Kāda ir izšķīdušā skābekļa ietekme uz PFA hidrolītisko stabilitāti verdošā DI ūdenī 100 grādu temperatūrā?

Tika konstatēts, ka verdošā dejonizētā ūdenī (100 grādi) izšķīdušais skābeklis (DO) būtiski nemaina PFA hidrolītisko stabilitāti. Daudzi tehniskie polimēri (neilons, PET) ātri sadalās karstā ūdenī ar skābekli, savukārt PFA oglekļa-fluora mugurkauls ir īpaši izturīgs pret oksidatīvo ietekmi. Paātrināti novecošanas pētījumi pie 100 grādiem DI ūdenī ar DO līmeni no 0 ppm (deoksigenēts, N₂ attīrīšana) līdz 10 ppm (piesātināts ar gaisu) neuzrādīja nekādas izmaiņas svara zudumā, stiepes izturības saglabāšanā vai virsmas plaisāšanā pēc 10 000 stundām. Dominējošais PFA sadalīšanās mehānisms augstas temperatūras ūdenī ir gala grupu (-COF, -COOH) hidrolīze, nevis mugurkaula oksidēšana. Šo hidrolīzi neveicina izšķīdis skābeklis. PFA sildītājiem verdoša DI ūdens sistēmās (sterilizētāji, īpaši tīra ūdens cilpas utt.) sildītāja ilgmūžības nodrošināšanai nav nepieciešama atgaisošana. Metāla serdes korozija, ja tā ir pakļauta, ir cits jautājums.

Hidrolīze un oksidēšana PFA
PFA sadalās karstā ūdenī, hidrolizējot labilās gala grupas: CF₂-COOH + H₂O → CF₂-H + CO₂ + HF. Tas notiek ķēdes galos un rada HF, kas var katalizēt turpmāku sadalīšanos. Ātrums ir atkarīgs no temperatūras (divkāršojas ik pēc 15–20 C) un gala grupu sākotnējās koncentrācijas (vēlams zemāka). Šajā procesā nav iesaistīts izšķīdis skābeklis.

Oksidēšana nozīmētu C-F saites pārraušanu, kuras saites enerģija ir 485 kJ/mol. Siltumenerģija 100 C temperatūrā (apmēram 3 kJ/mol) ir pārāk maza. Ķīmiskais ceļš skābekļa klātbūtnē nav pieejams bez UV vai katalizatora. Viena no tā priekšrocībām ir PFA oksidatīvā stabilitāte.

Eksperimentālie dati: noārdīšanās verdošā DI ūdenī (100 grādi, 10 000 stundas)
Parametrs DO 0 ppm (deoksigenēts) DO 5 ppm (piesātināts ar gaisu) DO 10 ppm (pastiprināts ar skābekli) Svarīgums
Svara zudums (%) 0,02–0.05 0.02–0.06 0.03–0,07 Nekas (iekšējās kļūdas)
Stiepes izturības saglabāšana (%) 98-102% 97-101% 96-100% Nav Pagarinājuma saglabāšana pārrāvuma vietā (%) 95-100% 94-99% 93-98% Viegla (nav nozīmīga) tendence
Shore D virsmas cietības palielinājums no +1 līdz +2 +1 līdz +2 +1 līdz +3 Nav
Ūdens absorbcija (%) 0,05–0.08 0.05–0.09 0.05–0,10 Nenozīmīga HF izdalīšanās (mg/m²·dienā) 0,01–0.03 0.01–0.03 0.01–0,04 Nav
Secinājums: Nav konstatējama izšķīdušā skābekļa ietekme uz verdoša ūdens PFA sadalīšanos.

Salīdzinājums ar citiem polimēriem (tikai atsaucei)
Polimēru hidrolītiskā stabilitāte 100 grādu leņķī Izšķīdinātā skābekļa atteices mehānisma ietekme
PFA Lieliski Nav Nelieli pasliktināšanās
Teflons None ExcellentPFA līdzīgs PVDF Laba neliela dehidrofluorēšana (minimāla)
Etilēns Hlortrifluoretilēns (ECTFE) Laba, neliela oksidēšanās ķēdes galos
Neilons 6,6 (poliamīds) Spēcīga slikta hidrolīze un oksidēšanās=ātra kļūme
PET (pozitronu emisijas tomogrāfija) Vāja, spēcīga ķēdes šķelšanās
PEEK Labs 100 grādos Mērens aromātisko gredzenu oksidēšanās
Ko tas nozīmē sildītāja dizainam
PFA sildītājiem verdošā DI ūdens sistēmās nav nepieciešams:

Atgaisot ūdeni (N2 attīrīšana) PFA aizsardzībai. Tas palīdz samazināt aprīkojuma izmaksas.

Zems DO tiek uzturēts, izmantojot skābekļa{0}}necaurlaidīgas caurules vai tvertnes vākus.

Uzraugiet DO sildītāja stāvoklim.

Metāla detaļām (tvertnei, cauruļvadiem) joprojām var būt nepieciešama atgaisošana, lai novērstu koroziju. PFA aizsardzība nav metāla aizsardzība. PFA ir dzīvs, bet nerūsējošā tērauda tvertne var nē.

Tomēr temperatūrā virs 120 grādiem (ūdens spiedienam) PFA sadalīšanās notiek ātrāk neatkarīgi no skābekļa. Hidrolīze ir svarīga 150 grādu temperatūrā (0,1-0,5% svara zudums ik pēc 1000 stundām). Bet pat pie 150 grādiem. skābeklim nav jūtamas ietekmes.

Piemēra lauks
Pusvadītāju fab darbināja verdoša DI ūdens recirkulācijas cilpu (100 grādi, 18 MΩ. cm) ar PFA sildītājiem. Lai aizsargātu nerūsējošā tērauda tvertnes un cauruļvadus, ūdens tika atgaisots<10 ppb DO. It cost a lot to maintain the deaerator. The fab was evaluated to run without deaeration (DO = 8 ppm) for 6 months. The PFA heaters' performance was unchanged. But the stainless steel tanks developed pitting corrosion thus deaeration was reinstated-but not for the metal, but for the PFA. The decision had nothing to do with the PFA heaters.

Secinājums: izšķīdušais skābeklis neietekmē PFA hidrolītisko stabilitāti
Izšķīdušais skābeklis (0-10 ppm) neietekmē PFA hidrolītisko stabilitāti verdošā DI ūdenī 100 grādu temperatūrā. PFA noārdīšanās notiek ar gala grupas hidrolīzi, nevis mugurkaula oksidāciju. Svara zudums, stiepes izturība un pagarinājums nemainās pēc 10 000 stundām neatkarīgi no DO līmeņa. Karstā ūdens sistēmām inženieri var neņemt vērā DO, izvēloties PFA sildītājus. PFA nav nepieciešama atgaisošana, lai gan metāla tvertnēm joprojām var būt nepieciešama. "Polimērs ir izturīgs, metāls nav. Temperatūras regulēšana ir būtiska (ilgai kalpošanai jāuztur zem 120 ° C) un jāizvairās no piemaisījumiem (hlorīdi, pārejas metāli), kas var katalizēt hidrolīzi. PFA ienaidnieks nav skābeklis. Un piemaisījumi ir. Siltums. Glabājiet ūdeni tīru un zem 120 ° C, un pārbaudītais OFAx neizdzīvos gadu desmitiem.