选择合适的洁净室隔热材料,以减少有害颗粒物排放

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尽管在设计特点、服装和必要的操作员方案方面有大量的标准和规范,以最大限度地减少洁净室中的颗粒物污染物,但很少或根本没有正式考虑诸如用于隔热的材料所起的作用。在此,Zotefoams plc的T-FIT® Insulation全球开发经理Mike Rust考虑了这些问题,并描述了测试方案,以在洁净室中典型切割和装配操作过程中测量三种不同类型隔热材料的颗粒物成分。

无论在哪里的洁净室进行制造,无论是制药、生物技术还是半导体,环境设计都必须确保产品的安全性和质量。洁净室设计最大限度地减少了引入和循环潜在污染物,控制颗粒物排放对于保持安全、清洁的环境至关重要。

洁净室外壳(墙壁、地板和天花板)的建造遵循严格的工程标准和规范,以保持关于颗粒物释放的空气质量。2016年,经认可的洁净室标准ISO 14644专门扩展到包括“根据悬浮颗粒物浓度评估设备使用的适用性”,尽管其没有扩展到所选材料的选择、测试或易于清洁等重要事项。

 

隔热材料—重要但被忽视

在所有对预防、监控和控制颗粒物的关注中,经常会忽视一个重要方面:隔热材料对颗粒物水平的影响,隔热材料可控制洁净室内部和周围的工艺管道和HVAC设备的表面温度,同时节约能源并为操作员提供个人保护。

无论选择哪种类型的隔热材料,在安装过程中,都必须将其切割至合适尺寸,而且很可能要使其适应紧密受限空间中复杂的管道系统—所有操作都在现场进行。安装后, 隔热材料并不是简单的“安装即忘记”:而是通常会定期检查,因为其拆除是为了便于管道维护和维修。而正是在拆除过程中,传统隔热产品可能会向洁净室环境排放潜在有害颗粒物,从而构成最大的危险。

 

缺乏独立测试

据我们所知,目前还没有经认可的独立测试来比较洁净室中常用的不同隔热材料的颗粒物排放性能—此情况对于负责指定适当隔热解决方案的人毫无帮助。

考虑到上述所有情况,Zotefoams因此委托总部位于英国的领先职业卫生咨询公司Occhnet设计并进行T-FIT Clean泡沫隔热材料的独立测试,该材料由Zotefoams的ZOTEK® F高性能PVDF(聚偏氟乙烯)闭孔泡沫制成。针对两种分别由箔背石棉和带有PVC(聚氯乙烯)护套的柔性开孔三聚氰胺制成的传统隔热产品进行了T-FIT Clean的性能测试。测试测量了材料切割过程中释放到空气中的颗粒物指示浓度。

测试复制了最坏的情况—操作员在洁净室中切割和/或切断隔热材料的情况—模拟在安装和更换维护期间按尺寸切割的操作。

 

测试


图1

将每个隔热材料样品放入装有颗粒物计数器的密封手套箱(参见上图1)。这确保了一旦将测试样品和测试设备放在里面后,不会再有颗粒物进入。手套箱中不包含空气交换或过滤系统。

为了稳定背景颗粒物读数,程序开始时有两分钟的静态期,在此期间手套箱内没有移动。在静态期结束后,每个试件在90°和45°分别进行三次切割。切割持续进行一分钟,然后是两分钟的静态期。

为了测量手套箱内背景颗粒物的任何增加,在0.5、1.0、3.0、5.0和10.0µm的粒度下,以2.83l/m的流速进行µg/m3差分读数。

 

结果

三种材料之间的测量和比较产生的结果值得负责洁净室设计和操作的人员考虑。

T-FIT Clean: 如下图2所示,在静态期的前两分钟,颗粒物数稳步下降。在切割和操作过程中,以及在最后两分钟静态期,颗粒物数持续逐渐减少,表明T-FIT Clean没有排放测量粒度(0.3至10µm)内的颗粒物。Occhnet得出结论,“在切割期间没有可检测到的颗粒物释放。”

 


图2

柔性开孔三聚氰胺: 在对这种通常安装在洁净室中的典型三聚氰胺产品进行切割和操作时,背景颗粒物显著增加,表明这些材料甚至在进行切割前就向环境中添加了大量颗粒物(参见下图3,其中颗粒物计数从200万开始)。Occhnet观察到,如果不压缩材料,则很难实现干净的切割,因为材料会从开孔结构中释放空气,这与颗粒物数量的增加相一致。

 


图3

箔背石棉材料: 颗粒物计数在静态期间是稳定的,但是在开始切割后,颗粒物计数显著增加,尤其是对于较大的颗粒物(如下图4)。根据Occhnet,虽然不压缩样品也可以进行干净的切割,“但材料显得易碎,计数增加表明与材料的切割有关。”

 


Figure 4

应该注意,此材料结合了粘合纤维的胶水,在高温下应用时,很可能会变质,从而增加颗粒物排放随时间而增加的可能性。

独特的制造工艺
—T-FIT为何能超越竞争对手

T-FIT Clean对颗粒物排放的一流控制在于其独特的三阶段泡沫制造工艺,其使用纯氮气作为发泡剂,从而生产出具有非常一致的精细闭孔结构材料。

第1阶段中,将纯PVDF聚合物挤压成固体板,然后通过辐射产生化学键以连接聚合物链(交联)。与非交联材料相比,这会导致优异的热稳定性、高强度和韧性,并且通过辐射交联还能防止通常与热塑性材料相关的收缩。第2阶段应用极高的压力和温度以将氮气溶解到板中。在第3阶段,将氮饱和的板进行第二次高温低压循环,逐渐释放压力,使材料自由膨胀成泡沫片。

其结果是一种精细的、完全闭孔结构,展示了全面的卓越性能,不仅在限制颗粒物排放方面,而且在洁净室隔热效率的所有措施方面。T-FIT Clean还具有很强的抗细菌和霉菌生长能力,其经过ASTM G21测试的零真菌生长性能为产品污染风险提供长期保护。与开孔材料相比,T-FIT更有效地限制了水分和气体的渗透,因为没有可让物质通过的连续网络。

对于高温环境,T-FIT Clean提供了堪称典范的消防安全证书。根据ASTM E84对材料表面燃烧特性的规定,T-FIT Clean在3mm处的等级为0/0(火焰蔓延指数/发烟指数),是所有聚合物/弹性体隔热材料中火焰、烟雾和毒性最低的等级。

从-80 oC到+160 oC的较宽工作温度范围,加上材料的耐用性,确保了热性能长期保持不受影响,即使在冷却过程温度和高清洗温度(就地清洗、就地消毒)之间的反复循环也是如此。

通过免费试用安装来测试最佳性能
通过免费试用安装T-FIT Clean,T-FIT为客户提供了在“真实世界”的洁净室条件下“测试最佳状态”的机会。如需申请试用,或了解关于对比测试的更多信息,请联系我们 t-fitsales@zotefoams.com 或访问 https://t-fit.cn