Ozon je močan, jedek plin, ki ga naravno ustvarja strela in namenoma industrijska oprema, kot so generatorji ozona s koronsko razelektritvijo za čiščenje vode. Številne plastike in elastomere, kot je naravni kavčuk, hitro napadejo in razpokajo že majhne količine zunanjega ozona. Toda plašč potopnega grelnika iz PTFE, ne glede na to, ali sedi v rezervoarju z ozonirano vodo ali preprosto deluje v bližini velikega električnega stikališča, kjer je ozon stranski produkt, se sooča s tem agresivnim, nevidnim plinom s popolno in popolno kemično brezbrižnostjo. Ta članek preučuje dolgoročne -učinke ozona na politetrafluoroetilen (PTFE) in pojasnjuje, zakaj se material šteje za popolnoma odporen nadegradacija ozonskega PTFE grelnega plašča.
Kemična občutljivost večine polimerov na ozon
Ozon (O₃) je visoko reaktiven alotrop kisika. Deluje kot močan oksidant, ki zlahka napada organske molekule. Številni običajni polimeri in elastomeri-vključno z naravnim kavčukom, butilnim kavčukom, nitrilnim kavčukom in celo nekaterimi inženirskimi plastičnimi masami-vsebujejo ogljik-ogljikove dvojne vezi (C=C) v svojih molekularnih hrbtenicah. Ozon cepi te dvojne vezi, proces, znan kot ozonoliza. Rezultat je značilno, krhko površinsko razpokanje, imenovano "ozonsko razpokanje". Tudi pri nizkih koncentracijah zunanjega ozona (razpon delov na milijardo) lahko nezaščiteni gumijasti deli v nekaj tednih ali mesecih povzročijo globoke razpoke, kar povzroči mehansko okvaro.
Zakaj je PTFE imun na napad ozona
PTFE ima bistveno drugačno molekularno strukturo. Njegovo ogrodje je v celoti sestavljeno iz enojnih ogljikovih-ogljikovih vezi (C–C), pri čemer je vsak atom ogljika popolnoma nasičen z atomi fluora. Vez ogljik-fluor (C–F) je ena najmočnejših in najbolj kemično inertnih povezav v vsej organski kemiji. Ni ranljivih ogljikov-ogljikovih dvojnih vezi, vodikovih atomov, pritrjenih na hrbtenico, in funkcionalnih skupin, ki jih je mogoče oksidirati.
Ozon preprosto ne more reagirati s PTFE. Plin nima mehanizma za pritrditev ali cepljenje polimerne verige. Kjer je ozon tiha grožnja,-pokajoča guma, je PTFE grelnik popolnoma odporen. V standardnih tabelah kemične odpornosti je PTFE ocenjen kot "odličen" za odpornost na ozon pri vseh koncentracijah in temperaturah do najvišje temperature neprekinjenega delovanja (približno 260 stopinj). Ta ocena velja ne glede na to, ali je ozon v komercialnem generatorju ozona prisoten v nekaj delih na milijardo (okoliški mestni zrak) ali na tisoče delcev na milijon.
Dolgotrajna-izpostavljenost: Ni opaziti razgradnje
-Študije dolgoročne izpostavljenosti potrjujejo, da PTFE po letih neprekinjenega stika z ozonom ne kaže nobenih merljivih sprememb v natezni trdnosti, raztezku, površinski trdoti ali dielektričnih lastnostih. Preskusi pospešenega staranja-, kjer so vzorci PTFE izpostavljeni visoko koncentriranemu ozonu (100 ppm ali več) pri povišanih temperaturah-ne razkrijejo razpok, spremembe teže in hrapavosti površine, ki presega tisto, kar bi pričakovali pri izključno termičnem staranju.
Edina možna težava, opredeljena v tehnični literaturi, jeprepustnost ozona skozi PTFE plašč do kovinskega grelnega jedra. Ozon je majhna, polarna molekula, ki lahko difundira skozi fluoropolimere z nizko, a merljivo hitrostjo. Pri koncentracijah v okolju ali zmerno povišanih koncentracijah, do katerih pride pri čiščenju vode (npr. 1–10 ppm raztopljenega ozona v vodi) ali v bližini električne opreme (deli na milijardo v zraku), je prepustni tok zanemarljiv. Celo v desetletju neprekinjenega delovanja je količina ozona, ki doseže kovinsko jedro, nezadostna, da bi povzročila merljivo oksidacijo uporovne žice ali notranje izolacije. Pri aplikacijah z zelo visoko-koncentracijo (npr. neposredna izpostavljenost večodstotnemu koncentriranemu ozonskemu plinu) lahko pride v poštev debelejši PTFE plašč ali sekundarna pregrada, vendar so takšni primeri redki.
