Un'officina di finitura dei metalli ha ritirato un riscaldatore a immersione in PTFE da un serbatoio di pulizia alcalina dopo cinque mesi di servizio. La superficie della guaina era ricoperta da una pellicola dura e vetrosa che resisteva alla rimozione da parte dell'acido diluito. La squadra di manutenzione ha dovuto utilizzare uno scalpello per rompere la pellicola, che ha perforato il PTFE in diversi punti. La pellicola non era una normale scaglia di carbonato di calcio. Era un vetro di silicato che si era fuso sulla superficie del riscaldatore.
Le pellicole di vetro silicato sono tra i depositi più tenaci presenti sui riscaldatori ad immersione in PTFE. Si formano in bagni di pulizia alcalini che contengono silicato di sodio, un additivo comune utilizzato per tamponare, inibire la corrosione e sospendere il terreno. Il silicato polimerizza sulle superfici calde per formare uno strato simile al vetro- che si lega chimicamente al PTFE.
Perché si formano pellicole di silicato sulle superfici calde
Il silicato di sodio è una miscela di ossido di sodio e biossido di silicio. In soluzione esiste come ioni silicato. Quando la soluzione entra in contatto con una superficie calda, il silicato polimerizza-gli ioni silicato si uniscono per formare lunghe catene e reti. La polimerizzazione è guidata dalla temperatura e dall'evaporazione dell'acqua sulla superficie calda.
Il silicato polimerizzato forma una pellicola dura, chimicamente resistente e strettamente legata alla superficie. Il film cresce man mano che si depositano più silicati. Diventa più spesso e più simile al vetro-col tempo. A differenza delle incrostazioni di carbonato, che aderiscono tramite incastro meccanico, le pellicole di silicato si legano chimicamente alla superficie del PTFE.
| Concentrazione di silicati | Temperatura del bagno | Temperatura superficiale della guaina | Tasso di formazione del film | Tempo per la pellicola da 1 mm |
|---|---|---|---|---|
| 1–2% | 60 gradi | 75 gradi | Basso | 6–12 mesi |
| 2–4% | 70 gradi | 85 gradi | Moderare | 3–6 mesi |
| 4–6% | 75 gradi | 95 gradi | Alto | 6-12 settimane |
| >6% | 80 gradi | 105 gradi + | Molto alto | 3–6 settimane |
Velocità di formazione del film di silicato in funzione della concentrazione e della temperatura della guaina
Perché i film di silicato sono più dannosi delle incrostazioni di carbonato
Le scaglie di carbonato sono relativamente morbide e porose. Aderisce tramite incastro meccanico e deboli forze di van der Waals. L'acido diluito lo dissolve e la superficie sottostante del PTFE è solitamente intatta.
I film di silicato sono diversi. Sono duri, densi e legati chimicamente al PTFE. La rete di silicati forma legami covalenti con la superficie del polimero. Il film non si dissolve in acido. Richiede pulizia alcalina o rimozione meccanica.
La rimozione meccanica-raschiatura, cesellatura o sabbiatura abrasiva-danneggia il PTFE e crea siti di nucleazione per la futura formazione della pellicola. Le aree danneggiate sono più ricettive all'incollaggio dei silicati rispetto alla superficie liscia originale.
Il ruolo della temperatura superficiale della guaina
La velocità di polimerizzazione del silicato aumenta con la temperatura. Ogni aumento di 10 gradi raddoppia all'incirca la velocità. Un riscaldatore che funziona a una temperatura superficiale di 95 gradi forma una pellicola di silicato due volte più velocemente di uno a 85 gradi.
La temperatura superficiale dipende dalla densità di watt e dalle condizioni del flusso. Un riscaldatore funzionante a 1,4 W/cm² in un bagno moderatamente agitato può avere una temperatura superficiale di 15–20 gradi superiore a quella della massa. Un riscaldatore da 0,9 W/cm² può avere una temperatura superficiale solo di 10–12 gradi superiore a quella della massa. La minore densità di watt riduce la temperatura superficiale e rallenta la formazione del film.
Prevenire la formazione di film di silicato
La prevenzione più efficace è ridurre la temperatura superficiale della guaina. Una densità di watt inferiore mantiene la superficie più fresca e rallenta la velocità di polimerizzazione. Un riscaldatore che funziona a 0,9 W/cm² può impiegare il doppio del tempo per formare una pellicola da 1 mm rispetto a uno a 1,4 W/cm².
Una superficie lucida riduce la forza di adesione del film di silicato. Una superficie liscia fornisce meno siti di nucleazione e meno incastri meccanici. Le superfici lucidate prolungano l'intervallo di pulizia del 30–50% rispetto alle superfici standard.
Una pulizia regolare rimuove la pellicola prima che diventi spessa e tenace. Una pellicola sottile è più facile da rimuovere rispetto a una spessa. L'intervallo di pulizia dovrebbe basarsi sui risultati dell'ispezione e non su un calendario fisso.
| Misura di prevenzione | Effetto sulla formazione del film | Attuazione |
|---|---|---|
| Densità di watt inferiore, 0,9 W/cm² | Polimerizzazione più lenta | Progettazione del riscaldatore |
| Superficie lucida | Adesione ridotta | Finitura riscaldatore |
| Pulizia regolare | Previene la formazione di film spessi | Programma di manutenzione |
| Ridotta concentrazione di silicati | Tasso di deposizione più basso | Controllo chimico del bagno |
Misure di prevenzione per la formazione di film di silicato nei detergenti alcalini
Pulizia delle pellicole di silicato senza danneggiare il riscaldatore
I film di silicato non si dissolvono nell'acido. Richiedono una pulizia alcalina o una rimozione meccanica.
Una soluzione detergente alcalina-tipicamente al 5–10% di idrossido di sodio a 50–60 gradi -può ammorbidire la pellicola di silicato e consentirne la rimozione con una spazzola. La soluzione detergente deve essere fatta circolare o agitata per mantenere il contatto con la pellicola. Il riscaldatore deve essere ispezionato dopo la pulizia per confermare che la pellicola sia stata rimossa.
La rimozione meccanica dovrebbe essere l’ultima risorsa. Se è necessaria la rimozione meccanica, utilizzare un raschietto in plastica o una spazzola morbida. Non utilizzare spazzole metalliche, raschietti metallici o spugnette abrasive, che danneggeranno il PTFE.
Quando la pellicola di silicato indica un problema di specifiche
Un riscaldatore che sviluppa spessi film di silicato nonostante la pulizia regolare indica che il riscaldatore funziona a una densità di watt troppo elevata per i prodotti chimici del bagno. Una configurazione personalizzata del riscaldatore a immersione in PTFE con una densità di watt inferiore, una superficie lucida e un'area superficiale più ampia affronta la causa principale della deposizione di silicati. Il processo di specifica richiede la chimica del bagno, la concentrazione di silicati, la temperatura operativa e la potenza richiesta. Per le strutture con detergenti alcalini contenenti silicati-, questo approccio specifico per l'applicazione-riduce la formazione di film e prolunga la durata di servizio del riscaldatore.
