تفلون (Teflon)

نامی تجاری است که شرکت آمریکایی دوپونت (DuPont) برای پلیمر پلی‌تترافلوئورواتیلن (PTFE) ثبت کرده است. این ماده یکی از معروف‌ترین و پرکاربردترین مواد شیمیایی مصنوعی در جهان است و پلیمری از گروه فلوئوروپلیمرها می باشد .  مات بوده و در صنایع مختلفی از جمله صنعت فولاد ، نفت و گاز ، غذا و پزشکی و حتی تولیدات خودرو کاربرد دارد . تفلون جرم مولکولی بالایی دارد و از عناصر کربن و فلوئور تشکیل شده است .

کشف و تاریخچه

در سال ۱۹۳۸ توسط دکتر روی پلانکت (Roy J. Plunkett)، شیمی‌دان شرکت دوپونت، به صورت تصادفی کشف شد.او در حال کار روی گازهای مبرد (فرئون) بود که متوجه شد گاز تترافلوئورواتیلن داخل سیلندر به یک پودر سفید و لغزنده تبدیل شده است. گاز مبرّد (Refrigerant) ماده‌ای است که در سیستم‌های سرمایشی و تهویه‌ مطبوع مانند کولرگازی، یخچال، فریزر و چیلر استفاده می‌شود تا گرما را از یک محیط جذب کرده و به محیط دیگر منتقل کند. سال ۱۹۴۵ نام تجاری «تفلون» برای آن ثبت شد.

خواص فیزیکی و شیمیایی فوق‌العاده

ضریب اصطکاک بسیار پایین: لغزنده‌ترین ماده جامد شناخته‌شده (حتی از یخ هم لغزنده‌تر است)

مقاومت حرارتی فوق‌العاده: تا حدود ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد (به طور مداوم) و تا ۳۰۰ درجه به طور کوتاه‌مدت تحمل می‌کند.

غیرچسبندگی کامل: تقریباً هیچ ماده‌ای به آن نمی‌چسبد (حتی چسب فوق‌قوی هم نمی‌چسبد)

مقاومت شیمیایی بی‌نظیر: تقریباً در برابر همه اسیدها، بازها، حلال‌ها و مواد خورنده مقاوم است (فقط فلزات قلیایی مذاب مثل سدیم و یا پتاسیم مذاب  و چند گاز خاص در دمای بالا به آن آسیب می‌زنند)

چرا این اتفاق می‌افتد؟

تفلون از زنجیره‌های کربن–فلوئور (C–F) بسیار پایدار ساخته شده است. اما فلزات قلیاییِ داغ و مذاب می‌توانند در دماهای بسیار بالا به پیوندهای C–F حمله کنند.این حمله باعث برداشته شدن فلوئور از پلیمر می‌شود و در نتیجه تخریب شیمیایی رخ می‌دهد.این فرآیند نوعی دفلوئورینه کردن است و باعث کربنی‌شدن و تجزیه سطح تفلون می‌شود.

نتیجهٔ تماس تفلون با فلز قلیایی مذاب چیست ؟

تجزیه سطحی یا سوراخ‌شدن PTFE ، سیاه‌شدن یا زغال‌شدن سطح ، کاهش مقاومت مکانیکی و از دست‌رفتن خاصیت لغزندگی ، در شرایط شدید باعث تجزیه کامل ماده در ناحیه تماس

چه شرایطی لازم است؟

دماهای خیلی بالا (بالاتر از دمای ذوب فلز قلیایی) ، تماس مستقیم و طولانی ، محیط بدون رطوبت (زیرا قلیایی‌های مذاب با آب منفجر می‌شوند)

عایق الکتریکی عالی است زیرا در تفلون، زنجیرهٔ اصلی از اتم‌های کربن تشکیل شده و هر کربن با اتم‌های فلوئور محاصره شده است. پیوند C–F یکی از قوی‌ترین پیوندهای شیمیایی در جهان است. الکترون‌ها در این پیوندها بسیار محکم نگه داشته می‌شوند و آزادانه حرکت نمی‌کنند و جریان الکتریکی عبور نمی‌کند.

