Transcript Expertise 41-04142014-020 Beoordeling van de invloed

Expertise
Beoordeling van de invloed van kritische media op thermoplastische kunststoffen
Expertise Nr. 41-04142014-020
Bewerker:
Professie:
Firma:
Straat:
Plaats:
e-mail:
Telefoon
GSM:
Dr. Boris Gibbesch
Dr. rer. nat., Dipl.-Phys, MBA Marketing
NIKK B.V.
Urmonderbaan 22
NL-6167 RD Geleen
[email protected]
+31-46/763 04 05
+31-6/152 997 91
Opdrachtgever:
Firma:
Straat:
Plaats:
e-mail:
Telefoon:
GSM:
Ing. Olaf te Meij
Profilplast B.V.
Economiestraat 3
NL-6135 KV Sittard
[email protected]
+31-6-54347357
Datum opdracht:
Datum expertise:
Pagina‘s:
Foto‘s:
Bijlagen:
4-04-2014
28-04-2014
9
0
0
Aantal kopieën:
3
Expertise Nr. 41-04142014-020
Inhoud
1
Doel/toepassing ........................................................................................................................1
2
Werkdocumenten ....................................................................................................................1
3
Beoordeling en advies .............................................................................................................1
4
3.1
Definitie van kritische media ....................................................................................... 1
3.2
Reactie van kritische media met thermoplastische kunststoffen ........................ 2
3.3
Beoordeling van de chemische resistentie door een “Mediengutachter” en
bepalen van de eisen voor opslagtanks voor kritische media door een
“Sachverständiger” .......................................................................................................... 5
3.3.1
Taak van een Mediengutachter (Materiaaldeskundige) .................................. 5
3.3.2
Taak van een Sachverständiger (Deskundige / Expert)................................... 5
3.3.3
Doel van de Mediengutacher of begeleiding door een Sachverständiger... 5
Literatuur...................................................................................................................................7
Expertise Nr. 41-04142014-020
1
Doel/toepassing
In de laatste vergadering van de Technische Commissie van de Polyplast
(Branchevereniging kunststofbewerkers), waar Olaf te Meij als afgevaardigde van
Profilplast deel van uitmaakt, is de toepassing van kritische media voor
thermoplastische opslagtanks weer aan bod gekomen.
De vraag is gerezen of een externe onafhankelijke deskundige de invloed van
kritische media op thermoplastische kunststoffen kan uitleggen; zodoende is deze
vraag bij het NIKK terecht gekomen.
In het verleden zijn er veel tanks voor de opslag van kritische media gebouwd.
Belangrijk is dat er veel positieve ervaringen met deze opslagtanks zijn mits de tankbouwer op een bepaalde manier de tank produceert.
In dit advies worden de mogelijkheden en risico’s van thermoplastische kunststoffen
voor kritische media belicht en toegelicht. De ervaringen uit Duitsland in combinatie
met het DIBt en de inzet van een “Sachverständigen” (deskundige/expert
gecertificeerd door DIBt) en een “Mediengutachten” (Materiaaldeskundige mbt
chemisch advies) worden eveneens toegelicht.
2
Werkdocumenten
a. DIBt Medienliste September 2011
b. SIMCHEM, SIMONA AG
c. HT Troplast Chemische Beständigkeit
d. DVS 2205-1 BB1 (DVS 2014)
3
Beoordeling en advies
3.1 Definitie van kritische media
Kritische media zijn specifieke agressieve media met bijv. spanningsscheur
verhogende eigenschappen t.o.v. het kunststof materiaal zoals deze bijv. in de
medialijst van het DIBt aangegeven:
Dit zijn onder andere:
Chloorwater Cl2 met H2O
Kaliumhypochloride KOCl (aandeel actief chloor 150 g/l)
Natriumhypochloride NaOCl (aandeel actief chloor 150 g/l)
Salpeterzuur HNO3 55 %
Zwavelzuur H2SO4 > 78 %
Pagina 1 van 7
Expertise Nr. 41-04142014-020
In de praktijk horen alle chemicaliën bij de kritische media die spanningsscheuren
kunnen genereren.
