U područjima kemijske analize, biofarmaceutici i istraživanje i razvoj materijala, prijetnja od korozivnosti otapala za performanse opreme postaje sve istaknutija. Kada tradicionalni ventili za boce od aluminija dolaze u kontakt s jakim kiselinama (poput koncentrirane sumporne kiseline), jakih alkalija (poput natrijevog hidroksida) i organskih otapala (poput acetona), skloni su površinskoj koroziji, oguljenju oguljenja ili propadanju mehaničkog svojstva, što rezultira smanjenom dosadom. D1S2.8 120mcl doziranje aluminijske čaše s jednom inčnom kvantitativnom ventilom za boce uvodi politetrafluoroetilen (PTFE) premaz, počevši od unutarnjih svojstava materijala, za izgradnju aktivnog sustava zaštite za korozivno okruženje, pružajući novo rješenje za preciznu opremu za upravljanje.
Snažna C-F veza PTFE molekularnog lanca daje mu izuzetno nisku površinsku energiju (oko 18 mn/m), što je temeljna fizička osnova za postizanje superhidrofobičnosti. U prevlaci od 10 μm, molekularni lanci PTFE djeluju zajedno kroz sljedeće mehanizme:
Usmjereni raspored molekularnog lanca: Tijekom procesa prskanja, kada se visoka temperatura rastopljena PTFE hladi na površini limenog supstrata, molekularni lanci su raspoređeni u vertikalnom smjeru kako bi se stvorila gruba struktura nano-skale.
Mikro-nano kompozitna struktura: Površina premaza distribuirana je s 50-200nm prostirki mikrona i 10-50nm nano-skale pore. Ova struktura čini da kontaktni kut kapljice doseže 110 °, što je daleko veće od obične hidrofobne površine (> 90 °).
Učinak trenja kotrljanja: Kada korozivna tekućina kontaktira premaz, kapljica tvori sferni oblik zbog površinske napetosti i može se spustiti pod kutom nagiba od samo 2 °, smanjujući vrijeme kontakta s supstratom za više od 90%.
Kemijska inertnost PTFE dolazi iz njegove potpuno zasićene strukture ugljika-fluorina, što interakciju između molekularnih lanaca čini izuzetno jakom i teško je uništiti kemikalije. Konkretno, očituje se na sljedeći način:
Otpornost na otapalo: U organskim otapalima kao što su aceton i tetrahidrofuran, spiralna konformacija molekularnog lanca PTFE ostaje stabilna, a brzina gubitka mase nakon 24 sata uranjanja je manja od 0,1%, što je mnogo niža od one tradicionalnih premaza fluorokarbona (oko 1%).
Stabilnost kiseline i alkala: U koncentriranoj sumpornoj kiselini (98%) i natrijevom hidroksidu (30%), na površini PTFE pojavljuje se samo vrlo spora fizička adsorpcija, a ne otkriva se probijanje kemijske veze ili razgradnju molekularnog lanca.
Otpornost na vremenske uvjete: U rasponu od -50 ℃ do 250 ℃, kristalnost molekularnog lanca PTFE ostaje stabilna, izbjegavajući pucanje premaza uzrokovano toplinskom ekspanzijom.
Sposobnost samoizlječenja PTFE premaza proizlazi iz njegovih jedinstvenih karakteristika gibanja molekularnog lanca i strukture pora:
Migracija molekularnog lanca: Kada se na površini premaza pojave ogrebotine na razini mikrona, molekularni lanac PTFE može migrirati duž smjera ogrebotine pod naponom i automatski napuniti defekt.
Učinak puferiranja poroznosti: Pore na razini mikrona raspoređene u premazu omogućuju prodor male količine tekućine, ali molekularni lanci PTFE na zidu pora preuređeni su pod tekućim tlakom kako bi se stvorio dinamični brtveni sloj.
Odzivnost u okolišu: U vlažnom okruženju molekule vode adsorbirane na površini PTFE mogu promicati klizanje molekularnih lanaca i ubrzati proces samoizlječenja.
Učinkovitost PTFE premaza vrlo ovisi o parametrima procesa prskanja:
Prethodna obrada supstrata: Tin supstrat treba očistiti plazmu i tretirati silanskim agensom za spajanje kako bi se osiguralo da je prianjanje premaza ≥8MPa.
