آیا حضور روان کننده هایی که از پوشش مخزن PVC مهاجرت می کنند، ترک خوردن سطح هیتر PFA را تسریع می کند؟

به دلیل هزینه کم و مقاومت شیمیایی قوی در برابر اسیدها و بازهای مختلف، پوشش مخازن PVC (پلی وینیل کلراید) اغلب در فرآوری های شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد. اما PVC با افزودن نرم کننده ها، معمولاً فتالات ها (DEHP، DINP، DIDP) یا جایگزین های غیر فتالات (DOA، TOTM) انعطاف پذیر می شود. این نرم‌کننده‌ها به صورت کووالانسی به ماتریس PVC متصل نیستند و در طول زمان، به ویژه در دماهای بالا (40 تا 80 درجه) تمایل به مهاجرت به سطح دارند. مهاجرت پلاستی‌سایزر از بخاری‌های PFA به مخزن پلاستیکی-PVC هنگامی که یک بخاری PFA در مخزن پلاستیکی{7}} PVC غوطه‌ور می‌شود، نرم‌کننده‌ها از طریق مایع مهاجرت کرده و روی سطح PFA جذب می‌شوند. نرم کننده ها استرهای آلی با وزن مولکولی کم هستند که بخش های آمورف PFA را بزرگ می کنند، دمای انتقال شیشه ای (Tg) را کاهش می دهند و ترک خوردگی استرس محیطی (ESC) را افزایش می دهند. آزمایش تسریع شده نشان داد که PFA در تماس با نرم کننده های فتالات در حال مهاجرت در دمای 70 درجه باعث ایجاد ترک های سطحی 3 تا 5 برابر سریعتر از شرایط بدون نرم کننده می شود. وجود نرم کننده ها از آسترهای PVC باعث تسریع ترک خوردن سطح بخاری های PFA می شود، به ویژه در حین کار با تراکم وات بالا (بیشتر یا مساوی 3 W/cm2) یا چرخه حرارتی.

تعامل مکانیزم مهاجرت PFA و پلاستیک ساز
روان‌کننده‌ها از طریق سه مکانیسم از PVC مهاجرت می‌کنند: انتشار سطحی (نرم‌کننده به سطح لاینر شکوفا می‌شود و در مایع فرآیند حل می‌شود)، شستشو (عصاره‌کننده روان‌کننده مستقیماً به حلال‌ها یا اسیدهای تهاجمی تبدیل می‌شود) و{0}}انتقال فاز بخار (نرم‌کننده از آستر تبخیر می‌شود و بر روی سطوح سرد کن متراکم می‌شود). پس از ورود به مایع، نرم کننده ها ایجاد می شوند. برای مخزن 1000 لیتری با پوشش PVC در 60 درجه، محتوای فتالات در فاز مایع می تواند پس از 6 ماه به 20{13}}100 ppm برسد. حداکثر غلظت نرم کننده در نزدیکی سطح آستر (لایه مرزی) یافت می شود که در آن بخاری PFA می تواند برای گرمایش یکنواخت قرار گیرد. نرم کننده به ناحیه آمورف پلیمر روی سطح PFA نفوذ می کند. PFA 40-50 درصد آمورف است. مولکول های نرم کننده (وزن مولکولی 300-500 Da) در این مناطق آمورف پراکنده می شوند و به عنوان حلالی عمل می کنند که زنجیره های پلیمری را شکافته و اصطکاک بین زنجیره ای را کاهش می دهد. دمای انتقال شیشه ای فاز آمورف از حدود 15- درجه (PFA خالص) به 30- تا 40- درجه (PFA پلاستیکی شده) کاهش می یابد. این امر انعطاف پذیری را در دمای اتاق افزایش می دهد، اما همچنین حساسیت پلیمر را به ترک خوردگی استرس محیطی افزایش می دهد، زیرا بخش های آمورف اکنون به راحتی توسط گونه های خورنده نفوذ می کنند.

