Տեֆլոն. «Պլաստիկի արքան»՝ չկպչող տապակների հետևում. Ինչպես է լաբորատորիայում պատահական հայտնագործությունը սկիզբ դրել տիեզերական դարաշրջանին

Պատկերացրեք՝ անstrengորեն տապակում եք արևոտ կողմով վերև գտնվող կատարյալ ձու, որի վրա գրեթե հետք չի մնում, վիրաբույժներ, որոնք փոխարինում են հիվանդ արյան անոթները արհեստականներով, որոնք կյանքեր են փրկում, կամ կարևորագույն բաղադրիչներ, որոնք հուսալիորեն գործում են Մարսագնացի ծայրահեղ միջավայրում… Այս թվացյալ անկապ սցենարներն ունեն ընդհանուր, համեստ հերոս՝ պոլիտետրաֆտորէթիլեն (PTFE), որն ավելի հայտնի է իր ապրանքանիշային անվամբ՝ Teflon:

I. Հակակպչուն տապակների գաղտնի զենքը. Պատահար, որը փոխեց աշխարհը

1938 թվականին ամերիկացի քիմիկոս Ռոյ Փլանկեթը, որն աշխատում էր DuPont-ում, հետազոտում էր նոր սառնագենտներ: Երբ նա բացեց պողպատե գլանը, որը ենթադրաբար լցված էր տետրաֆտորէթիլեն գազով, զարմացավ՝ հայտնաբերելով, որ գազը «անհետացել է»՝ ներքևում թողնելով միայն տարօրինակ սպիտակ, մոմային փոշի:

Այս փոշին բացառիկ սայթաքուն էր, դիմացկուն էր ուժեղ թթուների և ալկալիների նկատմամբ, և նույնիսկ դժվար էր բռնկվում: Պլանկետը հասկացավ, որ պատահաբար սինթեզել է նախկինում անհայտ, հրաշագործ նյութ՝ պոլիտետրաֆտորէթիլեն (PTFE): 1946 թվականին DuPont-ը այն գրանցեց որպես «Տեֆլոն»՝ նշանավորելով PTFE-ի լեգենդար ճանապարհորդության սկիզբը:

• Ծնված «անտարբեր». PTFE-ի եզակի մոլեկուլային կառուցվածքը առանձնանում է ածխածնային միջուկով, որը ամուր պաշտպանված է ֆտորի ատոմներով՝ ստեղծելով ամուր պատնեշ: Սա նրան տալիս է երկու «գերուժ».
  • Անթերի հակակպչունություն (հակակպչունություն). Գրեթե ոչինչ չի կպչում դրա հարթ մակերեսին. ձվերը և խմորը անմիջապես սահում են դրանցից։
  • «Անխոցելի» (քիմիական իներտություն). Նույնիսկ թագավորական ջուրը (խտացված աղաթթվի և ազոտական թթուների խառնուրդ) չի կարող կոռոզիայի ենթարկել այն, ինչը այն դարձնում է նյութերի աշխարհում «մեկուսացման ամրոց»։
• Շփում։ Ի՞նչ շփում։ PTFE-ն ունի զարմանալիորեն ցածր շփման գործակից (ընդամենը 0.04), նույնիսկ ավելի ցածր, քան սառույցի սահելը սառույցի վրա։ Սա այն դարձնում է իդեալական ցածր շփում ունեցող կրողներ և սահողներ ստեղծելու համար, զգալիորեն նվազեցնելով մեխանիկական մաշվածությունը և էներգիայի սպառումը։
• «Նինջան» չի տատանվում ո՛չ ջերմության, ո՛չ էլ ցրտի նկատմամբ. PTFE-ն կայուն է մնում հեղուկ ազոտի կրիոգեն խորություններից (-196°C) մինչև 260°C և կարող է դիմակայել 300°C-ից բարձր կարճատև պայթյուններին՝ սովորական պլաստմասսայի սահմաններից շատ ավելի բարձր։
• Էլեկտրոնիկայի պահապան. Որպես առաջատար մեկուսիչ նյութ, PTFE-ն գերազանց է դիմանում բարձր հաճախականության, լարման և ջերմաստիճանի հետ կապված կոշտ էլեկտրոնային միջավայրերին: Այն 5G կապի և կիսահաղորդիչների արտադրության մեջ կուլիսային հերոս է:

