10 % druskos rūgšties (HCl) vonioje 60–80 laipsnių temperatūroje, pridėjus 0,5 % natrio dodecilbenzensulfonato (SDBS) – įprastos anijoninės paviršiaus aktyviosios medžiagos, naudojamos pramoniniam valymui ir ėsdymui, PFA kritinis įtempis, susidarantis dėl aplinkos įtempių įtrūkimų (ESC), sumažėja 40–60%. Kritinis įtempis sumažėja nuo 6–7 MPa (grynas HCl) iki 2,5–3,5 MPa, naudojant 0,5% SDBS. Paviršinio aktyvumo medžiagos molekulės adsorbuojasi ant PFA paviršiaus, sutrikdydamos polimero rišlų energijos tankį ir plastifikuodamos amorfines sritis. Hidrofobinė SDBS uodega prasiskverbia į PFA, o hidrofilinė galvutė (sulfonatas) lieka vandeninėje fazėje. Tai sumažina paviršiaus laisvąją energiją, reikalingą pamišimo pradžiai. Net nedidelė koncentracija (0,1 % SDBS) sumažina kritinį įtampą 30 %. PFA šildytuvams rūgščių voniose, kurių sudėtyje yra paviršiaus aktyviųjų medžiagų, gamybos metu atsirandantys liekamieji įtempiai (paprastai 3–5 MPa) tampa labai svarbūs, todėl ankstyvas įtrūkimas. Kad išvengtumėte gedimo, naudokite atkaitintą PFA (liekamąjį įtempį<1 MPa) or avoid SDBS.
Paviršinio aktyvumo medžiagos{0}}sukeltas ESC mechanizmas
SDBS yra linijinis alkilbenzeno sulfonatas su C12 hidrofobine uodega. Vandeniniame HCl tirpale uodega adsorbuojasi ant PFA paviršiaus, o sulfonato galvutė orientuojasi į tirpalą. Adsorbuotas sluoksnis veikia kaip plastifikatorius, didinantis grandinės judrumą amorfinėse srityse. Tai sumažina įtampą, reikalingą stabiliems pamišimams formuoti. Be to, paviršinio aktyvumo medžiaga sumažina paviršiaus įtempimą (nuo 72 mN/m iki 30–35 mN/m), todėl rūgštis efektyviau sušlapina paviršiaus mikroįtrūkimus, pagreitina įtrūkimų plitimą. Poveikis ryškiausias rūgščioje terpėje, nes protonuota paviršinio aktyvumo medžiaga yra aktyvesnė paviršiaus{9}}.
Kritinis įtempis dėl ESC ir SDBS koncentracijos (10 % HCl, 70 laipsnių)
| SDBS koncentracija (%) | Tirpalo paviršiaus įtempis (mN/m) | Kritinis įtempis dėl PFA įtrūkimų (MPa) | Sumažėjęs, palyginti su jokia paviršinio aktyvumo medžiaga (%) | Laikas įtrūkti esant 4 MPa taikomajam įtempimui (valandos) |
|---|---|---|---|---|
| 0 (grynas HCl) | 72 | 6.0–7.0 | 0% | >10,000 |
| 0.05 | 45 | 4.5–5.5 | 20–25% | 2,000–4,000 |
| 0.10 | 38 | 3.5–4.5 | 35–45% | 500–1,500 |
| 0.25 | 33 | 3.0–3.5 | 45–55% | 200–500 |
| 0.50 | 30 | 2.5–3.0 | 55–60% | 100–300 |
| 1.00 | 28 | 2.0–2.5 | 60–65% | 50–150 |
Lauko pavyzdys
Plieninėje ėsdinimo linijoje kaip drėkinamoji medžiaga buvo naudojamas 10 % HCl 70 laipsnių temperatūroje su 0,3 % SDBS. PFA šildytuvai (kaip -ekstruziniai, liekamasis įtempis 4–5 MPa) įtrūko po 4–6 mėnesių. Gamykla šildytuvus pakeitė atkaitintu PFA (200 laipsnių, 4 val., liekamasis įtempis<1 MPa). The new heaters lasted 3+ years without cracking. The plant also reduced SDBS concentration to 0.1% (still effective for wetting), which raised the critical stress to 3.5–4.5 MPa, adding further safety margin.
