Polytétrafluoroéthylène

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.

Le polytétrafluoréthylène (PTFE), est un polymère thermoplastique de tétrafluoroéthylène de formule chimique :

    F   F
    |   |
R - C - C - R
    |   |
    F   F

Il a été découvert par Roy J. Plunkett (1910-1994) de DuPont en 1938 et fut introduit commercialement en 1949. Il est commercialisé sous les marques Teflon®, Hostalen®, Hostaflon® ou Fluon®. La marque la plus connue est Teflon® de DuPont.

Sommaire 1 Description 2 Préparation 3 Utilisations 4 Propriétés 5 Toxicité 6 Aspects Environnementaux 7 Aspects Analytiques 7.1 Analyse dans les eaux 7.2 Analyse dans les tissus 8 Citation 9 Notes et références 10 Lien externe

[modifier] Description

Ce polymère fluoré est un matériau doux, facilement déformable, semi-cristallin, semi-opaque et blanc. Son allongement est facile et sa résistance aux contraintes et aux radiations est faible. Il présente une remarquable résistance à la plupart des produits chimiques, un coefficient de friction très bas et reste stable à température relativement élevée (327 °C). Ces propriétés inhabituelles lui confèrent une valeur inestimable pour une grande quantité d'applications. Le polytétrafluoréthylène est par ailleurs le seul matériau auquel les pattes de la plupart des geckos arboricoles n'adhèrent pas.

[modifier] Préparation

Ne pouvant être transformé par fusion, il est formé par une méthode de frittage par poudre.

[modifier] Utilisations

Dans l'industrie, il est utilisé dans les roulements, les joints, l'isolation électrique à hautes températures, les revêtements et garnitures non adhésives pour les cuves, etc. Dans la vie courante, il constitue le revêtement de certains ustensiles de cuisine et s'utilise en ruban afin d'assurer l'étanchéité de montages filetés.

• Il est utilisé comme recouvrement anti-adhésif sur les poêles et autres ustensiles de cuisine, et de manière générale comme lubrifiant solide.
• Étant très peu réactif, il est souvent utilisé pour recouvrir l'intérieur de récipients ou des tuyaux contenant des composés chimiques réactifs.
• En musique traditionnelle, les luthiers utilisent du Teflon en rouleau pour fabriquer des anches de cornemuse.
• En plomberie, il est utilisé pour assurer l'étanchéité des raccords à visser en lieu et place de la filasse (de la laine ou du chanvre généralement) et de la poix.
• Le Gore-Tex est constitué principalement de Teflon.
• On l'utilise pour tous types d'habits anti-pluie.
• On s'en sert pour gainer certaines balles de pistolets.
• En électronique, particulièrement dans le domaine micro-onde, le Teflon est utilisé comme substrat (de permittivité relative voisine de 2,2). Il possède en effet un angle de perte très faible et un fort point de claquage. Malheureusement, sa rigidité mécanique est mauvaise (le Teflon est souple) ; pour compenser ce défaut, les fabricants de substrats, noient souvent une ou deux épaisseurs de fibre de verre à l'intérieur du substrat, ce qui rigidifie la plaque sans trop altérer ses performances diélectriques. L'angle de perte très faible fait du Teflon un isolant de choix dans les câbles HF haute-performance.
• Sa résistance diélectrique élevée en fait un élément de choix dans la réalisation de pièces isolantes dans de nombreux domaines de l'électricité, comme par exemple le fil de câblage haute tension.
• Dans l'automobile, il est utilisé pour fabriquer des gaines d'accélérateur (Push-pull) ou pour recouvrir certaines pièces de frottements.
• Dans le domaine de la santé, il est utilisé comme matériau d'implantation de choix en hémodialyse par exemple où la pose d'une prothèse vasculaire en PTFE peut s'avérer utile en cas d'impossibilité de création d'une fistule artério-veineuse native. Le PTFE est un matériau extrêmement neutre pour l'organisme. On le retrouve dans diverses prothèses et certains bijoux de body-art (piercing, implants, etc.).
• Dans le domaine informatique, le Téflon est utilisé comme bases des souris (les patins) pour offrir un mouvement régulier, une glisse améliorée, une réponse plus rapide et un équilibre amélioré, ce qui ravira les joueurs aguerris.