II. Խոհանոցից այն կողմ. PTFE-ի ամենուրեք առկա դերը տեխնոլոգիայի ոլորտում

PTFE-ի արժեքը տարածվում է ոչ միայն խոհարարությունը հեշտացնելու վրա: Դրա արտակարգ հատկությունները այն դարձնում են ժամանակակից տեխնոլոգիական առաջընթացը խթանող կարևորագույն «անհայտ հերոս»:

• Արդյունաբերական «արյան անոթներ» և «զրահ».
  • Կնքման մասնագետ. PTFE կնիքը հուսալիորեն պաշտպանում է արտահոսքերից քիմիական գործարանների խողովակների միացումներում և ավտոմեքենայի շարժիչի բարձր ջերմաստիճանային կնիքում։
  • Կոռոզիակայուն ծածկույթ. Քիմիական մշակման սարքավորումները և ռեակտորային անոթները PTFE-ով ծածկելը նման է դրանց քիմիական ազդեցությունից պաշտպանված կոստյումներ տալուն։
  • Lubrication Guardian. PTFE փոշին քսանյութերին ավելացնելը կամ որպես պինդ ծածկույթ օգտագործելը ապահովում է ատամնանիվների և շղթաների սահուն աշխատանքը ծանր բեռների տակ, առանց յուղի կամ ծայրահեղ պայմաններում:
• Էլեկտրոնիկայի և կապի «մայրուղին».
  • Բարձր հաճախականության սխեմաների հիմքեր. 5G-ն, ռադարը և արբանյակային կապի սարքավորումները հենվում են PTFE-ի վրա հիմնված տախտակների վրա (օրինակ՝ հայտնի Rogers RO3000 շարքը)՝ գրեթե կորուստներից զերծ բարձր արագությամբ ազդանշանի փոխանցման համար:
  • Կիսահաղորդչային արտադրության կարևորագույն ծախսվող նյութեր. PTFE-ն կարևոր է տարաների և խողովակների համար, որոնք մշակում են չիպերի փորագրման և մաքրման գործընթացներում օգտագործվող ուժեղ քայքայիչ քիմիական նյութերը։
• «Կյանքի կամուրջ» առողջապահության ոլորտում.
  • Արհեստական արյան անոթներ և կպչուն պիտակներ. ընդարձակված PTFE-ն (ePTFE) ստեղծում է արհեստական արյան անոթներ և վիրաբուժական ցանցեր՝ գերազանց կենսահամատեղելիությամբ, հաջողությամբ տեղադրվելով տասնամյակներ շարունակ և փրկելով անթիվ կյանքեր:
  • Գործիքների ճշգրիտ ծածկույթ. կաթետրերի և ուղեցույց լարերի վրա տեղադրված PTFE ծածկույթները զգալիորեն նվազեցնում են ներդրման շփումը, բարձրացնելով վիրաբուժական անվտանգությունը և հիվանդի հարմարավետությունը։
• «Ուղեկցորդ» առաջադեմ տեխնոլոգիաների համար.
  • Տիեզերքի հետազոտություն. Ապոլոն տիեզերական կոստյումների վրա առկա կնիքներից մինչև Մարս մոլորակի վրա գտնվող մարսագնացների մալուխների մեկուսացումն ու կրողներն, PTFE-ն հուսալիորեն հաղթահարում է տիեզերքի ծայրահեղ ջերմաստիճանները և վակուումը։
  • Ռազմական սարքավորումներ. PTFE-ն հանդիպում է ռադարային գմբեթներում, գաղտագողի տեխնոլոգիական ծածկույթներում և կոռոզիակայուն բաղադրիչներում:

III. Հակասություններ և զարգացում. PFOA-ի խնդիրը և հետագա ուղին

Թեև PTFE-ն ինքնին քիմիապես իներտ է և շատ անվտանգ է սովորական եփման ջերմաստիճաններում (սովորաբար 250°C-ից ցածր), մտահոգություններ են առաջացել PFOA-ի (պերֆտորօկտանոիկ թթու) վերաբերյալ, որը պատմականորեն օգտագործվել է դրա մշակման մեջ որպես մշակման օժանդակ միջոց։արտադրություն.