Paviršinio aktyvumo medžiagos{0}}sukelto įtrūkimo aptikimas
Įtrūkimai dėl-paviršinio aktyvumo medžiagos naudojant ESC paprastai yra:
Išsišakojimas(ne perimetras, kaip terminis nuovargis)
Atsiranda dėl paviršiaus įbrėžimų ar defektų
Kartu su nuobodu, miglotu paviršiumi(plastifikacija)
Matoma per mėnesiusveikimo
Jei pastebimi įtrūkimai, išanalizuokite vonioje aktyviosios paviršiaus medžiagos koncentraciją. Jei SDBS ar panašių anijoninių paviršinio aktyvumo medžiagų kiekis viršija 0,1%, PFA šildytuvui kyla pavojus.
Paviršinio aktyvumo medžiagų{0}}turinčių rūgščių vonių mažinimas
| strategija | Veiksmingumas | Įgyvendinimo kaina | Pastabos |
|---|---|---|---|
| Sumažinkite aktyviosios paviršiaus medžiagos koncentraciją iki<0.1% | Aukštas | Žemas | Gali sumažinti drėkinimo efektyvumą |
| Naudokite atkaitintą PFA (streso<1 MPa) | Labai aukštas | Vidutinis (100–200 USD už šildytuvą) | Pašalina liekamąjį stresą |
| Naudokite ne-jonines aktyviąsias paviršiaus medžiagas (pvz., Triton X-100) | Vidutinis | Žemas | Mažiau agresyvus nei SDBS |
| Padidinkite PFA sienelės storį | Žemas (nekeičia kritinio streso) | Aukštas | Neveiksmingas ESC |
| Sumontavę pridėkite streso{0}}mažinimo žingsnį | Vidutinis | Žemas | Pakartotinai atkaitinkite{0}} 150 laipsnių temperatūroje 2 valandas vietoje (jei įmanoma) |
Kodėl ne{0}}joninės aktyviosios paviršiaus medžiagos yra mažiau agresyvios
Nejoninės paviršinio aktyvumo medžiagos (pvz., oktilfenolio etoksilatai, Triton X-100) nejonizuoja rūgštyje ir turi mažesnį afinitetą PFA. Esant 0,5 % nejoninei paviršiaus aktyviajai medžiagai, kritinis streso sumažinimas yra tik 15–25%, palyginti su 55–60 % SDBS. Jei valymo ar ėsdinimo procesas gali toleruoti nejoninę paviršiaus aktyviąją medžiagą, pereikite prie šios formulės.
Išvada: 0,5 % SDBS sumažina kritinį įtampą dėl PFA įtrūkimų 50 %
Pridėjus 0,5 % natrio dodecilbenzensulfonato (SDBS) į 10 % vandenilio chlorido rūgšties vonią 70 laipsnių temperatūroje, kritinis įtempis, atsirandantis dėl PFA krekingo į aplinką, sumažėja nuo 6–7 MPa iki 2,5–3,5 MPa – sumažėja 50 %. Paviršinio aktyvumo medžiaga adsorbuojasi ant PFA, plastifikuodama amorfines sritis ir sumažindama pamišimo inicijavimo energiją. PFA šildytuvai, kurių liekamasis gamybos įtempis yra 3–5 MPa, tokiose voniose įtrūks per kelis mėnesius. Kad išvengtumėte gedimo, naudokite atkaitintą PFA (liekamąjį įtempį<1 MPa) or reduce SDBS concentration below 0.1%. Surfactants clean, but they also crack. The same agent that reduces surface tension also reduces polymer strength. Know the chemistry, control the stress, and your heater survives. In pickling baths, the acid is not the only enemy. The wetting agent may be worse. Test, measure, and mitigate. Your heater's life depends on it.
