Il-Preżenza ta 'Plastiċizzanti li Jemigraw minn Liner ta' Tank tal-PVC Tħaffef il-Qsim tal-wiċċ tal-Heater PFA?

Minħabba l-prezz baxx tagħhom u r-reżistenza kimika qawwija għal diversi aċidi u bażijiet, inforor tat-tank tal-PVC (polyvinyl chloride) huma ta 'spiss impjegati fl-ipproċessar kimiku. Iżda l-PVC isir flessibbli biż-żieda ta' plastiċizzaturi, ġeneralment ftalati (DEHP, DINP, DIDP) jew alternattivi mhux-ftalati (DOA, TOTM). Dawn il-plastiċizzaturi mhumiex marbuta b'mod kovalenti mal-matriċi tal-PVC u għandhom tendenza li jemigraw lejn il-wiċċ maż-żmien, speċjalment f'temperaturi elevati (40-80 grad). Migrazzjoni tal-plastiċizzanti minn ħiters tal-PFA f'tank miksi bil-PVC-plastiċizzat Meta heater tal-PFA jiġi mgħaddas f'tank miksi bil-PVC-plastiċizzat, il-plastiċizzanti jemigraw mill-likwidu u jassorbu fuq il-wiċċ tal-PFA. Il-plastiċizzaturi huma esteri organiċi ta 'piż molekulari baxx li jkabbru l-porzjonijiet amorfi ta' PFA, inaqqsu t-temperatura tat-transizzjoni tal-ħġieġ (Tg), u jżidu l-qsim tal-istress ambjentali (ESC). Ittestjar aċċellerat wera li l-PFA f'kuntatt mal-plastiċizzaturi tal-ftalat li jemigraw f'70 grad jiżviluppa xquq tal-wiċċ 3-5 darbiet aktar malajr milli f'kundizzjonijiet ħielsa mill-plastiċizzanti. Il-preżenza ta 'plastiċizzanti minn inforri tal-PVC taċċellera l-qsim tal-wiċċ tal-ħiters PFA, speċjalment waqt operazzjoni ta' densità għolja ta 'watt (Akbar minn jew ugwali għal 3 W/cm2) jew ċikliżmu termali.

PFA u Interazzjoni tal-Mekkaniżmu tal-Migrazzjoni tal-Plastikizzatur
Il-plastiċizzanti jemigraw mill-PVC permezz ta' tliet mekkaniżmi: diffużjoni tal-wiċċ (il-plastiċizzant jiffjorixxi mal-wiċċ tal-inforra u jinħall fil-likwidu tal-proċess), lissija (estratti tal-plastiċizzant direttament f'solventi jew aċidi aggressivi) u t-trasport tal-fwar-(il-plastiċizzant jevapora mill-inforra u jikkondensa fuq uċuħ li jkessħu, inkluża s-sezzjoni kiesħa tal-heater). Mad-dħul fil-likwidu, il-plastiċizzaturi jinbnew. Għal tank ta '1000 litru b'inforra tal-PVC f'60 grad, il-kontenut ta' Phthalate fil-fażi likwida jista 'jilħaq 20-100 ppm wara 6 xhur. Il-konċentrazzjoni massima ta 'plastiċizzant tinsab ħdejn il-wiċċ tal-inforra (saff tal-konfini) fejn il-heater PFA jista' jitqiegħed għal tisħin uniformi. Il-plastiċizzant jippenetra fir-reġjun amorfu tal-polimeru fuq il-wiċċ tal-PFA. PFA huwa 40-50% amorfu. Molekuli plastiċizzanti (piż molekulari 300-500 Da) jinfirxu f'dawn ir-reġjuni amorfi u jiffunzjonaw bħala solvent li jaqsam il-ktajjen tal-polimeru u jbaxxi l-frizzjoni bejn il-katina. It-temperatura tat-transizzjoni tal-ħġieġ tal-fażi amorfa titbaxxa minn madwar -15 grad (PFA pur) għal -30 sa -40 grad (PFA plastifikat). Dan iżid il-flessibilità f'temperatura tal-kamra, iżda jżid ukoll is-suxxettibilità tal-polimeru għall-qsim tal-istress ambjentali, peress li l-porzjonijiet amorfi issa huma ppenetrati aktar faċilment minn speċi korrużivi.

