Polyolefiinien ja kestomuovisten elastomeerien hapettumiskestävyyden tutkiminen DSC:n avulla

Oksidatiivisen induktion aika (OIT)

Hapettumisinduktioajan (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) mittausten avulla voidaan luonnehtia hiilivetyjen, kuten öljyjen ja rasvojen, mutta myös muovien, kuten polyolefiinien, erityisesti polypropeenin ja polyeteenin, pitkäaikaisstabiliteettia.

Hapettumisstabiliteetin määrittämiseen käytetään standardoituja testimenetelmiä DSC:llä (Differential Scanning Calorimetry). Nämä testit ovat helposti toteutettavissa ja antavat luotettavaa tietoa esimerkiksi polyeteenipinnoitteen stabiilisuudesta. Materiaalin termo-oksidatiivinen suorituskyky voidaan ennustaa ja vikoja voidaan ehkäistä.

DSC:n avulla tehtävät 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-testit ovat kansainvälisesti tunnustettuja. Vakiintuneita standardeja ovat esimerkiksi ASTM D3895-92, ASTM D6186, EN 728 ja ISO 11357-6.

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:n määrittämiseen käytettäviä DSC-järjestelmiä ovat DSC 204 F1 Phoenix^®, DSC 200 F3 Maia ja DSC 404 F1 /F3 Pegasus^®.

Menetelmä

Näytteet kuumennetaan suojakaasun alla lämpötilaan, joka ylittää niiden sulamispisteen. Näytteen ilmakehä vaihdetaan vakiolämpötilassa inertistä hapettavaksi. Aikaa, joka kuluu näytteen eksotermisen hapettumisen alkamiseen, kutsutaan 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:ksi.

Suorituskykyinen DSC 200 F3 Maia lämpöanalyysilaite NETZSCH, ihanteellinen materiaalien karakterisointiin. — DSC 200 `F3` Maia

OIT:n mittausolosuhteet kaikissa esitetyissä esimerkeissä

Upokkaiden materiaali: alumiini, avoin
Atmosfääri: _O2 / _N2
Puhdistuskaasun määrä: 50 ml/min
IsoterminenKontrolloidussa ja vakiolämpötilassa tehtäviä testejä kutsutaan isotermisiksi.Isoterminen lämpötila: 210 °C, 190 °C

Kaavio, joka havainnollistaa hapen induktioajan (OIT) määritysprosessia ja osoittaa kaasuvirran muutokset eri lämpötiloissa. — 1) Yleinen menetelmä 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:n määrittämiseksi

OIT-testit PE-HD-näytteille, joiden laatu vaihtelee

Kahden PE-HD-näytteen sulamiskäyttäytymisessä (sulamisentalpia ja huippulämpötila), jotka erosivat laadultaan toisistaan, havaittiin vain hyvin suuria eroja small (kuva 2a). 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:ssä voidaan kuitenkin havaita selviä eroja näiden kahden näytteen välillä. Näyte Grade 1 on stabiili 43 minuuttia ennen hapettumisen alkamista (kuva 2b). Näytteen 2 stabiilisuus on paljon alhaisempi; 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 saavutetaan 23 minuutin kuluttua.

Jo tämä esimerkki osoittaa, että DSC-käyristä voidaan saada yksityiskohtaisempaa tietoa pelkästään lämpötilaohjelmaa vaihtelemalla.

DSC-analyysikaavio, jossa verrataan PE-HD-luokan 1 (vihreä) ja 2 (sininen) sulamispisteitä ja pinta-aloja eri lämpötiloissa. — 2a) Näytteet PE-HD Grade 1 ja Grade 2, Sulamislämpötilat ja lämpöarvotAineen fuusioentalpia, joka tunnetaan myös latenttina lämpönä, on mitta, jolla mitataan energiapanosta, yleensä lämpöä, joka tarvitaan aineen muuttamiseksi kiinteästä olomuodosta nestemäiseksi. Aineen sulamispiste on lämpötila, jossa aine vaihtaa olomuotoaan kiinteästä olomuodosta (kiteinen) nestemäiseksi olomuodoksi (isotrooppinen sula).sulaminen

DSC-kaavio, joka kuvaa PE-HD:n hapettumiskäyttäytymistä 210 °C:ssa, kun verrataan Grade 1- ja Grade 2 -näytteitä typpi- ja happi-ilmakehässä. — 2b) PE-HD:n hapettumiskäyttäytyminen 210 °C:ssa

PP T20 eri tuottajilta

Kahta eri valmistajilta peräisin olevaa erittäin kuumuutta kestävää polypropeeninäytettä tutkittiin niiden hapettumisenkestävyyden osalta. Näiden kahden materiaalin sulamiskäyttäytyminen on jälleen lähes identtinen. Ainoastaan 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-testit paljastavat eron. Näytteen "Tuottaja A" hapettumisstabiliteetti määritetään 15 minuutissa, kun taas toinen näyte "Tuottaja B" osoittaa erittäin korkeaa stabiilisuutta. Tässä tapauksessa HajoamisreaktioHajoamisreaktio on kemiallisen yhdisteen lämpöreaktio, jossa muodostuu kiinteitä ja/tai kaasumaisia tuotteita. hajoaminen alkaa 122 minuutin kuluttua (kuva 3).

