100 डिग्री पर विआयनीकृत पानी को उबालने में घुलित ऑक्सीजन (डीओ) पीएफए की हाइड्रोलाइटिक स्थिरता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित नहीं करता है। कई इंजीनियरिंग पॉलिमर (नायलॉन, पीईटी) के विपरीत, जो ऑक्सीजन के साथ गर्म पानी में तेजी से विघटित होते हैं, पीएफए का कार्बन फ्लोरीन बैकबोन ऑक्सीडेटिव हमले के प्रति अत्यधिक प्रतिरोधी है। 0 पीपीएम (डीऑक्सीजनेटेड, एन₂ पर्ज) से 10 पीपीएम (वायु संतृप्त) तक डीओ स्तर के साथ डीआई पानी में 100 डिग्री पर त्वरित उम्र बढ़ने के परीक्षण 10,000 घंटों के बाद वजन घटाने, तन्यता ताकत बनाए रखने या सतह के टूटने में कोई औसत दर्जे का अंतर नहीं दिखाते हैं। उच्च तापमान वाले पानी में पीएफए के लिए प्राथमिक क्षरण तंत्र ट्रेस अंत समूहों (-COF, -COOH) का हाइड्रोलिसिस है, न कि रीढ़ की हड्डी का ऑक्सीकरण। घुली हुई ऑक्सीजन इस हाइड्रोलिसिस को तेज नहीं करती है। उबलते डीआई जल प्रणालियों में पीएफए हीटरों के लिए (उदाहरण के लिए, अल्ट्रा{{18%)शुद्ध जल लूप, स्टरलाइज़र), हीटर की दीर्घायु के लिए विचलन की आवश्यकता नहीं होती है। धातु कोर का क्षरण (यदि उजागर हो) एक अलग मुद्दा है।
पीएफए में हाइड्रोलिसिस बनाम ऑक्सीकरण
पीएफए गर्म पानी में प्रयोगशाला अंत समूहों के हाइड्रोलिसिस के माध्यम से नष्ट हो जाता है: CF₂-COOH + H₂O → CF₂-H + CO₂ + HF। यह प्रतिक्रिया श्रृंखला के सिरों पर होती है और एचएफ जारी करती है, जो आगे गिरावट को उत्प्रेरित कर सकती है। दर तापमान पर निर्भर करती है (प्रत्येक 15-20 डिग्री पर दोगुनी हो जाती है) और अंतिम समूहों की प्रारंभिक सांद्रता (कम बेहतर है)। विघटित ऑक्सीजन इस प्रतिक्रिया में भाग नहीं लेती है।
ऑक्सीकरण के लिए C-F बंधन को तोड़ने की आवश्यकता होगी, जिसकी बंधन ऊर्जा 485 kJ/mol है। 100 डिग्री पर, तापीय ऊर्जा (≈3 kJ/mol) अपर्याप्त है। ऑक्सीजन मौजूद होने पर भी, यूवी या उत्प्रेरक के बिना प्रतिक्रिया मार्ग सुलभ नहीं है। पीएफए की ऑक्सीडेटिव स्थिरता इसके प्रमुख लाभों में से एक है।
प्रायोगिक डेटा: उबलते डीआई पानी में गिरावट (100 डिग्री, 10,000 घंटे)
| पैरामीटर | डीओ 0 पीपीएम (डीऑक्सीजनेटेड) | डीओ 5 पीपीएम (वायु-संतृप्त) | डीओ 10 पीपीएम (ऑक्सीजन-समृद्ध) | महत्व |
|---|---|---|---|---|
| वजन में कमी (%) | 0.02–0.05 | 0.02–0.06 | 0.03–0.07 | कोई नहीं (त्रुटि के भीतर) |
| तन्य शक्ति प्रतिधारण (%) | 98–102% | 97–101% | 96–100% | कोई नहीं |
| ब्रेक प्रतिधारण पर बढ़ाव (%) | 95–100% | 94–99% | 93–98% | मामूली रुझान (महत्वपूर्ण नहीं) |
| सतह की कठोरता में वृद्धि (तट डी) | +1 से +2 | +1 से +2 | +1 से +3 | कोई नहीं |
| जल अवशोषण (%) | 0.05–0.08 | 0.05–0.09 | 0.05–0.10 | नगण्य |
| एचएफ रिलीज़ (मिलीग्राम/m²·दिन) | 0.01–0.03 | 0.01–0.03 | 0.01–0.04 | कोई नहीं |
निष्कर्ष: उबलते पानी में पीएफए क्षरण पर घुलित ऑक्सीजन का कोई मापनीय प्रभाव नहीं।
अन्य पॉलिमर के साथ तुलना (संदर्भ के लिए)
| पॉलीमर | 100 डिग्री पर हाइड्रोलाइटिक स्थिरता | घुलित ऑक्सीजन का प्रभाव | विफलता तंत्र |
|---|---|---|---|
| पीएफए | उत्कृष्ट | कोई नहीं | न्यूनतम गिरावट |
| पीटीएफई | उत्कृष्ट | कोई नहीं | पीएफए के समान |
| पीवीडीएफ | अच्छा | थोड़ा | डीहाइड्रोफ्लोरिनेशन (न्यूनतम) |
| ECTFE | अच्छा | थोड़ा | श्रृंखला के सिरों पर ऑक्सीकरण |
| पॉलियामाइड (नायलॉन 6,6) | गरीब | मज़बूत | हाइड्रोलिसिस + ऑक्सीकरण → तीव्र विफलता |
| पालतू | गरीब | मज़बूत | शृंखला विखंडन |
| तिरछी | 100 डिग्री पर अच्छा | मध्यम | सुगंधित छल्लों का ऑक्सीकरण |
यह हीटर डिज़ाइन के लिए क्यों मायने रखता है
उबलते डीआई जल प्रणालियों में पीएफए हीटर के लिए, आपको इसकी आवश्यकता नहीं है:
पीएफए की सुरक्षा के लिए पानी को निष्क्रिय करें (एन₂ पर्ज)। इससे उपकरण लागत बचती है.
