Тефлон, чудна супстанца со нечисто минато

Историјата на науката е преполна со чудни откритија кои можат длабоко да влијаат на нашиот секојдневен живот. Тaков е примерот со откривањето на новиот полимер, подоцна означен како тефлон, од страна на американскиот научник Рој Џ. Планкет.

Роден во Охајо во 1910 година, Планкет пораснал во сиромаштија и го посетувал колеџот Манчестер во Индијана. Во 1936 година, по докторирањето, се приклучува на du Pont de Nemours and Company (сега познат како DuPont) како научник истражувач, каде што работел до крајот на својата кариера.

Раното истражување на Планкет во лабораторијата Џексон на Дупон во Њу Џерси вклучувал развој на нови ладилни средства со хлорофлуоројаглерод - по можност нешто нетоксично и незапаливо за да ги замени помалку посакуваните средства за ладење како сулфур диоксид и амонијак. Тој експериментирал со гас тетрафлуороетилен (TFE), складиран во канистри од 1 кг на ниски температури (сув мраз) додека не биле подготвени да се хлорираат за експериментите.

Утрото на 6 април 1938 година, Планкет го замолил својот асистент да го постави нивниот експериментален апарат со еден од цилиндрите TFE користени претходниот ден. Вообичаено, кога ќе се отворел вентилот на канистерот, гасот истекувал под сопствен притисок. Но, овој пат ништо не се случило. Сепак, тежината на канистерот не се променила. Сфаќајќи дека едноставно нема никаков гас во цилиндерот, збунетиот Планкет го превртел наопаку и бел прав паднал на лабораториската клупа.Тој сфатил дека гасот TFE се полимеризирал - нешто што не било предвидено со преовладувачката теорија во тоа време - во восочна цврста материја позната како политетрафлуороетилен (PTFE), при што железната површина во садот делувала како катализатор. Додека тој првично го сметал експериментот за неуспешен, тефлонот се покажал дека има извонредни својства. Тој бил отпорен на корозија и висока топлина, на пример, и имал многу мало триење на површината.

На другите хемичари и инженери им требало малку време да најдат добра употреба за тефлонот, кој првично бил исклучително скап за производство и не можел лесно да се обликува. Првата апликација била на проектот Менхетен (првата атомска бомба), каде што неговата отпорност на корозија се покажала корисна како облога на вентилите и заптивките во цевките што содржат високо реактивен ураниум хексафлуорид.

(за помалку упатените, сликата не е автентична, туку е познат фалсификат - лажна слика)

До 1950-тите, научниците измислија кополимери кои ги задржаа повеќето од посакуваните хемиски и механички својства на тефлонот, но сепак беа полесно обликувани или екструдирани, со што се отвораат попрактични примени.

Во 1954 година, францускиот инженер Марк Григоар ги измислил првите нелепливи тави за готвење обложени со тефлонски облоги (Тефал) на предлог на неговата сопруга.

Денес, тефлонот се користи во широк опсег на индустриски апликации: во бришачите на шофершајбната; како средство против дамки во теписи, мебел и облека; во светилки; во стаклени облоги; па дури и во одредени производи за коса. Во медицинската сфера, се користи како материјал за графт во операции и како облога на катетри, бидејќи ги задржува бактериите и другите инфективни агенси надвор од површината. Тефлонот е исто така честа состојка во боите отпорни на временски услови.

Градот Филаделфија му доделил на Планкет медалот Џон Скот во 1951 година за да му оддаде почит на изум кој придонесе за „удобност, благосостојба и среќа на човечкиот род“. Тој исто така бил примен во Куќата на славните на Националните пронаоѓачи во 1985 година. Планкет продолжи со производството на бензинскиот додаток тетраетил олово, како и производството на фреон, пред неговото пензионирање во 1975 година. На крајот му беше дијагностициран рак и починал на 12 мај 1994 година, на 83 години.

Добивање на тефлонот

Тефлонот се произведува со полимеризација на тетрафлуороетилен со механизам на слободни радикали. Нето равенката е:

Бидејќи тетрафлуороетиленот може експлозивно да се распадне на тетрафлуорометан (CF4) и јаглерод, потребен е посебен апарат за полимеризација за да се спречат жариштата што може да ја иницираат оваа опасна несакана реакција. Процесот обично се започнува со персулфат, кој се хомолизира за да генерира сулфатни радикали:

Добиениот полимер се завршува со групи на сулфатен естер, кои може да се хидролизираат за да се добијат крајни OH групи.

