Un atelier de finition métallique a retiré un thermoplongeur en PTFE d'un réservoir de nettoyage alcalin après cinq mois de service. La surface de la gaine était recouverte d'un film dur et vitreux qui résistait au retrait par un acide dilué. L'équipe de maintenance a dû utiliser un ciseau pour briser le film, ce qui a creusé le PTFE à plusieurs endroits. Le film n’était pas du tartre de carbonate de calcium ordinaire. Il s'agissait d'un verre de silicate qui avait fondu sur la surface du radiateur.
Les films de verre silicaté font partie des dépôts les plus tenaces trouvés sur les thermoplongeurs en PTFE. Ils se forment dans des bains de nettoyage alcalins contenant du silicate de sodium, un additif couramment utilisé pour le tampon, l'inhibition de la corrosion et la suspension des salissures. Le silicate polymérise sur les surfaces chaudes pour former une couche semblable à du verre-qui se lie chimiquement au PTFE.
Pourquoi des films de silicate se forment sur les surfaces chaudes
Le silicate de sodium est un mélange d'oxyde de sodium et de dioxyde de silicium. En solution, il existe sous forme d’ions silicates. Lorsque la solution entre en contact avec une surface chaude, le silicate polymérise-les ions silicate se lient entre eux pour former de longues chaînes et réseaux. La polymérisation est pilotée par la température et par l'évaporation de l'eau à la surface chaude.
Le silicate polymérisé forme un film dur, résistant aux produits chimiques et étroitement lié à la surface. Le film se développe au fur et à mesure des dépôts de silicate. Il devient plus épais et ressemble plus à du verre-avec le temps. Contrairement au tartre carbonaté, qui adhère par verrouillage mécanique, les films de silicate se lient chimiquement à la surface du PTFE.
| Concentration de silicate | Température du bain | Température de surface de la gaine | Taux de formation du film | Temps jusqu'à un film de 1 mm |
|---|---|---|---|---|
| 1–2% | 60 degrés | 75 degrés | Faible | 6 à 12 mois |
| 2–4% | 70 degrés | 85 degrés | Modéré | 3 à 6 mois |
| 4–6% | 75 degrés | 95 degrés | Haut | 6 à 12 semaines |
| >6% | 80 degrés | 105 degrés + | Très élevé | 3 à 6 semaines |
Taux de formation de film de silicate en fonction de la concentration et de la température de la gaine
Pourquoi les films de silicate sont plus dommageables que les dépôts de carbonate
Le calcaire est relativement mou et poreux. Il adhère par verrouillage mécanique et par de faibles forces de Van der Waals. L'acide dilué le dissout et la surface en PTFE située en dessous est généralement intacte.
Les films de silicate sont différents. Ils sont durs, denses et liés chimiquement au PTFE. Le réseau de silicate forme des liaisons covalentes avec la surface du polymère. Le film ne se dissout pas dans l'acide. Il nécessite un nettoyage alcalin ou une élimination mécanique.
L'élimination mécanique-grattage, burinage ou sablage abrasif-endommage le PTFE et crée des sites de nucléation pour la formation future d'un film. Les zones endommagées sont plus réceptives à la liaison silicatée que la surface lisse d’origine.
Le rôle de la température de surface de la gaine
La vitesse de polymérisation des silicates augmente avec la température. Chaque augmentation de 10 degrés double environ le taux. Un appareil de chauffage fonctionnant à une température de surface de 95 degrés forme un film de silicate deux fois plus vite qu'un appareil à 85 degrés.
La température de surface dépend de la densité en watts et des conditions d'écoulement. Un appareil de chauffage fonctionnant à 1,4 W/cm² dans un bain modérément agité peut avoir une température de surface de 15 à 20 degrés supérieure à la température ambiante. Un appareil de chauffage à 0,9 W/cm² peut avoir une température de surface de seulement 10 à 12 degrés au-dessus de la masse. La densité de puissance inférieure réduit la température de surface et ralentit la formation du film.
Prévenir la formation d'un film de silicate
La prévention la plus efficace consiste à réduire la température de la surface de la gaine. Une densité de watts plus faible maintient la surface plus fraîche et ralentit le taux de polymérisation. Un radiateur fonctionnant à 0,9 W/cm² peut prendre deux fois plus de temps pour former un film de 1 mm qu'un radiateur fonctionnant à 1,4 W/cm².
Une surface polie réduit la force d'adhérence du film de silicate. Une surface lisse offre moins de sites de nucléation et moins de verrouillage mécanique. Les surfaces polies prolongent l'intervalle de nettoyage de 30 à 50 % par rapport aux surfaces standard.
Un nettoyage régulier élimine le film avant qu'il ne devienne épais et tenace. Un film fin est plus facile à enlever qu'un film épais. L'intervalle de nettoyage doit être basé sur les résultats de l'inspection et non sur un calendrier fixe.
| Mesure de prévention | Effet sur la formation du film | Mise en œuvre |
|---|---|---|
| Densité de puissance inférieure, 0,9 W/cm² | Polymérisation plus lente | Conception du chauffage |
| Surface polie | Adhérence réduite | Finition du radiateur |
| Nettoyage régulier | Empêche le film épais | Calendrier d'entretien |
| Concentration réduite en silicate | Taux de dépôt inférieur | Contrôle chimique du bain |
Mesures de prévention contre la formation de films de silicate dans les nettoyants alcalins
Nettoyer les films de silicate sans endommager le radiateur
Les films de silicate ne se dissolvent pas dans l'acide. Ils nécessitent un nettoyage alcalin ou une élimination mécanique.
Une solution de nettoyage alcaline-généralement 5 à 10 % d'hydroxyde de sodium à 50 à 60 degrés -peut ramollir le film de silicate et lui permettre d'être brossé. La solution de nettoyage doit circuler ou être agitée pour maintenir le contact avec le film. Le radiateur doit être inspecté après le nettoyage pour confirmer que le film a été retiré.
L'élimination mécanique doit être un dernier recours. Si un retrait mécanique est nécessaire, utilisez un grattoir en plastique ou une brosse douce. N'utilisez pas de brosses métalliques, de grattoirs métalliques ou de tampons abrasifs, car cela endommagerait le PTFE.
Quand le film de silicate indique un problème de spécification
Un appareil de chauffage qui développe d'épais films de silicate malgré un nettoyage régulier indique que l'appareil de chauffage fonctionne à une densité en watts trop élevée pour la chimie du bain. Une configuration personnalisée de thermoplongeur en PTFE avec une densité de watts inférieure, une surface polie et une plus grande surface s'attaque à la cause profonde du dépôt de silicate. Le processus de spécification nécessite la chimie du bain, la concentration en silicate, la température de fonctionnement et la puissance requise. Pour les installations utilisant des nettoyants alcalins contenant des silicates-, cette approche spécifique à l'application-réduit la formation de film et prolonge la durée de vie du réchauffeur.