Enfin, le Teflon est parfois utilisé pour les gaines des bus informatiques.

[modifier] Propriétés

• Résistance chimique :

Généralement excellente, notamment avec les acides, les bases, les alcools, les cétones et les hydrocarbures.

Le PTFE n'est pas compatible avec la diéthylamine, le diméthyl-formamide, le fluor et le cyanure aureux.

• Caractéristiques électriques :

Constante diélectrique à 1 MHz : 2,0 à 2,1

Facteur de dissipation à 1 MHz : 0,0003 à 0,0007

Résistance diélectrique : 150 à 170 kV mm^-1

Résistivité : 1018 à 1019 ohm.cm

• Caractéristiques mécaniques :

Coefficient de frottement : 0,05 à 0,2

Coefficient de Poisson : 0,46

Dureté (Rockwell) : D50 à 55 - Shore

Élongation à la rupture : 100 à 400 %

Module de tension : 300 à 800 MPa

Résistance aux chocs (IZOD) : 160 Jm^-1

Résistance à la traction : 10 à 40 MPa

• Caractéristiques physiques :

Absorption d'eau sur 24 heures : 0,01 %

Indice de réfraction : 1,38

Indice limite d'oxygène : 95 %

Masse volumique : 2,2 kg.dm^-3

Perméabilité au diazote à 25 °C : 1.10¹³cm²s^-1Pa^-1

Perméabilité au dihydrogène à 25 °C : 7.10¹³cm²s^-1Pa^-1

Perméabilité au dioxyde de carbone à 25 °C : 7.10¹³cm²s^-1Pa^-1

Perméabilité au dioxygène à 25 °C : 3.10¹³cm²s^-1Pa^-1

Perméabilité à l'eau à 25 °C : 25.10¹³cm²s^-1Pa^-1

Résistance aux ultra-violets : excellente

• Caractéristiques thermiques :

Chaleur spécifique : 1000 JK^-1kg^-1

Coefficient d'expansion thermique : 100 à 160 10^-6K^-1

Conductivité thermique à 25°C : 0,25 Wm^-1K^-1

Température de déflection à la chaleur à 0,45 MPa : 120 °C

Température de déflection à la chaleur à 1,8 MPa : 54 °C

Température maximale d'exploitation : 180 à 260 °C (selon les usages)

Température minimale d'exploitation : -260 °C

Température de fusion : 327 °C.

[modifier] Toxicité

Le Teflon est chimiquement inerte et non toxique. Mais il commence à se dégrader à 260°C (température normalement non atteinte par une poêle, sauf si elle est oubliée sans aliments sur un outil de cuisson). La décomposition du Téflon engendre au-delà de 350°C des émissions parfois mortelles pour les oiseaux, pouvant causer des symptômes s'apparentant à la grippe chez les humains. (voir l'article en anglais "Can Teflon make you sick?", Medical News Today)

Par comparaison, les graisses de cuisine (huiles et beurres) commencent à brûler autour de 200°C. Une étude de 1959 a conclu que la toxicité des émanations du revêtement (par chauffage sec) était moindre que celle des fumées générées par des huiles de cuisine surchauffées.^[1]

En 1973, une étude a confirmé ces résultats précédents. Elle a, de plus, montré que l'exposition aux produits de cuisson du beurre à 260°C, pendant quatre heures, dans une poêle sans revêtement, était toxique à 100% (mortelle) pour les perruches tandis que les mêmes conditions avec une poêle à revêtement n'entraînait aucun décès chez les animaux jusqu'à 280°C.^[2] Par ailleurs, au cours des quarante dernières années, les poêles anti-adhésives ont été largement utilisées et il n'a été reporté qu'un cas mineur ayant un effet limité sur la santé et lié à la surchauffe d'une poêle.^[3]