DSC-analyysin kuvaaja, jossa verrataan eri valmistajilta peräisin olevien PP T20 -näytteiden lämpökokeiden tuloksia, jotka osoittavat hapen ja typen virtauksen. — 3) 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-testit eri tuottajien PP:lle

PE-granulaatin, suulakepuristetun putken ja vanhentuneen putken OIT-testien tulokset

Materiaaleja PE-HD, PE-RT Type 1 ja PE-RT Type 2 tutkittiin granulaattina, suulakepuristettuna putkena ja vanhentuneena putkena. Kaikille tehtiin lämpötilanvaihtokäsittely. Näytesarjojen PE-HD ja PE-RT Type 1 sulamiskäyttäytyminen ja käyttäytyminen hapettavassa ilmakehässä on esitetty kuvissa 4a, 4b ja 5a, 5b.

Differentiaalisen pyyhkäisykalorimetrian (DSC) kuvaaja, jossa näkyvät PE-HD-granulaatin ja vanhentuneiden putkinäytteiden sulamispisteet ja lämpövirtaukset. — 4a) PE-HD, Sulamislämpötilat ja lämpöarvotAineen fuusioentalpia, joka tunnetaan myös latenttina lämpönä, on mitta, jolla mitataan energiapanosta, yleensä lämpöä, joka tarvitaan aineen muuttamiseksi kiinteästä olomuodosta nestemäiseksi. Aineen sulamispiste on lämpötila, jossa aine vaihtaa olomuotoaan kiinteästä olomuodosta (kiteinen) nestemäiseksi olomuodoksi (isotrooppinen sula).sulaminen

DSC-analyysikaavio, jossa esitetään PE-HD:n hapettumiskäyttäytyminen 210 °C:ssa sekä tiedot granulaatista ja uusista/vanhentuneista putkista. — 4b) PE-HD, hapettumiskäyttäytyminen 210 °C:ssa

DSC-analyysikaavio, joka kuvaa PE-RT Tyyppi 1 -granulaatin ja putkien sulamiskäyttäytymistä eri lämpötiloissa. — 5a) PE-RT tyyppi 1, Sulamislämpötilat ja lämpöarvotAineen fuusioentalpia, joka tunnetaan myös latenttina lämpönä, on mitta, jolla mitataan energiapanosta, yleensä lämpöä, joka tarvitaan aineen muuttamiseksi kiinteästä olomuodosta nestemäiseksi. Aineen sulamispiste on lämpötila, jossa aine vaihtaa olomuotoaan kiinteästä olomuodosta (kiteinen) nestemäiseksi olomuodoksi (isotrooppinen sula).sulaminen

DSC-analyysikaavio, jossa esitetään PE-RT Type 1:n hapettumiskäyttäytyminen 190 °C:ssa, kun verrataan uusia ja vanhentuneita putkia ajan myötä. — 5b) PE-RT tyyppi 1, hapettumiskäyttäytyminen 190 °C:ssa

Lisäksi kuvasta 5b käy ilmi, että toisinaan 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:tä ei voida arvioida, koska sen hapettumisstabiliteetti on hyvin alhainen. Kun ilmakehä vaihdetaan typestä happeen, vanhentunut materiaali (sininen käyrä) alkaa hajota merkityksettömän pienellä viiveellä. Tällaisissa tapauksissa dynaaminen lämpötilaohjelma on hyödyllinen, kun halutaan osoittaa ilmeisesti samojen materiaalien erot.

Dynaaminen lämpötilaohjelmaPE-granulaatin, suulakepuristetun putken ja vanhentuneen putkenhapettumiskestävyyden määrittämiseksi

Jos vertailtavat näytteet ovat hyvin erilaisia hapenkestävyydeltään, vertailua ei voida tehdä samassa isotermisessä lämpötilassa. Kuvassa 6 on esitetty vaihtoehtoinen lämpötilaohjelma, jolla varmistetaan, että näytteet ovat täysin sulat ja mahdollistetaan ilmakehän vaihtaminen sellaisessa lämpötilassa, jossa reaktiivisin näyte ei reagoi välittömästi kaasunvaihdon jälkeen (ks. kuva 6).

