純水的輸送管材概論9完美版

1、18.2 M Q純水的輸送管材概論一、純水的等級與規(guī)范 AAMI Hemodialysis Grade Water ASTM Reage nt Grade Water ASTM Electronics Grade Water CAP Reagent Grade Water Cell Culture Water USP Grade Water工業(yè)上使用的純水， 以電子級純水的純度要求最高。 4”晶圓廠對純水的純度要求為 12M Q ， 6”晶圓廠提升至16 M Q。到了 8”晶圓廠，它對純水的純度要求驟然提升到 18.2 M Q。今 日的12”晶圓廠，LCD TFT廠等均使用18.2 M Q的純

2、水。用來標(biāo)示純水純度等級的導(dǎo)電度與電阻的關(guān)系如表一所示。 電子廠 ASTM D 5127-99 規(guī)范的電子級純水標(biāo)準(zhǔn)如表二所示。由超純水設(shè)備制造出來的純水，需要通過管道(pipeline) 輸送到工廠內(nèi)的任一用戶點(diǎn)(POU)。所以如何讓制造完成的純水不受任何污染而可以有效輸送到需求的使用端，是一件 很重要的工作。所有的管材都會將其所含的物質(zhì)釋放出來， 以金屬管最嚴(yán)重， 再加上腐蝕因素， 完全不 適合作為純水管道的管材。即使所謂的SUS304, SUS304L，或SUS316L等，都不能用來輸送高純度的純水。 因?yàn)椴讳P鋼材質(zhì)與純水之間的過氧化 ( rouge ) 作用會產(chǎn)生銹蝕的針孔腐 蝕( p

3、itting ) 效應(yīng)，除了污染水質(zhì)外， 也會造成管道的泄漏。 所以，嚴(yán)格來說水的導(dǎo)電度在 1 M Q以下，不銹鋼材質(zhì)的管材是可以被接受的；而水的導(dǎo)電度在1M Q以上時，不銹鋼材質(zhì)的管材是不可以被接受的。塑料管與純水之間沒有過氧化 ( rouge ) 作用產(chǎn)生銹蝕的問題，只有管材本身釋放( leaching )重金屬離子等不純物質(zhì)污染水質(zhì)的問題。下面的圖一可以說明各種材質(zhì)塑料管本身從管壁釋放 ( leaching )不純物質(zhì)的比較， 當(dāng)然管壁釋放 ( leaching )不純物質(zhì)的量愈少，愈符合我們的需求。需要特別注意的是：相同 管材，因制造供應(yīng)廠商的差異不同，管壁釋放( leaching )

4、不純物質(zhì)的量也不同。所以，以下本文所提及的 ABS 管需要 AS 規(guī)范的 ABS 管； PVDF 管需要 Solvay 的 PVDF 樹脂生產(chǎn)的 PVDF 管。非 AS 規(guī)范的 ABS 管及 Solvay 的 PVDF 樹脂生產(chǎn)的 PVDF 管，都不是本文所探討與使用的對象。OOtffooLtaisfiocfi00/1££8HZ“99"00?05C001Of8£££8乙K61tl8t乙£口9180to800>00幀 oip 乜?rwuxoiddy001 OK OCE OOf OOf 009 OOi 008 006 ff

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8、關(guān)系 可以確保管內(nèi)18.2 M Q的水質(zhì)穩(wěn)定之管材僅有Solvay 的PVDF與AS規(guī)范的ABS兩種，而PVDF的樹脂原料必須由 Solvay供應(yīng)才會有表二的條件；至于ABS則需要符合AS(Australia Standard) 規(guī)范的ABS塑鋼管，才有上述性質(zhì)。圖二為依照PVDF純水管材樹脂原料主要供貨商比利時Solvay公司的論文報(bào)告，AS規(guī)范的ABS管跟其生產(chǎn)的PVDF管在輸送18.2 M Q超純水系統(tǒng)上是同等級且可以相互 比較的。從這個圖可以得出以下的結(jié)論：(1) ABS管與PVDF管的內(nèi)壁釋放物極少?？梢跃S持管內(nèi)流體的TOC值穩(wěn)定，符合標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定。(2) ABS管的初次消毒殺菌時間是

