金属仕上げ工場では、5 か月の使用後に PTFE 浸漬ヒーターをアルカリ洗浄タンクから取り出しました。シースの表面は硬いガラス質のフィルムで覆われており、希酸による除去に耐えられました。メンテナンス チームはフィルムを剥がすためにノミを使用する必要があり、PTFE が数カ所でえぐられてしまいました。フィルムは普通の炭酸カルシウムスケールではありませんでした。ヒーター表面に珪酸塩ガラスが溶けてしまったのです。
ケイ酸ガラス膜は、PTFE 浸漬ヒーターに見られる最も粘り強い堆積物の 1 つです。これらは、緩衝、腐食防止、汚れの懸濁に使用される一般的な添加剤であるケイ酸ナトリウムを含むアルカリ性洗浄浴で生成します。ケイ酸塩は高温の表面上で重合して、PTFE に化学的に結合するガラスのような層を形成します。-。
高温の表面にケイ酸塩膜が形成される理由
ケイ酸ナトリウムは酸化ナトリウムと二酸化ケイ素の混合物です。溶液中ではケイ酸イオンとして存在します。溶液が高温の表面に接触すると、ケイ酸塩が重合します。-ケイ酸イオンが結合して長い鎖とネットワークを形成します。重合は温度と高温表面での水の蒸発によって引き起こされます。
重合したケイ酸塩は、硬く、耐薬品性があり、表面にしっかりと結合したフィルムを形成します。ケイ酸塩がさらに堆積すると、膜は成長します。時間の経過とともに厚みが増し、ガラスのようになります。-機械的なかみ合いによって付着する炭酸塩スケールとは異なり、ケイ酸塩フィルムは PTFE 表面に化学的に結合します。
| ケイ酸塩濃度 | 浴槽の温度 | シース表面温度 | 成膜速度 | 1mmフィルムまでの時間 |
|---|---|---|---|---|
| 1–2% | 60度 | 75度 | 低い | 6～12か月 |
| 2–4% | 70度 | 85度 | 適度 | 3～6ヶ月 |
| 4–6% | 75度 | 95度 | 高い | 6～12週間 |
| >6% | 80度 | 105度以上 | 非常に高い | 3～6週間 |
濃度とシース温度の関数としてのケイ酸塩膜形成速度
ケイ酸塩膜が炭酸塩スケールよりも有害である理由
炭酸塩スケールは比較的柔らかく、多孔質です。機械的な連動と弱いファンデルワールス力によって接着します。希酸はそれを溶解しますが、その下の PTFE 表面は通常無傷です。
ケイ酸塩膜は異なります。これらは硬く、緻密で、PTFE に化学的に結合しています。ケイ酸塩ネットワークはポリマー表面と共有結合を形成します。フィルムは酸に溶けません。アルカリ洗浄または機械的除去が必要です。
機械的除去-スクレーピング、チゼル加工、またはブラスト加工-を行うと、PTFE に損傷を与え、将来の膜形成のための核生成サイトが形成されます。損傷した領域は、元の滑らかな表面よりもケイ酸塩結合を受容しやすくなります。
シース表面温度の役割
ケイ酸塩の重合速度は温度とともに増加します。 10 度上昇するごとに、その速度は約 2 倍になります。表面温度 95 度で動作するヒーターは、85 度のヒーターに比べて 2 倍の速さでケイ酸塩膜を形成します。
表面温度はワット密度と流れの状態によって異なります。適度に撹拌されたバス内で 1.4 W/cm2 で動作するヒーターの表面温度は、本体より 15 ～ 20 度高い場合があります。 0.9 W/cm2 のヒーターの表面温度は、本体よりわずか 10 ～ 12 度高い可能性があります。ワット密度が低いと表面温度が下がり、膜の形成が遅くなります。
ケイ酸塩膜の形成の防止
最も効果的な防止はシースの表面温度を下げることです。ワット密度が低いと表面が低温に保たれ、重合速度が遅くなります。 0.9 W/cm2 で動作するヒーターでは、1 mm のフィルムを形成するのに 1.4 W/cm2 のヒーターの 2 倍の時間がかかる場合があります。
表面が研磨されるとケイ酸塩膜の密着力が低下します。滑らかな表面では、核形成サイトが少なくなり、機械的結合が少なくなります。研磨された表面は、標準的な表面と比較して、クリーニング間隔を 30 ～ 50% 延長します。
定期的なクリーニングにより、フィルムが厚く粘り強くなる前に除去されます。厚いフィルムよりも薄いフィルムの方が剥がしやすいです。清掃間隔は、固定カレンダーではなく、検査結果に基づいて決定する必要があります。
| 防止策 | 膜形成への影響 | 実装 |
|---|---|---|
| 低いワット密度、0.9 W/cm² | より遅い重合 | ヒーター設計 |
| 研磨面 | 付着力の低下 | ヒーター仕上げ |
| 定期的な清掃 | 厚膜化を防止 | メンテナンススケジュール |
| ケイ酸塩濃度の低減 | より低い堆積速度 | バス化学制御 |
アルカリ性洗剤におけるケイ酸塩皮膜形成の防止対策
ヒーターにダメージを与えずにケイ酸塩膜を洗浄
ケイ酸塩膜は酸には溶解しません。アルカリ洗浄または機械的除去が必要です。
アルカリ性の洗浄液-通常、50～60 度の 5～10% 水酸化ナトリウム-を使用すると、ケイ酸塩膜を柔らかくしてブラシで取り除くことができます。洗浄液はフィルムとの接触を維持するために循環または撹拌する必要があります。洗浄後にヒーターを検査し、フィルムが除去されていることを確認する必要があります。
機械的な除去は最後の手段としてください。機械的に除去する必要がある場合は、プラスチック製のスクレーパーまたは柔らかいブラシを使用してください。 PTFE を損傷する可能性があるため、ワイヤー ブラシ、金属スクレーパー、研磨パッドは使用しないでください。
ケイ酸塩膜が仕様上の問題を示している場合
定期的に洗浄してもヒーターに厚いケイ酸塩膜が形成される場合は、ヒーターが浴の化学薬品に対して高すぎるワット密度で動作していることを示しています。ワット密度が低く、表面が研磨され、表面積が大きいカスタム PTFE 浸漬ヒーター構成により、ケイ酸塩堆積の根本原因に対処します。仕様プロセスでは、浴の化学的性質、ケイ酸塩濃度、動作温度、および必要なワット数が必要です。ケイ酸塩-を含むアルカリ性クリーナーを使用する施設の場合、この用途に特化したアプローチにより膜の形成が減少し、ヒーターの耐用年数が延長されます。-