En 2005, l'agence de protection environnementale des États-Unis (EPA) a trouvé que l'acide perfluorooctanique (PFOA), un produit chimique employé pour fabriquer le Teflon, était "légèrement cancérigène". Cette découverte est une partie d'un rapport (en anglais)^[4] qui est en cours de relecture avant acceptation finale. Une action en justice, menée par des habitants résidant près d'usines américaines du groupe, a mené DuPont à dépenser 240 millions d'euros pour stopper l'émission de ce produit dans l'eau et le sol. À ce jour, ce produit chimique n'est pas accepté par l'EPA. En 2007, parmi d'autres composés perfluorés, l'acide perfluorooctanoïque (APFO), réputé persistant dans l’Environnement, et accumulable dans les tissus adipeux des organismes vivants, toxique pour l’homme et les animaux a été trouvé ^[5] dans le sang du cordon ombilical de 100 % de 299 nouveau-nés testés à Baltimore, ce qui montre une contamination intra-utérine généralisée dans cette région. D'autres perfluorés ont été trouvés, mais à des doses plus faibles et/ou chez moins de sujets.

En janvier 2006, DuPont, la seule compagnie à utiliser le PFOA en usine sur le territoire américain, a annoncé son intention de supprimer les émissions de ce produit pour 2015. Elle recherche actuellement un substitut et n'a donc pas prévu de ne plus l'utiliser, ce produit étant essentiel dans la production du Teflon. Cette annonce englobe tous les produits de la société utilisant le Teflon. En effet, le PFOA rentre dans la fabrication du Teflon qui sert aussi bien pour les ustensiles de cuisine que pour les emballages, vêtements et revêtements pour le sol).

Il est reconnu que le Teflon rentre dans la production de poêles et plats anti-adhésifs. Il est seulement utilisé dans le processus de fabrication et il ne doit pas y avoir de traces mesurables du PFOA dans ces ustensiles.^[3]

[modifier] Aspects Environnementaux

Les effets indirect du téflon est le fait qu’il peut produire des gaz à effet de serre dans l’atmosphère lorsque chauffé. En effet à 600 °c il y a production de PFB(polyfluorobutene) et à 650°c de CF₄^[6] .Ces dernières possèdent un lien covalent qui est polarisés, absorbant la lumière qui est réflectée du soleil (on notera que parmi 30% de la lumière qui est réflectée, 15% sont absorbés par les gaz à effet de serre par les vibrations de cisaillement de la molécule).

Le problème du CF₄ et PFB est que ces molécules possèdent un temps de vie très élevé (e.g. CF₄=50 000 ans) et une puissance relative de réchauffement de la planète par kilo intégré pour 100 ans de 6500.^[7] Si on comparait à ce que contribue le CO₂ il posséderait un temps de vie 1000 fois plus long. Il faudra aussi noter que le taux de croissance annuelle augmente de 2% pour le CF₄ comparativement au CO₂qui est l’ordre de 0.4%.

Le problème dans tout ça, c’est que les CFC étant bannis il y a quelques années, ces derniers ont été remplacé par d’autres contribuants (e.g. CF₄) aussi puissants en ce qui concerne de puissance relative de réchauffement mais possédant un temps de résidence 500 fois plus long. Non seulement la dégradation à haute température du téflon se fait ressentir dans le réchauffement de la planète, il se fait aussi ressentir dans les eaux souterraines, lacs, la mer et chez les animaux. En fait la plus haute concentration qui se fait ressentir parmi les PFCs (polyfluorocarbonés) et le PFOA.

Le PFOA fait parti des POPs (matières organiques persistantes) donc ne se décompose pas ou peu dans la nature. Le PFOA a été retrouvé au pôle chez les ours polaires, poissons, chez l’humain et dans tous les océans du monde^[8]. Le PFOA est bioaccumulable et bioamplifiable.

Récemment des études permettant la dégradation de PFOA sont en vigueur dans le monde. En fait les études montrent la dégradation du PFOA en présence de Fe(III) et sous lumière UV a 254nm^[9]. Ainsi des analyses chimiques liées à la production du téflon seraient de plus en plus demandées dans le monde. Et donc, le domaine de la chimie environnementale analytique serait en plein essor.

[modifier] Aspects Analytiques

Les PFOA (Perfluorooctanoic acid), aussi connus sous le nom de C8, proviennent de la décomposition du polytétrafluoroéthylène à 360°C;^[10]Ces composés sont réputés par leurs toxicités accrues ainsi que leurs effets cancérigènes chez l’homme et chez les animaux^[11]. Ils sont préoccupants puisqu’ils persistent dans l’environnement et s’accumulent dans le corps humain.^[12]Cependant, différentes méthodes d’analyses ont été mises au point afin de déterminer et quantifier ces composés dans différents milieux (eaux, sang, serum, foie, plasma, sols, air, ustensiles de cuisine, etc..).

