Vai plastifikatoru klātbūtne, kas migrē no PVC tvertnes starplikas, paātrina PFA sildītāja virsmas plaisāšanu?

Pateicoties zemajām izmaksām un spēcīgajai ķīmiskajai izturībai pret dažādām skābēm un bāzēm, PVC (polivinilhlorīda) tvertņu starplikas bieži tiek izmantotas ķīmiskajā apstrādē. Taču PVC padara elastīgu, pievienojot plastifikatorus, parasti ftalātus (DEHP, DINP, DIDP) vai alternatīvas, kas nav -ftalāti (DOA, TOTM). Šie plastifikatori nav kovalenti saistīti ar PVC matricu, un tiem ir tendence laika gaitā migrēt uz virsmu, īpaši paaugstinātā temperatūrā (40–80 grādi). Plastifikatora migrācija no PFA sildītājiem uz plastificētu PVC{6}}izklātu tvertni Kad PFA sildītājs ir iegremdēts tvertnē ar plastificētu PVC-oderējumu, plastifikatori migrē caur šķidrumu un adsorbējas uz PFA virsmas. Plastifikatori ir zemas molekulmasas organiskie esteri, kas palielina PFA amorfās daļas, samazinot stiklošanās temperatūru (Tg) un palielinot vides sprieguma plaisāšanu (ESC). Paātrinātā testēšana parādīja, ka PFA saskarē ar migrējošiem ftalātu plastifikatoriem 70 grādos veido virsmas plaisas 3–5 reizes ātrāk nekā apstākļos, kuros nav plastifikatoru. Plastifikatoru klātbūtne no PVC starplikām paātrina PFA sildītāju virsmas plaisāšanu, īpaši liela vatu blīvuma darbības laikā (lielāks par vai vienāds ar 3 W/cm2) vai termiskā cikla laikā.

PFA un plastifikatora migrācijas mehānisma mijiedarbība
Plastifikatori migrē no PVC, izmantojot trīs mehānismus: virsmas difūziju (plastifikators uzplaukst līdz oderes virsmai un izšķīst procesa šķidrumā), izskalošanos (plastifikators tieši ekstrahē agresīvos šķīdinātājos vai skābēs) un tvaiku -fāzu transportu (plastifikators iztvaiko no oderes un kondensējas uz vēsākām virsmām, tostarp uz sildītāja aukstajām sekcijām). Iekļūstot šķidrumā, uzkrājas plastifikatori. 1000 litru tvertnei ar PVC starpliku 60 grādu temperatūrā ftalātu saturs šķidrajā fāzē pēc 6 mēnešiem var sasniegt 20-100 ppm. Maksimālā plastifikatora koncentrācija ir atrodama pie oderes virsmas (robežslāņa), kur var novietot PFA sildītāju vienmērīgai karsēšanai. Plastifikators iekļūst polimēra amorfajā zonā uz PFA virsmas. PFA ir 40-50% amorfs. Plastifikatora molekulas (molekulmasa 300-500 Da) izkliedējas šajos amorfajos apgabalos un darbojas kā šķīdinātājs, kas sadala polimēru ķēdes un samazina starpķēžu berzi. Amorfās fāzes stiklošanās temperatūra tiek pazemināta no aptuveni -15 grādiem (tīrs PFA) līdz -30 līdz -40 grādiem (plastificēts PFA). Tas palielina elastību istabas temperatūrā, bet arī palielina polimēra uzņēmību pret vides spriegumu plaisāšanu, jo kodīgas vielas tagad vieglāk iekļūst amorfajās daļās.

Vides sprieguma plaisāšana ir tad, kad sasprindzināts polimērs (termiskās izplešanās, spiediena vai ražošanas atlikušā sprieguma dēļ) nonāk saskarē ar virsmas aktīvo vielu (plastifikatoru). Plastifikators samazina virsmas enerģiju, lai atvieglotu lūzumu izplatīšanos tā, ka plaisas izplatās pie spriegumiem, kas ir daudz zemāki par polimēra parasto tecēšanas robežu. Kritiskais ESC spriegums PFA 30% slāpekļskābē 80 grādu temperatūrā bez plastifikatora ir 5–7 MPa. Kritiskais spriegums samazinās līdz 2-3 MPa 50 ppm DEHP plastifikatora klātbūtnē. Sildītājs ar atlikušo spriegumu 4 MPa atloka stūrī (tipiski asiem -stūriem) neplaisās tīrā skābē, taču tas ieplaisās dažu mēnešu laikā ar plastifikatoru piesārņotā skābē.