Зрнестиот тефлонски материјал се произведува преку полимеризација на суспензија, каде што тефлонот се суспендира во воден медиум првенствено преку агитација, а понекогаш и со употреба на сурфактант. Сурфактантите во минатото вклучуваа токсична перфлуорооктанска киселина (PFOA) и перфлуорооктансулфонска киселина (PFOS). Во поново време, како алтернативни сурфактанти се користат перфлуоро 3,6 диоксаоктанска киселина (PFO2OA) и FRD-903 (GenX).

Тајната на лизгавоста на тефлонот лежи во неговиот состав и хемиската врска. Тефлонот е полимер од тетрафлуороетиленски подединици. Во основа, тоа е долг ланец на јаглеродни атоми, со атоми на флуор прикачени на синџирот. Сите изложени атоми на флуор го прават полимерот исклучително хидрофобен. Поларните ковалентни врски помеѓу атомите на јаглерод и флуор се доволно силни што флуорот се спротивставува на интеракцијата со други атоми или молекули. Ова го прави тефлонот отпорен на корозија и му дава еден од најниските коефициенти на триење од сите цврсти материи.

Ако тефлонот е толку лизгав, можеби ќе се запрашате како се лепи на тавите на прво место. Постојат два методи:

Синтерувањето е еден од начините да го натерате тефлонот да се залепи на тавите. Првиот чекор е пескарење или на друг начин да се даде грубост на површината на тавата за да се формираат мали дупки во металот. Нанесувањето тефлон на подготвената тава му овозможува на полимерот да навлезе во ќошињата и пукнатините. На крајот, со нанесување на дополнителен слој од тефлон, притискање на површината и загревање (синтерување) се завршува процесот. Вториот слој од тефлон се прилепува до првиот слој бидејќи единственото нешто на кое тефлонот навистина добро се држи е повеќе тефлон.

Физичките и хемиските третмани исто така помагаат тефлонот да се лепи на тавите. Еден метод вклучува јонско бомбардирање на страната на полимерот наменета да се залепи на тавата. Третманот ги раскинува хемиските врски и ги отстранува атомите на флуор, така што лепливите јаглеродни атоми се прилепуваат на металот. Друг метод хемиски ја модифицира тефлонската површина. Агентот за намалување ги отстранува атомите на флуор, оставајќи незаситени јаглеводороди. На овие јаглеродни атоми им недостасуваат електрони, така што тие лесно се поврзуваат со метал. Како и кај синтерувањето, лесно е да се нанесат дополнителни слоеви тефлон откако ќе се залепи на тавата.

Додека тефлонот е стабилен и нетоксичен на пониски температури, тој почнува да се распаѓа над 350 °C, а пиролизата се јавува на температури над 400 °C. Главните производи на распаѓање се флуоројаглеродните гасови и сублимат, вклучувајќи тетрафлуороетилен (TFE) и дифлуорокарбен радикали (RCF2).

Наречена „сурфактант“ затоа што го намалува површинскиот напон на водата, лизгавото, стабилно соединение на крајот се користело во стотици производи, вклучувајќи го Гор-текс и друга водоотпорна облека; облоги за очила и тениски рекети; премази за теписи и мебел против флеки; противпожарна пена; опаковки за брза храна; микробранови кеси за пуканки, лубриканти за велосипеди; сателитски компоненти; ски восок; комуникациски кабли; кутии за пица итн.

Еколошки скандал со невидени размери

Неколку важни откритија, како најлонот, ликрата и особено тефлонот, помогнаа да се трансформира компанијата E. I. du Pont de Nemours од работилница за барут од 19 век во „едно од најуспешните и најодржливите индустриски претпријатија во светот“, како што вели нејзината корпоративна веб-страница. Навистина, во 2014 година, компанијата жнеела повеќе од 100 милиони долари од продажба секој ден. Можеби ниту една хемикалија не е одговорна за оваа доминација на тефлонот,(повеќе од 60 години), од таканаречената C8 супстанца која беше суштинска состојка на тефлонот.