[modifier] Analyse dans les eaux

Des analyses de PFOA et d’autres composés PFCs ont été effectuées dans le bassin du fleuve Po en Italie dans le courant de l’année 2006 afin de déterminer les concentrations de PFOA déversées dans l’Arctique. La méthode d’analyse utilisée dans ce cas ci est la SPE (Solid Phase extraction et la LC/MS/MS (chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem).^[13]

La SPE est une technique de préparation d’échantillon basée sur l’adsorption sélective des analyses sur une surface solide.

La LC/MS/MS permet de faire la séparation et la quantification des composés. L’avantage de cette méthode est qu’elle permet de faire le dosage simultané des substances de structures différentes. Elle est dotée d’une grande sensibilité, spécificité accrue et très haute sélectivité, rapidité, amélioration de S/N (rapport signal/bruit), exactitude et précision inégalée, réduction de la limite de détection, coûteuse.

Les analyses ont été faites en collectant des échantillons d’eaux de différentes rivières sur une période allant de février à mars 2007. Ces analyses ont révélé des fortes concentrations de PFOA pour la rivière Tánara au courant de l’année 2007 soit 1270 ng/l et des concentrations variant de 60 à 337 ng/l pour le fleuve Po au courant de l’année 2006 pour les différentes dates d’échantillonnages. La limite de détection (LMD) pour les analyses de PFOA est de 100 pg/l. À partir de ces concentrations et du débit des rivières la quantité de PFOA a été déterminée pour l’année 2006 soit une masse ~0,3 kg/heure de PFOA ou ~2,6 tonnes/année qui a été déposée dans la mer Adriatique (une partie de la mer méditerranée).^[14]

[modifier] Analyse dans les tissus

Des analyses ont été faites pour la détermination des PFCs (acides perfluorocarboxyliques) en utilisant la chromatographie liquide gazeuse(GCL) avec un détecteur à capture d’électron (ECD). Cette analyse a permis d’extraire efficacement le PFOA (Perfluorooctanoic acid), PFNA (perfluorononanoic acid) et PFDA (perfluorodecanoic acid) dans le foie des rats méthylés avec le diazométhane puis séparé par GLC. Les concentrations obtenues de PFDA dans le foie de rat 24 heures après une dose administrée de 20 mg/kg par poids du corps était de 113,9±11,4 µg/g de foie.^[15]

Néanmoins, des nouvelles études sont en cours d’évaluation concernant la persistance des PFOA et ses possibles effets sur la santé de l'environnement ainsi que la santé humaine.

[modifier] Citation

Une blague tirée d'un sketch : « Selon la pub : rien n'adhère au Teflon ! Comment font-ils pour accrocher le Teflon aux poêles ? »

La solution : Comme le Teflon ne colle pas naturellement au métal, les premières poêles anti-adhésives étaient plutôt fragiles et il fallait utiliser des ustensiles spéciaux pour ne pas égratigner le revêtement. La technique s'est grandement améliorée depuis. Les procédés de fabrication sont brevetés mais quelques idées circulent : une des possibilités serait que : d'abord, on sable le fond de la poêle afin de le rendre rugueux. Ensuite, on enduit la surface d'un apprêt spécial. Finalement, on applique le Teflon sur l'apprêt. Même si le Teflon ne se combine pas chimiquement au métal, il est tout de même possible de le faire adhérer mécaniquement, c'est-à-dire en faisant en sorte qu'il s'introduise et s'agrippe dans les petites fentes et crevasses à la surface de la poêle.

Une alternative: On dépose des polymères en plusieurs couches sur le métal. On commence par un polymère qui adhère bien au métal et qui ressemble vaguement au Teflon. La seconde couche est un autre polymère qui adhère au polymère de la couche précédente, mais qui ressemble plus au Teflon. On fait ces applications jusqu'à ce que l'on applique le Teflon.

[modifier] Notes et références

[modifier] Lien externe

• (en) Du Pont

• Portail de la chimie