Jak wiele wynalazków, tak i ten powstał przez zupełny przypadek. Jednak jeśli chodzi o polimery, to nie jest takie oczywiste. Zazwyczaj synteza takich materiałów jest zaplanowana i przebiega w ściśle określonych warunkach. Ale dla znanego na całym świecie teflonu było inaczej.
Dzieło... przypadku
Młody naukowiec Plunkett odbywający staż w firmie DuPont w New Jersey pracował tam nad nowymi czynnikami chłodniczymi. Miały one być nietoksyczne i niepalne, tak by zastąpiły z powodzeniem amoniak i dwutlenek siarki. Do swoich badań wykorzystywał gaz tetrafluoroetylen, który przechowywał w bardzo niskiej temperaturze. Zgodnie z procedurą pojemniki trafiały do suchego lodu o temperaturze -78,5°C. Na drugi dzień zamiast odpowiednio przygotowanego gazu do dalszej syntezy, z pojemnika wypadł jedynie biały proszek. Okazało się, że w tych warunkach doszło do polimeryzacji i tak powstał politetrafluoroetylen, zwany teraz powszechnie teflonem. Potem wskazano, że było to możliwe dzięki obecności żelaza na ściankach kanistra, który pełnił rolę katalizatora tej zaskakującej reakcji.
Na szczęście nie potraktowano tego produktu jako odpad, tylko dokładnie go zbadano. Teflon charakteryzował się niezwykłą odpornością na korozję, wysoką temperaturę i ścieranie. Po tych rewelacyjnych doniesieniach przyszedł czas na znalezienie zastosowania. Niestety na początku nie było wcale tak łatwo, bo produkcja była droga, a sam materiał nie za bardzo dawał się kształtować. Jedno z jego pierwszych zastosowań było w projekcie Manhattan, gdzie użyto go do uszczelnienia rur i zaworów, które miały bezpośredni kontakt ze związkami uranu (sześciofluorek uranu). W 1945 nazwa Teflon została zastrzeżona przez spółkę DuPont, a niedługo potem naukowcy tak zmodyfikowali materiał, że nadal zachowywał swoje niezwykle właściwości, ale był o wiele łatwiejszy do formowania.
Skąd w naszych kuchniach teflonowe patelnie?
A jak pojawiła się pierwsza teflonowa patelnia? Otóż Colette - żona francuskiego inżyniera Marca Grégoire’a zasugerowała mu zastosowanie teflonu do pokrywania wnętrza naczynia do robienia sosu tak by nie przywierał. W 1956 Grégoire i jego żona założyli Tefal Corporation i wymyślili slogan: "Rondel Tefal, patelnia, do której naprawdę nic się nie przykleja". I tym sposobem na początku lat 60-tych XX wieku na rynek amerykański wprowadzono serię naczyń kuchennych z powłoką teflonową, która zapobiegała przywieraniu żywości.
Obecnie teflon znajduje zastosowanie w ogromnej gamie produktów, takich jak: wycieraczki samochodowe, żarówki, powłoki szklane, produkty do włosów, jest składnikiem farb, a nawet funkcjonuje jako powłoka w cewnikach. Jeśli chodzi o to ostatnie, to powłoka teflonowa ma zapobiegać... gromadzeniu i namnażaniu bakterii.
Patelnie teflonowe stały się tak popularne, że mimo zastrzeżonej nazwy praktycznie każda patelnia z nieprzywierająca powłoką jest określana jako teflonowa. Oprócz tego, że podczas smażenia czy gotowania żywność nie przywiera, to też takie naczynie jest łatwe do czyszczenia.
Teflon a zdrowie
Od pewnego czasu coraz częściej pojawiają się doniesienia poświęcone wpływowi używania teflonowych powłok na nasze zdrowie [1]. W szczególności chodzi tu o związki chemiczne, a dokładnie kwasy perfluorooktanowe, które są skrótowo oznaczane jako PFOA. Badania dotyczą również ryzyka przegrzania teflonu.
Należy również mieć na uwadze fakt, że PFOA było używane do produkcji teflonu do 2013 r. Mimo że większość PFOA obecna w tych powłokach jest wypalana podczas produkcji naczyń, to nadal jego niewielka część zostaje w warstwie teflonu. Zgodnie z badaniami, które dotyczyły naczyń z powloką teflonową nie stanowią one znaczącego źródła narażenia na PFOA przez ich użytkowników.
Już w 2006 r. w USA został powołany program, przez tamtejszą agencję ochrony środowiska, mający wyeliminować konieczność stosowania PFOA w produktach z teflonu. W programie uczestniczyło 8 firm, głównych producentów teflonu. Celem działań była redukcja ryzyka narażenia na PFOA i wszystkie te firmy osiągnęły cel do 2015 r. To tyczy się rynku USA i nadal w niektórych krajach powłoki teflonowe z PFOA są produkowane, m.in. w... Chinach [2].
