Dalam bidang analisis kimia, biofarmasi dan penelitian dan pengembangan material, ancaman korosivitas pelarut terhadap kinerja peralatan menjadi semakin menonjol. Ketika katup botol aluminium tradisional bersentuhan dengan asam yang kuat (seperti asam sulfat pekat), alkali yang kuat (seperti natrium hidroksida) dan pelarut organik (seperti aseton), mereka rentan terhadap korosi, pelapisan pelapis atau degradasi properti mekanis, yang mengakibatkan pengurangan akurasi dosis dan bahkan kegagalan peralatan. D1S2.8 120MCL dosis aluminium cangkir katup botol kuantitatif satu inci memperkenalkan lapisan polytetrafluoroethylene (PTFE), mulai dari sifat intrinsik material, untuk membangun sistem perlindungan aktif untuk lingkungan korosif, memberikan solusi baru untuk peralatan pengukuran presisi.
Ikatan C-F yang kuat dari rantai molekul PTFE memberikan energi permukaan yang sangat rendah (sekitar 18mn/m), yang merupakan dasar fisik inti untuk mencapai superhidrofobisitas. Dalam lapisan 10μm, rantai molekuler PTFE bekerja bersama melalui mekanisme berikut:
Susunan rantai molekul terarah: Selama proses penyemprotan, ketika PTFE cair suhu tinggi mendingin pada permukaan substrat timah, rantai molekul diatur dalam arah vertikal untuk membentuk struktur kasar skala nano.
Struktur Komposit Mikro-Nano: Permukaan pelapis didistribusikan dengan tonjolan skala mikron 50-200nm dan pori-pori skala nano 10-50nm. Struktur ini membuat sudut kontak tetesan air mencapai 110 °, jauh melebihi permukaan hidrofobik biasa (> 90 °).
Efek gesekan bergulir: Ketika cairan korosif menghubungi lapisan, tetesan membentuk bentuk bola karena tegangan permukaan, dan dapat bergulir pada sudut kemiringan hanya 2 °, mengurangi waktu kontak dengan substrat lebih dari 90%.
Kelembaman kimia PTFE berasal dari struktur karbon-fluorin yang sepenuhnya jenuh, yang membuat interaksi antara rantai molekuler sangat kuat dan sulit dihancurkan oleh bahan kimia. Secara khusus, itu dimanifestasikan sebagai berikut:
Resistensi pelarut: Dalam pelarut organik seperti aseton dan tetrahydrofuran, konformasi heliks dari rantai molekul PTFE tetap stabil, dan tingkat kehilangan massa setelah 24 jam perendaman kurang dari 0,1%, yang jauh lebih rendah daripada pelapis fluorokarbon tradisional (sekitar 1%).
Stabilitas asam dan alkali: Pada asam sulfat pekat (98%) dan natrium hidroksida (30%), hanya adsorpsi fisik yang sangat lambat terjadi pada permukaan PTFE, dan tidak ada kerusakan ikatan kimia atau degradasi rantai molekul yang terdeteksi.
Resistensi cuaca: Dalam kisaran -50 ℃ hingga 250 ℃, kristalinitas rantai molekul PTFE tetap stabil, menghindari pelapisan retak yang disebabkan oleh ekspansi termal.
Kemampuan penyembuhan diri dari lapisan PTFE berasal dari karakteristik gerak rantai molekulnya yang unik dan struktur pori:
Migrasi rantai molekuler: Ketika goresan tingkat mikron muncul di permukaan lapisan, rantai molekul PTFE dapat bermigrasi di sepanjang arah awal di bawah tekanan dan secara otomatis mengisi cacat.
Efek buffering porositas: Pori-pori tingkat mikron yang didistribusikan dalam lapisan memungkinkan sejumlah kecil cairan untuk menembus, tetapi rantai molekul PTFE pada dinding pori diatur ulang di bawah tekanan cair untuk membentuk lapisan penyegelan dinamis.
Respon Lingkungan: Dalam lingkungan yang lembab, molekul air yang diadsorpsi pada permukaan PTFE dapat mempromosikan selip rantai molekuler dan mempercepat proses penyembuhan diri.
Kinerja lapisan PTFE sangat tergantung pada parameter proses penyemprotan:
Pretreatment Substrat: Substrat timah harus dibersihkan plasma dan diobati dengan agen kopling silan untuk memastikan bahwa adhesi lapisan adalah ≥8MPA.
