Korrosion an verfahrenstechnischen Apparaten hat gleich mehrere unerwünschte Folgen. Einerseits der Schaden am Apparat selbst, andererseits der Eintrag von Metallionen in Prozessmedien. Mit modifiziertem PTFE können Anlagen vor Korrosion und Medien vor Verunreinigung geschützt werden. Die chemische Beständigkeit sowie der Einsatzbereich von -250 bis 260 °C und die sehr hohe Reinheit erlauben einen breiten Einsatz des Werkstoffs.
Dr. Michael Schlipf
Neue und schnellere Prozesse verlangen häufig nach höherer chemischer und thermischer Beständigkeit der Apparate und Behälter. Verbesserte Produkteigenschaften und höhere Produktionsausbeuten können nur mit sauberen und reinen Anlagen realisiert werden. Diese Forderungen lassen sich oft nur durch den Einsatz von Fluorpolymeren erfüllen.
Bei Fluorpolymeren wird zwischen teil- und vollfluorierten Kunststoffen unterschieden. Teilfluorierte Kunststoffe (z. B. PVDF, ECTFE) sind wegen ihrer relativ guten Verarbeitbarkeit weit verbreitet. Ihre chemische und thermische Beständigkeit ist jedoch eingeschränkt. Vollfluorierte Kunststoffe (z. B. TFMTM-PTFE, PTFE, PFA, FEP) zeigen hingegen eine nahezu uneingeschränkte chemische Beständigkeit. Aus der Reihe der vollfluorierten Polymere eignet sich das modifizierte PTFE aufgrund seines außergewöhnlichen Eigenschaftsprofils besonders für den Korrosionsschutz im modernen Chemieanlagenbau.
Molekülgerüst von modifiziertem PTFE
Modifiziertes PTFE (z.B. TFMTM-PTFE) ist seit einigen Jahren weltweit als Folienauskleidung, lose eingebracht oder im Festverbund, im Einsatz. Durch Copolymerisation mit einer geringen Menge eines ebenfalls perfluorierten Modifiers, Perfluorpropylvinylether (PPVE), und Absenkung des Molekulargewichtes entsteht ein neues Produkt, das zwar noch nach den für PTFE üblichen Methoden verarbeitet wird, das aber ein deutlich verbessertes Eigenschaftsprofil aufweist. Zusätzlich zu den für PTFE typischen Eigenschaften wie nahezu universelle Chemikalienbeständigkeit, breiter Temperatureinsatzbereich von -250 bis 260 °C, hohe Reinheit, keine Alterungstendenzen, ausgezeichneter Isolator, sind für modifiziertes PTFE noch folgende Eigenschaftvorteile charakteristisch:
- reduzierter Kaltfluss
- verringerte Permeation
- reduziertes Porenvolumen
- niedrigerer Stretch-Void-Index (SVI), der auch nach Formgebungsprozessen ein dichtes Polymergefüge garantiert
Zusätzlich konnten noch weitere Eigenschaften des Fluorthermoplasten PFA, wie die Verschweißbarkeit, bei modifiziertem PTFE realisiert werden.
Minimale Permeation und extreme Reinheit
Modifiziertes PTFE weist gegenüber klassischem PTFE in fast allen Fällen geringere Permeationswerte auf. Bei Temperaturen oberhalb von etwa 80 °C sind die Permeationswerte von modifiziertem PTFE gegenüber aggressiven Chemikalien, als Beispiel sei HCl genannt, geringer als bei den vollfluorierten Thermoplasten PFA und FEP. Für die Auskleidung von Behältern werden Halbzeuge wie Laminate mit Glasgewebe- oder Kohlefaserrücken oder auch Rohre eingesetzt. Eine Auskleidung kann nur langlebig sein, wenn neben der richtigen Auswahl des Polymers auch die fachgerechte Verarbeitung garantiert ist. Spannungen in den Halbzeugen müssen minimal gehalten werden. Ein Vorteil der Sintertechnik ist die Tatsache, dass der Auskleidungswerkstoff kaum mit Metallionen verunreinigt wird. Demgegenüber weisen mittels Extrusion verarbeitete Fluorthermoplaste einen relativ hohen Fremdionenanteil auf. Der Grund: Fluorpolymerschmelzen können während der Verarbeitung in geringem Umfang Flusssäure, HF, abspalten. Diese aggressive Säure kann Schnecke und Zylinder des Extruders angreifen und Metallionen lösen, die dann in die Polymerschmelze eingetragen werden. Diese Art der Fremdionen-Verunreinigung ist tief und kann über Jahre hinweg einen langsamen Ionenaustrag zur Folge haben. Bei der Verarbeitung von modifiziertem PTFE wird dieser Effekt nicht beobachtet.
Maßgeschneiderte mechanische Eigenschaften
Für die mechanischen Eigenschaften des PTFE-Werkstoffs hat das Verhältnis von amorphem zu kristallinem Anteil großen Einfluss. Dieses kann über die Verarbeitung gezielt eingestellt werden. Für Anwendungen, bei denen eine hohe Biegewechselfestigkeit gefordert ist, wird ein hoher Amorphanteil, für Anwendungen, in denen geringe Permeation gefordert ist, ein hoher Kristallitanteil eingestellt. Hier ist der Dialog mit dem Endanwender und das Wissen des PTFE-Verarbeiters gefragt. Je nach Anforderungsprofil muss die geeignete Verarbeitung gewählt werden.
PTFE und modifiziertes PTFE sind ausgezeichnet elektrisch isolierende Kunststoffe. Für bestimmte Anwendungen im Lösemittelbereich oder wenn besondere Anforderungen hinsichtlich Explosionsschutz (Atex-Richtlinie) gestellt werden, können diese Werkstoffe durch Zugabe geringer Mengen an Leitpigmenten auch elektrostatisch ableitend eingestellt werden.
Nach dem Einbringen der Auskleidungslaminate und deren Verklebung mit dem Stahlbehälter müssen die einzelnen Segmente miteinander verschweißt werden. Hierzu stehen verschiedene Schweißverfahren zur Verfügung. Ein Beispiel ist das Heißgasverschweißen mittels PFA-Raute und anschließendem Aufbringen eines Abdeckstreifens. Je nach Spaltbreite, Laminatstärke oder Größe der V-Nut kann dabei wahlweise mit einer oder mehreren PFA-Rauten gearbeitet werden. Als Abdeckstreifen hat sich dabei ein Laminat aus modifiziertem PTFE mit PFA-Unterseite bestens bewährt.
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