غیرقابل اشتعال : (ولی در دمای خیلی بالا گازهای سمی مثل هیدروژن فلوئورید و پر فلوئوروایزوبوتیلن آزاد می‌کند).

کاربردهای تفلون

اولین کاربرد بزرگ آن در پروژه منهتن (ساخت بمب اتمی) بود، چون مقاوم‌ترین ماده در برابر مواد رادیواکتیو و خورنده بود.

ظروف نچسب (معروف‌ترین کاربرد)  ، نوار تفلون (نوار آب‌بندی لوله‌ها)، پوشش کابل‌ها و سیم‌ها (به‌خصوص در صنایع هوافضا) ، واشر، اورینگ و آب‌بندی‌های صنعتی ، لباس‌های ضدآب و ضدلکه Gore-Tex (از نوعی تفلون گسترش‌یافته ساخته می‌شود) ، قطعات پزشکی (کاتتر، پروتز عروق خونی، بخیه‌های جراحی) ، پوشش بلبرینگ‌ها و قطعات متحرک صنعتی ، پوشش ماهواره‌ها و موشک‌ها ، فیلترهای صنعتی (ePTFE)

نگرانی‌های سلامتی و محیط زیستی

خود پلیمر PTFE کاملاً بی‌ضرر و پایدار است (حتی اگر تکه‌ای از آن را ببلعید، بدون تغییر از بدن خارج می‌شود) ، اما در گذشته برای تولید آن از ماده شیمیایی PFOA (اسید پرفلورواکتانوئیک) استفاده می‌شد که مشکوک به سرطان‌زایی و آلودگی محیط زیست است. از سال ۲۰۱۵ شرکت‌ها (از جمله دوپونت) متعهد شدند PFOA را حذف کنند و الان تفلون بدون PFOA تولید می‌شود.

خطر واقعی: اگر تابه تفلون خالی را روی شعله زیاد بگذارید و دما از ۳۶۰ درجه بالاتر برود، گازهای سمی (شبیه گاز جنگنده یا پس‌سوز موتور جت ) آزاد می‌کند که می‌تواند پرندگان را فوراً بکشد و برای انسان علائم شبیه آنفولانزا ایجاد کند (به این بیماری «تب دود تفلون» می‌گویند)

 نکات جالب

ناسا از تفلون در لباس فضانوردان آپولو استفاده کرد. رکورد گینس لغزنده‌ترین ماده جامد را به تفلون داده است.تفلون آن‌قدر غیرچسبنده است که حتی مارمولک هم نمی‌تواند روی ورق عمودی آن راه برود!

کشورهایی مثل ایران، چین و روسیه هم الان PTFE تولید می‌کنند (هرچند کیفیت دوپونت هنوز بالاتر است).

انواع تفلون

PTFE خالص یا پلی‌تترافلوئورو اتیلن (تفلون معمولی) ، PFA  یا پرفلوئورو آلکوکسی(قابل ذوب، شفاف، گران‌تر) ،  FEP  یا فلوئورینه‌ اتیلن پروپیلن (شبیه PFA ولی ارزان‌تر) ، ETFE یا اتیلن تترافلوئورواتیلن (استحکام مکانیکی بالاتر، در ساخت استادیوم‌ها استفاده می‌شود)، ePTFE یا پلی‌تترافلوئورو اتیلن متخلخل(تفلون متخلخل، در گورتکس و فیلترهای پزشکی)

واکنش های تفلون

تفلون با برخی از مواد شیمیایی از جمله : کلرین تری فلوئورید ، کبالت(III) فلوئورید و زنون دی فلوئورید واکنش می دهد .(پلی‌تترافلوئورواتیلن، PTFE) با فرمول تکراری ​\( (-CF_{2}-CF_{2}-)_{n} \)​ در شرایط عادی فوق‌العاده مقاوم است، اما با برخی فلوئورکننده‌های بسیار قوی (به‌ویژه در دمای بالا یا تحت شرایط خاص) واکنش می‌دهد و عمدتاً به گازهای فرّار کربنی (مانند CF₄ و COF₂) تجزیه می‌شود و زنجیره پلیمری آن نابود می‌گردد.

