Een ingenieur van een chemische fabriek bekeek een lijst met procesbaden en stelde een eenvoudige vraag: welke van deze kunnen een PTFE-dompelverwarmer gebruiken, en welke niet? De lijst bevatte zwavelzuur, zoutzuur, salpeterzuur, fluorwaterstofzuur, natriumhydroxide, chroomzuur, oplosmiddelen en een paar speciale formuleringen. Het antwoord was niet voor iedereen een eenvoudig ja of nee. PTFE is onder de meeste omstandigheden bestand tegen de meeste van deze chemicaliën. Maar er zijn specifieke omgevingen waarin PTFE de verkeerde keuze is en het gebruik ervan tot vroegtijdig falen leidt.
PTFE wordt vaak omschreven als universeel chemisch resistent. Die beschrijving klopt voor de overgrote meerderheid van de industriële chemie. Maar het is niet absoluut. Er zijn drie categorieën omgevingen waarin PTFE-dompelaars niet mogen worden gebruikt: gesmolten alkalimetalen, elementair fluor en bepaalde hoge- temperatuurcombinaties van bijtende en oxidatiemiddelen.
Gesmolten alkalimetalen
Gesmolten natrium, kalium en lithium reageren heftig met PTFE. Door de reactie wordt het polymeer gedefluoreerd, waardoor warmte vrijkomt en een gevaarlijke situatie ontstaat. Dit is geen geleidelijke degradatie-het is een snelle, exotherme reactie die de verwarmer binnen enkele seconden kan vernietigen.
Gesmolten alkalimetalen komen niet vaak voor bij galvanisering of chemische verwerking, maar worden wel gebruikt in een aantal speciale toepassingen, waaronder bepaalde nucleaire en metallurgische processen. PTFE-dompelverwarmers zijn niet geschikt voor deze omgevingen.
Elementaire fluor en sterke fluoreringsmiddelen
Elementair fluor tast PTFE aan bij verhoogde temperaturen. Bij kamertemperatuur is de reactie langzaam. Boven de 100 graden kan fluor het polymeer defluoreren, waardoor een reactief oppervlak ontstaat en de omhulling wordt aangetast. Chloortrifluoride en andere sterke fluoreringsmiddelen hebben vergelijkbare effecten.
Fluor en fluoreringsmiddelen worden gebruikt in sommige halfgeleider- en speciale chemische processen. In deze omgevingen is PTFE niet de juiste keuze. In plaats daarvan worden vaak nikkel- of monel-dompelaars gebruikt.
| Omgeving | Temperatuur | Aanvalsmechanisme | PTFE-geschiktheid | Alternatief materiaal |
|---|---|---|---|---|
| Gesmolten natrium | >100 graden | Gewelddadige defluorering | Niet geschikt | Roestvrij staal, nikkel |
| Gesmolten kalium | >100 graden | Gewelddadige defluorering | Niet geschikt | Roestvrij staal, nikkel |
| Elementaire fluor | >100 graden | Defluorering | Niet geschikt | Nikkel, Monel |
| Chloortrifluoride | >50 graden | Defluorering | Niet geschikt | Nikkel, Monel |
| Heet geconcentreerd bijtend middel | >95 graden | Oppervlakte-defluorering | Marginaal–Niet geschikt | Titaan, 316L |
| Heet geconcentreerd salpeterzuur | >100 graden | Oxidatie | Marginaal | Siliciumcarbide, titanium |
Omgevingen waar PTFE-dompelverwarmers niet geschikt zijn
Heet geconcentreerd bijtmiddel bij extreme temperaturen
PTFE is bestand tegen bijtende oplossingen bij gematigde temperaturen. Bij 60-70 graden en concentraties onder de 20% is de aanval verwaarloosbaar. Bij een concentratie van 95 graden en 25% wordt de defluoreringssnelheid aanzienlijk. Het polymeeroppervlak verslechtert en de omhulling faalt binnen enkele maanden.