Il-qsim tal-istress ambjentali huwa meta polimeru stressat (minħabba espansjoni tas-sħana, pressjoni jew stress residwu mill-produzzjoni) jiġi f'kuntatt ma 'aġent attiv tal-wiċċ (il-plastiċizzant). Il-plastiċizzant inaqqas l-enerġija tal-wiċċ biex jiffaċilita l-propagazzjoni tal-ksur sabiex ix-xquq jinfirxu fi tensjonijiet ferm taħt il-qawwa tas-soltu ta 'rendiment tal-polimeru. L-istress kritiku għall-ESC f'PFA fi 30% aċidu nitriku fi 80 grad mingħajr plastiċizzant huwa 5-7 MPa. L-istress kritiku jonqos għal 2-3 MPa fil-preżenza ta' plastiċizzant DEHP ta' 50 ppm. Ħiter bi stress residwu ta' 4 MPa f'kantuniera tal-flanġ (tipiku ta' disinn tal-kantunieri li jaqtgħu-) mhux se jinqasam f'aċidu nadif, iżda jinqasam fi żmien xhur f'aċidu ikkontaminat bil-plastiċizzant.

Riżultati Aċċellerati tat-Test tal-Xaqq
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 >5,000 siegħa (l-ebda xquq) 1.0× L-ebda ESC DEHP (di-ethylhexyl phthalate)10 80 1,200-1,800 siegħa 3-4x Nefħa amorfa + ESC DEHP 50 80 400-700 sigħat 7-12x ESC Sever
DEHP 100 80 150-300 sigħat 15-30X Xaqq rapidu
DINP (di-isononyl phthalate) 50 80 500-900 sigħat 6-10× Simili għal DEHP
DIDP (di-isodecyl phthalate) 50 80 600-1,000 siegħa 5-8× Molekula akbar, diffużjoni aktar bil-mod
DOA (dioctyl adipate, non-phthalate) 50 80 800–1,200 siegħa 4–6× Mhux aggressivi daqs il-ftalati
TOTM (trioctyl trimellitate) 50 80 1,500–2,500 siegħa 2–3× Migrazzjoni baxxa, molekula akbar
Aċidu ftaliku (prodotti ta' degradazzjoni tal-plastiċizzant)10 80 2,000-3,000 siegħa 2× Inqas effettiv mill-plastiċizzant prinċipali
Sejbien u Prevenzjoni
PFA Heater Plasticiser Induced Cracking Eżempju: (1) L-ewwel jiżviluppaw xquq fuq in-naħa tal-heater f'kuntatt mal-inforra tal-PVC (in-naħa bl-ogħla konċentrazzjoni ta 'plastiċizzant). (2) Xquq huma ġeneralment żgħar (0.1 – 0.5 mm fond), numerużi u orjentati b'mod arbitrarju (xquq ta 'għeja termali huma ċirkonferenzjali). (3) Il-wiċċ tal-PFA jista 'jħossu ftit tacky jew żejtni mal-mess minħabba plastiċizzant adsorbit. (4) Il-likwidu tal-proċess jista' jkollu TOC għoli (karbonju organiku totali) minħabba lissija tal-plastiċizzatur. Analiżi għall-konferma: Ħallat is-superfiċje tal-PFA b'tampun imxarrab b'solvent-(isopropanol) u analiża b'GC-MS għal ftalati jew plastiċizzanti oħra. Jekk is-sejba hija pożittiva u 'l fuq minn 10 µg/cm², tinstab kontaminazzjoni konsiderevoli ta' plastifikanti.

