ออกซิเจนที่ละลายน้ำมีผลอย่างไรต่อความคงตัวของไฮโดรไลติกของ PFA ในน้ำ DI เดือดที่ 100 องศา ?

ออกซิเจนละลาย (DO) ในน้ำเดือด-แตกตัวเป็นไอออน (100 องศา ) พบว่าไม่เปลี่ยนแปลงความเสถียรทางไฮโดรไลติกของ PFA อย่างมีนัยสำคัญ โพลีเมอร์ทางเทคนิคจำนวนมาก (ไนลอน, PET) สลายตัวอย่างรวดเร็วในน้ำร้อนด้วยออกซิเจน ในขณะที่แกนหลักคาร์บอน-ฟลูออรีนของ PFA มีความทนทานต่อการโจมตีด้วยออกซิเดชันเป็นพิเศษ การศึกษาการเร่งอายุที่ 100 องศาในน้ำ DI ที่มีระดับ DO ตั้งแต่ 0 ppm (ปราศจากออกซิเจน, การชะล้าง N₂) ถึง 10 ppm (อิ่มตัวในอากาศ) แสดงให้เห็นว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลงในการลดน้ำหนัก การคงความต้านทานแรงดึง หรือการแตกร้าวของพื้นผิวหลังจาก 10,000 ชั่วโมง กลไกการสลายที่โดดเด่นของ PFA ในน้ำที่มีอุณหภูมิสูงคือการไฮโดรไลซิสของกลุ่มปลายปริมาณน้อย (-COF, -COOH) แทนที่จะเป็นออกซิเดชันของแกนหลัก การไฮโดรไลซิสนี้ไม่ได้รับการส่งเสริมโดยออกซิเจนที่ละลายในน้ำ สำหรับเครื่องทำความร้อน PFA ในระบบน้ำ DI ที่กำลังเดือด (เครื่องฆ่าเชื้อ วงจรน้ำบริสุทธิ์พิเศษ- ฯลฯ) ไม่จำเป็นต้องขจัดอากาศเพื่อให้เครื่องทำความร้อนมีอายุยืนยาว หากแกนโลหะสึกกร่อนก็อีกเรื่องหนึ่ง

การไฮโดรไลซิสและออกซิเดชั่นใน PFA
PFA สลายตัวในน้ำร้อนโดยการไฮโดรไลซิสของกลุ่มสุดท้ายที่มีความหนืด: CF₂-COOH + H₂O → CF₂-H + CO₂ + HF สิ่งนี้เกิดขึ้นที่ปลายโซ่และสร้าง HF ซึ่งสามารถเร่งการสลายเพิ่มเติมได้ อัตรานี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ-ขึ้นอยู่กับ (เพิ่มเป็นสองเท่าทุกๆ 15-20 C) และความเข้มข้นเริ่มต้นของกลุ่มสุดท้าย (ควรต่ำกว่า) ไม่มีออกซิเจนละลายน้ำเข้ามาเกี่ยวข้องในกระบวนการนี้

การออกซิเดชันจะเกี่ยวข้องกับการทำลายพันธะ C-F ซึ่งมีพลังงานพันธะ 485 กิโลจูล/โมล พลังงานความร้อนที่ 100 C (ประมาณ 3 กิโลจูล/โมล) น้อยเกินไป วิถีทางเคมีเมื่อมีออกซิเจนไม่สามารถเข้าถึงได้หากไม่มีรังสียูวีหรือตัวเร่งปฏิกิริยา ความเสถียรในการออกซิเดชันของ PFA ถือเป็นข้อดีประการหนึ่ง

ข้อมูลการทดลอง: การย่อยสลายในน้ำ DI เดือด (100 องศา 10,000 ชั่วโมง)
พารามิเตอร์ DO 0 ppm (ปราศจากออกซิเจน) DO 5 ppm (อิ่มตัวในอากาศ) DO 10 ppm (เพิ่มออกซิเจน) ความสำคัญ
การลดน้ำหนัก (%) 0.02–0.05 0.02–0.06 0.03–0.07 ไม่มีเลย (ข้อผิดพลาดภายใน)
การคงความต้านแรงดึง (%) 98-102% 97-101% 96-100% ไม่มี การคงความยืดเมื่อขาด (%) 95-100% 94-99% 93-98% แนวโน้มเล็กน้อย (ไม่สำคัญ)
เพิ่มความแข็งของพื้นผิว Shore D +1 ถึง +2 +1 ถึง +2 +1 ถึง +3 ไม่มี
การดูดซึมน้ำ (%) 0.05–0.08 0.05–0.09 0.05–0.10 การปล่อย HF เล็กน้อย (มก./ตร.ม.·วัน) 0.01–0.03 0.01–0.03 0.01–0.04 ไม่มี
สรุป: ไม่มีผลที่ตรวจพบได้ของออกซิเจนละลายต่อการสลาย PFA ของน้ำเดือด