Parametri prskanja: Tehnologija prskanja u plazmi koristi se za kontrolu udaljenosti prskanja od 150 mm, napon od 80kV i struju 1,2A kako bi se stvorio gust i ujednačen premaz.
Poslije tretmana: Nakon prskanja, provodi se sintering visoke temperature na 350 ℃ kako bi se potpuno kristalizirao molekularni lanac PTFE i poboljšao tvrdoću (≥2H) i otpornost na nošenje premaza.
Da bi se osigurala stabilnost performansi premaza, potrebno je utvrditi sljedeće standarde kontrole kvalitete:
Ujednačenost debljine: Odstupanje debljine premaza je ≤ ± 1 μm kroz lasersku konfokalnu mikroskopiju.
Kontrola poroznosti: Poroznost se određuje upadanjem žive, a ciljna vrijednost je 15% -20% za uravnoteženje hidrofobnosti i sposobnosti samoizlječenja.
Provjera otpornosti na koroziju: U simuliranom okruženju korozije (poput 1MOL/L H₂SO₄ 0,1MOL/L NaCl), promjena impedancije premaza nadgleda se elektrokemijskom spektroskopijom impedance (EIS) kako bi se osigurala da je stopa pada impedancije <5% u 24 sata.
Analiza mehanizma zaštite PTFE premaza
Superhidrofobnost smanjuje rizik od korozije kroz sljedeće mehanizme:
Efekt odskoka kapljica: Kada kapljice velike brzine udaraju premaz, superhidrofobična površina uzrokuje da kapljice odskakuju kako bi se izbjegla udarna korozija.
Izolacija zračnog filma: Kad se kapljice sruše, na površini premaza formira se zračni film, blokirajući izravni kontakt između korozivnog medija i supstrata.
Funkcija samočišćenja: Superhidrofobnost otežava zagađivačima da se pridržavaju površine premaza, smanjujući pojavu lokalne korozije.
Kemijska inernost PTFE -a postiže zaštitu otapala na sljedeće načine:
Fizička zaštita: gusta konstrukcija premaza sprječava da molekule otapala prodiru i izbjegava koroziju supstrata.
Molekularna kompatibilnost: Postoji samo slaba van der Waalsova sila između PTFE i organskih otapala, a ne dolazi do kemijske reakcije.
Dugoročna stabilnost: Nakon 2000 sati kontinuiranog kontakta s otapalima, stopa gubitka mase premaza je i dalje manja od 0,5%.
Mehanizam samoizlječenja proširuje život premaza narednim načinima:
Popravak mikrokreta: Pod stresom, PTFE molekularni lanci migriraju u pukotine i tvore nove kemijske veze.
Zapečaćenja pora: prodorna tekućina tvori lokalni visoki tlak u porama, što tjera molekularne lance da se preurede i zatvaraju pore.
Popravak izazvan u okoliš: U vlažnom ili visoko temperaturnom okruženju, brzina samoizlječenja značajno je poboljšana, a više od 90% zaštitnih performansi premaza može se obnoviti.
Vrijednost aplikacije PTFE premaza u D1S2.8 ventil za boce
PTFE premaz omogućava ventilu za boce da održava stabilno površinsko stanje u korozivnom okruženju, a odstupanje doziranja smanjuje se s ± 3% na ± 1%, značajno poboljšavajući točnost analize.
U simuliranom scenariju analize industrijske kromatografije, vijek trajanog ventila za bočice je 6 mjeseci, dok život ventila za boce presvučenu PTFE prelazi 5 godina, a troškovi održavanja smanjuju se za 80%.
Farmaceutsko polje: U pripremi nano-droga, premaz smanjuje odstupanje promjera kapljica od ± 10% na ± 3%, poboljšavajući jednoličnost lijeka.
Kemijska analiza: U kombinaciji s automatskim uzorkovima, može postići 72 sata kontinuiranog rada sa stopom neuspjeha manjom od 0,1%.
Nadgledanje okoliša: U uzorku PM2.5, vremenski otpor premaza omogućuje uređaju da održava stabilnost doziranja u ekstremnim okruženjima, sa stopom pogreške podataka manjom od 2%.
