Ozonas yra galingos, ėsdinančios dujos, kurias natūraliai sukuria žaibas ir specialiai vandeniui valyti skirta pramoninė įranga, pvz., korona išlydžio ozono generatoriai. Daugelį plastikų ir elastomerų, kaip ir natūralų kaučiuką, net nedideli aplinkos ozono kiekiai greitai atakuoja ir sutrūkinėja. Tačiau PTFE panardinamojo šildytuvo apvalkalas, nesvarbu, ar jis yra ozonuoto vandens rezervuare, ar tiesiog veikia šalia didelės elektros skirstyklos, kur ozonas yra šalutinis produktas, su šiomis agresyviomis, nematomomis dujomis susiduria su visišku ir absoliučiu cheminiu abejingumu. Šiame straipsnyje nagrinėjamas ilgalaikis -ozono poveikis politetrafluoretilenui (PTFE) ir paaiškinama, kodėl medžiaga laikoma visiškai atspariozono PTFE šildytuvo apvalkalo irimas.
Daugumos polimerų cheminis pažeidžiamumas ozonui
Ozonas (O₃) yra labai reaktyvus deguonies alotropas. Jis veikia kaip galingas oksidatorius, lengvai atakuojantis organines molekules. Daugelio įprastų polimerų ir elastomerų -įskaitant natūralų kaučiuką, butilo kaučiuką, nitrilo kaučiuką ir net kai kuriuos inžinerinius plastikus-sudėtyje yra dvigubų anglies-anglies jungčių (C=C). Ozonas skaido šias dvigubas jungtis, o procesas vadinamas ozonolize. Rezultatas yra būdingas, trapus paviršiaus įtrūkimas, vadinamas "ozono įtrūkimu". Esant net mažoms aplinkos ozono koncentracijoms (dalių per milijardą diapazonas), neapsaugotose guminėse dalyse per kelias savaites ar mėnesius gali atsirasti gilių įtrūkimų, dėl kurių gali atsirasti mechaninis gedimas.
Kodėl PTFE yra atsparus ozono atakai
PTFE turi iš esmės skirtingą molekulinę struktūrą. Jo pagrindą sudaro tik pavieniai anglies -anglies ryšiai (C–C), kiekvienas anglies atomas yra visiškai prisotintas fluoro atomų. Anglies -fluoro (C–F) ryšys yra vienas stipriausių ir chemiškai inertiškiausių jungčių visoje organinėje chemijoje. Nėra pažeidžiamų anglies -anglies dvigubų jungčių, nėra vandenilio atomų, prijungtų prie pagrindo, ir nėra oksiduojamų funkcinių grupių.
Ozonas tiesiog negali reaguoti su PTFE. Dujos neturi mechanizmo polimerinei grandinei pritvirtinti ar nutraukti. Kai ozonas yra tylus, gumos-trūkinėjimo pavojus, PTFE šildytuvas yra visiškai atsparus. Standartinėse cheminio atsparumo lentelėse PTFE yra įvertintas "Puikus" dėl atsparumo ozonui esant bet kokiai koncentracijai ir temperatūrai iki maksimalios nuolatinės eksploatacijos temperatūros (apie 260 laipsnių). Šis įvertinimas taikomas nesvarbu, ar komerciniame ozono generatoriuje ozono yra kelios milijardinės dalys (miesto ore), ar tūkstančiai dalių milijonui.
Ilgalaikė{0}} ekspozicija: nepastebėtas pablogėjimas
Ilgalaikio poveikio tyrimai patvirtina, kad PTFE nerodo jokių išmatuojamų tempimo stiprio, pailgėjimo, paviršiaus kietumo ar dielektrinių savybių pokyčio po ilgų metų nuolatinio sąlyčio su ozonu. Pagreitinto senėjimo bandymai-, kai PTFE pavyzdžiai yra veikiami labai koncentruoto ozono (100 ppm arba aukštesnėje temperatūroje) aukštesnėje temperatūroje,-neatskleidė įtrūkimų, svorio pokyčių ir paviršiaus šiurkštėjimo, nei būtų galima tikėtis iš grynai terminio sendinimo.
Vienintelė galima problema, nurodyta techninėje literatūroje, yraozono prasiskverbimas per PTFE apvalkalą į metalinę šildymo šerdį. Ozonas yra maža, polinė molekulė, kuri gali išsklaidyti per fluorpolimerus mažu, bet išmatuojamu greičiu. Esant aplinkos arba vidutiniškai padidintoms koncentracijoms, atsirandančioms valant vandenį (pvz., 1–10 ppm ištirpusio ozono vandenyje) arba šalia elektros įrangos (dalelių milijardui ore), prasiskverbimo srautas yra nereikšmingas. Net per dešimtmetį nepertraukiamo naudojimo ozono kiekis, pasiekiantis metalinę šerdį, yra nepakankamas, kad sukeltų išmatuojamą varžos laido arba vidinės izoliacijos oksidaciją. Labai didelės koncentracijos atveju (pvz., tiesioginis kelių procentų koncentruotų ozono dujų poveikis) gali būti svarstomas storesnis PTFE apvalkalas arba antrinis barjeras, tačiau tokie atvejai yra reti.