Praktične aplikacije, kjer je odpornost na ozon pomembna
Rezervoarji za ozonirano vodo
Pri čiščenju vode in obdelavi odpadne vode se ozon vbrizga v kontaktne rezervoarje za dezinfekcijo in razgradnjo organskih onesnaževalcev. PTFE potopni grelniki se pogosto uporabljajo za vzdrževanje temperature vode v teh rezervoarjih. Grelniki delujejo, ko so popolnoma potopljeni v vodo, ki lahko vsebuje raztopljeni ozon v koncentracijah 1–10 ppm. Popolna odpornost PTFE zagotavlja, da se ovoj grelnika nikoli ne razgradi, poči ali izgubi mehansko celovitost. Enako ne moremo reči za številne druge polimere ali elastomere, ki se uporabljajo v tesnilih, tesnilih ali premazih za grelnike.
Čiščenje polprevodniških rezin
Pri izdelavi polprevodnikov se ozonirana deionizirana voda uporablja kot čista alternativa vroči žveplovi kislini-brez ostankov za odstranjevanje organskega fotorezista in drugih onesnaževalcev. Čistilne kopeli so segrete na 60–80 stopinj in vsebujejo raztopljen ozon v natančnih koncentracijah. Grelniki s PTFE ovojom so standardni v teh orodjih, saj zagotavljajo kemično odpornost na ozonirano vodo in absolutno čistost (brez sproščanja kovinskih ionov). Odsotnost degradacije,-ki jo povzroči ozon, zagotavlja dosledno učinkovitost ogrevanja v več-letni življenjski dobi orodja.
Visoko{0}}napetostna električna okolja
Ozon nastaja kot stranski produkt koronske razelektritve iz visoko{0}}napetostne električne opreme, vključno s stikališči, transformatorji in elektrostatičnimi filtri. V takih okoljih so lahko koncentracije ozona v zraku povišane v primerjavi z ravnmi ozadja, čeprav običajno ostanejo pod 0,1 ppm. PTFE grelni plašči, ki se uporabljajo na teh lokacijah-na primer za ogrevanje ohišij instrumentov ali procesnih cevovodov-ne doživljajo škodljivih učinkov ozona v sledovih.
Primerjava z drugimi fluoropolimeri in alternativnimi materiali
PTFE ni edini fluoropolimer, odporen na ozon. PFA (perfluoroalkoksi), FEP (fluoriran etilen propilen) in ETFE (etilen tetrafluoroetilen) prav tako kažejo odlično odpornost na ozon zaradi visoke vsebnosti fluora. Vendar pa PTFE ostaja najpogostejša in stroškovno-učinkovita izbira za grelne ovoje v ozonskih storitvah. Nasprotno imajo materiali, kot so polivinilklorid (PVC), polipropilen (PP) in celo poliviniliden fluorid (PVDF), omejeno dolgoročno-odpornost na ozon in lahko sčasoma pokažejo degradacijo površine ali krhkost.
Zaključek: popolna odpornost na napad ozona
Legendarna kemična odpornost PTFE se razširi na popolno odpornost na napade ozona, kar je lastnost, zaradi katere je varna, privzeta izbira materiala za vsako -industrijsko okolje ali okolje za čiščenje vode, bogato z ozonom. Popolnoma nasičeno ogljikovo-fluorovo ogrodje ne vsebuje ranljivih dvojnih vezi, zaradi česar ozon nima mesta za reakcijo. Dolgotrajna-izpostavljenost ne povzroči razpok, izgube mehanskih lastnosti in merljive degradacije ovoja grelnika. Edino opozorilo:-prepustnost ozona skozi polimer-je zanemarljiva za vse praktične koncentracije, do katerih pride pri čiščenju vode in v industrijskih okoljih.
Material, ki noče reagirati s skoraj vsem, se tudi znebi enega najbolj agresivnih oksidantov v zraku. Za procesne inženirje, ki določajo grelnike za ozonirane vodne kopeli, orodja za čiščenje polprevodnikov ali visoko{1}}napetostna okolja obratov, PTFE zagotavlja neprimerljivo kombinacijo toplotne stabilnosti, kemične inertnosti in specifične odpornosti na ozon. PTFE grelni plašč, nameščen v ozonskem servisu, bo trajal dlje od ostale opreme, pri čemer plin ne pušča sledi na njegovi gladki, beli, neprepustni površini.