เปรียบเทียบกับโพลีเมอร์อื่นๆ (สำหรับการอ้างอิงเท่านั้น)
ความคงตัวของโพลีเมอร์ไฮโดรไลติกที่ 100 องศา ผลของกลไกความล้มเหลวของออกซิเจนละลายน้ำ
PFA Great ไม่มี การเสื่อมสภาพเล็กน้อย
เทฟลอนไม่มี ดีเยี่ยมPFA คล้ายกับ PVDFดี ดีไฮโดรฟลูออริเนชันเล็กน้อย (น้อยที่สุด)
เอทิลีน คลอโรไตรฟลูออโรเอทิลีน (ECTFE) เกิดออกซิเดชันเล็กน้อยที่ดีที่ปลายโซ่
ไนลอน 6,6 (โพลีเอไมด์) การไฮโดรไลซิสที่แย่อย่างรุนแรงบวกกับการเกิดออกซิเดชัน=ความล้มเหลวอย่างรวดเร็ว
PET (การตรวจเอกซเรย์ปล่อยโพซิตรอน) การแยกโซ่แบบอ่อนแอ
PEEK ดีที่ 100 องศา ปานกลาง ออกซิเดชันของวงแหวนอะโรมาติก
การออกแบบเครื่องทำความร้อนหมายถึงอะไร
สำหรับเครื่องทำความร้อน PFA ในระบบน้ำ DI ที่กำลังเดือด คุณไม่จำเป็นต้อง:

น้ำกำจัดอากาศ (การล้าง N2) สำหรับการป้องกัน PFA ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนอุปกรณ์

DO ต่ำจะคงอยู่โดยใช้-ท่อหรือฝาถังที่ไม่สามารถซึมผ่านของออกซิเจนได้

ตรวจสอบ DO เพื่อสุขภาพของเครื่องทำความร้อน

ส่วนประกอบที่เป็นโลหะ (ถัง ท่อ) อาจยังต้องมีการไล่อากาศเพื่อป้องกันการกัดกร่อน การป้องกัน PFA ไม่ใช่การป้องกันโลหะ PFA ยังมีชีวิตอยู่ แต่ถังสแตนเลสอาจไม่อยู่

อย่างไรก็ตาม ที่อุณหภูมิสูงกว่า 120 องศา (น้ำแรงดัน) การสลาย PFA จะดำเนินการเร็วขึ้นโดยไม่คำนึงถึงออกซิเจน การไฮโดรไลซิสมีความสำคัญที่ 150 องศา (น้ำหนักลดลง 0.1-0.5% ทุกๆ 1,000 ชั่วโมง) แต่แม้จะอยู่ที่ 150 องศา . ออกซิเจนไม่มีผลกระทบที่มองเห็นได้

สนามตัวอย่าง
โรงงานเซมิคอนดักเตอร์ดำเนินการวนการหมุนเวียนของน้ำ DI ที่กำลังเดือด (100 องศา 18 MΩ ซม.) ด้วยเครื่องทำความร้อน PFA เพื่อปกป้องถังสแตนเลสและท่อประปา น้ำจึงถูกกำจัดอากาศออก<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.

สรุป: ออกซิเจนที่ละลายน้ำไม่ส่งผลต่อความเสถียรทางไฮโดรไลติกของ PFA
ออกซิเจนที่ละลายน้ำ (0-10 ppm) ไม่ส่งผลต่อความเสถียรทางไฮโดรไลติกของ PFA ในน้ำ DI ที่กำลังเดือดที่ 100 องศา การย่อยสลายของ PFA เกิดขึ้นโดยการไฮโดรไลซิสแบบกลุ่มสุดท้าย ไม่ใช่การเกิดออกซิเดชันของแกนหลัก การลดน้ำหนัก ความต้านทานแรงดึง และการยืดตัวจะไม่เปลี่ยนแปลงหลังจากผ่านไป 10,000 ชั่วโมง โดยไม่ขึ้นอยู่กับระดับ DO สำหรับวิศวกรระบบน้ำร้อนสามารถมองข้าม DO ในขณะที่เลือกเครื่องทำความร้อน PFA PFA ไม่จำเป็นต้องเติมอากาศ แม้ว่าถังโลหะอาจยังเติมอากาศอยู่ก็ตาม "โพลีเมอร์มีความเหนียว โลหะไม่ใช่ การจัดการอุณหภูมิถือเป็นสิ่งสำคัญ (รักษาอุณหภูมิต่ำกว่า 120C เพื่ออายุการใช้งานที่ยาวนาน) และหลีกเลี่ยงสิ่งสกปรก (คลอไรด์ โลหะทรานซิชัน) ที่สามารถเร่งปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสได้ ศัตรูของ PFA ไม่ใช่ออกซิเจน และสิ่งสกปรกคือ ความร้อน รักษาน้ำให้บริสุทธิ์และมีอุณหภูมิต่ำกว่า 120 องศา C และ PFA จะคงอยู่ได้นานหลายทศวรรษ ออกซิเจนหรือไม่มี ผ่านการทดสอบ ตรวจสอบแล้ว