PVX (polivinilxlorid) tank qoplamalari arzonligi va ko'plab kislotalar va asoslarga yaxshi kimyoviy chidamliligi tufayli kimyoviy ishlov berishda keng qo'llaniladi. Biroq, PVX plastifikatorlar{1}}odatda ftalatlar (DEHP, DINP, DIDP) yoki-ftalat bo'lmagan muqobillar (DOA, TOTM)-bo'lib, moslashuvchanlikni beradi. Ushbu plastifikatorlar PVX matritsaga kovalent bog'lanmagan va vaqt o'tishi bilan, ayniqsa yuqori haroratlarda (40-80 daraja) sirtga ko'chib o'tadi. PFA isitgichi plastiklashtirilgan PVX bilan qoplangan idishga botirilganda, plastifikatorlar suyuqlik orqali o'tadi va PFA yuzasiga adsorbilanadi. Plastifikatorlar past{9}}molekulyar{10}}organik efirlar bo‘lib, ular PFA ning amorf hududlarini shishiradi, uning shisha o‘tish haroratini (Tg) pasaytiradi va atrof-muhit ta’sirida yorilish (ESC) ni rag‘batlantiradi. Tezlashtirilgan sinovlar shuni ko'rsatadiki, 70 daraja haroratda ko'chib yuruvchi ftalat plastifikatorlari bilan aloqa qilganda PFA plastifikatorsiz{15}}atrofdagiga qaraganda 3-5 baravar tezroq yoriqlar hosil qiladi. PVX qoplamali plastifikatorlarning mavjudligi, ayniqsa isitgich yuqori vatt zichligida (3 Vt/sm² dan ortiq yoki unga teng) ishlaganda yoki termal aylanishni boshdan kechirganda, PFA isitgichi yuzasining yorilishi tezlashadi.
Plastifikatorning migratsiya mexanizmi va PFA bilan o'zaro ta'siri
Plastifikatorlar PVX dan uchta yo'l orqali o'tadi: sirt diffuziyasi (plastifikator astar yuzasiga gullaydi va jarayon suyuqligida eriydi), yuvish (plastiklashtiruvchi to'g'ridan-to'g'ri agressiv erituvchilar yoki kislotalarga chiqariladi) va bug '{0}}fazasi (plastifikator astardan bug'lanadi va sovutgichning sovuq yuzasida kondensatsiyalanadi). Suyuqlikka tushgandan so'ng, plastifikatorlar to'planadi. 60 daraja haroratda ishlaydigan PVX qoplamali 1000{16}}litrli idish uchun suyuqlikdagi ftalat konsentratsiyasi 6 oy ichida 20–100 ppm ga yetishi mumkin. Plastifikator kontsentratsiyasi astar yuzasi (chegara qatlami) yaqinida eng yuqori bo'ladi, bu erda PFA isitgichi bir xil isitish uchun joylashtirilishi mumkin. PFA yuzasida plastifikatorlar polimerning amorf hududlariga singib ketadi. PFA 40-50% amorf; plastifikator molekulalari (molekulyar og'irligi 300-500 Da) bu hududlarga tarqalib, polimer zanjirlarini ajratuvchi va zanjirlararo ishqalanishni kamaytiradigan hal qiluvchi rolini o'ynaydi. Amorf fazaning shisha o'tish harorati taxminan -15 darajadan (sof PFA) -30 dan -40 darajagacha (plastiklashtirilgan PFA) tushadi. Bu xona haroratida moslashuvchanlikni oshirsa-da, polimerni atrof-muhit ta'sirining yorilishiga ko'proq moyil qiladi, chunki amorf hududlar endi korroziv turlar tomonidan osonroq kirib boradi.