Ze względu na obawy związane z toksycznością PFOA został zastąpiony innymi związkami chemicznymi, takimi jak GenX. GenX to taki krótkołańcuchowy substytut PFAS dla PFOA w produkcji fluoropolimerów. Jednak w czerwcu 2019 r. był pierwszą substancją chemiczną dodaną do listy SVHC (Substances of Very High Concern, czyli substancje wzbudzające bardzo duże obawy) [3] ze względu na jego trwałe, mobilne i toksyczne właściwości stanowiące zagrożenie dla wody pitnej i środowiska. 3 maja 2019 r. ponad 180 krajów zgodziło się na zakaz produkcji i stosowania kwasu perfluorooktanowego, jego soli i związków pokrewnych PFOA zgodnie z międzynarodową konwencją sztokholmską w sprawie trwałych zanieczyszczeń organicznych. [3,4]
A o co chodzi z tym przegrzewaniem?
Ogólnie rzecz biorąc teflon jest bezpieczny i stabilny. Jednak powyżej 250°C zaczyna się degradować i wydziela do środowiska toksyczne substancje. Wdychanie tych oparów może prowadzić do gorączki oparów polimerowych, znanej jako grypa teflonowa. Polimerowa grypa teflonowa ma typowe objawy dla grypy, tzn. pojawiają się dreszcze, gorączka, ból głowy i bóle ciała. Objawy pojawiają się ok. 4-10 godzin po ekspozycji i mogą trwać do 2 dób. Zdiagnozowano też poważniejsze przypadki, gdy efekty uboczne obejmowały uszkodzenia płuc. Jednak dotyczyły one osób, które miały bezpośredni kontakt z teflonem przegrzanym w ekstremalnie wysokiej temperaturze (330°C) przez przynajmniej 4 h.
Należy zaznaczyć, że podczas smażenia np. ryb temperatura osiąga 130°C, a podczas przyrządzania steków dochodzi raptem do 280°C. Biorąc pod uwagę wykorzystanie tego typu naczyń w piekarniku, to i tak zazwyczaj nastawiamy maksymalnie 220°C, a nasze współczesne kuchnie mają dobrą wentylację. Nie można jednak stwierdzić, że podczas smażenia zawsze będzie utrzymywana taka sama temperatura. Opisywane przypadki dotyczyły sytuacji, gdy nagrzewano taką suchą patelnię i zostawiono bez nadzoru. Dlatego też ryzyko teflonowej gorączki w warunkach domowych jest raczej minimalne, ale i tak jak już zabieramy się za smażenie, to pilnujmy rozgrzanej patelni [6].
Warto też zaznaczyć, że badania mają swoje ograniczenia, szczególnie gdy chcemy poznać długofalowe skutki ekspozycji na jakiś związek chemiczny, który tak jak PFOA czy PFAS nie występuje w dużym stężeniu. Dopiero wyniki zebrane dla sporej populacji i przez dłuższy czas pozwoliłyby na danie jednoznacznej odpowiedzi na to jak bardzo teflon i ewentualne produkty jego degradacji oddziałują na nasz organizm. [5] Ale już do tej pory zebrane wyniki i zalecenia wskazują by, jeśli to tylko możliwe, ograniczyć wykorzystanie tych substancji podczas wytwarzania rzeczy mających bezpośredni kontakt z żywnością.
Niemniej jednak istnieje wiele praktycznych rad, które wskazują jak bezpiecznie użytkować takie naczynia, by jak najdłużej nam służyły i negatywnie nie wpływały na to, co w nich przygotowujemy. Do nich należy zaliczyć m.in. unikanie przegrzewania suchej patelni jak i obróbki termicznej pożywienia w bardzo wysokich temperaturach, wietrzenie kuchni, używanie do mieszania drewnianych czy silikonowych narzędzi kuchennych tak by nie zarysować powłoki, oraz regularne sprawdzanie stanu naszych naczyń - czy nie ma zarysowań, złuszczeń. W takim przypadku należy po prostu wymienić naczynie. Jednak po usunięciu z domu takiego naczynia zawierającego PFOA problem się nie kończy, bo należy również odpowiednio taki odpad zagospodarować, by związki te nie przedostały się do środowiska naturalnego.
Dlatego warto zastanowić się nad używaniem naczyń do smażenia czy gotowania wykonanych z innych materiałów, które nie mają powłoki teflonowej i podczas ich użytkowania nie powstają szkodliwe substancje. Do takich zaliczamy naczynia z żeliwa, kamienia, ceramiczne czy z powłoką silikonową. Podczas wyboru warto zwrócić uwagę na oznaczenia, które znajdują się na opakowaniach, m.in. PFOA free czy Cd Pb free.
Literatura:
[1] D. Ellis et al., Thermolysis of fluoropolymers as a potential source of halogenated organic acids in the environment, Nature 412 (2001) 321
[2] https://www.cancer.org/cancer/cancer-causes/chemicals/teflon-and-perfluorooctanoic-acid-pfoa.html
[3] https://www.eea.europa.eu/publications/emerging-chemical-risks-in-europe
[4] https://apaengineering.com/compliance-blog/eu-pfoa-ban/
[5] M. Schlummer, Emission of perfluoroalkyl carboxylic acids (PFCA) from heated surfaces made of polytetrafluoroethylene (PTFE) applied in food contact materials and consumer products, Chemosphre 46 (2015) 46-53
[6] M. Sajid, PTFE-coated non-stick cookware and toxicity concerns: a perspective, Environ Sci Pollut Res Int 24 (2017) 23436-23440
