Radionica za završnu obradu metala izvukla je PTFE uronjeni grijač iz spremnika za alkalno čišćenje nakon pet mjeseci rada. Površina omotača bila je prekrivena tvrdim, staklastim filmom koji je bio otporan na uklanjanje razrijeđenom kiselinom. Tim za održavanje morao je upotrijebiti dlijeto kako bi razbio film, koji je urezao PTFE na nekoliko mjesta. Film nije bio običan kamenac kalcijevog karbonata. Bilo je to silikatno staklo koje se spojilo na površinu grijača.
Silikatni stakleni filmovi su među najžilavijim naslagama na PTFE uronjenim grijačima. Nastaju u alkalnim kupkama za čišćenje koje sadrže natrijev silikat, uobičajeni aditiv koji se koristi za puferiranje, inhibiciju korozije i suspenziju tla. Silikat polimerizira na vrućim površinama kako bi formirao sloj-nalik staklu koji se kemijski veže za PTFE.
Zašto nastaju silikatni filmovi na vrućim površinama
Natrijev silikat je mješavina natrijevog oksida i silicijevog dioksida. U otopini postoji kao silikatni ioni. Kada otopina dođe u kontakt s vrućom površinom, silikat polimerizira-silikatni ioni međusobno se povezuju u duge lance i mreže. Polimerizacija je potaknuta temperaturom i isparavanjem vode na vrućoj površini.
Polimerizirani silikat stvara film koji je tvrd, kemijski otporan i čvrsto vezan za površinu. Film raste što više silikatnih naslaga. S vremenom postaje sve deblji i stakleniji-. Za razliku od karbonatnog kamenca, koji prianja mehaničkim spajanjem, silikatni filmovi se kemijski vežu za PTFE površinu.
| Koncentracija silikata | Temperatura kupke | Temperatura površine omotača | Stopa stvaranja filma | Vrijeme do filma od 1 mm |
|---|---|---|---|---|
| 1–2% | 60 stupnjeva | 75 stupnjeva | Niska | 6–12 mjeseci |
| 2–4% | 70 stupnjeva | 85 stupnjeva | Umjereno | 3–6 mjeseci |
| 4–6% | 75 stupnjeva | 95 stupnjeva | visoko | 6–12 tjedana |
| >6% | 80 stupnjeva | 105 stupnjeva + | Vrlo visoko | 3–6 tjedana |
Brzine stvaranja silikatnog filma kao funkcija koncentracije i temperature omotača
Zašto su silikatni filmovi štetniji od karbonatnog kamenca
Karbonatni kamenac je relativno mekan i porozan. Prianja pomoću mehaničkog međusobnog spajanja i slabih van der Waalsovih sila. Razrijeđena kiselina ga otapa, a PTFE površina ispod obično je netaknuta.
Silikatni filmovi su različiti. Tvrdi su, gusti i kemijski vezani za PTFE. Silikatna mreža stvara kovalentne veze s površinom polimera. Film se ne otapa u kiselini. Zahtijeva alkalno čišćenje ili mehaničko uklanjanje.
Mehaničko uklanjanje-struganje, klesanje ili abrazivno pjeskarenje-oštećuje PTFE i stvara mjesta nukleacije za buduće stvaranje filma. Oštećena područja su osjetljivija na silikatno lijepljenje nego originalna glatka površina.
Uloga temperature površine plašta
Brzina polimerizacije silikata raste s temperaturom. Svakih 10 stupnjeva povećanja otprilike udvostručuje brzinu. Grijač koji radi na površinskoj temperaturi od 95 stupnjeva stvara silikatni film dvostruko brže nego onaj na 85 stupnjeva.
Površinska temperatura ovisi o gustoći vata i uvjetima protoka. Grijač koji radi na 1,4 W/cm² u umjereno uzburkanoj kupelji može imati površinsku temperaturu 15-20 stupnjeva iznad mase. Grijač od 0,9 W/cm² može imati površinsku temperaturu samo 10-12 stupnjeva iznad mase. Niža gustoća vata smanjuje temperaturu površine i usporava stvaranje filma.
Sprječavanje stvaranja silikatnog filma
Najučinkovitija prevencija je smanjenje temperature površine omotača. Niža gustoća vata održava površinu hladnijom i usporava stopu polimerizacije. Grijaču koji radi na 0,9 W/cm² može trebati dvostruko više vremena da formira film od 1 mm nego grijaču na 1,4 W/cm².
Polirana površina smanjuje čvrstoću prianjanja silikatnog filma. Glatka površina osigurava manje mjesta nukleacije i manje mehaničkog međusobnog blokiranja. Polirane površine produžuju interval čišćenja za 30-50% u usporedbi sa standardnim površinama.
Redovitim čišćenjem film se uklanja prije nego što postane gust i žilav. Tanki film je lakše ukloniti od debelog. Interval čišćenja trebao bi se temeljiti na nalazima inspekcije, a ne na fiksnom kalendaru.
| Mjera prevencije | Učinak na stvaranje filma | Provedba |
|---|---|---|
| Niža gustoća u vatima, 0,9 W/cm² | Sporija polimerizacija | Dizajn grijača |
| Polirana površina | Smanjeno prianjanje | Završna obrada grijača |
| Redovito čišćenje | Sprječava stvaranje debelog filma | Raspored održavanja |
| Smanjena koncentracija silikata | Niža stopa taloženja | Kontrola kemije kupatila |
Mjere prevencije stvaranja silikatnog filma u alkalnim sredstvima za čišćenje
Čišćenje silikatnih filmova bez oštećenja grijača
Silikatni filmovi se ne otapaju u kiselini. Zahtijevaju alkalno čišćenje ili mehaničko uklanjanje.
Alkalna otopina za čišćenje-obično 5–10% natrijevog hidroksida na 50–60 stupnjeva -može omekšati silikatni film i omogućiti njegovo uklanjanje. Otopinu za čišćenje treba cirkulirati ili miješati kako bi se održao kontakt s filmom. Grijač treba pregledati nakon čišćenja kako bi potvrdili da je film uklonjen.
Mehaničko uklanjanje trebalo bi biti posljednje rješenje. Ako je potrebno mehaničko uklanjanje, upotrijebite plastični strugač ili mekanu četku. Nemojte koristiti žičane četke, metalne strugače ili abrazivne jastučiće koji će oštetiti PTFE.
Kada silikatni film ukazuje na problem specifikacije
Grijač koji razvija debele silikatne filmove unatoč redovitom čišćenju ukazuje na to da grijač radi na gustoći vata koja je previsoka za kemiju kupke. Prilagođena konfiguracija PTFE uronjenog grijača s nižom gustoćom u vatima, poliranom površinom i većom površinom rješava glavni uzrok taloženja silikata. Proces specifikacije zahtijeva kemijski sastav kupke, koncentraciju silikata, radnu temperaturu i potrebnu snagu u vatima. Za objekte s alkalnim sredstvima za čišćenje-koja sadrže silikat, ovaj-pristup specifičan za primjenu smanjuje stvaranje filma i produljuje radni vijek grijača.