Atrof-muhit kuchlanishining yorilishi stressli polimer (issiqlik kengayishi, bosim yoki qoldiq ishlab chiqarish stressi) sirt{0}}faol agenti (plastiklashtiruvchi) bilan aloqa qilganda sodir bo'ladi. Plastifikator yoriqlar tarqalishi uchun zarur bo'lgan sirt energiyasini pasaytiradi va yoriqlar polimerning normal oqish kuchidan ancha past kuchlanishlarda o'sishiga imkon beradi. Plastifikatorsiz 80 daraja haroratda 30% nitrat kislotada PFA uchun ESC uchun kritik stress 5-7 MPa ni tashkil qiladi. 50 ppm DEHP plastifikatori mavjud bo'lganda, kritik stress 2-3 MPa ga tushadi. Gardish burchagida qoldiq kuchlanishi 4 MPa bo‘lgan isitgich (o‘tkir burchakli dizayn uchun odatiy) toza kislotada yorilib ketmaydi, balki plastifikator{14}}kontaminatsiyalangan kislotada bir necha oy ichida yorilib ketadi.
Tezlashtirilgan yorilish testi natijalari
| Plastifikator turi | Suyuqlikdagi konsentratsiya (ppm) | Harorat (daraja) | Birinchi ko'rinadigan yoriqgacha bo'lgan vaqt (PFA, 2 mm devor, 4 MPa qo'llaniladigan stress) | Yorilish tezligi va plastifikator yo'q | Birlamchi mexanizm |
|---|---|---|---|---|---|
| Yo'q (nazorat) | 0 | 80 | >5000 soat (yoriqlar yo'q) | 1.0× | ESC yo'q |
| DEHP (di-etilheksilftalat) | 10 | 80 | 1200-1800 soat | 3–4× | Amorf shish + ESC |
| DEHP | 50 | 80 | 400-700 soat | 7–12× | Og'ir ESC |
| DEHP | 100 | 80 | 150-300 soat | 15–30× | Tez yorilish |
| DINP (di-isononilftalat) | 50 | 80 | 500-900 soat | 6–10× | DEHP ga o'xshash |
| DIDP (di-izodesil ftalat) | 50 | 80 | 600-1000 soat | 5–8× | Kattaroq molekula, sekinroq diffuziya |
| DOA (dioktil adipat, -ftalat bo'lmagan) | 50 | 80 | 800-1200 soat | 4–6× | Ftalatlarga qaraganda kamroq tajovuzkor |
| TOTM (trioktil trimellitat) | 50 | 80 | 1500-2500 soat | 2–3× | Kam migratsiya, katta molekula |
| Plastifikator degradatsiyasi mahsulotlari (ftalik kislota) | 10 | 80 | 2000-3000 soat | 2× | Ota-ona plastifikatoridan ko'ra zaifroq ta'sir |
Aniqlash va oldini olish
PFA isitgichida plastiklashtiruvchi{0}}yorilish belgilari: (1) Yoriqlar birinchi navbatda isitgichning PVX astarga qaragan tomonida paydo bo'ladi (bu erda plastifikator kontsentratsiyasi eng yuqori). (2) Yoriqlar odatda sayoz (0,1-0,5 mm chuqurlikda), ko'p va tasodifiy yo'naltirilgan (aylana bo'lgan termal charchoq yoriqlaridan farqli o'laroq). (3) PFA yuzasi adsorbsiyalangan plastifikator tufayli teginish uchun ozgina yopishqoq yoki yog'li bo'lishi mumkin. (4) Jarayon suyuqligi plastifikatorni yuvish natijasida yuqori TOC (jami organik uglerod) ko'rsatishi mumkin. Tasdiqlash uchun tahlil talab qilinadi: PFA yuzasini erituvchi{11}}namlangan tampon (izopropanol) bilan artib oling va ftalatlar yoki boshqa plastifikatorlar uchun GC-MS tomonidan tahlil qiling. 10 µg/sm² dan yuqori ijobiy aniqlash plastifikatorning sezilarli ifloslanishini ko‘rsatadi.