In dit geval spreken we dan van alle oxiderende chemicaliën en oppervlakte actieve
media.
Dit zijn onder andere:
Detergenten
Wasmiddelen
FeCl3
KMnO5
Ozon
Waterstofperoxide
SO3
SO2
Chloor (atomair)
Oplosmiddel
Natronloog
etc.
3.2 Reactie van kritische media op thermoplastische kunststoffen
Er zijn twee reacties op de thermoplastische kunststoffen bekend.
Type één is alleen een invloed van de chemicaliën op de oppervlakte van de kunststof
zonder een chemische reactie. De reactie gebeurt alleen op basis van fysische
interacties, bijv. door tensiden, afwasmiddelen
Doormiddel van het directe contact van een chemische (vloei)stof ontstaat er een
fysische interactie op moleculaire niveau tussen de chemie en de oppervlakte van de
thermoplastische kunststof. De chemie heeft een bepaald elektrisch potentiaal
(elektrische dipool momenten) die de binding van de elektronen in de kunststof
wijzigt. Door de invloed van elektrische potentialen wordt de bindingsenergie in de
kunststofketen verlaagd. Door een mechanische (spannings) belasting die op een
bepaald punt aangrijpt kan een scheur ontstaan.
Als de chemie niet meer aanwezig is of de spanning tot onder de kritische spanning
verlaagd wordt dan is de drijvende kracht voor scheurvorming niet meer aanwezig.
De langzame scheurvorming stopt op dit moment.
Pagina 2 van 7
Expertise Nr. 41-04142014-020
De scheurvorming is natuurlijk ook temperatuur afhankelijk omdat iedere reactie
een arrhenius1 formule volgt. Het kan gebeuren dat de afhankelijkheid niet lineaire
is.
Type twee is een combinatie tussen een chemische aantasting en de
elektromagnetische invloed van de dipool momenten van de chemie. In dit geval is
het moeilijk de invloed van de chemische reactie en de fysische invloed te
onderscheiden, bijv. door oxiderende media zoals H2O2, Cl2, etc.
De thermoplastische kunststof wordt door de chemische (vloei-) stof chemisch
gewijzigd en aanvullend worden de chemische bindingsenergieën van de keten
verlaagd.
Door het verlagen van de bindingsenergieën wordt de chemische resistentie van de
kunststof verlaagd en de chemische reactie met het kritische medium kan beter
plaatsvinden.
Aanvullend wordt door een mechanische trekspanning een scheur gegenereerd.
De scheur ontstaat altijd loodrecht op de spanning richting. Dat is ook een kenmerk
van een spanningsscheur.
Het scheurproces in stappen:
1. Vorming van kleine holle micro ruimten door middel van lokale
spanningsconcentraties na het aanbrengen van een mechanische
trekspanning.
2. Vorming en aansluitende groei tot macroscopische holle ruimten door middel
van het afbreken van chemische intermoleculaire bindingen van de keten.
Vorming van “crazes”(een aandeel of netwerk van microscheurtjes)
3. Vorming van microscheurtjes aangericht door de breuk van fibrillen (kleine
draadvormige molecuul structuur) door de mechanische trekspanning en het
contact met het kritische medium.
4. Uiteindelijk ontstaat een scheur aan de punt van de microscheurtjes. Deze
scheur leidt tot een brosse breuk van de thermoplastische kunststof. Alleen
door het verlagen van de spanning of door het verwijderen van het kritische
medium wordt de groei van de scheur verminderd of helemaal gestopt.
1
* arrhenius formule: De vergelijking van Arrhenius voorspelt in dit geval de mate van chemische
reactie, dat wil zeggen de reactiesnelheid, bij een bepaalde temperatuur, gezien de activeringsenergie
en de kans van succesvolle botsing van moleculen
Pagina 3 van 7
Expertise Nr. 41-04142014-020
Het verlagen van de bindingsenergie van de keten is niet voor alle kritische media
gelijk.