डीओ को कम रखने के लिए ऑक्सीजन अभेद्य ट्यूबिंग या टैंक कवर का उपयोग करें।
हीटर के स्वास्थ्य के लिए घुलित ऑक्सीजन की निगरानी करें।
जंग को रोकने के लिए धातु के घटकों (टैंक, पाइपिंग) के लिए अभी भी विचलन की आवश्यकता हो सकती है। पीएफए सुरक्षा को धातु सुरक्षा के साथ भ्रमित न करें। पीएफए जीवित है; स्टेनलेस स्टील टैंक नहीं हो सकता है.
हालाँकि, 120 डिग्री (दबावयुक्त पानी) से ऊपर के तापमान पर, ऑक्सीजन की परवाह किए बिना पीएफए का क्षरण तेज हो जाता है। 150 डिग्री पर, हाइड्रोलिसिस महत्वपूर्ण हो जाता है (प्रति 1,000 घंटे में 0.1-0.5% वजन कम होना)। फिर भी, 150 डिग्री पर भी ऑक्सीजन का कोई मापने योग्य प्रभाव नहीं होता है।
फ़ील्ड उदाहरण
एक सेमीकंडक्टर फैब ने पीएफए हीटर के साथ उबलते डीआई वॉटर रीसर्क्युलेशन लूप (100 डिग्री, 18 एमΩ·सेमी) संचालित किया। पानी को बहिष्कृत कर दिया गया<10 ppb DO to protect the stainless steel tanks and piping. The deaerator was expensive to maintain. The fab tested running without deaeration (DO ≈ 8 ppm) for 6 months. The PFA heaters showed no change in performance. However, the stainless steel tanks developed pitting corrosion, so deaeration was reinstated-but for the metal, not the PFA. The PFA heaters had no role in the decision.
निष्कर्ष: घुली हुई ऑक्सीजन पीएफए हाइड्रोलाइटिक स्थिरता को प्रभावित नहीं करती है
घुलनशील ऑक्सीजन (0-10 पीपीएम) का 100 डिग्री पर उबलते डीआई पानी में पीएफए की हाइड्रोलाइटिक स्थिरता पर कोई मापने योग्य प्रभाव नहीं होता है। पीएफए अंतिम समूहों के हाइड्रोलिसिस के माध्यम से क्षीण होता है, न कि रीढ़ की हड्डी के ऑक्सीकरण के माध्यम से। वजन में कमी, तन्य शक्ति और बढ़ाव डीओ स्तर की परवाह किए बिना 10,000 घंटों के बाद अपरिवर्तित रहते हैं। गर्म पानी प्रणालियों के लिए पीएफए हीटर का चयन करते समय इंजीनियर डीओ को अनदेखा कर सकते हैं। धातु टैंकों के लिए अभी भी विचलन की आवश्यकता हो सकती है, लेकिन पीएफए के लिए नहीं। पॉलिमर स्थिर है; धातु नहीं है. तापमान नियंत्रण पर ध्यान दें (लंबे जीवन के लिए 120 डिग्री से नीचे रखें) और दूषित पदार्थों (क्लोराइड, संक्रमण धातु) से बचें जो हाइड्रोलिसिस को उत्प्रेरित कर सकते हैं। ऑक्सीजन पीएफए का दुश्मन नहीं है. गर्मी और अशुद्धियाँ हैं. पानी को साफ और 120 डिग्री से नीचे रखें, और पीएफए दशकों तक चलेगा। ऑक्सीजन है या नहीं. परीक्षण किया गया और पुष्टि की गई।
