来以后,人们发现这实在是一种超强的材料。

它十分耐寒,即使到了-269.3度的低温也没有问题,在干冰、液氮、液氧、液体空气的温度级别简直就是小意思,甚至在液氦中也能保持金身不败。

它的耐热性能虽说不像它的耐寒性能那么优异,却也能耐受250度的高温。

它又特别耐腐蚀,不论是强酸强碱,如硫酸、盐酸、硝酸、烧碱甚至王水,还是强氧化剂,比如重铬酸钾、高锰酸钾,都不能动它半根毫毛。可以说,它的化学稳定性超过了玻璃、陶瓷、不锈钢,甚至黄金、白金。我们知道即使是黄金、白金在王水中也会溶解,然而,聚四氟乙烯在沸腾的王水中煮几十个小时,却依然如旧。所以,如果莫瓦桑时代就有这种材料,就不会有那么多化学家在氟元素的发现上损失健康甚至生命了,当然这是个先有鸡还是先有蛋的问题。

它又特别难被浸湿,在水中浸泡一年,它不会膨胀,重量也不会增加。至今,人们还没发现有任何一种溶剂,能够使聚四氟乙烯膨胀。

此外,聚四氟乙烯的介电性能也特别好,而且它的介电性能与频率无关,也不随温度而改变,这让它在电器中可以用作很好的绝缘材料。

聚四氟乙烯的这些性能让它赢得了“塑料王”的美称!

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▲PTFE是聚四氟乙烯的缩写。示意图是聚四氟乙烯的结构,你可以把它和聚乙烯类比,也就是说他把聚乙烯中的氢

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二、不粘锅的发明

法国工程师马克·格雷瓜尔是一个热爱钓鱼的人,他经常因为钓线纠缠到一起而烦恼。

他发现聚四氟乙烯涂层的表面特别光滑,就将聚四氟乙烯涂在他的钓线上,果然,他的钓线如果纠缠到一起,只要轻轻一扯,就顺溜的解开了。

1954年,他的妻子科莱特看到这一点,突发奇想,如果将聚四氟乙烯涂在锅的表面,那以后岂不是会省心很多,再也不用担心煎饼、面条、米饭、肉酱沾到锅上了。

格里瓜尔听了妻子的建议立即开动脑筋,废寝忘食研制出了如何将聚四氟乙烯和铝结合在一起的办法,世界上第一只“不粘锅”就这样诞生了。

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▲不粘锅的表面就是聚四氟乙烯。主妇们请牢记,聚四氟乙烯只是塑料而已,千万不能用钢丝球去洗不粘锅啊。

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三、塑料之王的其他应用

聚四氟乙烯这种塑料之王可不光是用于厨房里呢,因为它特别光滑,在机械上的各种轴承、齿轮、滑轮都可以用它来做。它的表现远胜于酚醛树脂、尼龙,可能只有超高分子量的聚乙烯才能跟它媲美。

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▲这些机械元件都是聚四氟乙烯材料做的。

聚四氟乙烯涂层这优异的特性也不能光被用在不粘锅上啊,其实它已经用在很多复合材料的涂层上,甚至在航空业的飞机上。

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▲聚四氟乙烯用于飞机表面涂层。

高端复合材料多为碳纤维和玻璃纤维,这二者的耐腐蚀性能比聚四氟乙烯要弱很多,因此将它们外面涂一层聚四氟乙烯,起到很好的隔离作用.

这不光用于航空业,还可以用于建筑等其他领域,举世闻名的迪拜阿拉伯塔就是其中一例。

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▲阿拉伯塔号称7星级酒店,其外表用的是涂覆了聚四氟乙烯的玻璃纤维,这些表面膜材料可以有效的抵抗紫外线

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(以上请参考:)

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四、含氟化合物的危害

聚四氟乙烯本身无害,真正有危害的是这些含氟物质:全氟辛酸( PFOA)及全氟辛烷磺酸(PFOS),这些物质又是如何来的呢?

我在我的专栏里曾写过表面活性剂,有兴趣的我可以另外开贴讲讲这些神奇的物质。

含碳表面活性剂之所以能体现出超低的表面张力,乃是因为甲基的表面张力超低,有机硅表面活性剂的表面张力更低,实际是因为硅氧键的柔韧性,所以能将更多的甲基朝向外面。

所以,有机硅的性能并没有起到革命性的提升。

而含氟表面活性剂完全不一样,氟是电负性最强的元素,电子在氟化合物的脑子里,就是“你的就是我的,我的还是我的”,使得氟原子非常难以被极化,氟碳链极性比碳氢链小。

因此,含氟表面活性剂各分子之间的范德华力很弱,这使得它的表面张力尤其低。

一般含碳表面活性剂的表面张力达到30,有机硅最低可以达到21,而含氟表面活性剂最低可以达到15。

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▲全氟辛基磺酸结构图,巨大的氟原子妥妥的包裹着里面的碳原子。

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1947年,美国3M公司合成了一种新型化合物:全氟辛酸( PFOA);1949年,全氟辛基磺酸(PFOS)也被制造出来了,并用于3M的品牌:斯科奇嘉德防油防水剂(Scotchgard),一时间红遍全美。