​\( (CF_{2}CF_{2})_{n}(s)+4nClF_{3}(g)\xrightarrow[]{200-300^{\circ}C}2nCF_{4}(g)+2nClF_{3}(g) \\ 2ClF_{3}(g)\xrightarrow[\hspace{1cm}]{}CF_{4}(g)+Cl_{2}(g) \)​

​\( (CF_{2}CF_{2})_{n}(s)+4nCoF_{3}(s)\xrightarrow[1 atm]{250-350^{\circ}C}2nCF_{4}(g)+4nCoF_{2}(s) \)​

​\( (CF_{2}CF_{2})_{n}(s)+2nXeF_{2}(s)\xrightarrow[1 atm]{25^{\circ}C}2nCF_{4}(g)+2nXe(g) \)​

جایگزین‌های تفلون

سرامیک نچسب ، چدن لعاب‌دار ، استیل با روکش نچسب‌های جدید ، تیتانیوم نچسب

مقایسه تفلون با سرامیک

دوام تفلون در حدود 2 تا 5 سال است و بعد از آن باید تعویض شود در حالی که سرامیک طول عمر بیشتری دارد اما ممکن است در اثر ضربه ترک بخورد .در دماهای بالا ، تفلون ایجاد گاز های مضر می کند و لی سرامیک عموماً بی خطر است .احتمال ورود ذرّات تفلون به غذا در اثر خراشیدن وجود دارد و اما در مورد سرامیک ، ذرّات قابل مشاهده و پیشگیری است.

هر دو با مواد غذایی واکنش ندارند .تفلون بسیار حساس و آسب پذیردر مقابل خراش ، اما سرامیک در مقابل خراشیدگی مقاومت بیشتری دارد .

کاربردهای صنعتی تفلون

نفت، گاز و پتروشیمی (بزرگ‌ترین مصرف‌کننده)

• آب‌بندی‌های بسیار مقاوم (اورینگ، گسکت، پکینگ) در پالایشگاه‌ها، سکوهای دریایی و خطوط لوله
• پوشش داخلی لوله‌ها و مخازن حاوی اسیدهای قوی (هیدروکلریک، سولفوریک، هیدروفلوئوریک)
• شیرآلات و پمپ‌های ضدخوردگی
• تفلون متخلخل (ePTFE) برای فیلتراسیون گازهای خورنده و جداسازی مایعات

هوافضا و نظامی

• پوشش سیم‌ها و کابل‌های هواپیما و موشک (سبک، مقاوم به دما و آتش)
• وورق‌ها و نوارهای تفلون در بدنه ماهواره‌ها (تحمل خلأ و تشعشعات کیهانی)
• واشر و آب‌بندی موتورهای جت و موشک
• لباس‌های ضدحرارت و پارچه‌های کامپوزیتی فضانوردان

خودروسازی

• بلبرینگ‌ها و بوش‌های خودروان‌کاری (بدون نیاز به روغن‌کاری دائمی)
• واشرهای سرسیلندر و قطعات موتور در خودروهای مسابقه‌ای
• پوشش پیستون و سیلندر در موتورهای کم‌اصطکاک
• شیلنگ‌های انتقال سوخت و روغن با لایه داخلی تفلونی

الکترونیک و نیمه‌هادی

• عایق کابل‌های کواکسیال و کابل‌های دیتا سنتر
• بردهای مدار چاپی چندلایه (PTFE به عنوان زیرلایه در فرکانس‌های بالا مثل ۵G و رادار)
• پوشش قطعات در کارخانه‌های تولید چیپ (تحمل پلاسمای خورنده)