9、 PVDF管的2倍至2.5倍。此點(diǎn)需要注意的是 ABS管的制造生產(chǎn)，如果在潔凈的無塵室內(nèi)生產(chǎn)制造，然后予以密封包裝，則該圖的曲線只有PVDF的曲線一條。換言之， ABS的曲線與PVDF的曲線相似，無法分出彼此。(3) 在很嚴(yán)格的用戶點(diǎn)(POU)，因?yàn)闊o法允許較長的消毒殺菌時間，所以無法選用一般未包裝的ABS管。如果用戶點(diǎn)(POU)，可以允許較長的消毒殺菌時間時，當(dāng)然ABS管的選用是最正確的，最符合經(jīng)濟(jì)效益價值的一種18.2M Q超純水管材。如果用戶點(diǎn)(POU)無法允許較長的消毒殺菌時間時，一次側(cè)用PVDF管；二次側(cè)則使用ABS管。如果用戶點(diǎn)(POU)允許較長的消毒殺菌時間時，一次側(cè)、二次側(cè)全部

10、都可以使用 ABS管輸送18.2 M Q的超純水。當(dāng)然，在潔凈的無塵室內(nèi)生產(chǎn)制造ABS管的成本增加不少，不論ABS管生產(chǎn)成本如何增加，都比PVDF低廉。因?yàn)锳BS管應(yīng)用范圍廣、價格低廉，不像PVDF管的用途受限與價格昂貴；所以一般而言，ABS管的生產(chǎn)制造不會在潔凈的無塵室內(nèi)生產(chǎn)制造。這是ABS管使用在18.2M Q超純水輸送時，初期的殺菌消毒時間比PVDF管要長2至3倍的原因。(5) ABS管與PVDF管的材質(zhì)都是純度很高的材料，當(dāng)管內(nèi)的水經(jīng)過一段時間的循環(huán)之后，管內(nèi)水質(zhì)TOC值下降到一定值之后， 即保持穩(wěn)定的TOC值，無須受溫度及流速的影響而改 變TOC值。至于PVC管，UPVC管或Clea

11、n PVC管都無法讓管內(nèi)的水質(zhì)長期維持穩(wěn)定的 TOC 值。(6) PVC管材的加工，受金屬穩(wěn)定劑或重金屬穩(wěn)定劑添加種類而影響。雖然Clean PVC號稱潔凈PVC，整體觀之，Clean PVC的金屬釋放物質(zhì)仍然存在，只是量微小而矣！ 需知道PVC的材質(zhì)特性并不因 PVC制程改變而改變其釋放不純物的性質(zhì)。因?yàn)樗械募?xì)菌類以重金屬 離子為食物鏈(foodchain )，只要管材釋放金屬離子到水中，水中的細(xì)菌就會快速滋生(growth)。所以，當(dāng)純水條件超過10M Q以上 16M Q，如果繼續(xù)使用PVC材質(zhì)的管材輸送時， 水質(zhì)的TOC值逐漸升高，當(dāng)純水送到用戶點(diǎn)，TOC值會超過需求標(biāo)準(zhǔn)值很多。雖然在

12、 16MQ條件下，有人稱PVC可以做到該條件，可是運(yùn)質(zhì)TOC的影響很大，管內(nèi)需要適時的清潔 殺菌，水溫與流速的管理等等，這在ABS與轉(zhuǎn)成本(operational cost )提升甚多，因?yàn)樗疁嘏c循環(huán)的流速對水 PVDF是不需要的。管材的透光性，讓水中的細(xì)菌容易滋生。所以輸送水的管材是以灰色(medium gray )為基本色(pipecolour)，管子以灰色、黑色或其它深顏色作為產(chǎn)品的外觀顏色的原因就在此。話說回來，為何 PVDF的管子系淺白色而可以用來輸送18.2 M Q超純水呢？這個原因就涉及塑料管的一項(xiàng)重要應(yīng)用數(shù)據(jù)dielectric value ，稱之為介電值或介電系數(shù)對塑料管而言

13、，介電值越大，表示該材質(zhì)的純度越高，沒有二次污染的問題。各塑料管的介電值如下表三所示:表三Dielectric Con sta nt for PVDF,ABS,PVC (baed on ASTM D257 at 30°C)CharacteristicsPVDFABSPVCDielectric Con sta nt無單位> 5.6> 3.2> 2.3Volume ResistivityOhm /m15> 10> 3 .5 X 10 1610Surface ResistivityKVmm> 10030 4517從表三 的管材介電值或介電系數(shù)而言，PVC

14、的條件遠(yuǎn)低于PVDF與ABS。 這樣的數(shù)據(jù)很明顯說明了 PVC材質(zhì)的管子不適合高純度的純水輸送應(yīng)用。二、18.2 M Q純水輸送管材的發(fā)展歷程18.2 M Q純水的基本水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)度18.2 M Q - cm , 25 CNaCl< 0.004 ppmTOC< 30 ppb細(xì)菌< 1 colonyPer 10 millilitresABS管與PVDF管都是行之多年的超純水管材， 16 M Q以下兩者都是在市場上可靠使 用的管材。自從18.2 M Q的純水開發(fā)出來之后， ABS管與PVDF管在系統(tǒng)的殺菌消毒時間 上有些許差異，即 ABS管的消毒殺菌時間比 PVDF管略長

