電影《黑水》中提到的特氟龍到底是什麼?

一、“特氟龍”是什麼?它是如何發明出來的?

20世紀的前50年,杜邦公司就是現在的谷歌、特斯拉、SpaceX,總有新發明新創造,引領了時代潮流。在氟利昂的商業化之後,他們又找到了新的商機。

普倫基特是美國杜邦公司傑克森實驗室的化學家。1938年夏天,普倫基特正在研究氯氟烴的製備,之前成功商業化的氯氟烴都是氯氟烷烴,可是他對氯氟烯烴產生了興趣。他選擇了最簡單的四氟乙烯,他將四氟乙烯存放在乾冰冷卻的鋼瓶裡,以做進一步的研究。有一天,他和助手一起打開了鋼瓶,希望四氟乙烯氣化通過流量計進入反應器。沒多久,他們發現四氟乙烯的流動停止了,普倫基特發現鋼瓶裡還有不少東西,他搖晃鋼瓶,發現裡面有一些固體物在響動。


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他用一把鋼鋸把鋼瓶鋸開,竟然發現相當多的白粉末。普倫基特明白了,四氟乙烯聚合了,這白色粉末就是高分子聚合物:聚四氟乙烯。他繼續研究,得到了更好的方法制造更多的聚四氟乙烯。1941年,普倫基特通過專利首次把聚四氟乙烯公之於世。1945年,杜邦公司為聚四氟乙烯註冊了Teflon商標,中文稱為:特氟龍。

聚四氟乙烯被製造出來以後,人們發現這實在是一種超強的材料。

它十分耐寒,即使到了-269.3度的低溫也沒有問題,在乾冰、液氮、液氧、液體空氣的溫度級別簡直就是小意思,甚至在液氦中也能保持金身不敗。它的耐熱性能雖說不像它的耐寒性能那麼優異,卻也能耐受250度的高溫。

它又特別耐腐蝕,不論是強酸強鹼,如硫酸、鹽酸、硝酸、燒鹼甚至王水,還是強氧化劑,比如重鉻酸鉀、高錳酸鉀,都不能動它半根毫毛。可以說,它的化學穩定性超過了玻璃、陶瓷、不鏽鋼,甚至黃金、白金。我們知道即使是黃金、白金在王水中也會溶解,然而,聚四氟乙烯在沸騰的王水中煮幾十個小時,卻依然如舊。所以,如果莫瓦桑時代就有這種材料,就不會有那麼多化學家在氟元素的發現上損失健康甚至生命了,當然這是個先有雞還是先有蛋的問題。

它又特別難被浸溼,在水中浸泡一年,它不會膨脹,重量也不會增加。至今,人們還沒發現有任何一種溶劑,能夠使聚四氟乙烯膨脹。

此外,聚四氟乙烯的介電性能也特別好,而且它的介電性能與頻率無關,也不隨溫度而改變,這讓它在電器中可以用作很好的絕緣材料。

聚四氟乙烯的這些性能讓它贏得了“塑料王”的美稱!

二、不粘鍋的發明

法國工程師馬克·格雷瓜爾是一個熱愛釣魚的人,他經常因為釣線糾纏到一起而煩惱。他發現聚四氟乙烯塗層的表面特別光滑,就將聚四氟乙烯塗在他的釣線上,果然,他的釣線如果糾纏到一起,只要輕輕一扯,就順溜的解開了。

1954年,他的妻子科萊特看到這一點,突發奇想,如果將聚四氟乙烯塗在鍋的表面,那以後豈不是會省心很多,再也不用擔心煎餅、麵條、米飯、肉醬沾到鍋上了。格里瓜爾聽了妻子的建議立即開動腦筋,廢寢忘食研製出瞭如何將聚四氟乙烯和鋁結合在一起的辦法,世界上第一隻“不粘鍋”就這樣誕生了。


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三、塑料之王的其他應用

聚四氟乙烯這種塑料之王可不光是用於廚房裡呢,因為它特別光滑,在機械上的各種軸承、齒輪、滑輪都可以用它來做。它的表現遠勝於酚醛樹脂、尼龍,可能只有超高分子量的聚乙烯才能跟它媲美。


