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导报课堂 | 剪不断理还乱的PFAS —— 这种材料究竟从何而来

5月28日


PFAS(全氟和多氟烷基化合物)是一类人工合成的有机氟化合物,因具有极高的化学稳定性、热稳定性、疏水疏油性等,自20世纪40年代末起被广泛应用于工业和消费品领域。如今全球多地陆续出台管控政策,PFAS成为行业焦点。追本溯源,它究竟是如何被发现并一步步走向产业化的?本期主要讲述PFAS的诞生故事与早期发展历程。

意外惊喜!实验室里的伟大发现

1938年4月6日,正在美国新泽西州杜邦实验室进行新型制冷剂研究的化学家罗伊·普朗克特博士拧开装满四氟乙烯气体的钢瓶阀门时,发现没有一丝气体排出,摇晃后也无果。可钢瓶的重量却显示其先前注入的气体并无泄漏。为一探究竟,他带着困惑锯开了钢瓶,却意外发现钢瓶内壁覆盖着一层白色蜡状物质。这种物质就是后来改变世界的聚四氟乙烯(PTFE)——一种由四氟乙烯气体在高压下自聚形成的聚合物。材料科学史上最伟大的发现之一就这样出人意料地呈现在世人面前。


PTFE作为PFAS家族的一员,化学结构极其稳定,几乎不与其他任何物质发生反应,且能够在-270~260℃的极端温度范围内保持稳定。此外,PTFE的摩擦系数极低,几乎不与其他物质粘附,还具有出色的电绝缘性能,不吸水、不燃烧。这些特殊的性质组合使其在多个领域极具应用价值。在二次世界大战期间,由于PTFE具有卓越的耐腐蚀性,它被用于曼哈顿计划的铀浓缩关键设备。

商标落地,正式开启商业化历程

1945年,聚四氟乙烯被杜邦公司注册了“Teflon™”(特氟龙)商标,开启了其工业化应用和商业化销售,各种创新产品随之而来,并逐渐走向民用领域。

1947年,美国3M公司开始大规模生产用于特氟龙加工过程的表面活性剂全氟辛酸(PFOA)。1951年,杜邦公司开始使用3M公司生产的PFOA。

1954年,法国工程师马克·格雷瓜尔的妻子柯莱特突发奇想,觉得丈夫用来涂在钓鱼线上防止打结的不粘材料PTFE如果可以用在煎锅上,效果一定不错。由此,标志着餐具革命的一代神器 —— 涂有特氟龙涂层的不粘锅诞生。而杜邦公司也靠此“黑科技”迅速跻身世界500强。


一次洒漏,发现含氟防污新赛道

1953年,3M公司研究员‌乔·谢尔曼‌在参与一项能抵抗航空燃油腐蚀的橡胶材料研究实验时,助手不小心将一种含氟化物的混合液洒在了她的网球鞋上。奇怪的现象发生了:鞋子上混合液‌污渍周围的区域保持干净‌,不会被污渍沾染。该现象引起了谢尔曼的注意,她以逆向思维追踪,发现这种氟化物具有‌优异的拒油、拒水和防污渍附着‌的潜力,从而开启了对含氟防污剂的系统研发。

1956年,3M公司正式推出以‌全氟辛基化合物‌为基础的商用防污剂,并命名为‌Scotchgard™(思高洁)‌,最初用于织物保护,随后扩展至皮革、地毯等领域,以防油、防水和防污的“三防”性能著称。


20世纪90年代,因发现产品中的全氟辛基(C8)成分可能降解出有害的PFOS和PFOA,3M公司开始逐步淘汰原有的技术路线,并于‌2000年后‌推出基于‌全氟丁基(C4)‌的新一代配方,不再含有PFOA或PFOS‌等环境争议物质。‌

下期我们将详细介绍PFAS的含义、主要类型以及应用,敬请关注!

(来源:纺织导报官微)

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