ترک خوردگی استرس محیطی زمانی است که یک پلیمر تحت تنش (به دلیل انبساط حرارتی، فشار یا تنش پسماند ناشی از تولید) با یک عامل فعال سطحی (پلاستی ساز) تماس پیدا کند. نرم کننده انرژی سطح را کاهش می دهد تا انتشار شکستگی را تسهیل کند، به طوری که ترک ها در تنش های بسیار کمتر از قدرت تسلیم معمول پلیمر منتشر می شوند. تنش بحرانی برای ESC در PFA در اسید نیتریک 30٪ در 80 درجه بدون نرم کننده 5-7 مگاپاسکال است. تنش بحرانی در حضور نرم‌کننده DEHP 50 ppm به 2-3 مگاپاسکال کاهش می‌یابد. بخاری با تنش پسماند 4 مگاپاسکال در گوشه فلنج (معمولاً طراحی گوشه‌ای تیز) در اسید تمیز ترک نمی‌خورد، اما در اسید آلوده به نرم‌کننده ظرف چند ماه ترک می‌خورد.

نتایج تست ترک تسریع شده
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 ساعت (بدون ترک) 1.0× بدون ESC DEHP (دی-اتیل هگزیل فتالات)10 80 1، 200-1800 ساعت 3-4 برابر تورم آمورف + ESC DEHP 50 80 400-700 ساعت 7-12x ESC شدید
DEHP 100 80 150-300 ساعت 15-30 برابر شکست سریع
DINP (دی-ایزونونیل فتالات) 50 80 500-900 ساعت 6-10× مشابه DEHP
DIDP (دی-ایزودسیل فتالات) 50 80 600-1000 ساعت 5-8× مولکول بزرگتر، انتشار کندتر
DOA (دیوکتیل آدیپات، غیر-فتالات) 50 80 800–۱۲۰۰ ساعت ۴–۶× نه به اندازه فتالات‌ها تهاجمی
TOTM (trioctyl trimellitate) 50 80 1،500-2500 ساعت 2-3× مهاجرت کم، مولکول بزرگتر
اسید فتالیک (محصولات تجزیه نرم‌کننده){0}},000-3,000 ساعت 2× مؤثرتر از نرم‌کننده اصلی
تشخیص و پیشگیری
ترک خوردگی ناشی از پلاستی‌سایزر گرم‌کننده PFA مثال: (1) ترک‌ها ابتدا در کنار بخاری در تماس با آستر PVC (سمت با بیشترین غلظت پلاستی‌سایزر) ایجاد می‌شوند. (2) ترک ها معمولا کوچک (0.1 - 0.5 میلی متر عمق)، متعدد و دلخواه هستند (ترک های خستگی حرارتی محیطی هستند). (3) سطح PFA ممکن است در لمس کمی چسبنده یا چرب به نظر برسد زیرا نرم کننده جذب شده است. (4) مایع فرآیند ممکن است TOC بالایی (کربن آلی کل) به دلیل شستشوی نرم کننده داشته باشد. تجزیه و تحلیل برای تأیید: سطح PFA را با یک سواب مرطوب شده با حلال (ایزوپروپانول) سواب بزنید و با GC{11}}MS برای فتالات ها یا سایر نرم کننده ها تجزیه و تحلیل کنید. اگر تشخیص مثبت و بالاتر از 10 میکروگرم بر سانتی‌متر مربع باشد، آلودگی قابل‌توجهی با پلاستی‌سایزر شناسایی می‌شود.

