Какав је ефекат раствореног кисеоника на хидролитичку стабилност ПФА у кључалој ДИ води на 100 степени?

Утврђено је да растворени кисеоник (ДО) у кипућој де-јонизованој води (100 степени) не мења значајно хидролитичку стабилност ПФА. Многи технички полимери (најлон, ПЕТ) се брзо разлажу у врућој води са кисеоником, док је угљеникова -флуорова кичма ПФА посебно отпорна на оксидативне нападе. Студије убрзаног старења на 100 степени у ДИ води са нивоима ДО од 0 ппм (деоксигеновани, Н₂ прочишћавање) до 10 ппм (засићени ваздухом) нису показале промену у губитку тежине, задржавању затезне чврстоће или површинским пуцањем након 10.000 сати. Доминантни механизам разлагања ПФА у води на високим температурама је хидролиза крајњих група у траговима (-ЦОФ, -ЦООХ), а не оксидација кичме. Ову хидролизу не подстиче растворени кисеоник. За ПФА грејаче у системима са кључањем ДИ воде (стерилизатори, ултра-петље за чисту воду, итд.) одзрачивање није неопходно за дуговечност грејача. Корозија металног језгра, ако је изложена, је друга ствар.

Хидролиза и оксидација у ПФА
ПФА се разлаже у врућој води хидролизом лабилних крајњих група: ЦФ₂-ЦООХ + Х2О → ЦФ₂-Х + ЦО2 + ХФ. Ово се дешава на крајевима ланца и производи ХФ који може катализирати даље распадање. Брзина зависи од температуре-(удвостручује се на сваких 15-20 Ц) и почетне концентрације крајњих група (пожељна је нижа). У овај процес није укључен растворени кисеоник.

Оксидација би укључивала прекид везе Ц-Ф, која има енергију везе од 485 кЈ/мол. Топлотна енергија на 100 Ц (око 3 кЈ/мол) је премала. Хемијски пут у присуству кисеоника није доступан без УВ зрачења или катализатора. Оксидативна стабилност ПФА је једна од његових предности.

Експериментални подаци: деградација у кључалој ДИ води (100 степени, 10.000 сати)
Параметар ДО 0 ппм (деоксигенисан) ДО 5 ппм (засићен ваздухом) ДО 10 ппм (побољшан кисеоником) Важност
Губитак тежине (%) 0,02–0.05 0.02–0.06 0.03–0,07 Ништа (унутрашње грешке)
Задржавање затезне чврстоће (%) 98-102% 97-101% 96-100%Нема Задржавање истезања при прекиду (%) 95-100% 94-99% 93-98%Блага (незначајна) тенденција
Повећање површинске тврдоће Схоре Д +1 до +2 +1 до +2 +1 до +3 Нема
Апсорпција воде (%) 0,05–0.08 0.05–0.09 0.05–0,10 Занемарљиво ослобађање ХФ (мг/м²·дан) 0,01–0.03 0.01–0.03 0.01–0,04 Нема
Закључак: Нема видљивог утицаја раствореног кисеоника на разградњу кључале воде ПФА.

Поређење са другим полимерима (само за референцу)
Хидролитичка стабилност полимера на 100 степени утицај механизма отказивања раствореног кисеоника
ПФА Велики Нема Мање погоршање
Тефлон Ниједан ОдличанПФА Слично ПВДФ Добра блага дехидрофлуорација (минимална)
Етилен хлоротрифлуороетилен (ЕЦТФЕ) Добра блага оксидација на крајевима ланца
Најлон 6,6 (полиамид) Јака Лоша Хидролиза плус оксидација=брзи отказ
ПЕТ (позитронска емисиона томографија) Слаба јака резања ланца
ПЕЕК Добар на 100 степени Умерена оксидација ароматичних прстенова
Шта то значи за дизајн грејача
За ПФА грејаче у системима са кључањем ДИ воде, не морате:

Одзрачите воду (Н2 прочишћавање) за ПФА заштиту. Ово помаже у смањењу трошкова опреме.

Низак ДО се одржава коришћењем{0}}непропусних цеви за кисеоник или поклопаца резервоара.

Пратите ДО за здравље грејача.

Металне компоненте (резервоар, цеви) и даље могу захтевати одзрачивање да би се спречила корозија. ПФА заштита није метална заштита. ПФА живи, али резервоар од нерђајућег челика можда неће.

Међутим, на температурама изнад 120 степени (вода под притиском) разградња ПФА се одвија брже без обзира на кисеоник. Хидролиза је важна на 150 степени (губитак тежине од 0,1-0,5% на сваких 1000 х). Али чак и на 150 степени. кисеоник нема приметан ефекат.

Пример поља
Фабрика полупроводника користила је рециркулацијску петљу кључале ДИ воде (100 степени, 18 МΩ. цм) са ПФА грејачима. Да би се заштитили резервоари од нерђајућег челика и цеви, вода је одзрачивана<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.

Закључак: растворени кисеоник не утиче на хидролитичку стабилност ПФА
Растворен кисеоник (0-10 ппм) не утиче на хидролитичку стабилност ПФА у кључалој ДИ води на 100 степени. Разградња ПФА се дешава хидролизом крајње групе, а не оксидацијом кичме. Губитак тежине, затезна чврстоћа и издужење остају непромењени након 10.000 сати независно од нивоа ДО. За системе топле воде, инжењери могу да превиде ДО док бирају ПФА грејаче. ПФА не треба одзрачивање, иако би метални резервоари ипак могли. „Полимер је чврст, метал није. Управљање температуром је од суштинског значаја (одржавање испод 120Ц за дуг живот) и избегавајте нечистоће (хлориди, прелазни метали) које могу да катализују хидролизу. Непријатељ ПФА није кисеоник. А нечистоће јесу. Топлота. Одржавајте воду чистом и испод 120 степени Ц и без декаде. Тестирајте Окиген.