Johdanto
Ulkoiset vaikutukset, kuten UV-säteily (valo), lämpötila, ilmakehän happi tai kemialliset/biologiset aineet, johtavat materiaalien ennenaikaiseen vanhenemiseen, jolloin niiden kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet muuttuvat. Asianmukaiset vanhenemisen estäjät (stabilisaattorit) hidastavat vanhenemisprosessia ja pidentävät induktiokautta eli aikaa, joka edeltää termo-oksidatiivisen hajoamisen (ketjujen HajoamisreaktioHajoamisreaktio on kemiallisen yhdisteen lämpöreaktio, jossa muodostuu kiinteitä ja/tai kaasumaisia tuotteita. hajoaminen, tekninen vika) alkamista.
Öljyn, rasvan, voiteluaineen, polttoaineen tai muovin hapettumisstabiliteetin tärkeä indikaattori on hapettumisinduktiolämpötila tai hapettumisinduktioaika (Oxidative-Induction Time, Oksidatiivisen induktion aika (OIT) ja oksidatiivisen alkamislämpötila (OOT)Oksidatiivinen induktioaika (isoterminen OIT) on suhteellinen mittari, jolla mitataan (stabiloidun) materiaalin vastustuskykyä hapettuvalle hajoamiselle. Oksidatiivinen induktiolämpötila (dynaaminen OIT) tai oksidatiivinen alkamislämpötila (Oxidative-Onset Temperature, OOT) on (stabiloidun) materiaalin oksidatiivisen hajoamisen vastustuskyvyn suhteellinen mitta.OIT), joka voidaan määrittää DSC:llä standardoitujen menetelmien avulla.
Käytännössä käytetään kahta eri menetelmää: dynaamista ja isotermistä Oksidatiivisen induktion aika (OIT) ja oksidatiivisen alkamislämpötila (OOT)Oksidatiivinen induktioaika (isoterminen OIT) on suhteellinen mittari, jolla mitataan (stabiloidun) materiaalin vastustuskykyä hapettuvalle hajoamiselle. Oksidatiivinen induktiolämpötila (dynaaminen OIT) tai oksidatiivinen alkamislämpötila (Oxidative-Onset Temperature, OOT) on (stabiloidun) materiaalin oksidatiivisen hajoamisen vastustuskyvyn suhteellinen mitta.OIT-testiä. Dynaamisessa menetelmässä näytettä kuumennetaan määritellyllä vakiolämmitysnopeudella hapettavissa olosuhteissa, kunnes reaktio alkaa. Vastaava hapettumisinduktiolämpötila (jota kutsutaan myös hapettumisen alkamislämpötilaksi, Oxidation Onset Temperature, Oksidatiivisen induktion aika (OIT) ja oksidatiivisen alkamislämpötila (OOT)Oksidatiivinen induktioaika (isoterminen OIT) on suhteellinen mittari, jolla mitataan (stabiloidun) materiaalin vastustuskykyä hapettuvalle hajoamiselle. Oksidatiivinen induktiolämpötila (dynaaminen OIT) tai oksidatiivinen alkamislämpötila (Oxidative-Onset Temperature, OOT) on (stabiloidun) materiaalin oksidatiivisen hajoamisen vastustuskyvyn suhteellinen mitta.OOT) on sama kuin ekstrapoloitu alkamislämpötila, joka ilmenee eksotermisen DSC-vaikutuksen yhteydessä. Isotermisissä Oksidatiivisen induktion aika (OIT) ja oksidatiivisen alkamislämpötila (OOT)Oksidatiivinen induktioaika (isoterminen OIT) on suhteellinen mittari, jolla mitataan (stabiloidun) materiaalin vastustuskykyä hapettuvalle hajoamiselle. Oksidatiivinen induktiolämpötila (dynaaminen OIT) tai oksidatiivinen alkamislämpötila (Oxidative-Onset Temperature, OOT) on (stabiloidun) materiaalin oksidatiivisen hajoamisen vastustuskyvyn suhteellinen mitta.OIT-testeissä tutkittavia materiaaleja kuumennetaan ensin suojakaasun alla, sitten niitä pidetään vakiolämpötilassa useita minuutteja suojakaasun alla tasapainon aikaansaamiseksi ja sen jälkeen ne altistetaan hapen tai ilman ilmakehälle. Aikaa, joka kuluu ensimmäisestä kosketuksesta hapen kanssa hapettumisen alkamiseen, kutsutaan hapettumisinduktioajaksi. Tämä on esitetty kuvassa 1.
