Nos campos da análise química, biofarmacêutica e pesquisa e desenvolvimento de materiais, a ameaça de corrosividade do solvente ao desempenho do equipamento está se tornando cada vez mais proeminente. Quando as válvulas tradicionais de garrafas de alumínio entram em contato com ácidos fortes (como ácido sulfúrico concentrado), alcalis fortes (como hidróxido de sódio) e solventes orgânicos (como acetona), eles são propensos à corrosão da superfície, a degradação uniforme do descascamento. A válvula quantitativa de uma polegada de uma polegada de uma polegada de 120 ml de 120 ml apresenta o revestimento de politetrafluoroetileno (PTFE), a partir das propriedades intrínsecas do material, para construir um sistema de proteção ativo para ambientes corrosivos, fornecendo uma nova solução para equipamentos de medição de precisão.
A forte ligação C-F da cadeia molecular do PTFE fornece uma energia superficial extremamente baixa (cerca de 18 mn/m), que é a base física central para alcançar a super-hidrofobicidade. No revestimento de 10μm, as cadeias moleculares do PTFE trabalham juntas através dos seguintes mecanismos:
Arranjo de cadeia molecular direcionada: durante o processo de pulverização, quando o PTFE fundido de alta temperatura esfria na superfície do substrato de estanho, as cadeias moleculares são dispostas na direção vertical para formar uma estrutura áspera de nano-escala.
Estrutura micro-nano composta: A superfície do revestimento é distribuída com saliências em escala de mícrons de 50-200nm e poros nano-escala de 10-50Nm. Essa estrutura faz com que o ângulo de contato das gotículas de água atinja 110 °, excedendo em muito a superfície hidrofóbica comum (> 90 °).
Efeito de atrito de rolamento: quando o líquido corrosivo entra em contato com o revestimento, a gota forma uma forma esférica devido à tensão da superfície e pode rolar em um ângulo de inclinação de apenas 2 °, reduzindo o tempo de contato com o substrato em mais de 90%.
A inércia química do PTFE vem de sua estrutura totalmente saturada de carbono-fluorina, o que torna a interação entre as cadeias moleculares extremamente fortes e difíceis de serem destruídas por produtos químicos. Especificamente, ele se manifesta da seguinte maneira:
Resistência ao solvente: Em solventes orgânicos, como acetona e tetra -hidrofurano, a conformação helicoidal da cadeia molecular do PTFE permanece estável, e a taxa de perda de massa após 24 horas de imersão é menor que 0,1%, o que é muito menor que a dos revestimentos tradicionais de fluorocarbono (cerca de 1%).
Estabilidade ácida e alcalina: no ácido sulfúrico concentrado (98%) e no hidróxido de sódio (30%), apenas a adsorção física muito lenta ocorre na superfície da PTFE, e nenhuma quebra de ligação química ou degradação da cadeia molecular é detectada.
Resistência ao clima: Na faixa de -50 ℃ a 250 ℃, a cristalinidade da cadeia molecular do PTFE permanece estável, evitando rachaduras no revestimento causadas pela expansão térmica.
A capacidade de auto-cicatrização do revestimento PTFE decorre de suas características únicas de movimento da cadeia molecular e estrutura de poros:
Migração da cadeia molecular: Quando os arranhões no nível de mícrons aparecem na superfície do revestimento, a cadeia molecular do PTFE pode migrar ao longo da direção do arranhão sob tensão e preenchendo automaticamente o defeito.
Efeito de tampão de porosidade: Os poros no nível de mícrons distribuídos no revestimento permitem que uma pequena quantidade de líquido penetre, mas as cadeias moleculares do PTFE na parede dos poros são reorganizadas sob pressão líquida para formar uma camada de vedação dinâmica.
Responsabilidade ambiental: Em um ambiente úmido, as moléculas de água adsorvidas na superfície do PTFE podem promover o deslizamento de cadeias moleculares e acelerar o processo de autocura.
O desempenho do revestimento do PTFE depende dos parâmetros do processo de pulverização:
Pré -tratamento do substrato: o substrato de estanho precisa ser limpo e tratado com plasma com agente de acoplamento de silano para garantir que a adesão de revestimento seja ≥8MPa.
