Какъв е ефектът на разтворения кислород върху хидролитичната стабилност на PFA във вряща DI вода при 100 градуса?

Установено е, че разтвореният кислород (DO) във вряща дейонизирана вода (100 градуса) не променя значително хидролитичната стабилност на PFA. Много технически полимери (найлон, PET) се разпадат бързо в гореща вода с кислород, докато въглерод-флуорният скелет на PFA е особено устойчив на окислително нападение. Проучванията за ускорено стареене при 100 градуса в DI вода с нива на DO от 0 ppm (дезоксигениран, N₂ пречистване) до 10 ppm (въздух наситен) не показват промяна в загубата на тегло, запазване на якостта на опън или напукване на повърхността след 10 000 часа. Доминиращият механизъм на разграждане на PFA във високотемпературна вода е хидролиза на следи от крайни групи (-COF, -COOH), а не окисление на гръбнака. Тази хидролиза не се насърчава от разтворен кислород. За PFA нагреватели в системи с вряща DI вода (стерилизатори, ултра-контури за чиста вода и т.н.) обезвъздушаването не е необходимо за дълголетието на нагревателя. Корозията на металната сърцевина, ако е изложена, е друг въпрос.

Хидролиза и окисление в PFA
PFA се разгражда в гореща вода чрез хидролиза на лабилни крайни групи: CF₂-COOH + H2O → CF₂-H + CO₂ + HF. Това се случва в краищата на веригата и произвежда HF, който може да катализира по-нататъшно разграждане. Скоростта зависи- от температурата (удвоява се на всеки 15-20 C) и началната концентрация на крайните групи (за предпочитане е по-ниска). В този процес не участва разтворен кислород.

Окисляването би включвало разкъсване на C-F връзката, която има енергия на връзката от 485 kJ/mol. Топлинната енергия при 100 C (приблизително 3 kJ/mol) е твърде малка. Химическият път в присъствието на кислород не е достъпен без UV или катализатор. Окислителната стабилност на PFA е едно от неговите предимства.

Експериментални данни: Разграждане във вряща DI вода (100 градуса, 10 000 часа)
Параметър DO 0 ppm (дезоксигениран) DO 5 ppm (наситен с въздух) DO 10 ppm (подобрен с кислород) Значение
Загуба на тегло (%) 0,02–0.05 0.02–0.06 0.03–0,07 Нищо (вътрешни грешки)
Запазване на якостта на опън (%) 98-102% 97-101% 96-100% Няма Запазване на удължението при скъсване (%) 95-100% 94-99% 93-98% Лека (незначителна) тенденция
Увеличаване на твърдостта на повърхността по Shore D +1 до +2 +1 до +2 +1 до +3 Няма
Абсорбция на вода (%) 0,05–0.08 0.05–0.09 0.05–0,10 Незначително отделяне на HF (mg/m²·ден) 0,01–0.03 0.01–0.03 0.01–0,04 Няма
Заключение: Няма забележим ефект на разтворения кислород върху разграждането на PFA на вряща вода.

Сравнение с други полимери (само за справка)
Полимерна хидролитична стабилност при 100 градуса Ефект на разтворен кислород Механизъм на отказ
PFA Голям Няма Малко влошаване
Тефлон Няма Отличен PFA Подобно на PVDF Добро Леко дехидрофлуориране (Минимално)
Етилен хлоротрифлуороетилен (ECTFE) Добро Леко окисление в краищата на веригата
Найлон 6,6 (полиамид) Силна лоша хидролиза плюс окисление=бърза повреда
PET (позитронно-емисионна томография) разкъсване на слаба силна верига
PEEK Добър при 100 градуса Умерено окисление на ароматни пръстени
Какво означава това за Heater Design
За PFA нагреватели в системи с вряща DI вода не е необходимо да:

Обезвъздушете водата (пречистване с N2) за PFA защита. Това помага да се намалят разходите за оборудване.

Ниският DO се поддържа чрез използване на-непропускливи за кислород тръби или капаци на резервоара.

Наблюдавайте DO за изправност на нагревателя.

Металните компоненти (резервоар, тръбопровод) все още може да се нуждаят от обезвъздушаване, за да се предотврати корозия. PFA защитата не е метална защита. PFA е жив, но резервоарът от неръждаема стомана може да не е такъв.

Въпреки това, при температури над 120 градуса (вода под налягане) разграждането на PFA протича по-бързо, независимо от кислорода. Хидролизата е важна при 150 градуса (0,1-0,5% загуба на тегло на всеки 1000 часа). Но дори и на 150 градуса. кислородът няма забележим ефект.

Примерно поле
Фабрика за полупроводници управлява рециркулационен кръг на кипяща DI вода (100 градуса, 18 MΩ. cm) с PFA нагреватели. За да се предпазят резервоарите от неръждаема стомана и тръбопроводите, водата беше деаерирана<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.

Заключение: Разтвореният кислород не влияе върху хидролитичната стабилност на PFA
Разтвореният кислород (0-10 ppm) не влияе на хидролитичната стабилност на PFA във вряща DI вода при 100 градуса. Разграждането на PFA става чрез хидролиза на крайната група, а не чрез окисляване на гръбнака. Загубата на тегло, якостта на опън и удължението остават непроменени след 10 000 часа, независимо от нивото на DO. За системи за топла вода инженерите могат да пренебрегнат DO, докато избират PFA нагреватели. PFA не се нуждае от обезвъздушаване, въпреки че металните резервоари могат да го направят. „Полимерът е здрав, металът не е. Управлението на температурата е от съществено значение (поддържайте под 120C за дълъг живот) и избягвайте примеси (хлориди, преходни метали), които могат да катализират хидролизата. Врагът на PFA не е кислородът. А примесите са. Топлина. Поддържайте водата чиста и под 120 °C и PFA ще оцелее десетилетия. Кислород или не. Тествано. Проверено.