در زمینه های تجزیه و تحلیل شیمیایی ، بیو دارویی و تحقیقات و توسعه مواد ، تهدید به خوردگی حلال برای عملکرد تجهیزات به طور فزاینده ای برجسته می شود. هنگامی که دریچه های بطری آلومینیومی سنتی با اسیدهای قوی (مانند اسید سولفوریک غلیظ) ، قلیایی قوی (مانند هیدروکسید سدیم) و حلال های آلی (مانند استون) در تماس هستند ، آنها مستعد ابتلا به خوردگی سطحی ، پوشش لایه برداری یا تخریب خاصیت مکانیکی هستند و در نتیجه باعث کاهش سرعت دوز و حتی عدم موفقیت تجهیزات می شوند. فنجان دوز آلومینیومی D1S2.8 120mcl یک اینچ شیر بطری کمی ، پوشش پلی تترا فلوئورو اتیلن (PTFE) را با شروع از خصوصیات ذاتی مواد ، برای ساختن یک سیستم محافظت فعال برای محیط های خورنده معرفی می کند و راه حل جدیدی برای تجهیزات اندازه گیری دقیق ارائه می دهد.
پیوند C-F قوی از زنجیره مولکولی PTFE انرژی سطح بسیار کمی (حدود 18mn/m) را به آن می دهد ، که این مبنای اصلی فیزیکی برای دستیابی به فوق آبگرایی است. در پوشش 10μm ، زنجیره های مولکولی PTFE از طریق مکانیسم های زیر با هم کار می کنند:
تنظیم زنجیره مولکولی کارگردانی: در طی فرآیند پاشش ، هنگامی که PTFE مذاب با دمای بالا روی سطح بستر قلع خنک می شود ، زنجیرهای مولکولی در جهت عمودی چیده می شوند تا یک ساختار خشن در مقیاس نانو تشکیل دهند.
ساختار کامپوزیت میکرو نانو: سطح پوشش با برآمدگی های 50-200 نیوتن متر میکرون و منافذ 10-50 نیوتن متر در مقیاس نانو توزیع می شود. این ساختار باعث می شود زاویه تماس قطره آب به 110 درجه برسد ، بسیار فراتر از سطح آبگریز معمولی (> 90 درجه).
اثر اصطکاک نورد: هنگامی که مایع خورنده با پوشش با پوشش تماس می گیرد ، قطره به دلیل تنش سطح شکل کروی تشکیل می دهد و می تواند با زاویه تمایل تنها 2 درجه به پایین بچرخد و زمان تماس را با بیش از 90 ٪ کاهش دهد.
عدم تحرک شیمیایی PTFE از ساختار کاملاً اشباع کربن فلورین آن ناشی می شود ، که باعث می شود تعامل بین زنجیره های مولکولی بسیار قوی و دشوار باشد که توسط مواد شیمیایی نابود شود. به طور خاص ، به شرح زیر است:
مقاومت در برابر حلال: در حلالهای آلی مانند استون و تتراهیدروفوران ، ترکیب مارپیچی زنجیره مولکولی PTFE پایدار است و میزان از دست دادن جرم پس از 24 ساعت غوطه وری کمتر از 0.1 ٪ است ، که بسیار پایین تر از پوشش های سنتی فلوروکربن (حدود 1 ٪) است.
پایداری اسید و قلیایی: در اسید سولفوریک غلیظ (98 ٪) و هیدروکسید سدیم (30 ٪) ، فقط جذب فیزیکی بسیار کند در سطح PTFE رخ می دهد و هیچ شکستگی پیوند شیمیایی یا تخریب زنجیره مولکولی تشخیص داده نمی شود.
مقاومت در برابر آب و هوا: در محدوده -50 ℃ تا 250 ℃ ، تبلور زنجیره مولکولی PTFE پایدار است و از ترک خوردگی ناشی از انبساط حرارتی جلوگیری می کند.
توانایی خود درمانی پوشش PTFE از ویژگی های حرکت منحصر به فرد زنجیره مولکولی و ساختار منافذ آن ناشی می شود:
مهاجرت زنجیره ای مولکولی: هنگامی که خراش های سطح میکرون روی سطح پوشش ظاهر می شوند ، زنجیره مولکولی PTFE می تواند در جهت خراش تحت استرس مهاجرت کند و به طور خودکار نقص را پر کند.
اثر بافر تخلخل: منافذ سطح میکرون که در پوشش توزیع می شوند ، اجازه می دهد مقدار کمی مایع نفوذ کند ، اما زنجیرهای مولکولی PTFE روی دیواره منافذ تحت فشار مایع دوباره تنظیم می شوند تا یک لایه آب بندی پویا تشکیل دهند.
پاسخگویی به محیط زیست: در یک محیط مرطوب ، مولکول های آب جذب شده بر روی سطح PTFE می توانند باعث افزایش لغزش زنجیرهای مولکولی و تسریع در روند بهبودی شوند.
عملکرد پوشش PTFE به پارامترهای فرآیند پاشش بسیار وابسته است:
پیش درمانی بستر: بستر قلع نیاز به تمیز کردن پلاسما و درمان با ماده اتصال سیلان دارد تا اطمینان حاصل شود که چسبندگی پوشش 8mpa است.