Dynaaminen lämpötilaohjelman kuvaaja, joka näyttää kaasun virtauksen ja lämpötilan muutokset ajan mittaan, mikä on tärkeää OIT-vertailussa. — 6) Dynaaminen lämpötilaohjelma OIT:n parempaa vertailua varten

Näytesarjan PE-RT tyyppi 2 sulamis- ja hapettumiskäyttäytyminen on esitetty kuvissa 7a ja 7b. Isotermistä lämpötilaa ei voida valita alle 180 °C:n, koska yksi komponentti sulaa noin 180 °C:ssa. Voimakkaasti eroavat hapettumiskäyttäytymiset voidaan nyt erottaa toisistaan merkittävästi käyttämällä dynaamista lämpötilaohjelmaa

DSC-analyysin kuvaaja, jossa näkyvät PE-RT Type 2:n sulamisvaiheet, huippuarvot 126,1 °C:ssa (uusi putki) ja 127,0 °C:ssa (vanhentunut putki). — 7a) PE-RT tyyppi 2, Sulamislämpötilat ja lämpöarvotAineen fuusioentalpia, joka tunnetaan myös latenttina lämpönä, on mitta, jolla mitataan energiapanosta, yleensä lämpöä, joka tarvitaan aineen muuttamiseksi kiinteästä olomuodosta nestemäiseksi. Aineen sulamispiste on lämpötila, jossa aine vaihtaa olomuotoaan kiinteästä olomuodosta (kiteinen) nestemäiseksi olomuodoksi (isotrooppinen sula).sulaminen; toinen vaihe 180 °C:ssa, havaittu uudessa ja vanhennetussa putkessa

Kaavio, jossa esitetään PE-RT Type 2:n dynaaminen OIT-määritys, jossa verrataan uusia ja vanhentuneita putkinäytteitä alkamislämpötiloilla. — 7b) PE-RT tyyppi 2, hapettumiskäyttäytyminen, dynaaminen OIT-määritys

TPE-osien vikaantumisanalyysi dynaamisen OIT:n avulla, Niin sanottu OOT (Oxidative Onset Temperature)

ASTM E2009-08:ssa hapettumisen alkamislämpötilaa kuvataan materiaalin hapettumisstabiliteetin suhteellisena mittana, jota arvioidaan tietyllä lämmitysnopeudella ja hapettavassa ympäristössä, esimerkiksi hapen vaikutuksesta; mitä korkeampi 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-arvo on, sitä stabiilimpi materiaali on.

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-arvoa voidaan käyttää vertailutarkoituksiin; se ei ole absoluuttinen mittaustekniikka, kuten hapettumisinduktioaika (OIT) vakiolämpötilassa (ASTM E1858). Antioksidanttien läsnäolo tai tehokkuus voidaan määrittää tällä testimenetelmällä.

DSC-mittaukset suoritettiin kahdelle TPE-osalle (huono ja hyvä), joiden näytemassa oli noin 14 mg. Mittauksia varten valittiin suljetut alumiiniset upokkaat, joissa oli lävistetty kansi ja _N2-ilmakehä. Lämmitysnopeus oli 10 K/min (kuva 8). Kun lämpötila oli 210 °C, ilmakehä vaihdettiin hapeksi ja lämmitysnopeus alennettiin 5 K/min (kuva 9).

Kaavio, jossa esitetään PTFE:n lämmönjohtavuus eri lämpötiloissa ja korostetaan merkittävää laskua noin 0 °C:n lämpötilassa. — 8) Kahden TPE-osan ensimmäiset lämmityskäyrät

DSC-käyräanalyysi, jossa näkyvät särö-, alkamis- ja huippulämpötilat hyvistä ja huonoista osista, mikä korostaa lämpötehokkuuden eroja. — 9) Hyvän ja huonon osan 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-määritys

Upokkaiden vaikutus oksidatiiviseen induktioaikaan

Hapettumisinduktioaika (OIT) voidaan määrittää tavallisissa alumiini- tai avoimissa kupariupokkaissa ASTM D3895:n mukaisesti.

Tämä kuva esittää HDPE:n OIT-mittausta, joka on tehty avoimessa kupariupokkaassa (punainen) ja alumiini-upokkaassa (musta) (kuva 10). On selvästi nähtävissä, että isotermisissä olosuhteissa HDPE:n HapettuminenHapettumisella voidaan kuvata erilaisia prosesseja lämpöanalyysin yhteydessä.hapettuminen alkaa kupariupokkaassa noin 23 minuuttia aikaisemmin kuin alumiiniupokkaassa.

Kupariupokkaiden lisäksi on saatavana myös alumiiniupokkaita, joiden pohja voidaan muotoilla tiivistyspuristimen stanssityökalusarjalla (kuva 11). Nämä upokkaat on suunniteltu erityisesti voiteluaineiden ja rasvojen OIT:n määrittämiseen ASTM D5483-5:n mukaisesti.

HDPE:n hapettumisinduktioajan vertailu kupari- ja alumiiniupokkaissa, lämpötilan ja kaasun virtauksen vaihteluiden korostaminen. — 10) Hapettumisinduktioajan vertailu avoimissa kupari- ja alumiiniupokkaissa

Kupari- ja alumiiniupokkaat OIT:n määrittämistä varten, joissa näkyvät niiden erilaiset muodot ja materiaalit. — 11) Kupari- (vasen) ja alumiinisulakkeet (oikea), erityisesti OIT:n määrittämistä varten