As placas de aquecimento de PTFE podem sofrer ataques químicos? Compreendendo os limites da resistência química?

Uma placa de aquecimento de PTFE usada em um reator químico especializado deveria durar anos sem problemas. Depois de apenas 14 meses, uma verificação da superfície mostrou que ela estava uniformemente branca, tinha rachaduras finas e estava ficando mais quebradiça. O fluido do processo-ácido nítrico concentrado a 180 graus -foi verificado em relação às tabelas de compatibilidade convencionais e não houve danos mecânicos ou queima-seca. Os operadores não conseguiam acreditar: o PTFE é considerado quimicamente inerte por todos. Mas a forma como o material se decompôs mostrou claramente que estava a ser atacado lentamente por produtos químicos. Em laboratórios e fábricas, isto acontece repetidamente porque o PTFE é tão inerte que as pessoas pensam que pode lidar com qualquer situação. Para evitar erros dispendiosos, os engenheiros de processo e especificadores de materiais precisam saber exatamente o que esse incrível fluoropolímero pode ou não fazer.

O PTFE é muito resistente a produtos químicos porque tem uma estrutura de carbono-flúor muito estável e uma estrutura não{1}}polar com a qual a maioria das coisas não consegue molhar ou se conectar. O PTFE pode lidar com quase qualquer solvente industrial, ácido, base ou gás sem qualquer interação observável em temperaturas moderadas, que geralmente estão abaixo de 150 graus. Assim, as tabelas de compatibilidade mostram milhares de substâncias como “excelentes” ou “sem ataque”. Esse desempenho o torna amplamente utilizado em placas de aquecimento para ambientes corrosivos ou de alta-pureza.

Quando a temperatura sobe, o quadro muda bastante. Acima de 200 graus, a maior mobilidade molecular permite que algumas espécies agressivas atravessem a superfície e comecem a decompô-la. Existem três tipos principais de perigos que se destacam nas falhas relatadas.

Ácidos oxidantes muito concentrados e próximos do limite de uso contínuo mais alto do PTFE (260 graus) causam oxidação superficial lenta, mas cumulativa. O ácido nítrico fumegante, o ácido perclórico aquecido ou as misturas com halogênios livres removem os átomos de flúor, o que cria defeitos de carbonila e carboxila que tornam a matriz quebradiça. A taxa sobe rapidamente quando a temperatura chega perto de 250 graus. Os ácidos diluídos não são perigosos por longos períodos de tempo, mas quando são misturados com altas concentrações, altas temperaturas e longos períodos de tempo, tornam-se instáveis.

Substâncias fluorantes como gás flúor elementar, trifluoreto de cloro ou difluoreto de xenônio reagem violentamente mesmo quando não está muito quente. Esses produtos químicos adicionam ou removem flúor, que quebra rapidamente as correntes e desgasta as superfícies. A 150 graus, ter cerca de 5–10% de flúor em nitrogênio pode causar danos óbvios em poucas horas.

Quando o sódio e o potássio são derretidos e aquecidos acima de 300 graus, eles desfluoram rapidamente o PTFE, produzindo fluoretos metálicos e deixando para trás um carvão-rico em carbono. Em situações raras, mas conhecidas, alguns halogenetos metálicos ou enxofre fundido a temperaturas muito elevadas apresentam um comportamento agressivo comparável.

O ataque químico deixa marcas bem diferentes dos danos mecânicos ou térmicos. O branqueamento da superfície mostra que micro{1}}vazios estão se formando e a luz está se espalhando porque os cristais estão mudando. Após a cisão da corrente, a placa torna-se quebradiça e rígida, aumentando a probabilidade de quebrar quando se expande normalmente. A perda de peso ou o afinamento da parede que podem ser medidos mostram que o material foi removido. Em circunstâncias extremas, a corrosão microscópica ou a separação intergranular ocorrem sem a característica de carbonização ou derretimento do superaquecimento.

Estas exceções são muito diferentes da maioria dos compostos industriais. Ácido sulfúrico até 98% a 200 graus, ácido clorídrico, soluções de hidróxido de sódio e a maioria dos solventes orgânicos não se decompõem com o tempo. O envelope de concentração-de temperatura é a principal diferença. A faixa de desempenho do PTFE é muito grande, mas não infinita.

Para verificar a compatibilidade, você precisa de mais do que apenas gráficos genéricos. A maioria dos estudos publicados mostra imersão-de curto prazo à temperatura ambiente ou em um ponto alto. Os engenheiros precisam ter certeza de que a concentração, a temperatura, o tempo de exposição e quaisquer vestígios de contaminantes sejam iguais às condições reais. “Resistente” e “compatível” não significam a mesma coisa. Um material que passa em um teste de resistência de sete{5}}dias pode quebrar com o tempo quando estiver próximo dos limites de temperatura. Em ambientes industriais, a fonte mais comum de ataques químicos reais em placas de aquecimento de PTFE é utilizá-las em temperaturas muito altas com produtos químicos oxidantes poderosos.

O teste de imersão sob condições de processo simuladas ainda é a maneira mais confiável de confirmar aplicações limítrofes, que são aquelas que funcionam dentro de 20 a 30 graus do máximo relatado ou que usam oxidantes poderosos. Mostre amostras de PTFE por 30, 90 e 180 dias e depois faça análise gravimétrica, teste de tração e microscopia. Resultados positivos-pouca mudança no peso, flexibilidade mantida e nenhum ataque de superfície-apoiam o uso contínuo. Se a degradação for observável, serão necessários diferentes materiais ou alterações no processo.

O PTFE é bastante resistente, mas nenhuma substância é completamente onipresente. Ataque químico, quebra de PTFE, agentes oxidantes, restrições de temperatura e verificações de compatibilidade são coisas que podem fazer com que o serviço falhe muito cedo. Conhecer esses limites impede o uso indevido e mantém o equipamento capital seguro. Para processos que estão próximos ou acima dos limites publicados, a análise de dados de compatibilidade detalhados ou a realização de testes de imersão direcionados pode confirmar que o PTFE é adequado e que sua excelente resistência química levará ao desempenho longo e previsível que os engenheiros de processo e especificadores de materiais esperam.