Paātrinātā krekinga testa rezultāti
Plasticiser Type Concentration in Liquid (ppm) Temperature (° C)Time to First Visible Crack (PFA, 2 mm wall, 4 MPa applied stress) Cracking Rate vs. No Plasticiser Primary Mechanism None (control) 0 80 >5000 stundas (bez plaisām) 1,0× Bez ESC DEHP (di-etilheksilftalāts)10 80 1,200-1800 stundas 3-4x Amorfs pietūkums + ESC DEHP 50 80 400-700 stundas 7-12x Smags ESC
DEHP 100 80 150-300 stundas 15-30X Ātra plaisāšana
DINP (di{0}}izononilftalāts) 50 80 500-900 stundas 6-10× Līdzīgi kā DEHP
DIDP (di-izodecilftalāts) 50 80 600-1 000 stundu 5-8× Lielāka molekula, lēnāka difūzija
DOA (dioktiladipāts, ne-ftalāts) 50 80 800–1200 stundas 4–6× Nav tik agresīvs kā ftalāti
TOTM (trioktiltrimellitāts) 50 80 1,500–2500 stundas 2–3× Zema migrācija, lielāka molekula
Ftalskābe (plastifikatora noārdīšanās produkti) 10 80 2,000-3000 stundas 2× Mazāk efektīva nekā sākotnējā plastifikatora
Atklāšana un profilakse
PFA sildītāja plastifikatora izraisītas plaisāšanas piemērs: (1) Plaisas vispirms veidojas sildītāja pusē, kas saskaras ar PVC starpliku (puse, kurā ir visaugstākā plastifikatora koncentrācija). (2) Plaisas parasti ir mazas (0,1–0,5 mm dziļas), daudzas un patvaļīgi orientētas (termiskā noguruma plaisas ir apkārtmērā). (3) Pieskaroties PFA virsma var šķist nedaudz lipīga vai eļļaina adsorbēta plastifikatora dēļ. (4) Procesa šķidrumam var būt augsts TOC (kopējais organiskais ogleklis) plastifikatora izskalošanās dēļ. Analīze apstiprināšanai: notīriet PFA virsmu ar šķīdinātājā{10}}samitrinātu tamponu (izopropanolu) un analizējiet ar GC{11}}MS, lai noteiktu ftalātus vai citus plastifikatorus. Ja noteikšana ir pozitīva un pārsniedz 10 µg/cm², tiek konstatēts ievērojams plastifikatora piesārņojums.

Profilakses stratēģijas: (1) Nomainiet PVC starpliku ar starpliku bez plastifikatora (PP, PVDF, PFA vai PTFE). Ir pieejams PVC -bez plastifikatora (cietais PVC, I tips), taču tam ir mazāka ķīmiskā izturība un tas ir mazāk elastīgs. 2) Plastifikatora barjera: polietilēna vai polipropilēna loksne (1–2 mm) starp PVC starpliku un tvertnes saturu. Šī barjera ir jāatjaunina katru gadu. (3) Liela šķidruma aprite: ja tvertnes šķidrums tiek bieži mainīts (piem., partijas darbība ar svaigu šķīdumu katrā ciklā), plastifikatora koncentrācija paliek zema (<5 ppm) reducing danger substantially. (4) Use a heater with lower surface stress : radius all corners (see Article #62), anneal to relieve residual stress, and operate at lower watt density (<2.5 W/cm²). A stress-free PFA surface is significantly more resistant to ESC even in the presence of plasticisers. (5) Add a filter (activated charcoal or polymeric adsorbent) to the tank recirculation loop for continuous removal of plasticisers.

Ekonomiskākais ilgtermiņa līdzeklis esošajām instalācijām ar PVC starplikām un PFA sildītājiem, kas priekšlaicīgi plīst, ir PVC starplikas nomaiņa ar PVDF vai polipropilēnu (ja to atļauj ķīmiskā saderība). Ieliktņa nomaiņas izmaksas (5000–15 000 fora2000 Ltvertņu) parasti tiek atgūtas 2–3 gados, samazinot sildītāja nomaiņu (5000–15 000 fora2000 Ltvertņu), parasti tiek atgūtas 2–3 gados, samazinot sildītāja nomaiņu 1,5 200 –4 gadā (500–4 sildītāju gadā).=1000–6000 ASV dolāru gadā), kā arī samazināts dīkstāves laiks. Ja starplikas nomaiņa nav praktiska, apsveriet metāla sildītāju (titāna vai Hastelloy), kas nav pakļauts ESC no plastifikatoriem. Titāna sildītāji ir 2-3 reizes dārgāki nekā PFA, taču tie var būt rentabli, ja PFA sildītāji sabojājas ik pēc 3–6 mēnešiem plastifikatora plaisāšanas dēļ.

Secinājums: plastifikatori lielā mērā paātrina PFA plaisāšanu
Plastifikatoru klātbūtne, kas migrē no PVC tvertņu starplikām, paātrina PFA sildītāja virsmu plaisāšanu, un laiks līdz bojājumam tiek samazināts par koeficientiem 3-30 atkarībā no plastifikatora satura, temperatūras un sildītāja sprieguma līmeņa. Ftalātu plastifikatori (DEHP, DINP) ir visagresīvākie, kas izraisa vides spriegumu plaisāšanu pie pielietotā spiediena, kas ir no 2 līdz 3 MPa. PFA sildītāju kalpošanas laiks tvertnēs ar plastificētu PVC starpliku jāuzskata par ievērojami samazinātu -, parasti 6–18 mēneši, nevis 3–5 gadi. Lai to novērstu, ir jānovērš plastifikatora avots (PVC oderējums jāaizstāj ar materiālu, kas nesatur plastifikatoru), jāuzstāda barjera vai jāizmanto sildīšanas materiāls, kas ir imūns pret plastifikatoriem (titāns, kvarcs, silīcija karbīds). Tvertnēm ar esošiem PVC starplikām inženieriem, kas norāda PFA sildītājus, procesa šķidrumā jāiekļauj plastifikatora analīze un jāapsver paātrināti nomaiņas termiņi. PFA sildītājs, kas saplaisā tīrā skābē pēc 4 gadiem, var saplaisāt 4 mēnešu laikā tajā pašā skābē ar 50 ppm DEHP no PVC starplikas. Nedomājiet, ka PFA ir "ķīmiski izturīgs", tāpēc tas ir izturīgs pret ESC, ko rada plastifikators. Plastifikatori nav ķīmiskas vielas, kas ietekmē polimēra mugurkaulu, tās ietekmē fizisko struktūru, un PFA ir neaizsargāti.