15、。這個原因說明如下：(1) PVDF材質(zhì)昂貴，用途受限極為狹窄。所以PVDF用于純水的應(yīng)用時，管材在無塵室內(nèi)生產(chǎn)制造。出廠時把PVDF管子兩端給予密圭寸，所以現(xiàn)場施工再以氮?dú)饷芄绱缡┕け３止軆?nèi)之潔凈度，這是 PVDF管消毒殺菌時間短的主因。ABS管的應(yīng)用范圍廣泛，本身的潔凈度極高，應(yīng)用于超純水的管材無須如此大費(fèi)周章。 只要在運(yùn)轉(zhuǎn)前做妥清潔、殺菌及消毒的工作，純水系統(tǒng)沒有二次污染，水中的細(xì)菌很厭惡ABS材質(zhì)，永不附著管壁。所以，只要ABS管在工廠生產(chǎn)時，將管材在無塵室內(nèi)生產(chǎn)制造。出廠時把 ABS管子兩端給予密封，如此來，ABS管的消毒殺菌時間與 PVDF管的消毒殺菌時間是不相上下，不分軒輊的。近

16、年來，有廠商改善PVC管制程用的鉛系穩(wěn)定劑、鈣系穩(wěn)定劑等重金屬穩(wěn)定劑的使用。改以低溶出的錫金屬做安定劑，雖然沒有大量重金屬離子釋放，但仍有小量金屬離子不斷釋出。其中有廠商將該制程的 PVC管冠以耀眼的商業(yè)名Clean PVC，特別強(qiáng)調(diào)可以輸送18.2M Q的純水。需知PVC就是PVC,絕對沒有無毒、潔凈的PVC。就長時間的運(yùn)轉(zhuǎn)效應(yīng)，Clean PVC微量的金屬釋放，將造成運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用額外龐大的負(fù)擔(dān)，使用者均不查。由于PVC材質(zhì)之天性，細(xì)菌和微生物嗜食 PVC,并以PVC為食物鏈的狀況，并非Clean PVC所能解決或避免，只是徒增處理與管理系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)成本而矣！又殺菌消毒過程使用的H 2 O 2媒介

17、，對PVC管內(nèi)壁之腐蝕，PVC材料組織之傷害等無人檢討。茲以日本積水公司Clean PVC重金屬的溶出與 ABS，PVDF之條件比較如下：注1單線框內(nèi)的數(shù)據(jù)，根據(jù)日本積水公司 （Sekisui ）超純水用” Eslon pipe"技術(shù)數(shù)據(jù)（4 / e ）， Page 10之表為基礎(chǔ)。注2.粗黑線框內(nèi)的數(shù)據(jù)，根據(jù)單線框內(nèi)的數(shù)據(jù)做基礎(chǔ)， 將AS3518-1的ABS管，Solvay PVDF 管以及Natural PP管并入一起討論比較。注3.管路入口的純水導(dǎo)電度0.8卩s / cm。注4.管內(nèi)壁的光滑度比較，如表五所示。線框內(nèi)的數(shù)據(jù)，根據(jù)日本積水公司 （Sekisui ）超純水用” Es

18、lon pipe"技術(shù)數(shù)據(jù)（4 / e ）, Page 20之表為基礎(chǔ)。（2）粗黑線框內(nèi)的數(shù)據(jù)，根據(jù)單線框內(nèi)的數(shù)據(jù)做基礎(chǔ)，將AS3518-1的ABS管，SolvayPVDF管以及 Natural PP管并入一起討論比較。4 嘶i 1Pfe pptCi10a 臥pptMs PPb15日0S5碼5>5>ett 7VC3GS3 9$>515 B1.4Am5?PVC3GB142?5?5- 芒15 H12A加PP30 B12A215?14-E15 B-5>5>5>PVTF弭EJ 32>!>5>5>so-E23A145>5>-SUB二 5j IA鴨2S3AS 3511-115 H0 S皿30 S0 BSOLVXi'15 B:2:£0 3-NATURAL15 B0 3-p?B 3-歡m & S空 乂工st朮心司J逛MX1J-電軌PF心PP40PVC3總5U5BiAS5S134AB51jSolvayPVDFI jNami