Parâmetros de pulverização: a tecnologia de pulverização de plasma é usada para controlar a distância de pulverização de 150 mm, tensão de 80kV e corrente de 1.2a para formar um revestimento denso e uniforme.
Pós-tratamento: Após a pulverização, a sinterização de alta temperatura a 350 ℃ é realizada para cristalizar completamente a cadeia molecular do PTFE e melhorar a dureza (≥2h) e a resistência ao desgaste do revestimento.
Para garantir a estabilidade do desempenho do revestimento, os seguintes padrões de controle de qualidade precisam ser estabelecidos:
Uniformidade da espessura: o desvio da espessura do revestimento é ≤ ± 1μm através da microscopia confocal a laser.
Controle de porosidade: A porosidade é determinada pela intrusão de mercúrio e o valor alvo é de 15% a 20% para equilibrar a hidrofobicidade e a capacidade de autocura.
Verificação da resistência à corrosão: Em um ambiente de corrosão simulado (como 1mol/l H₂ também 0,1 mol/L NaCl), a mudança de impedância do revestimento é monitorada por espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) para garantir que a taxa de queda de impedância seja <5% em 24 horas.
Análise do mecanismo de proteção do revestimento de PTFE
A super -hidrofobicidade reduz o risco de corrosão através dos seguintes mecanismos:
Efeito do salto de gotículas: Quando gotículas de alta velocidade atingem o revestimento, a superfície super-hidrofóbica faz com que as gotículas saltem para evitar a corrosão do impacto.
Isolamento do filme de ar: quando as gotículas rolam, um filme de ar é formado na superfície do revestimento, bloqueando o contato direto entre o meio corrosivo e o substrato.
Função autoliminatória: a super-hidrofobicidade dificulta que os poluentes sigam a superfície do revestimento, reduzindo a ocorrência de corrosão local.
A inércia química do PTFE atinge a proteção de solventes das seguintes maneiras:
Escudo físico: A estrutura densionada de densa impede que as moléculas de solvente penetrem e evite a corrosão do substrato.
Compatibilidade molecular: Existe apenas uma força fraca de van der Waals entre PTFE e solventes orgânicos, e nenhuma reação química ocorre.
Estabilidade a longo prazo: Após 2000 horas de contato contínuo com solventes, a taxa de perda de massa de revestimento ainda é inferior a 0,5%.
O mecanismo de autocura estende a vida útil do revestimento pelas seguintes maneiras:
Reparo de microcrack: sob estresse, as cadeias moleculares do PTFE migram para as rachaduras e formam novas ligações químicas.
Selagem de poros: o líquido penetrante forma alta pressão local nos poros, levando as correntes moleculares a reorganizar e fechar os poros.
Reparo induzido ambiental: Em ambientes úmidos ou de alta temperatura, a taxa de autocura é significativamente melhorada e mais de 90% do desempenho protetor do revestimento pode ser restaurado.
O valor do aplicativo do revestimento de PTFE em D1S2.8 Válvula de garrafa
O revestimento PTFE permite que a válvula de garrafa mantenha um estado de superfície estável em um ambiente corrosivo, e o desvio da dose é reduzido de ± 3% para ± 1%, melhorando significativamente a precisão da análise.
No cenário simulado de análise de cromatografia industrial, a vida da válvula de garrafa não revestida é de 6 meses, enquanto a vida útil da válvula de garrafa revestida com PTFE excede 5 anos e o custo de manutenção é reduzido em 80%.
Campo Farmacêutico: Na preparação de nano-drogas, o revestimento reduz o desvio de diâmetro da gota de ± 10% para ± 3%, melhorando a uniformidade do medicamento.
Análise química: em conjunto com o amostrador automático, ele pode atingir 72 horas de operação contínua com uma taxa de falha inferior a 0,1%.
Monitoramento ambiental: no amostrador PM2.5, a resistência climática do revestimento permite que o dispositivo mantenha a estabilidade da dosagem em ambientes extremos, com uma taxa de erro de dados inferior a 2%.