使用了Scotchgard防水剂的服装表面可以产生“荷叶效应”,不沾水也不沾油,水滴或者油滴在处理后的服装上面,就好像露珠在荷叶上一样。

从此含氟表面活性剂开始成为各个追求创新的化学公司研发的焦点。

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▲3M也是一家伟大的创新公司。

早在1968年,就检测到一些人的血清里存在有机氟,当时就怀疑是PFOA或PFOS等化合物。

1997年,3M在全球血库的血液中检测到PFOS。而根据该公司的内部文件,表明早在20世纪70年代就已经发现了这种现象。

1999年,美国环境保护署开始对PFOS的毒性展开调查,原来,这些含氟表面活性剂持久性极强,是最难分解的有机污染物之一,在浓硫酸中煮一小时也不分解。

它们很容易在动物体内沉积,据美国环保署、欧洲、日本及我国研究机构的研究结果表明:PFOS及其衍生物通过呼吸道吸入和饮用水、食物的摄入等途径,而很难被生物体排出,尤其最终富集于人体、生物体中的血、肝、肾、脑中。

看来太稳定的东西也不好啊。

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▲鸟类的不同器官中已经出现PFOS、PFOA等含氟物的沉积。

2000年,3M公司和几家美国公司宣布停产PFOS、PFOA等含氟产品。而2002年,杜邦接过3M的衣钵,在北卡罗来纳州的费耶特维尔建立了自己的工厂来生产这种化学品。

原来,在这之前,杜邦一直购买3M公司的PFOA等,用于乳液聚合法生产自己的特氟龙。

有一项来自美国环境署的调查显示,从1951年到2003年期间,杜邦共排放了77万吨富含PFOA的碳8物质。对乳液聚合感兴趣的可以看这个帖子:

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根据一项调查,超过98%的普通美国人的血液中都检测到了PFOA,含量小于1ppb,也就是在十亿分之一以下,而在相关的化工厂员工和周围的人群中含量更高。PFOA主要在工业废料、抗污地毯、地毯清洗液、家居灰尘、微波爆米花袋、食品和不粘锅中可以检测到,其中,最主要的来源是防水纺织品、涂层,而不粘锅是最次要的。

三名流行病学家对杜邦的一家化工厂周围的人群进行了研究,发现他们体内的PFOA水平明显高于普通人群。研究得还出结论,PFOA水平高与这些病症具有相关性:肾癌、睾丸癌、溃疡性结肠炎、甲状腺疾病、高胆固醇和妊娠高血压。

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五、不粘锅里的特氟龙到底有没有危害

回到特氟龙不粘锅,近年来,有网络写手炮制出一些耸人听闻的小文章,提到不粘锅表面的聚四氟乙烯是剧毒物质,并呼吁大家抵制不粘锅;更有一些人提出,使用不粘锅去烹调一些酸性食物,会释放出致癌物质。

这就有一点无知者无畏了,前面我们提到,聚四氟乙烯是很稳定的物质,几乎完全化学惰性,酸性食物那么点酸距离王水还远着呢,怎么可能跟聚四氟乙烯发生反应?

换一句话说,即使有痕量的聚四氟乙烯进入人体,也不会在人体内发生化学反应。

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1955年进行的一项研究得出结论,聚四氟乙烯在低于250°C下不太可能产生大量对健康有重大影响的产品。

然而,已经发现,聚四氟乙烯在260°C时开始变质,高于350°C会分解,生成三氟乙酸钠和类似化合物氯二氟乙酸盐,也可能会生成更长链的含氟有机物(C3-C14),这些物质都可能对健康和环境造成不良影响,是要被逐出美国市场的。

一般来说,我们的肉类烹调在204至232°C之间完成,大部分食用油都在260°C就冒烟了。所以,家用不粘锅里的聚四氟乙烯本身是无害的。

而不粘锅里极其微量的PFOA是从哪里来的呢?前面提到,很久以前在特氟龙的生产过程中,会用到PFOA来做乳化剂。

一般来说,在加工过程中PFOA会被烧掉,所以不会大量在不粘锅涂层里出现。而现在的特氟龙的生产过程中的乳化剂都已经禁用PFOA了。

按照这些道理,只要特氟龙的生产严格按照规范,不粘锅里的特氟龙应该是无害的。

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以上信息可参考:

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六、最新的情况

前面提到,3M公司2000年就停止生产PFOA和PFOS,另外八家美国公司同意到2015年逐步淘汰这种化学品的生产。

2014年,美国环境署已经将PFOA和PFOS列为紧急污染物,他们的理由如下:

PFOA和PFOS在环境中极其持久,在环境中降解缓慢。它们广泛分布在较高的营养水平,在美国各地的土壤、空气和地下水中都有发现。

PFOS和PFOA的毒性、流动性和生物蓄积潜力对环境和人体健康具有潜在的不良影响。

很可惜的是,现在这些含氟类产品还在世界范围内生产,主要生产地就是咱们中国。我国目前还没有针对PFOA和PFOS的法案。可以看下面这个链接:

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有人说老外对化学物质过敏,1ppb(十亿分之一)的东西,还只是潜在的威胁,也值得如此恐慌?你觉得呢?

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