شیمیایی و دارویی

• پوشش راکتورها، مخازن و همزن‌ها
• شیلنگ‌ها و لوله‌های انتقال مواد فوق‌خالص (در تولید دارو و نیمه‌هادی)
• فیلترهای ممبران ePTFE برای استریل کردن هوا و مایعات

برق و انرژی

• عایق کابل‌های فشار قوی و زیر دریایی
• نوارهای عایق‌کاری تفلون در ترانسفورماتورها
• پوشش تیغه‌های توربین بادی (ضد یخ و ضدخوردگی)

صنایع غذایی و بسته‌بندی (غیر از ظروف نچسب خانگی)

• پوشش غلتک‌های دستگاه‌های تولید نان، بیسکویت و شکلات
• تسمه‌نقاله‌های تفلونی در خطوط تولید مواد غذایی (تحمل دمای ۲۶۰ درجه و غیرچسبنده)
• قالب‌های صنعتی شیرینی‌پزی و پخت نان

چاپ و نساجی

• غلتک‌های چاپ با پوشش تفلون (جلوگیری از چسبیدن جوهر)
• صفحه‌های حرارتی پرس لباس و پارچه

پزشکی و آزمایشگاهی (درجه پزشکی = Medical Grade PTFE)

• کاتترهای قلبی-عروقی
• پروتز عروق خونی (Gore-Tex)
• بخیه‌های غیرقابل جذب
• ایمپلنت‌های استخوانی و مفصلی
• شیلنگ‌های انتقال خون و دارو

 نوار تفلون (Teflon Tape = PTFE Thread Seal Tape)

• پرکاربردترین محصول تفلونی در جهان بعد از ظروف نچسب!
• در تمام لوله‌کشی‌های آب، گاز، اکسیژن پزشکی، سیستم‌های آتش‌نشانی و … استفاده می‌شود.

حجم مصرف صنعتی در مقابل مصرف خانگی

• حدود ۷۰ تا ۸۰٪ تولید جهانی PTFE در صنعت مصرف می‌شود.
• فقط ۲۰ تا۳۰٪ آن به صورت ظروف نچسب یا محصولات مصرفی به دست مردم می‌رسد.

خلاصه: تفلون در صنعت نه یک «گزینه لوکس» بلکه یک «ماده حیاتی» است. اگر یک روز تمام تفلون‌های دنیا غیبشان بزند، پالایشگاه‌ها، هواپیماها، کارخانه‌های چیپ کامپیوتر، دارو و حتی لوله‌کشی ساختمان‌ها فلج می‌شوند!

تفلون فلز است یا پلاستیک؟
تفلون فلز نیست، لاستیک هم نیست، و همچنین دقیقاً پلاستیکی نیست. به طور خاص، تفلون با نام شیمیایی پلی تترا فلوئور اتیلن یک پلیمر ترموپلاستیک است که در درجه اول با سطح لغزنده، نقطه ذوب بالا و مقاومت در برابر “حمله” توسط تقریباً همه مواد شیمیایی مشخص می شود.

تفلون چقدر سمی است؟

ترموپلاستیک ، ویژگی نوعی پلاستیک است که هنگام گرما دیدن نرم می شود و پس از سرد شدن سفت می شود و می توان این فرایند را چندین بار تکرار کرد بدون این که تغییر چشمگیری در خواص آن ایجاد شود .تفلون به خودی خود بی خطر است و وقتی آن را بخورید نمی تواند به شما آسیب برساند. ذرات ماهیتابه های پوسته پوسته یا خرد شده که در غذا حین آشپزی وارد می شوند ،  از دستگاه گوارش شما عبور می کنند هیچ خطری برای سلامتی ندارند.