Дo неодамна, малку луѓе имааслушнато нешто за хемикалијата C8. Една од десетиците илјади нерегулирани индустриски хемикалии, перфлуорооктанска киселина или PFOA - исто така наречена C8 поради осум-јаглеродниот синџир што го сочинува нејзиниот хемиски 'рбет - остана незабележана во овие осум или повеќе децении на земјата, дури и кога помогна да се зацементира успехот на една од најголемите светски корпорации.

Загриженоста за безбедноста на тефлонот, C8 и другите перфлуорирани хемикалии со долг синџир првпат го привлекоа вниманието на јавноста пред повеќе од една деценија, но приказната за долгата вклученост на DuPont со C8 никогаш не е целосно раскажана. Во текот на изминатите 15 години, се појавила долга трага на документи кои фрлаат ново светло на C8, DuPont и лошите обиди на Агенцијата за заштита на животната средина да се справи со заканата за јавното здравје.

Има и записи од експерименти врз стаорци, кучиња и зајаци кои покажуваат дека C8 е поврзан со широк спектар на здравствени проблеми кои ги убиваат лабораториските животни. Потоа се откриени стотици внатрешни комуникации кои покажале дека вработените во DuPont долги години се сомневале дека C8 е штетен, а сепак продолжиле да го користат, ставајќи ги во опасност работниците на компанијата и луѓето кои живееле во близина на нејзините погони.

Во 2011 и 2012 година, по седум години истражување, научниот панел откри дека C8 е „многу веројатно “ поврзан со улцеративен колитис ,како и со висок холестерол; хипертензија индуцирана од бременост; болест на тироидната жлезда; рак на тестисите; и рак на бубрезите. Наодите на научниците покажале дека дури и многу ниските нивоа на изложеност сеповрзани со здравствени ефекти.

Соединение создадено од човекот што не постоело пред еден век, С8 е во крвта на 99,7 отсто од Американците, според анализата на податоците од Центрите за контрола на болести од 2007 година, како и кај новородените човечки бебиња, мајчиното млеко и крвта од папочната врвца. Иако DuPont повеќе не користи C8, целосното отстранување на хемикалијата од сите водни тела што ги загадува сега е невозможно. И, бидејќи е толку хемиски стабилен - всушност, колку што можат научниците да утврдат, никогаш не се распаѓа - C8 се очекува да остане на планетата и откако луѓето ќе изумрат.

Поради неговата токсичност, отстранувањето на C8 претставувало голем проблем. Во раните 1960-ти, компанијата закопала 200 буриња од оваа хемикалија на бреговите на реката Охајо во близина на фабриката а потоа почнала да ги фрла во океанот, додавајќи камења за да потонат. Соочен со доказите дека C8 сега се проширил многу подалеку од фабриката, DuPont бил на крстопат. Дали компанијата може да најде начин да ги намали емисиите? Дали треба да се префрли на нов сурфактант? Или целосно да престане да ја користи хемикалијата? Во мај 1984 година, DuPont свикал состанок на 10 од своите корпоративни деловни менаџери во седиштето на компанијата во Вилмингтон, Делавер, за да се решат некои од овие прашања. Иако веќе знаеја дека е откриена во два локални системи за вода за пиење и дека напредувањето само ќе ги зголеми емисиите, DuPont одлучи да продолжи да користи C8 до 2009 година,кога го заменува со ново, нареченоGenX.

GenX е заштитно име на Chemours за синтетичко, органофлуорно хемиско соединение со краток синџир, амониумова сол на хексафлуоропропилен оксид димер киселина (HFPO-DA). Може да се користи и понеформално за да се однесува на групата поврзани флуорохемикалии кои се користат за производство на GenX. DuPont го започна комерцијалниот развој на GenX во 2009 година како замена за перфлуорооктанската киселина т.е. C8.

Хемикалиите GenX се користат како замена за PFOA за производство на флуорополимери како што е тефлонот, бидејќи PFOA и сродните соединенија се откриени дека се токсични и канцерогени.Сепак, во лабораториските тестови на стаорци, се покажало дека GenX предизвикува многу од истите здравствени проблеми како PFOA.

GenX е едно од многуте синтетички органофлуорни соединенија колективно познати како per- и полифлуороалкилни супстанции (PFAS).