• PFOA-ի խնդիրը. PFOA-ն կայուն, կենսակուտակվող և պոտենցիալ թունավոր նյութ է և մի ժամանակ լայնորեն հայտնաբերվել է շրջակա միջավայրում և մարդու արյան մեջ:
• Արդյունաբերության արձագանքը.
  • PFOA-ի փուլային հրաժարում. Շրջակա միջավայրի և հասարակության զգալի ճնշման ներքո (ԱՄՆ EPA-ի գլխավորությամբ) խոշոր արտադրողները մեծ մասամբ դադարեցրին PFOA-ի օգտագործումը մինչև 2015 թվականը՝ անցնելով այլընտրանքային տարբերակների, ինչպիսին է GenX-ը:
  • Բարելավված կարգավորում և վերամշակում. Արտադրական գործընթացները ենթարկվում են ավելի խիստ վերահսկողության, և ուսումնասիրվում են PTFE թափոնների վերամշակման տեխնոլոգիաները (օրինակ՝ մեխանիկական վերամշակում, պիրոլիզ):

IV. Ապագան՝ ավելի կանաչ, ավելի խելացի PTFE

Նյութագիտության մասնագետները աշխատում են այս «պլաստմասե թագավորին» ավելի բարձրացնելու ուղղությամբ.

• Ֆունկցիոնալ արդիականացումներ. Կոմպոզիտային փոփոխությունները (օրինակ՝ ածխածնային մանրաթելի, գրաֆենի, կերամիկական մասնիկների ավելացումը) նպատակ ունեն PTFE-ին տալ ավելի լավ ջերմահաղորդականություն, մաշվածության դիմադրություն կամ ամրություն, ընդլայնելով դրա օգտագործումը էլեկտրական մեքենաների մարտկոցներում և բարձրակարգ մեքենաներում:
• Ավելի կանաչ արտադրություն. Գործընթացների շարունակական օպտիմալացումը կենտրոնանում է շրջակա միջավայրի վրա ազդեցության նվազեցման, ավելի անվտանգ այլընտրանքային մշակման օժանդակ միջոցների մշակման և վերամշակման արդյունավետության բարելավման վրա:
• Կենսաբժշկական սահմաններ. ePTFE-ի ներուժի ուսումնասիրություն ավելի բարդ հյուսվածքային ճարտարագիտության կիրառություններում, ինչպիսիք են նյարդային խողովակները և դեղերի առաքման համակարգերը։

Եզրակացություն

Լաբորատորիայում տեղի ունեցած պատահական վթարից մինչև աշխարհի խոհանոցներ և տիեզերք ճանապարհորդություններ, PTFE-ի պատմությունը վառ կերպով ցույց է տալիս, թե ինչպես է նյութագիտությունը վերափոխում մարդկային կյանքը: Այն աննկատելիորեն գոյություն ունի մեր շուրջը՝ իր անզուգական կայունությամբ և ֆունկցիոնալությամբ խթանելով արդյունաբերական առաջընթացը և տեխնոլոգիական նորարարությունը: Քանի որ տեխնոլոգիան շարունակում է զարգանալ, այս «պլաստմասե արքան» անկասկած կշարունակի գրել իր լուռ լեգենդար պատմությունը ավելի ու ավելի լայնածավալ փուլերում:

«Նյութերի սահմաններում յուրաքանչյուր առաջընթաց բխում է անհայտի ուսումնասիրությունից և պատահականության մեջ սուր աչքով նկատելու հնարավորությունից։ PTFE-ի լեգենդը մեզ հիշեցնում է. գիտության ճանապարհին պատահականությունները կարող են լինել ամենաթանկարժեք նվերները, և պատահականությունները հրաշքների վերածելը կախված է անհագ հետաքրքրասիրությունից և ջանասիրաբար համառությունից»։– Նյութերագետ Լիվեյ Չժան