Dit is geen absoluut verbod.-PTFE kan worden gebruikt in hete bijtende toepassingen als de temperatuur en concentratie binnen de grenzen worden gehouden, of als de wattdichtheid wordt verlaagd om de temperatuur van de mantel laag te houden. Maar aan het uiterste uiteinde van het bijtende spectrum is PTFE niet de juiste keuze.
Heet geconcentreerde oxiderende zuren
PTFE is bestand tegen salpeterzuur en chroomzuur bij gematigde temperaturen. Bij hoge concentraties en temperaturen boven de 90-100 graden versnelt de oxidatiesnelheid. Het polymeeroppervlak wordt afgebroken en de omhulling wordt broos.
In deze omgevingen kan siliciumcarbide of kwarts geschikter zijn. Kwarts is bestand tegen salpeter- en chroomzuren, maar niet tegen alkalische omstandigheden. Siliciumcarbide is bestand tegen beide, maar is duurder.
Oplosmiddelen bij hoge temperatuur
PTFE is bij kamertemperatuur bestand tegen de meeste oplosmiddelen. Bij verhoogde temperaturen dringen oplosmiddelen met een hoge affiniteit voor het polymeer sneller door. Gechloreerde en aromatische oplosmiddelen van 60-70 graden kunnen binnen weken of maanden in de omhulling doordringen.
PTFE is niet de juiste keuze voor oplosmiddelen bij hoge- temperaturen. Kwarts of roestvrij staal zijn geschikter, afhankelijk van het oplosmiddel en de temperatuur.
Wanneer PTFE marginaal is, niet verboden
Veel omgevingen zijn geen regelrechte verboden, maar marginale omstandigheden waarin de levensduur van PTFE wordt verkort. Hete geconcentreerde bijtende stoffen, oxiderende zuren op hoge- temperatuur en agressieve oplosmiddelen vallen in deze categorie. In deze omgevingen kan PTFE worden gebruikt met zorgvuldige specificatie-lagere wattdichtheid, dikkere mantel en frequente controle-maar de levensduur zal korter zijn dan in mildere omstandigheden.
| Omgeving | Voorwaarde | PTFE-geschiktheid | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Natriumhydroxide, 25% | 95 graden | Niet aanbevolen | Gebruik titanium of 316L |
| Natriumhydroxide, 15% | 80 graden | Marginaal | Verminder de wattdichtheid |
| Salpeterzuur, 50% | 90 graden | Marginaal | Verminder de wattdichtheid |
| Chroomzuur, 20% | 80 graden | Marginaal | Bewaak de isolatieweerstand |
| Gechloreerd oplosmiddel | 60 graden | Niet aanbevolen | Gebruik kwarts |
| Aromatisch oplosmiddel | 70 graden | Niet aanbevolen | Gebruik kwarts of roestvrij staal |
Marginale en verboden omgevingen voor PTFE-dompelaars
Wanneer standaardmaterialen niet aan de toepassing kunnen voldoen
Sommige chemische omgevingen zijn onverenigbaar met PTFE en ook onverenigbaar met de gebruikelijke alternatieven. Een bad dat afwisselend zuur en alkalisch is, of dat zowel oxiderende als reducerende stoffen bevat, heeft misschien niet één beste materiaal. In deze gevallen kan een aangepaste aanpak vereist zijn-een ander polymeer, een gespecialiseerde legering of een hybride constructie.
Een op maat gemaakte PTFE-dompelverwarmerconfiguratie met een lagere wattdichtheid, dikkere omhulsels en verbeterde stromingstoegang breidt het bereik van PTFE uit naar marginale omgevingen. Het specificatieproces vereist de badchemie, concentratie, temperatuur en de storingsgeschiedenis van eerdere verwarmingstoestellen. Voor faciliteiten met meerdere procesbaden identificeert deze toepassing-specifieke aanpak welke baden PTFE kunnen gebruiken en welke een alternatief vereisen.
