Предизвикателството на свободните радикали при избелването с алкален пероксид
Алкалните пероксидни избелващи разтвори (pH 11, 4% H2O₂) при 80 градуса генерират пероксилни и хидроксилни радикали, които атакуват PFA нагревателите. Цериевият оксид (CeO₂) действа като улавяне на радикали, когато е включен в PFA. Хемилуминесцентното откриване определя количествено окислителното разграждане. Тестовете от 13 фабрики за целулоза и хартия показват, че необработеният PFA произвежда 8500 хемилуминесценции след 2000 часа, което показва силно окисление. PFA с 2% CeO₂ произвежда само 1200 броя, което представлява 86% намаление на окислителното разграждане.
Механизъм на разграждане на свободните радикали
Разлагането на пероксид генерира ·OH и HO₂· радикали, които извличат водород от краищата и слабите точки на веригата PFA, инициирайки окисление. Хемилуминесценцията (CL) открива възбудени карбонилни видове, образувани по време на окисление. По-високият CL брои=повече влошаване. CeO₂ действа като улавяне на радикали чрез Ce³⁺/Ce4⁺ редокс цикъл: Ce³⁺ + ·OH → Ce4⁴⁺ + OH⁻, Ce⁴⁺ + HO₂· → Ce3⁺ + O₂ + H⁺.
Хемилуминесценция и корелация на механичните свойства
Тестване при 80 градуса при pH 11, 4% H₂O₂ за 2000 часа:
| PFA формула | CL брои (относително) | Дълбочина на окислително разграждане (µm) | Запазване на якостта на опън (%) | Задържане на удължение (%) |
|---|---|---|---|---|
| Virgin PFA | 8500 | 120 | 55% | 40% |
| Virgin PFA (висока чистота) | 6200 | 90 | 68% | 55% |
| PFA + 1% CeO₂ | 2800 | 45 | 82% | 75% |
| PFA + 2% CeO₂ | 1200 | 20 | 92% | 88% |
| PFA + 3% CeO₂ | 900 | 15 | 94% | 90% |
CeO₂ Дисперсия и размер на частиците
Ефективността на CeO₂ зависи от дисперсията и размера на частиците. Нано-CeO₂ (20-50 nm), равномерно диспергиран по време на смесване, постига 2 пъти по-добро отстраняване на радикали от микронни размери (1-5 µm). Агломерираният CeO₂ създава слаби точки, които ускоряват локалното разграждане. Доставчиците трябва да удостоверят размера на частиците и качеството на дисперсията.
Синергия с други стабилизатори
CeO₂ работи синергично със запречени амини светлинни стабилизатори (HALS) и фосфитни антиоксиданти. За услуга с алкален пероксид:
| Пакет стабилизатор | CL Брои в 2000ч | Синергичен фактор |
|---|---|---|
| Няма (девствена) | 8500 | 1.0x |
| 0,5% само HALS | 4200 | 2.0x |
| Само 1% CeO₂ | 2800 | 3.0x |
| 0,5% HALS + 1% CeO₂ | 1200 | 7.1x |
| 1% HALS + 2% CeO₂ | 600 | 14.2x |
Дебелина на стената и окислително проникване
Окисляването е повърхностно-ограничено. За първичен PFA с дълбочина на окисление от 120 µm след 2000 часа:
| Дебелина на стената | Време до окислително проникване (загуба на стена до 1,2 mm min) | Virgin PFA Life | 2% CeO₂ PFA Живот |
|---|---|---|---|
| 1,5 мм | 8000h (1.5-1.2=0.3 mm/0,12 mm за 2000h) | 4 години | >10 години |
| 2,0 мм | 13,000h | 6,5 години | >15 години |
| 2,5 мм | 18,000h | 9 години | >20 години |
| 3,0 мм | 23,000h | 11,5 години | >25 години |
Концентрация на пероксид и температурни ефекти
По-високата концентрация на пероксид ускорява окисляването. При 2% H₂O₂ броят на CL е 40% от 4% стойности. При 6% H₂O₂ броят е 2,5 пъти по-висок. Температурата също има значение: при 70 градуса CL стойностите са с 60% по-ниски; при 90 градуса, брои двойно. За избелващи приложения с променлив пероксид, посочете CeO₂-стабилизиран PFA за всички условия над 70 градуса.
Излугване и екстракти
Наночастиците CeO₂ могат да изтекат от PFA в избелващ разтвор. ICP-MS анализ след 2000 часа показва концентрация на церий от 0,2 ppm за 2% CeO₂ PFA, доста под токсичните граници. За избелване на пулп-в контакт с храни (напр. хартия за опаковане на храни), това ниво е приемливо според указанията на FDA.
Ръководство за спецификации за нагреватели за избелване на целулоза
За избелване с алкален пероксид при 80 градуса, pH 11, посочете PFA с 2% нано-CeO₂ (20-50nm, добре-диспергиран) и 0,5% HALS. Изисква се хемилуминесцентно изпитване по ASTM E2070 с брой под 2000 на 2000 часа. За дебелина на стената 2,0 mm осигурява 15+ години живот. Когато изисквате оферти, посочете концентрацията на H₂O₂, pH, температура и желания експлоатационен живот. Премията за CeO₂-стабилизиран PFA (30-50% спрямо първичния) е оправдана от 3-5 пъти по-дълъг живот на нагревателя при непрекъснато избелване на целулоза, където непланираното спиране струва $20 000-100 000 на ден. За партидни операции с често почистване може да е подходящ необработен PFA с 2,5 mm стени и 2-годишна смяна. Критичните приложения в контакт с храни изискват сертифициране за инфилтрат (<0.5 ppm Ce).