پارامترهای پاشش: از فناوری پاشش پلاسما برای کنترل فاصله پاشش 150 میلی متر ، ولتاژ 80 کیلو ولت و جریان 1.2a استفاده می شود تا یک پوشش متراکم و یکنواخت تشکیل شود.
پس از درمان: پس از پاشش ، پخت و پز درجه حرارت بالا در 350 ℃ برای تبلور کامل زنجیره مولکولی PTFE و بهبود سختی (≥2 ساعت) و مقاومت در برابر پوشیدن پوشش انجام می شود.
برای اطمینان از پایداری عملکرد پوشش ، استانداردهای کنترل کیفیت زیر باید تعیین شود:
یکنواختی ضخامت: انحراف ضخامت پوشش از طریق میکروسکوپ کانفوکال لیزر 1 ± 1 ± ± 1μm است.
کنترل تخلخل: تخلخل با نفوذ جیوه تعیین می شود و مقدار هدف 15 ٪ -20 ٪ برای تعادل آبگریز و توانایی خود درمانی است.
تأیید مقاومت در برابر خوردگی: در یک محیط خوردگی شبیه سازی شده (مانند 1mol/L HoSo₄ 0.1mol/L NaCl) ، تغییر امپدانس پوشش توسط طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) کنترل می شود تا اطمینان حاصل شود که میزان افت امپراتوری در 24 ساعت <5 ٪ است.
تجزیه و تحلیل مکانیسم محافظت از پوشش PTFE
superhydrophobicity خطر خوردگی را از طریق مکانیسم های زیر کاهش می دهد:
اثر گزاف گویی قطره ای: هنگامی که قطرات پر سرعت به روکش برخورد می کنند ، سطح فوق هیدروفوبیک باعث می شود قطرات گزاف گویی برای جلوگیری از خوردگی ضربه.
جداسازی فیلم هوایی: هنگامی که قطرات به پایین می چرخند ، یک فیلم هوایی روی سطح پوشش تشکیل می شود و تماس مستقیم بین محیط خورنده و بستر را مسدود می کند.
عملکرد خود تمیز کردن: آب بدن فوق العاده باعث می شود که آلاینده ها به سطح پوشش چسبیده باشند و بروز خوردگی موضعی را کاهش دهند.
عدم تحرک شیمیایی PTFE به روش های زیر به حلالیت حلال دست می یابد:
محافظ فیزیکی: ساختار پوشش متراکم از نفوذ مولکول های حلال جلوگیری می کند و از خوردگی بستر جلوگیری می کند.
سازگاری مولکولی: فقط یک نیروی ضعیف ون در والس بین PTFE و حلالهای آلی وجود دارد و هیچ واکنش شیمیایی رخ نمی دهد.
ثبات طولانی مدت: پس از 2000 ساعت تماس مداوم با حلالها ، میزان از دست دادن جرم پوشش هنوز کمتر از 0.5 ٪ است.
مکانیسم خود درمانی ، زندگی پوشش را از طریق روشهای زیر گسترش می دهد:
ترمیم میکروکراک: تحت استرس ، زنجیره های مولکولی PTFE به ترک ها مهاجرت می کنند و پیوندهای شیمیایی جدیدی تشکیل می دهند.
آب بندی منافذ: مایع نافذ فشار زیاد موضعی را در منافذ تشکیل می دهد و باعث می شود زنجیرهای مولکولی دوباره از آن استفاده کنند و منافذ را ببندند.
ترمیم ناشی از محیط زیست: در محیط های مرطوب یا با درجه حرارت بالا ، میزان خود درمانی به طور قابل توجهی بهبود می یابد و بیش از 90 ٪ از عملکرد محافظ این پوشش قابل ترمیم است.
مقدار کاربرد پوشش PTFE در شیر بطری D1S2.8
پوشش PTFE شیر بطری را قادر می سازد تا حالت سطح پایدار را در یک محیط خورنده حفظ کند و انحراف دوز از 3 ± به 1 ± کاهش می یابد ، و به طور قابل توجهی دقت تجزیه و تحلیل را بهبود می بخشد.
در سناریوی تجزیه و تحلیل کروماتوگرافی صنعتی شبیه سازی شده ، عمر شیر بطری بدون پوشش 6 ماه است ، در حالی که عمر شیر بطری روکش شده PTFE از 5 سال فراتر می رود و هزینه نگهداری آن 80 ٪ کاهش می یابد.
میدان دارویی: در تهیه نانو داروها ، این پوشش انحراف قطر قطره را از 10 ± تا 3 ± کاهش می دهد و باعث بهبود یکنواختی دارو می شود.
تجزیه و تحلیل شیمیایی: در رابطه با نمونه اتوماتیک ، می تواند 72 ساعت کار مداوم با میزان خرابی کمتر از 0.1 ٪ به دست آورد.
نظارت بر محیط زیست: در نمونه PM2.5 ، مقاومت آب و هوا از پوشش ، دستگاه را قادر می سازد تا ثبات دوز را در محیط های شدید حفظ کند ، با میزان خطای داده کمتر از 2 ٪ .
