Trong các lĩnh vực phân tích hóa học, dược phẩm sinh học và nghiên cứu và phát triển vật liệu, mối đe dọa ăn mòn dung môi đối với hiệu suất thiết bị ngày càng trở nên nổi bật. Khi các van chai nhôm truyền thống tiếp xúc với các axit mạnh (như axit sunfuric cô đặc), kiềm mạnh (như natri hydroxit) và dung môi hữu cơ (như acetone), chúng dễ bị ăn mòn bề mặt, lớp vỏ bị hỏng. Van chai bằng nhôm một liều D1S2.8 120mCl Cup một lớp bình định một lớp phủ Polytetrafluoroethylen (PTFE), bắt đầu từ các tính chất nội tại của vật liệu, để xây dựng một hệ thống bảo vệ hoạt động cho môi trường ăn mòn, cung cấp một giải pháp mới cho thiết bị tổng hợp chính xác.
Liên kết C-F mạnh mẽ của chuỗi phân tử PTFE mang lại cho nó một năng lượng bề mặt cực thấp (khoảng 18 triệu/m), đây là cơ sở vật lý cốt lõi để đạt được tính siêu thấm nước. Trong lớp phủ 10μM, các chuỗi phân tử PTFE phối hợp với nhau thông qua các cơ chế sau:
Sự sắp xếp chuỗi phân tử được định hướng: Trong quá trình phun, khi PTFE nóng chảy ở nhiệt độ cao làm mát trên bề mặt của chất nền thiếc, các chuỗi phân tử được sắp xếp theo hướng thẳng đứng để tạo thành cấu trúc thô quy mô nano.
Cấu trúc tổng hợp Micro-Nano: Bề mặt lớp phủ được phân phối với các phần nhô ra ở quy mô micron 50-200Nm và các lỗ chân lông quy mô nano 10-50nm. Cấu trúc này làm cho góc tiếp xúc giọt nước đạt 110 °, vượt xa bề mặt kỵ nước thông thường (> 90 °).
Hiệu ứng ma sát lăn: Khi chất lỏng ăn mòn tiếp xúc với lớp phủ, giọt nước tạo thành hình dạng hình cầu do sức căng bề mặt và có thể lăn xuống ở góc nghiêng chỉ 2 °, làm giảm thời gian tiếp xúc với chất nền xuống hơn 90%.
Độ trơ hóa học của PTFE đến từ cấu trúc carbon-fluorine bão hòa hoàn toàn của nó, làm cho sự tương tác giữa các chuỗi phân tử cực kỳ mạnh và khó bị phá hủy bởi các hóa chất. Cụ thể, nó được biểu hiện như sau:
Kháng dung môi: Trong các dung môi hữu cơ như acetone và tetrahydrofuran, cấu trúc xoắn ốc của chuỗi phân tử PTFE vẫn ổn định và tốc độ mất khối lượng sau 24 giờ ngâm nhỏ hơn 0,1%, thấp hơn nhiều so với lớp phủ fluorocarbon truyền thống (khoảng 1%).
Độ ổn định của axit và kiềm: trong axit sunfuric cô đặc (98%) và natri hydroxit (30%), chỉ có sự hấp phụ vật lý rất chậm xảy ra trên bề mặt PTFE và không phát hiện thấy sự phá vỡ liên kết hóa học hoặc phân hủy chuỗi phân tử.
Khả năng kháng thời tiết: Trong phạm vi -50 đến 250, độ kết tinh của chuỗi phân tử PTFE vẫn ổn định, tránh bị nứt lớp phủ do sự giãn nở nhiệt.
Khả năng tự phục hồi của lớp phủ PTFE bắt nguồn từ các đặc điểm chuyển động chuỗi phân tử độc đáo và cấu trúc lỗ rỗng:
Di chuyển chuỗi phân tử: Khi các vết trầy xước ở cấp độ micron xuất hiện trên bề mặt của lớp phủ, chuỗi phân tử PTFE có thể di chuyển dọc theo hướng đầu dưới ứng suất và tự động lấp đầy khuyết tật.
Hiệu ứng đệm độ xốp: Các lỗ chân lông ở cấp độ micron được phân phối trong lớp phủ cho phép một lượng nhỏ chất lỏng xâm nhập, nhưng các chuỗi phân tử PTFE trên thành lỗ chân lông được sắp xếp lại dưới áp suất chất lỏng để tạo thành một lớp niêm phong động.
Khả năng đáp ứng môi trường: Trong môi trường ẩm ướt, các phân tử nước được hấp phụ trên bề mặt PTFE có thể thúc đẩy sự trượt của chuỗi phân tử và tăng tốc quá trình tự phục hồi.
Hiệu suất của lớp phủ PTFE phụ thuộc rất nhiều vào các thông số quá trình phun:
Tiền xử lý cơ chất: Chất nền thiếc cần được làm sạch và xử lý huyết tương bằng tác nhân ghép silane để đảm bảo rằng độ bám dính của lớp phủ là ≥8MPa.