Monissa kansallisissa ja kansainvälisissä standardeissa - kuten ASTM D3895 (polyeteeni), DIN EN728 (muoviputkistot), ISO 11357-6 (muovit) ja ASTM D525 (lentokoneiden polttoaine) - annetaan suosituksia näytteen valmistelusta ja mittausolosuhteiden asianmukaisesta valinnasta.
Voiteluöljyjen hapettumistestit ja rasvat
Voiteluöljyjen ja -rasvojen hapettumistestit tehdään yleensä korkeapaine-DSC-laitteella (ks. kuva 2). Näytteen haihtumisen estämiseksi luodaan vastapaine, joka on yleensä 35 baaria. Hapettumisreaktioissa happi ei kuitenkaan ole vain paineen luomisessa vaan myös reaktiokumppanina. Tästä syystä sekä painetta että kaasuvirtausta on säädettävä erittäin tarkasti.
Hapettumisstabiliteetin määrittäminen on "pintaherkkää". Tämä tarkoittaa sitä, että tutkittavassa öljy- tai rasvakalvossa olisi mieluiten oltava sileä ja tasainen pinta, jotta varmistetaan testitulosten hyvä toistettavuus. Tällaisiin tutkimuksiin soveltuvat erittäin hyvin SFI-astiat (SFI tarkoittaa Solid Fat Index, ks. kaavio kuvassa 3), joita suositellaan ASTM D5483:ssa voitelurasvoille ja ASTM D6186:ssa voiteluöljyille.
Esimerkkinä tällaisista ovat pannunmuotoiset alumiiniset upokkaat, joiden ulkohalkaisija on 6,7 mm ja tilavuus 85 μl ja jotka voidaan muotoilla tiivistystyökalulla (joka on integroitu tavalliseen upokaspuristimeen - ks. kuva 4).
Tasaisella pohjalla varustetuissa upokkaissa öljyt ja rasvat ryömivät usein reunavyöhykkeille korkeammissa lämpötiloissa. Näytteen tehollinen pinta, joka voi olla vuorovaikutuksessa ympäröivän ilmakehän kanssa, pienenee näin ollen. Tämä vaikuttaa Oksidatiivisen induktion aika (OIT) ja oksidatiivisen alkamislämpötila (OOT)Oksidatiivinen induktioaika (isoterminen OIT) on suhteellinen mittari, jolla mitataan (stabiloidun) materiaalin vastustuskykyä hapettuvalle hajoamiselle. Oksidatiivinen induktiolämpötila (dynaaminen OIT) tai oksidatiivinen alkamislämpötila (Oxidative-Onset Temperature, OOT) on (stabiloidun) materiaalin oksidatiivisen hajoamisen vastustuskyvyn suhteellinen mitta.OIT-tuloksiin (ks. kuva 5). Kun analyysi tehdään avoimessa vakioupokkaassa (sininen käyrä), Oksidatiivisen induktion aika (OIT) ja oksidatiivisen alkamislämpötila (OOT)Oksidatiivinen induktioaika (isoterminen OIT) on suhteellinen mittari, jolla mitataan (stabiloidun) materiaalin vastustuskykyä hapettuvalle hajoamiselle. Oksidatiivinen induktiolämpötila (dynaaminen OIT) tai oksidatiivinen alkamislämpötila (Oxidative-Onset Temperature, OOT) on (stabiloidun) materiaalin oksidatiivisen hajoamisen vastustuskyvyn suhteellinen mitta.OIT-aika (ekstrapoloitu alkamisaika) on 64,6 minuuttia. Kun analyysi tehdään SFI-astiassa (vihreä käyrä), OIT-aika lyhenee huomattavasti (46,4 minuuttiin) suuremman tehollisen pinnan vuoksi.
Yhteenveto
DSC-OIT-kokeiden avulla voidaan tehdä vertailevia johtopäätöksiä materiaalien stabiilisuudesta termo-oksidatiivisille hyökkäyksille. Voiteluöljyjen ja -rasvojen tutkimiseen sopii erinomaisesti NETZSCH High-Pressure DSC 204 -laite yhdessä SFI-sulattimien kanssa.