Strateġiji ta 'prevenzjoni: (1) Ibdel l-inforra tal-PVC b'inforra ħielsa mill-plastiċizzanti (PP, PVDF, PFA jew PTFE). Il-PVC ħieles mill-plastiċizzatur-(PVC riġidu, Tip I) huwa disponibbli, iżda għandu inqas reżistenza kimika u huwa inqas flessibbli. 2) Barriera għall-plastiċizzant: folja tal-polietilene jew tal-polipropilene (1–2 mm) bejn l-inforra tal-PVC u l-kontenut tat-tank. Din il-barriera trid tiġi aġġornata kull sena. (3) Turnover likwidu għoli: jekk il-likwidu tat-tank jinbidel spiss (eż. operazzjoni tal-lott b'soluzzjoni friska kull ċiklu), il-konċentrazzjoni tal-plastifikanti tibqa 'baxxa (<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.

L-aktar rimedju ekonomiku fit-tul għal installazzjonijiet eżistenti b'inforri tal-PVC u ħiters PFA li qed jinkisru qabel iż-żmien huwa li l-inforra tal-PVC tiġi sostitwita b'PVDF jew polypropylene (jekk tippermetti l-kompatibilità kimika). L-ispiża tas-sostituzzjoni tal-inforra (5,000 – 15,000 għal 2,000Ltank) tipikament tiġi rkuprata fi żmien 2 – 3 snin permezz ta’ sostituzzjonijiet imnaqqsa ta’ heaters (5,000 – 15,000 għal 2,000Ltank) tipikament tiġi rkuprata fi żmien 2 – 3 snin permezz ta’ sostituzzjonijiet imnaqqsa ta’ heaters (1,500 – 1,500 għal kull heater) ħiters fis-sena=$1,000 – 6,000/sena) flimkien ma' waqfien imnaqqas. Jekk is-sostituzzjoni tal-inforra mhix prattika, ikkunsidra heater tal-metall (titanju jew Hastelloy) li mhuwiex soġġett għal ESC minn plastiċizzanti. Il-ħiters tat-titanju huma 2-3x aktar għaljin mill-PFA iżda jistgħu jkunu kost-effettivi jekk il-ħiters tal-PFA qed ifallu kull 3-6 xhur minħabba l-qsim tal-plastiċizzant.

Konklużjoni: Il-plastiċizzaturi jaċċelleraw il-qsim tal-PFA sa Grad Kbir
Il-preżenza ta' plastiċizzanti li jemigraw mill-inforri tat-tank tal-PVC taċċellera l-qsim tal-uċuħ tal-heater tal-PFA u l-ħin għall-falliment jitnaqqas b'fatturi ta' 3-30 skont il-kontenut tal-plastiċizzant, it-temperatura u l-livell tal-istress tal-heater. Il-plastiċizzaturi tal-ftalati (DEHP, DINP) huma l-aktar aggressivi li jinduċu qsim tal-istress ambjentali fi pressjonijiet applikati baxxi daqs 2 sa 3 MPa. Il-ħajja tas-servizz tal-ħiters tal-PFA f'tankijiet b'inforri tal-PVC plastiċizzati għandha titqies imnaqqsa severament - tipikament 6-18-il xahar aktar milli 3-5 snin. Biex jiġi evitat, is-sors tal-plastiċizzant irid jiġi eliminat (inforra tal-PVC mibdula b'materjal ħieles mill-plastiċizzanti), trid tiġi installata barriera jew għandu jintuża materjal tal-heater li huwa immuni għall-plastiċizzanti (titanju, kwarz, karbur tas-silikon). Għal tankijiet b'kisi tal-PVC eżistenti, inġiniera li jispeċifikaw ħiters PFA għandhom jinkludu analiżi tal-plastiċizzatur fil-fluwidu tal-proċess, u jqisu skadenzi ta' sostituzzjoni mħaffa. Ħiter PFA li jinqasam f'aċidu nadif wara 4 snin jista' jinqasam f'4 xhur fl-istess aċidu b'50 ppm DEHP minn inforra tal-PVC. Taħsibx li PFA huwa "kimikament reżistenti" għalhekk reżistenti għall-ESC iġġenerat mill-plastiċizzant. Il-plastiċizzaturi mhumiex kimiċi li jaffettwaw is-sinsla tal-polimeru, huma jattakkaw l-istruttura fiżika u l-PFA hija vulnerabbli.