Εισαγωγή
Εξωτερικές επιδράσεις όπως η υπεριώδης ακτινοβολία (φως), η θερμοκρασία, το ατμοσφαιρικό οξυγόνο ή τα χημικά/βιολογικά μέσα οδηγούν σε πρόωρη γήρανση των υλικών, με αποτέλεσμα την αλλαγή των χημικών και φυσικών ιδιοτήτων τους. Οι κατάλληλοι αναστολείς γήρανσης (σταθεροποιητές) επιβραδύνουν τη διαδικασία γήρανσης και παρατείνουν την περίοδο επαγωγής, δηλαδή το χρονικό διάστημα που προηγείται της έναρξης της θερμοοξειδωτικής αποσύνθεσης (αποικοδόμηση αλυσίδας, τεχνική αστοχία).
Ένας σημαντικός δείκτης της σταθερότητας της οξείδωσης των ελαίων, λιπών, λιπαντικών, καυσίμων ή πλαστικών είναι η θερμοκρασία οξειδωτικής επαγωγής ή ο χρόνος οξειδωτικής επαγωγής (Oxidative-Induction Time - Χρόνος οξειδωτικής επαγωγής (OIT) και θερμοκρασία οξειδωτικής έναρξης (OOT)Ο χρόνος οξειδωτικής επαγωγής (ισοθερμοκρασιακός OIT) είναι ένα σχετικό μέτρο της αντίστασης ενός (σταθεροποιημένου) υλικού στην οξειδωτική αποσύνθεση. Η θερμοκρασία οξειδωτικής επαγωγής (δυναμική OIT) ή η θερμοκρασία οξειδωτικής έναρξης (OOT) είναι ένα σχετικό μέτρο της αντίστασης ενός (σταθεροποιημένου) υλικού στην οξειδωτική αποσύνθεση.OIT), ο οποίος μπορεί να προσδιοριστεί μέσω DSC σε τυποποιημένες διαδικασίες.
Στην πράξη χρησιμοποιούνται δύο διαφορετικές μέθοδοι: δυναμικές και ισοθερμικές δοκιμές Χρόνος οξειδωτικής επαγωγής (OIT) και θερμοκρασία οξειδωτικής έναρξης (OOT)Ο χρόνος οξειδωτικής επαγωγής (ισοθερμοκρασιακός OIT) είναι ένα σχετικό μέτρο της αντίστασης ενός (σταθεροποιημένου) υλικού στην οξειδωτική αποσύνθεση. Η θερμοκρασία οξειδωτικής επαγωγής (δυναμική OIT) ή η θερμοκρασία οξειδωτικής έναρξης (OOT) είναι ένα σχετικό μέτρο της αντίστασης ενός (σταθεροποιημένου) υλικού στην οξειδωτική αποσύνθεση.OIT. Στη δυναμική τεχνική, το δείγμα θερμαίνεται με καθορισμένο σταθερό ρυθμό θέρμανσης υπό οξειδωτικές συνθήκες έως ότου αρχίσει η αντίδραση. Η αντίστοιχη θερμοκρασία οξειδωτικής επαγωγής (που ονομάζεται επίσης θερμοκρασία έναρξης της οξείδωσης, Χρόνος οξειδωτικής επαγωγής (OIT) και θερμοκρασία οξειδωτικής έναρξης (OOT)Ο χρόνος οξειδωτικής επαγωγής (ισοθερμοκρασιακός OIT) είναι ένα σχετικό μέτρο της αντίστασης ενός (σταθεροποιημένου) υλικού στην οξειδωτική αποσύνθεση. Η θερμοκρασία οξειδωτικής επαγωγής (δυναμική OIT) ή η θερμοκρασία οξειδωτικής έναρξης (OOT) είναι ένα σχετικό μέτρο της αντίστασης ενός (σταθεροποιημένου) υλικού στην οξειδωτική αποσύνθεση.OOT) είναι η ίδια με την εξισωτική θερμοκρασία έναρξης της εξώθερμης επίδρασης DSC που εμφανίζεται. Στις ισόθερμες δοκιμές Χρόνος οξειδωτικής επαγωγής (OIT) και θερμοκρασία οξειδωτικής έναρξης (OOT)Ο χρόνος οξειδωτικής επαγωγής (ισοθερμοκρασιακός OIT) είναι ένα σχετικό μέτρο της αντίστασης ενός (σταθεροποιημένου) υλικού στην οξειδωτική αποσύνθεση. Η θερμοκρασία οξειδωτικής επαγωγής (δυναμική OIT) ή η θερμοκρασία οξειδωτικής έναρξης (OOT) είναι ένα σχετικό μέτρο της αντίστασης ενός (σταθεροποιημένου) υλικού στην οξειδωτική αποσύνθεση.OIT, τα προς εξέταση υλικά θερμαίνονται πρώτα υπό προστατευτικό αέριο, στη συνέχεια διατηρούνται σε σταθερή θερμοκρασία για αρκετά λεπτά υπό προστατευτικό αέριο για την επίτευξη ισορροπίας και στη συνέχεια εκτίθενται σε ατμόσφαιρα οξυγόνου ή αέρα. Το χρονικό διάστημα από την πρώτη επαφή με το οξυγόνο έως την έναρξη της οξείδωσης ονομάζεται χρόνος οξειδωτικής επαγωγής. Ο χρόνος αυτός παρουσιάζεται στο σχήμα 1.
