ПТФЭ - загадочный полимер

Как и многие из переломных открытий в истории, это произошло неожиданно. При попытке получить новое химическое вещество, которое должно было использоваться в производимых в компанией холодильных системах. Под воздействием высокого давления и при участии катализатора (железа) тетрафторэтиленовый газ превратился в полимер.

Загадочный полимер был подвергнут детальному исследованию, которое выявило его необычные свойства. Полученный таким образом поли(тетрафторэтилен) или ПТФЭ имеет чрезвычайно низкий коэффициент трения, демонстрирует очень высокую химическую стойкость (даже к знаменитой царской водке, растворяющей золото!), а также высокую термическую стойкость.

Изначально используемый преимущественно в военных технологиях, полимер ПТФЭ быстро нашел применение в других отраслях промышленности, а с 1950-х годов он вошел в наши дома и стал незаменимым другом каждого повара. Первые сковородки с тефлоновым покрытием были выведены на рынок французской компанией Tefal.

В свою очередь, в конце 1960-х годов компания Gore первой выпустила ткань с тефлоновым покрытием (gore-tex), что положило начало широко используемым сегодня тканям (например, в рабочей и спортивной одежде).

В настоящее время тефлон используется во многих отраслях промышленности, в частности, в лазерных принтерах (из-за высокой термической стойкости), в электронике (из-за диэлектрических свойств), в медицинской промышленности (в пластической хирургии тефлон в форме углеродистых волокон используется для реконструкции лицевых костей, а также в производстве внутренних протезов, например, протезов тазобедренных суставов).                                             

Тефлоновые ткани (стекловолокно покрытое слоем тефлона) широко используются в производственном секторе, в частности,  в упаковочной промышленности (защита от прилипания к нагреваемым поверхностям), пищевой и химической промышленности (в виде монолитных конвейерных лент и сеток для термотуннелей), в строительстве (тефлоновые рукава используются в качестве покрытия термоэкранов при сварке оконных профилей). Тефлоновые ткани и сетки, благодаря своим химическим и физическим свойствам, превосходно зарекомендовали себя в качестве транспортных лент, и являются незаменимыми на производственных линиях, как материал для скатов, изоляторов или всевозможных подкладок. Широкий диапазон применений также в производстве дополнительного ассортимента для обслуживания машин, таких как зональные тефлоновые ленты, самоклеющиеся ленты по размеру, торцевые ленты, тефлоновые срезные ленты и многое другое.                   Кроме того, тефлон используется в производстве линз для достижения лучшей четкости изображения, в лаках для ногтей, различных герметиках, смазочных материалах, а также идеально работает в щетках стеклоочистителей, увеличивая скольжение по стеклу, особенно если дождь не сильный. Тефлон также добавляется в качестве компонента к волокнам при производстве ковров и тканей для достижения лучшей устойчивости к загрязнениям. 

Для получения материала с конкретными свойствами на базе ПТФЭ, отвечающего требованиям к работе в определенных условиях, полимеры проходят процессы модификации. Одним из наиболее часто используемых модификаторов является ПТФЭ, который при добавлении к поли(тетрафторэтилену) позволяет получить PTFE TFM, так называемый тефлон "второго поколения" Кроме того, в качестве модификатора часто используются стекловолокно (GF), углерод (C), графит и бронза. Эти модификации позволяют изменять свойства полимеров, например, тефлоновые ткани - стекловолокна покрытые слоем ПТФЭ, широко используются в промышленности (в частности, в качестве тефлоновых ремней или тефлоновых лент) - эта модификация укрепляет тефлон, уменьшает фрикционный износ и деформацию под нагрузкой, сочетание ПТФЭ с углеродом уменьшает  фрикционный износ и деформацию (химическая стойкость остается неизменной, но меняются электрические свойства), добавление графита, в свою очередь, повышает антистатические свойства (снижается коэффициент трения, повышается механическая прочность).  Эти и многие другие модификации обогащают физико-механические свойства полимеров, расширяя область их применения.

В 1990 году было обнаружено, что тефлон может быть структурирован с помощью излучения, то есть выше его температуры плавления. Это осуществляется в анаэробной среде.                     Структурирование полимеров, несомненно, является наиболее важным промышленным применением радиационной обработки. Структурирование полимеров, в том числе тефлона, заключается в образовании дополнительных химических связей между макромолекулами под воздействием ионизирующего излучения. В результате этого процесса создаются структуры, характеризующиеся более высокой термической и химической стойкостью (к растворителям), а также лучшими показателями прочности по сравнению с исходными материалами. Структурировать можно, например, полиэтилен, полистирол, поливинилфторид, поливиниловый спирт и прочие. В промышленном масштабе наиболее распространенным является использование ускорителей радиационного сшивания полиэтилена при производстве термоусадочных пленок, изоляции проводов и термоусадочных соединений.

Кроме того, это позволяет повторно использовать такие полимеры, включая тефлон, в последующих продуктах перед их утилизацией.

Повторное использование пластиков является очень важным аспектом рационального управления ресурсами. Переработка отходов может заключаться в повторном использовании материала, полученного в процессах механического рециклинга, когда новые продукты производятся из отходов, или в извлечении энергии, содержащейся в отходах. Из-за очень высокой теплотворной способности (порядка 40 МДж/кг) пластиковые отходы являются отличным источником энергии, поскольку отходы, не подлежащие переработке (например, слишком грязные или смешанные), могут быть успешно использованы для производства электрической или тепловой энергии, что, в свою очередь, снижает спрос на топливо из невозобновляемых источников (например, угля или природного газа). Учитывая вышесказанное, европейская индустрия пластмасс разрабатывает программу «Zero plastics to landfills», популяризирующую  полный отказ (до 2025 года) от хранения пластиковых отходов и указывающую на возможность полной утилизации этих отходов по всей Европе, при условии полного и строгого выполнения закона ЕС «Об отходах». В этом контексте особенно важно ввести в ЕС запрет на хранение утилизируемых и горючих отходов, чего требует вся индустрия пластмасс.