تفلون برای پخت و پز بی خطر است؟
ظروف نچسب و تفلون امروزی تا زمانی که دما از 500 درجه فارنهایت (260 درجه سانتیگراد) تجاوز نکند، برای آشپزی روزمره در خانه ایمن در نظر گرفته می شود. بنابراین، می‌توانید از ظروف نچسب روی اجاق گاز با حرارت کم تا متوسط استفاده کنید، اما از آن در حداکثر حرارت یا برای روش‌های پخت داغ‌تر مانند کباب کردن استفاده نکنید

تفلون قابل اشتعال است؟

قابل اشتعال نیست، ممکن است در دماهایی که بین 200 – و 260 + درجه سانتیگراد نوسان داشته باشد ، استفاده شود، این نشان دهنده مقاومت بالای این مواد در برابر دمای این مواد است، بنابراین این ماده همچنان بخش خوبی از ویژگی های خود را حفظ می کند، در حالی که ممکن است  در دماهای بالاتر از 400 درجه سانتیگراد  امکان تجزیه شدن داشته باشد .

چرا تفلون گران است؟

 پردازش این ماده می تواند دشوار و پرهزینه باشد، زیرا دمای ذوب بالا، 327 درجه سانتیگراد (621 درجه فارنهایت)، بالاتر از دمای تجزیه اولیه، 200 درجه سانتیگراد (392 درجه فارنهایت) است. تفلون حتی زمانی که مذاب می شود به دلیل ویسکوزیته مذاب بسیار بالا ، به سختی حالت مایع به خود می گیرد .

تفلون از روغن تهیه می شود؟

پلی تترا فلوئورواتیلن، همچنین به عنوان تفلون شناخته می شود، از چهار ماده تشکیل می شود – فلورسپار، هیدروفلوئوریک اسید، کلروفرم و آب، که در یک محفظه واکنش شیمیایی که بین 1094-1652 درجه فارنهایت (590-900 درجه سانتیگراد) گرم می شود، ترکیب می شوند.

معایب تفلون چیست؟

معایبی دارد که محدودیت هایی را برای محصول ایجاد می کند. به عنوان مثال، هنگامی که بیش از حد گرم شود، می تواند بخارهای سمی خفیفی را آزاد کند. علاوه بر این، مقاومت در برابر سایش آن به خوبی تعدادی از پوشش های دیگر نیست و بنابراین مقاومت در برابر سایش مزیت اصلی آن نیست.

چرا تفلون اینقدر خاص است؟

دارای خواص منحصر به فرد بسیاری است که آن را در بسیاری از کاربردها ارزشمند می کند. نقطه ذوب بسیار بالایی دارد و در دماهای بسیار پایین نیز پایدار است. این را نمی توان با چیزی جز گاز فلوئور داغ یا فلزات مذاب خاصی حل کرد، بنابراین در برابر خوردگی بسیار مقاوم است. همچنین بسیار نرم و لغزنده است.

تفلون در مقابل اسید مقاوم است؟

یکی از مقاوم ترین مواد موجود در برابر اسید است و معمولاً در کاربردهای آزمایشگاهی شیمیایی و دارویی استفاده می شود.

کاربرد های تفلون در پزشکی

پروتز عروق خونی (گرافت عروقی) جایگزین رگ‌های مسدود شده (به‌خصوص در بای‌پس قلب و عروق محیطی) – از نوع ePTFE (تفلون متخلخل) ساخته می‌شود تا سلول‌های بدن داخل دیواره آن رشد کنند و رگ طبیعی‌تر شود.

کاتترهای قلبی و عروقی : کاتترهای آنژیوگرافی، آنژیوپلاستی، استنت‌گذاری، TAVI، ابلیشن قلب – سطح تفلون فوق‌العاده لغزنده است و به دیواره رگ آسیب نمی‌زند.

بخیه‌های غیرقابل جذب جراحی : بخیه‌هایی که بدن هرگز جذب نمی‌کند (مثل بخیه قلب، عروق، جراحی پلاستیک، چشم)

ایمپلنت‌های صورت و زیبایی :پروتز چانه، گونه، بینی، ترمیم پارگی پرده گوش (میرنگوپلاستی)

لوله‌های شریانی-وریدی همودیالیز : برای بیماران دیالیزی که رگ مناسب ندارند.

تفلون و طرز تهیه آن