استراتژی های پیشگیری: (1) روکش PVC را با یک آستر بدون نرم کننده (PP، PVDF، PFA یا PTFE) جایگزین کنید. نرم‌کننده- PVC رایگان (PVC سفت، نوع I) موجود است، اما مقاومت شیمیایی کمتری دارد و انعطاف‌پذیری کمتری دارد. 2) سد نرم‌کننده: یک ورق پلی‌اتیلن یا پلی‌پروپیلن (۱ تا ۲ میلی‌متر) بین لایه PVC و محتویات مخزن. این مانع باید هر سال به روز شود. (3) گردش مایع بالا: اگر مایع مخزن اغلب تغییر می کند (مثلاً عملیات دسته ای با محلول تازه در هر چرخه)، غلظت پلاستی سایزر کم می ماند.<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.

اقتصادی ترین راه حل درازمدت برای تاسیسات موجود با آسترهای PVC و بخاری های PFA که زودتر از موعد دچار شکستگی می شوند، جایگزینی آستر PVC با PVDF یا پلی پروپیلن است (اگر سازگاری شیمیایی اجازه می دهد). هزینه تعویض لاینر (5000 تا 15000 فورا2000 لیتر مخزن) معمولاً طی 2 تا 3 سال از طریق تعویض بخاری کاهش یافته (5000 تا 15000 فورا2000Ltank) معمولاً در عرض 2 تا 3 سال از طریق تعویض بخاری کاهش یافته به ازای هر سال 2-1، 50 گرم کننده بازیابی می شود.=1000 تا 6000 دلار در سال) به علاوه کاهش زمان توقف. اگر جایگزینی آستر عملی نیست، یک بخاری فلزی (تیتانیوم یا هاستلوی) را در نظر بگیرید که در معرض ESC پلاستیک سازها نباشد. بخاری‌های تیتانیوم 2{30}}3 برابر گران‌تر از PFA هستند، اما اگر بخاری‌های PFA هر 3 تا 6 ماه یک‌بار به دلیل ترک خوردن پلاستیک‌ساز از کار بیفتند، ممکن است مقرون به صرفه باشند.

نتیجه گیری: نرم کننده ها ترک خوردگی PFA را تا حد زیادی تسریع می کنند.
وجود پلاستی‌سازهایی که از پوشش‌های مخزن PVC مهاجرت می‌کنند، ترک خوردن سطوح بخاری PFA را تسریع می‌کند و زمان شکست با عوامل 3{5}}30 بسته به محتوای نرم‌کننده، دما و سطح تنش بخاری کاهش می‌یابد. نرم‌کننده‌های فتالات (DEHP, DINP) تهاجمی‌ترین ترک‌خوردگی ناشی از استرس محیطی در فشارهای اعمالی کمتر از 2 تا 3 مگاپاسکال هستند. طول عمر بخاری های PFA در مخازن با روکش PVC پلاستیکی شده باید به شدت کاهش یافته باشد - معمولاً 18-6 ماه به جای 3-5 سال. برای جلوگیری از آن، منبع نرم‌کننده باید حذف شود (لایه PVC جایگزین مواد بدون نرم‌کننده می‌شود)، یک مانع نصب شود یا از ماده گرم‌کننده‌ای که در برابر نرم‌کننده‌ها مصون است (تیتانیوم، کوارتز، کاربید سیلیکون) استفاده شود. برای مخازن با آسترهای PVC موجود، مهندسانی که بخاری‌های PFA را مشخص می‌کنند باید تجزیه و تحلیل نرم‌کننده را در سیال فرآیند بگنجانند و جدول زمانی تعویض سریع را در نظر بگیرند. یک بخاری PFA که بعد از 4 سال در اسید تمیز ترک می خورد، ممکن است در 4 ماه در همان اسید با 50 ppm DEHP از یک لایه PVC ترک بخورد. فکر نکنید PFA "مقاوم در برابر شیمیایی" است، بنابراین در برابر ESC تولید شده توسط نرم کننده مقاوم است. نرم کننده ها مواد شیمیایی نیستند که بر ستون فقرات پلیمری تأثیر بگذارند، آنها به ساختار فیزیکی حمله می کنند و PFA آسیب پذیر است.