Praktiniai pritaikymai, kai svarbus atsparumas ozonui
Ozonuoto vandens rezervuarai
Vandens valymo ir nuotekų valymo metu ozonas įpurškiamas į kontaktinius rezervuarus, siekiant dezinfekuoti ir suskaidyti organinius teršalus. PTFE panardinami šildytuvai dažnai naudojami vandens temperatūrai šiose talpyklose palaikyti. Šildytuvai veikia visiškai panardinti į vandenį, kuriame gali būti ištirpusio ozono, kurio koncentracija yra 1–10 ppm. Visiškas PTFE atsparumas užtikrina, kad šildytuvo apvalkalas niekada nesuyra, nesutrūkinėtų ar neprarastų mechaninio vientisumo. To negalima pasakyti apie daugelį kitų polimerų ar elastomerų, naudojamų sandarikliams, tarpikliams ar šildytuvų dangoms.
Puslaidininkinių plokštelių valymas
Puslaidininkių gamyboje ozonuotas dejonizuotas vanduo naudojamas kaip švari, -be likučių karštos sieros rūgšties alternatyva organiniam fotorezistui ir kitiems teršalams pašalinti. Valymo vonios šildomos iki 60–80 laipsnių, jose yra tikslios koncentracijos ištirpusio ozono. Standartiniai šių įrankių šildytuvai su PTFE apvalkalu užtikrina cheminį atsparumą ozonuotam vandeniui ir absoliutų grynumą (neišsiskiria metalo jonai). Ozono sukelto skilimo nebuvimas užtikrina pastovų šildymo efektyvumą per daugelį{7}}įrankio naudojimo metų.
Aukštos{0}}įtampos elektros aplinka
Ozonas susidaro kaip šalutinis aukštos{0} įtampos elektros įrangos, įskaitant skirstyklas, transformatorius ir elektrostatinius nusodintuvus, vainikinės iškrovos produktas. Tokioje aplinkoje ore esančio ozono koncentracija gali būti padidinta, palyginti su foniniu lygiu, nors paprastai ji išlieka mažesnė nei 0,1 ppm. Šiose vietose naudojami PTFE šildytuvai, -pavyzdžiui, prietaisų korpusams šildyti arba vamzdynams apdoroti,-nesukelia neigiamo ozono pėdsakų poveikio.
Palyginimas su kitais fluoropolimerais ir alternatyviomis medžiagomis
PTFE nėra vienintelis fluoropolimeras, atsparus ozonui. PFA (perfluoralkoksi), FEP (fluorintas etileno propilenas) ir ETFE (etileno tetrafluoretilenas) taip pat pasižymi puikiu atsparumu ozonui dėl didelio fluoro kiekio. Tačiau PTFE išlieka labiausiai paplitęs ir ekonomiškiausias{2}}šildytuvų apvalkalų pasirinkimas naudojant ozoną. Priešingai, tokios medžiagos kaip polivinilchloridas (PVC), polipropilenas (PP) ir net polivinilideno fluoridas (PVDF) turi ribotą ilgalaikį -atsparumą ozonui ir laikui bėgant gali suirti arba sutrupėti paviršius.
Išvada: visiškas imunitetas ozono atakai
Legendinis PTFE atsparumas cheminėms medžiagoms apima visišką atsparumą ozono poveikiui, todėl jis yra saugus, numatytasis medžiagos pasirinkimas bet kurioje pramoninėje ar vandens valymo aplinkoje, kurioje yra daug ozono. Visiškai prisotintame anglies-fluoro pagrinde nėra pažeidžiamų dvigubų jungčių, todėl ozonui nėra vietos reakcijai. Ilgalaikis{4}}buvimas nesukelia įtrūkimų, nepraranda mechaninių savybių ir išmatuojamo šildytuvo apvalkalo skilimo. Vienintelis įspėjimas, -ozono prasiskverbimas per polimerą- yra nereikšmingas visoms praktiškoms koncentracijoms, sutinkamoms vandens valymo ir pramonės aplinkoje.
Medžiaga, kuri atsisako reaguoti beveik su viskuo, taip pat gūžčioja pečiais nuo vieno agresyviausių oro oksidatorių. Proceso inžinieriams, nurodantiems šildytuvus ozonuoto vandens vonioms, puslaidininkių valymo įrankius ar aukštos įtampos įrenginių aplinką, PTFE suteikia neprilygstamą terminio stabilumo, cheminio inertiškumo ir specifinio atsparumo ozonui derinį. PTFE šildytuvo apvalkalas, sumontuotas naudojant ozoną, tarnaus ilgiau nei likusią įrangą, o dujos nepaliks žymės ant lygaus, balto, nepralaidžio paviršiaus.