Các thông số phun: Công nghệ phun plasma được sử dụng để kiểm soát khoảng cách phun 150mm, điện áp 80kV và dòng điện 1.2A để tạo thành lớp phủ dày đặc và đồng đều.
Sau xử lý: Sau khi phun, thiêu kết nhiệt độ cao ở mức 350 được thực hiện để kết tinh hoàn toàn chuỗi phân tử PTFE và cải thiện độ cứng (≥2H) và điện trở hao mòn của lớp phủ.
Để đảm bảo sự ổn định của hiệu suất lớp phủ, các tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng sau đây cần được thiết lập:
Độ đồng đều độ dày: Độ lệch độ dày của lớp phủ là ≤ ± 1μm thông qua kính hiển vi đồng tiêu laser.
Kiểm soát độ xốp: Độ xốp được xác định bởi sự xâm nhập của thủy ngân và giá trị mục tiêu là 15% -20% để cân bằng tính kỵ nước và khả năng tự phục hồi.
Xác minh kháng ăn mòn: Trong môi trường ăn mòn mô phỏng (chẳng hạn như NaCl 1mol/L h ₂so₄ 0,1mol/L), sự thay đổi trở kháng của lớp phủ được theo dõi bằng quang phổ trở kháng điện hóa (EIS) để đảm bảo rằng tốc độ giảm trở kháng là <5% trong 24 giờ.
Phân tích cơ chế bảo vệ của lớp phủ PTFE
Superydrophobicity làm giảm nguy cơ ăn mòn thông qua các cơ chế sau:
Hiệu ứng độ nảy của giọt: Khi các giọt tốc độ cao chạm vào lớp phủ, bề mặt siêu thấm nước làm cho các giọt bị nảy để tránh ăn mòn tác động.
Sự cô lập màng không khí: Khi các giọt lăn xuống, một màng không khí được hình thành trên bề mặt lớp phủ, chặn tiếp xúc trực tiếp giữa môi trường ăn mòn và chất nền.
Chức năng tự làm sạch: Superhydrophobity gây khó khăn cho các chất ô nhiễm khi tuân thủ bề mặt lớp phủ, làm giảm sự xuất hiện của sự ăn mòn cục bộ.
Sự trơ hóa học của PTFE đạt được bảo vệ dung môi theo những cách sau:
Vật lý che chắn: Cấu trúc lớp phủ dày đặc ngăn các phân tử dung môi xâm nhập và tránh ăn mòn chất nền.
Khả năng tương thích phân tử: Chỉ có lực Van der Waals yếu giữa PTFE và dung môi hữu cơ, và không có phản ứng hóa học xảy ra.
Tính ổn định dài hạn: Sau 2000 giờ tiếp xúc liên tục với dung môi, tốc độ mất khối lượng lớp phủ vẫn còn ít hơn 0,5%.
Cơ chế tự phục hồi mở rộng tuổi thọ phủ thông qua các cách sau:
Sửa chữa Microcrack: Dưới căng thẳng, chuỗi phân tử PTFE di chuyển đến các vết nứt và hình thành các liên kết hóa học mới.
Niêm phong lỗ chân lông: Chất lỏng xâm nhập hình thành áp suất cao cục bộ trong lỗ chân lông, khiến các chuỗi phân tử sắp xếp lại và đóng lỗ chân lông.
Sửa chữa môi trường: Trong môi trường ẩm ướt hoặc nhiệt độ cao, tốc độ tự phục hồi được cải thiện đáng kể và hơn 90% hiệu suất bảo vệ của lớp phủ có thể được khôi phục.
Giá trị ứng dụng của lớp phủ PTFE trong Van chai D1S2.8
Lớp phủ PTFE cho phép van chai duy trì trạng thái bề mặt ổn định trong môi trường ăn mòn và độ lệch liều giảm từ ± 3% xuống ± 1%, cải thiện đáng kể độ chính xác của phân tích.
Trong kịch bản phân tích sắc ký công nghiệp mô phỏng, tuổi thọ của van chai không tráng phủ là 6 tháng, trong khi tuổi thọ của van chai được phủ PTFE vượt quá 5 năm và chi phí bảo trì giảm 80%.
Lĩnh vực dược phẩm: Trong việc chuẩn bị các loại thuốc nano, lớp phủ làm giảm độ lệch đường kính giọt từ ± 10% xuống ± 3%, cải thiện tính đồng nhất của thuốc.
Phân tích hóa học: Kết hợp với bộ lấy mẫu tự động, nó có thể đạt được 72 giờ hoạt động liên tục với tỷ lệ thất bại dưới 0,1%.
Giám sát môi trường: Trong bộ lấy mẫu PM2.5, điện trở thời tiết của lớp phủ cho phép thiết bị duy trì độ ổn định liều lượng trong môi trường khắc nghiệt, với tỷ lệ lỗi dữ liệu dưới 2%.