Oldini olish strategiyalari: (1) PVX astarni plastiklashtiruvchi{1}}bo'sh astar (PP, PVDF, PFA yoki PTFE) bilan almashtiring. Plastifikatorsiz PVX (qattiq PVX, I toifa) mavjud, ammo kamroq kimyoviy qarshilikka ega va kamroq moslashuvchan. (2) Plastifikator to'sig'ini o'rnating: PVX qoplamasi va tank tarkibi o'rtasida polietilen yoki polipropilen qatlam (1-2 mm). To'siqni har yili o'zgartirish kerak. (3) Suyuqlikning yuqori aylanishini ta'minlang: agar tank suyuqligi tez-tez almashtirilsa (masalan, har bir tsiklda yangi eritma bilan to'plamda ishlash), plastifikator konsentratsiyasi past bo'lib qoladi (<5 ppm), greatly reducing risk. (4) Use a heater with lower surface stress: radius all corners (see Article #62), anneal to reduce residual stress, and operate at lower watt density (<2.5 W/cm²). A stress-free PFA surface has much higher resistance to ESC, even in the presence of plasticizers. (5) Add a plasticizer-absorbing filter (activated carbon or polymeric adsorbent) to the tank recirculation loop to remove plasticizers continuously.
Mavjud PVX qoplamali va PFA isitish moslamalari muddatidan oldin yorilish ko'rsatuvchi qurilmalar uchun eng iqtisodiy{0}}uzoq{1}}samarali yechim PVX qoplamani PVDF yoki polipropilen bilan almashtirishdir (agar kimyoviy moslik ruxsat etilsa). Astarni almashtirish narxi (5 000–15 000 2 000 Ltank) odatda 2–3 yil ichida kamaytirilgan isitish moslamalari (5 000 – 15 000 2 000 litr uchun) orqali tiklanadi, odatda 2–3 yil ichida tiklanadi × 0 0 – 15 haroratda Yiliga 2–4 ta isitgich=$1,000–6,000/yil) hamda qisqarish vaqti. Agar astarni almashtirishning iloji bo'lmasa, plastifikator ta'siridan-induktsiyalangan ESCga chidamli metall isitgichga (titan yoki Hastelloy) o'ting. Titanli isitgichlar PFAga qaraganda 2-3 baravar qimmat turadi, ammo PFA isitgichlari plastifikatorning yorilishi tufayli har 3-6 oyda ishlamay qolsa, tejamkor bo'lishi mumkin.
Xulosa: Plastifikatorlar PFA yorilishini sezilarli darajada tezlashtiradi
PVX tank qoplamalaridan ko'chib o'tadigan plastifikatorlarning mavjudligi PFA isitgichi sirtining yorilishini tezlashtiradi, plastifikator kontsentratsiyasi, harorat va isitgichning kuchlanish darajasiga qarab ishdan chiqish vaqtini 3-30 faktorga qisqartiradi. Ftalat plastifikatorlari (DEHP, DINP) eng tajovuzkor bo'lib, 2-3 MPa gacha bo'lgan qo'llaniladigan stresslarda atrof-muhit ta'sirida yorilishga olib keladi. Plastmassalangan PVX qoplamali tanklardagi PFA isitgichlarining xizmat qilish muddati sezilarli darajada qisqartirilgan-ko'pincha 3-5 yil emas, balki 6-18 oyni tashkil qiladi. Oldini olish uchun plastifikator manbasini yo‘q qilish (PVX astarni plastifikator-bo‘sh material bilan almashtirish), to‘siqni o‘rnatish yoki plastiklashtiruvchi{13}}immun isitgich materialiga (titan, kvarts, kremniy karbid) o‘tish kerak. Mavjud PVX qoplamali tanklar uchun PFA isitgichlarini belgilovchi muhandislar texnologik suyuqlikda plastifikator tahlilini o'z ichiga olishi va tezlashtirilgan almashtirish jadvallarini hisobga olishlari kerak. 4 yildan keyin toza kislotada yorilib ketadigan PFA isitgichi PVX qoplamasidan 50 ppm DEHP bilan bir xil kislotada 4 oy ichida yorilishi mumkin. PFA "kimyoviy jihatdan chidamli" bo'lgani uchun-plastiklashtiruvchi ESC ga chidamli deb o'ylamang. Plastifikatorlar polimer asosiga hujum qiladigan kimyoviy moddalar emas-ular jismoniy tuzilishga ta'sir qiladi va PFA himoyasizdir.