Πολλά εθνικά και διεθνή πρότυπα - όπως το ASTM D3895 (πολυαιθυλένιο), το DIN EN728 (πλαστικοί αγωγοί), το ISO 11357-6 (πλαστικά) και το ASTM D525 (καύσιμα αεροσκαφών) - παρέχουν συστάσεις για την προετοιμασία του δείγματος και την κατάλληλη selectων συνθηκών μέτρησης.
Δοκιμές οξείδωσης σε λιπαντικά έλαια και γράσα
Οι δοκιμές οξείδωσης σε λιπαντικά έλαια και γράσα πραγματοποιούνται συνήθως με τη χρήση οργάνου DSC υψηλής πίεσης (βλέπε σχήμα 2). Δημιουργείται αντίθλιψη - γενικά στα 35 bar - σε μια προσπάθεια να αποτραπεί η εξάτμιση του δείγματος. Στις αντιδράσεις οξείδωσης, ωστόσο, το οξυγόνο δεν χρησιμεύει μόνο για τη δημιουργία πίεσης, αλλά και ως εταίρος της αντίδρασης. Για το λόγο αυτό, τόσο η πίεση όσο και η ροή του αερίου πρέπει να ρυθμίζονται με απόλυτη ακρίβεια.
Ο προσδιορισμός της σταθερότητας οξείδωσης είναι "επιφανειακά ευαίσθητος". Αυτό σημαίνει ότι το φιλμ λαδιού ή γράσου που πρόκειται να εξεταστεί θα πρέπει ιδανικά να έχει λεία, ομοιόμορφη επιφάνεια, ώστε να εξασφαλίζεται υψηλή αναπαραγωγιμότητα των αποτελεσμάτων της δοκιμής. Για τέτοιου είδους έρευνες ενδείκνυνται πολύ καλά τα χωνευτήρια SFI (SFI σημαίνει Solid Fat Index, βλέπε διάγραμμα στο σχήμα 3), όπως συνιστάται στο ASTM D5483 για λιπαντικά γράσα και στο ASTM D6186 για λιπαντικά έλαια.
Ένα παράδειγμα αυτών θα ήταν τα χωνευτήρια αλουμινίου σε σχήμα ταψιού με εξωτερική διάμετρο 6,7 mm και όγκο 85 μl, τα οποία μπορούν να διαμορφωθούν με ένα εργαλείο σφράγισης (ενσωματωμένο σε μια τυπική πρέσα χωνευτηρίων - βλέπε σχήμα 4).
Σε χωνευτήρια με επίπεδο πυθμένα, τα έλαια και τα λίπη συχνά σέρνονται προς τις ζώνες του χείλους σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Η αποτελεσματική επιφάνεια του δείγματος που μπορεί να αλληλεπιδράσει με την περιβάλλουσα ατμόσφαιρα μειώνεται έτσι σε μέγεθος. Αυτό επηρεάζει τα αποτελέσματα της Χρόνος οξειδωτικής επαγωγής (OIT) και θερμοκρασία οξειδωτικής έναρξης (OOT)Ο χρόνος οξειδωτικής επαγωγής (ισοθερμοκρασιακός OIT) είναι ένα σχετικό μέτρο της αντίστασης ενός (σταθεροποιημένου) υλικού στην οξειδωτική αποσύνθεση. Η θερμοκρασία οξειδωτικής επαγωγής (δυναμική OIT) ή η θερμοκρασία οξειδωτικής έναρξης (OOT) είναι ένα σχετικό μέτρο της αντίστασης ενός (σταθεροποιημένου) υλικού στην οξειδωτική αποσύνθεση.OIT (βλέπε σχήμα 5). Όταν η ανάλυση διεξάγεται σε ανοικτό πρότυπο χωνευτήρι (μπλε καμπύλη), ο χρόνος Χρόνος οξειδωτικής επαγωγής (OIT) και θερμοκρασία οξειδωτικής έναρξης (OOT)Ο χρόνος οξειδωτικής επαγωγής (ισοθερμοκρασιακός OIT) είναι ένα σχετικό μέτρο της αντίστασης ενός (σταθεροποιημένου) υλικού στην οξειδωτική αποσύνθεση. Η θερμοκρασία οξειδωτικής επαγωγής (δυναμική OIT) ή η θερμοκρασία οξειδωτικής έναρξης (OOT) είναι ένα σχετικό μέτρο της αντίστασης ενός (σταθεροποιημένου) υλικού στην οξειδωτική αποσύνθεση.OIT (προεκτιμώμενη έναρξη) ανέρχεται σε 64,6 λεπτά. Συγκριτικά, όταν η ανάλυση γίνεται σε χωνευτήρι SFI (πράσινη καμπύλη), η OIT μειώνεται σημαντικά (σε 46,4 λεπτά) λόγω της αποτελεσματικής επιφάνειας larger.
Περίληψη
Με τη βοήθεια των δοκιμών DSC-OIT μπορούν να εξαχθούν συγκριτικά συμπεράσματα σχετικά με τη σταθερότητα των υλικών σε σχέση με τις θερμοοξειδωτικές επιθέσεις. Για τη διερεύνηση λιπαντικών ελαίων και γράσων, το NETZSCH High-Pressure DSC 204 σε συνδυασμό με τα χωνευτήρια SFI είναι ιδανικά κατάλληλο.