Parameter penyemprotan: Teknologi penyemprotan plasma digunakan untuk mengontrol jarak penyemprotan 150mm, tegangan 80kV, dan arus 1.2A untuk membentuk lapisan yang padat dan seragam.
Pasca perawatan: Setelah penyemprotan, sintering suhu tinggi pada 350 ℃ dilakukan untuk sepenuhnya mengkristal rantai molekul PTFE dan meningkatkan kekerasan (≥2 jam) dan ketahanan aus lapisan.
Untuk memastikan stabilitas kinerja pelapisan, standar kontrol kualitas berikut perlu ditetapkan:
Keseragaman ketebalan: Deviasi ketebalan lapisan adalah ≤ ± 1μm melalui mikroskop confocal laser.
Kontrol porositas: Porositas ditentukan oleh intrusi merkuri, dan nilai target adalah 15% -20% untuk menyeimbangkan hidrofobisitas dan kemampuan penyembuhan diri.
Verifikasi Resistansi Korosi: Dalam lingkungan korosi yang disimulasikan (seperti 1mol/L H₂SO₄ 0,1mol/L NaCl), perubahan impedansi lapisan dipantau dengan spektroskopi impedansi elektrokimia (EIS) untuk memastikan bahwa laju penurunan impedansi adalah <5% dalam 24 jam.
Analisis mekanisme perlindungan pelapisan PTFE
Superhidrofobisitas mengurangi risiko korosi melalui mekanisme berikut:
Efek bouncing tetesan: Ketika tetesan berkecepatan tinggi mengenai lapisan, permukaan superhidrofobik menyebabkan tetesan memantul untuk menghindari korosi dampak.
Isolasi film udara: Ketika tetesan bergulir ke bawah, sebuah film udara terbentuk di permukaan pelapis, menghalangi kontak langsung antara media korosif dan substrat.
Fungsi Pembersihan Mandiri: Superhidrofobisitas menyulitkan polutan untuk melekat pada permukaan lapisan, mengurangi terjadinya korosi lokal.
Kelembaman kimia PTFE mencapai perlindungan pelarut dengan cara -cara berikut:
Perisai fisik: Struktur pelapisan padat mencegah molekul pelarut dari penetrasi dan menghindari korosi substrat.
Kompatibilitas Molekul: Hanya ada gaya van der Waals yang lemah antara PTFE dan pelarut organik, dan tidak ada reaksi kimia yang terjadi.
Stabilitas jangka panjang: Setelah 2000 jam kontak terus menerus dengan pelarut, tingkat kehilangan massa lapisan masih kurang dari 0,5%.
Mekanisme penyembuhan diri memperluas kehidupan pelapis melalui cara-cara berikut:
Perbaikan Microcrack: Di bawah tekanan, rantai molekul PTFE bermigrasi ke retakan dan membentuk ikatan kimia baru.
Penyegelan pori: Cairan yang menembus membentuk tekanan tinggi lokal di pori -pori, mendorong rantai molekul untuk mengatur ulang dan menutup pori -pori.
Perbaikan yang diinduksi lingkungan: Dalam lingkungan yang lembab atau suhu tinggi, laju penyembuhan diri secara signifikan meningkat, dan lebih dari 90% kinerja pelindung lapisan dapat dipulihkan.
Nilai aplikasi pelapisan PTFE di D1S2.8 Katup Botol
Lapisan PTFE memungkinkan katup botol untuk mempertahankan keadaan permukaan yang stabil di lingkungan korosif, dan penyimpangan dosis berkurang dari ± 3% menjadi ± 1%, secara signifikan meningkatkan akurasi analisis.
Dalam skenario analisis kromatografi industri yang disimulasikan, kehidupan katup botol yang tidak dilapisi adalah 6 bulan, sedangkan umur katup botol yang dilapisi PTFE melebihi 5 tahun, dan biaya pemeliharaan berkurang sebesar 80%.
Lapangan Farmasi: Dalam persiapan narkoba nano, lapisan mengurangi penyimpangan diameter tetesan dari ± 10% menjadi ± 3%, meningkatkan keseragaman obat.
Analisis Kimia: Sehubungan dengan sampler otomatis, dapat mencapai 72 jam operasi kontinu dengan tingkat kegagalan kurang dari 0,1%.
Pemantauan Lingkungan: Di PM2.5 Sampler, ketahanan cuaca lapisan memungkinkan perangkat untuk mempertahankan stabilitas dosis di lingkungan yang ekstrem, dengan tingkat kesalahan data kurang dari 2%.