Voor ieder chemisch medium bestaat er een bepaald minimaal spanningsniveau dat
noodzakelijk is om een scheur te vormen.
Vele kritische media werden door HT Troisdorf gemeten en in haar
bestendigheidslijst gepubliceerd.
Voor recentere bestendigheidslijsten van SIMONA AG, Georg Fischer AG of andere
kunststofproducenten is alleen het risico van spanningsscheuren gemeten maar niet
het minimaal benodigde spanningsniveau bepaald.
Pagina 4 van 7
Expertise Nr. 41-04142014-020
3.3
Beoordeling van de chemische resistentie door een “Mediengutachter” en
bepalen van de eisen voor opslagtanks voor kritische media door een
“Sachverständiger”
3.3.1 Taak van een Mediengutachter (Materiaaldeskundige)
De “Mediengutachter” (materiaaldeskundige) geeft een advies m.b.t de chemische
bestendigheid van een (kunststof) materiaal tegen het vermelde chemische medium
afhankelijk van de temperatuur, temperatuur schommelingen en verwachte
levensduur.
3.3.2 Taak van een Sachverständiger (Deskundige / Expert)
De “Sachverständige” (expert) geeft advies m.b.t. de chemische bestendigheid van een
materiaal tegen de vermelde chemicaliën en begeleid normaal gesproken het hele
project.
Onder de begeleiding wordt verstaan: de engineering, planning, uitvoering en
montage.
3.3.3 Doel van de Mediengutacher of begeleiding door een Sachverständiger
De medialijst van het DIBt geeft geen instructies/opmerkingen/beperkingen voor het
bouwen of berekenen van tanks voor kritische media.
Om aan de theoretisch berekende levensduur van een tank te voldoen moeten er
tijdens de bouw en installatie een aantal zaken in acht worden genomen: In eerste
instantie moeten alle omstandigheden van de tank bekend zijn, zoals:
-
Chemie
Temperatuur
Druk
Tankmateriaal
Constructie
Afmetingen
Locatie
Temperatuurwisselingen
Constructie van de lasnaden
Temper procedures (indien noodzakelijk)
Pas als al deze parameters bekend zijn kan beoordeeld worden of de constructie sterk
genoeg is, of het juiste materiaal gekozen is en of verdere voorzieningen nodig zijn
voor de optimale inzet van de tank.
Pagina 5 van 7
Expertise Nr. 41-04142014-020
Normaalgesproken zou een deskundige (Sachverständigen) voor iedere tank (omdat
iedere tank anders is) een advies geven voor:
-
Constructie
Chemische bestendigheid van het tank materiaal
Afminderingsfactoren
Te verwachten levensduur
Maximaal toelaatbare temperatuur
Herkeuringen
Montage van de tank
De deskundige (Sachverständiger) is eindverantwoordelijk voor de juiste constructie
en montage van de tank volgens bestaande normen en goed vakmanschap. Hij
coördineert de tankbouw tot en met de montage en ingebruikname.
Het NIKK beschikt over “Mediengutachter” en “Sachverständigen” die bij
vraagstukken op het gebied van kritische media kunnen worden ingezet.
Pagina 6 van 7
Expertise Nr. 41-04142014-020
4
Literatuur
DVS 2205
DIBt Medienliste September 2011
Bestendigheidslijst HT Troisdorf
Technisches Handbuch Simona AG
Georg Menges: Werkstoffkunde Kunststoffe, Hanser Verlag
Saechtling: Kunststoff Taschenbuch, Hanser Verlag
Gottfried Wilhelm Ehrenstein, Sonja Pongrat: Beständigkeit von Kunststoffen, Carl
Hanser Verlag GmbH & Co. KG; Auflage: 1
Voor verdere vragen sta ik te allen tijde tot uw beschikking.
Vertrouwende u hiermee voldoende mee van dienst te zijn geweest, verblijf ik,
Met vriendelijke groet,
Pagina 7 van 7