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這些機械元件都是聚四氟乙烯材料做的。


聚四氟乙烯塗層這優異的特性也不能光被用在不粘鍋上啊,其實它已經用在很多複合材料的塗層上,甚至在航空業的飛機上。

高端複合材料多為碳纖維和玻璃纖維,這二者的耐腐蝕性能比聚四氟乙烯要弱很多,因此將它們外面塗一層聚四氟乙烯,起到很好的隔離作用。這不光用於航空業,還可以用於建築等其他領域,舉世聞名的迪拜阿拉伯塔就是其中一例。


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阿拉伯塔號稱7星級酒店,其外表用的是塗覆了聚四氟乙烯的玻璃纖維,這些表面膜材料可以有效的抵抗紫外線、火災、晝夜溫差和沙塵暴。一到晚上,它們就變成了一個巨大的投影屏幕,將奢華放縱到極致。

​ 四、含氟化合物的危害

聚四氟乙烯本身無害,真正有危害的是這些含氟物質:全氟辛酸( PFOA)及全氟辛烷磺酸(PFOS),這些物質又是如何來的呢?

含碳表面活性劑之所以能體現出超低的表面張力,乃是因為甲基的表面張力超低,有機硅表面活性劑的表面張力更低,實際是因為硅氧鍵的柔韌性,所以能將更多的甲基朝向外面。所以,有機硅的性能並沒有起到革命性的提升。

而含氟表面活性劑完全不一樣,氟是電負性最強的元素,電子在氟化合物的腦子裡,就是“你的就是我的,我的還是我的”,使得氟原子非常難以被極化,氟碳鏈極性比碳氫鏈小。因此,含氟表面活性劑各分子之間的範德華力很弱,這使得它的表面張力尤其低。一般含碳表面活性劑的表面張力達到30,有機硅最低可以達到21,而含氟表面活性劑最低可以達到15。


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1947年,美國3M公司合成了一種新型化合物:全氟辛酸( PFOA);1949年,全氟辛基磺酸(PFOS)也被製造出來了,並用於3M的品牌:斯科奇嘉德防油防水劑(Scotchgard),一時間紅遍全美。使用了Scotchgard防水劑的服裝表面可以產生“荷葉效應”,不沾水也不沾油,水滴或者油滴在處理後的服裝上面,就好像露珠在荷葉上一樣。從此含氟表面活性劑開始成為各個追求創新的化學公司研發的焦點。


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3M也是一家偉大的創新公司。

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早在1968年,就檢測到一些人的血清裡存在有機氟,當時就懷疑是PFOA或PFOS等化合物。

1997年,3M在全球血庫的血液中檢測到PFOS。而根據該公司的內部文件,表明早在20世紀70年代就已經發現了這種現象。

1999年,美國環境保護署開始對PFOS的毒性展開調查,原來,這些含氟表面活性劑持久性極強,是最難分解的有機汙染物之一,在濃硫酸中煮一小時也不分解。它們很容易在動物體內沉積,據美國環保署、歐洲、日本及我國研究機構的研究結果表明:PFOS及其衍生物通過呼吸道吸入和飲用水、食物的攝入等途徑,而很難被生物體排出,尤其最終富集於人體、生物體中的血、肝、腎、腦中。看來太穩定的東西也不好啊。


2000年,3M公司和幾家美國公司宣佈停產PFOS、PFOA等含氟產品。而2002年,杜邦接過3M的衣缽,在北卡羅來納州的費耶特維爾建立了自己的工廠來生產這種化學品。原來,在這之前,杜邦一直購買3M公司的PFOA等,用於乳液聚合法生產自己的特氟龍。有一項來自美國環境署的調查顯示,從1951年到2003年期間,杜邦共排放了77萬噸富含PFOA的碳8物質。

根據一項調查,超過98%的普通美國人的血液中都檢測到了PFOA,含量小於1ppb,也就是在十億分之一以下,而在相關的化工廠員工和周圍的人群中含量更高。PFOA主要在工業廢料、抗汙地毯、地毯清洗液、家居灰塵、微波爆米花袋、食品和不粘鍋中可以檢測到,其中,最主要的來源是防水紡織品、塗層,而不粘鍋是最次要的。

三名流行病學家對杜邦的一家化工廠周圍的人群進行了研究,發現他們體內的PFOA水平明顯高於普通人群。研究得還出結論,PFOA水平高與這些病症具有相關性:腎癌、睪丸癌、潰瘍性結腸炎、甲狀腺疾病、高膽固醇和妊娠高血壓。


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