Poliolefinek és hőre lágyuló elasztomerek oxidatív stabilitásának vizsgálata DSC-vel

Oxidatív indukciós idő (OIT)

Az OxidációAz oxidáció különböző folyamatokat írhat le a termikus analízissel összefüggésben.oxidációs indukciós idő (Oxidatív indukciós idő (OIT) és oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT)Az oxidatív indukciós idő (izotermikus OIT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma. Az oxidatív indukciós hőmérséklet (dinamikus OIT) vagy oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma.OIT) mérések lehetővé teszik a szénhidrogének, például olajok, zsírok, de a műanyagok, például poliolefinek, különösen a polipropilén és polietilén hosszú távú stabilitásának jellemzését is.

Az oxidatív stabilitás meghatározására szabványosított vizsgálati módszereket alkalmaznak DSC (differenciál pásztázó kalorimetria) segítségével. Ezek a vizsgálatok könnyen elvégezhetők, és megbízható információt nyújtanak például egy polietilén bevonat stabilitásáról. Megjósolható az anyag termo-oxidatív teljesítménye, és megelőzhető a meghibásodás.

A DSC-vel végzett Oxidatív indukciós idő (OIT) és oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT)Az oxidatív indukciós idő (izotermikus OIT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma. Az oxidatív indukciós hőmérséklet (dinamikus OIT) vagy oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma.OIT-vizsgálatok nemzetközileg elismertek. Jól bevált szabványok például az ASTM D3895-92, ASTM D6186, EN 728 és ISO 11357-6.

Az Oxidatív indukciós idő (OIT) és oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT)Az oxidatív indukciós idő (izotermikus OIT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma. Az oxidatív indukciós hőmérséklet (dinamikus OIT) vagy oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma.OIT meghatározására szolgáló DSC-rendszerek a következők: DSC 204 F1 Phoenix^®, DSC 200 F3 Maia és DSC 404 F1 /F3 Pegasus^®.

Módszer

A mintákat védőgáz alatt olvadáspontjuk feletti hőmérsékletre melegítik. Állandó hőmérsékleten a minta légköre inertről oxidatívra változik. A minta ExotermikusEgy mintaátalakulás vagy reakció exoterm, ha hő keletkezik.exotermikus OxidációAz oxidáció különböző folyamatokat írhat le a termikus analízissel összefüggésben.oxidációjának megkezdéséig eltelt időt Oxidatív indukciós idő (OIT) és oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT)Az oxidatív indukciós idő (izotermikus OIT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma. Az oxidatív indukciós hőmérséklet (dinamikus OIT) vagy oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma.OIT-nek nevezzük.

Nagy teljesítményű DSC 200 F3 Maia hőelemző műszer a NETZSCH, ideális az anyagok jellemzésére. — DSC 200 `F3` Maia

OIT mérési feltételek az összes bemutatott példa esetében

Tégely anyaga: alumínium, nyitott
Atmoszféra: _O2 / _N2
Öblítőgáz aránya: gáz: 50 ml/perc
IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.Izotermikus hőmérséklet: 210°C, 190°C

Az oxigénindukciós idő (OIT) meghatározásának folyamatát szemléltető grafikon, amely a gázáram változását mutatja különböző hőmérsékleteken. — 1) Az Oxidatív indukciós idő (OIT) és oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT)Az oxidatív indukciós idő (izotermikus OIT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma. Az oxidatív indukciós hőmérséklet (dinamikus OIT) vagy oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma.OIT meghatározásának általános módszere

OIT-vizsgálatok a PE-HD mintákon, amelyeknek a minősége különbözik egymástól

Ez a példa már mutatja, hogy a DSC-görbékből már a hőmérsékleti program változtatásával is részletesebb információk nyerhetők.

DSC analízis grafikonja, amely összehasonlítja a PE-HD Grade 1 (zöld) és Grade 2 (kék) olvadáspontjait és területeit különböző hőmérsékleteken. — 2a) Minták PE-HD Grade 1 és Grade 2, Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadás

A PE-HD oxidációs viselkedését 210°C-on szemléltető DSC grafikon, amely az 1. és 2. osztályú mintákat hasonlítja össze nitrogén- és oxigén atmoszférában. — 2b) A PE-HD OxidációAz oxidáció különböző folyamatokat írhat le a termikus analízissel összefüggésben.oxidációs viselkedése 210°C-on

PP T20 különböző gyártóktól

Két, különböző gyártóktól származó, nagy hőállóságú polipropilénmintát vizsgáltak oxidatív stabilitásuk szempontjából. A két anyag olvadási viselkedése ismét csaknem azonos. Csak az Oxidatív indukciós idő (OIT) és oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT)Az oxidatív indukciós idő (izotermikus OIT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma. Az oxidatív indukciós hőmérséklet (dinamikus OIT) vagy oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma.OIT-vizsgálatok mutatják a különbséget. Az "A gyártó" minta oxidatív stabilitását 15 perc alatt határozták meg, míg a második, "B gyártó" minta nagyon magas stabilitást mutat. Itt a lebomlás 122 perc után kezdődik (3. ábra).

DSC analízis grafikonja, amely összehasonlítja a különböző gyártóktól származó PP T20 minták hővizsgálati eredményeit, jelezve az oxigén- és nitrogénáramlást. — 3) Oxidatív indukciós idő (OIT) és oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT)Az oxidatív indukciós idő (izotermikus OIT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma. Az oxidatív indukciós hőmérséklet (dinamikus OIT) vagy oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma.OIT-vizsgálatok különböző gyártóktól származó PP-n

A PE-granulátumon, extrudált csövön és a öregített csövön végzett OIT-vizsgálatok eredményei

A PE-HD, PE-RT Type 1 és PE-RT Type 2 anyagokat vizsgálták, mindegyiket granulátum, extrudált cső és öregített cső formájában. Mindegyiket hőmérséklet-változtató kezelésnek vetették alá. A PE-HD és a PE-RT Type 1 mintasorozatok olvadási viselkedését és oxidáló atmoszférában való viselkedését a 4a, 4b és 5a, 5b ábrák mutatják.

Differenciál pásztázó kalorimetriás (DSC) grafikon, amely a PE-HD granulátum és az öregített csőminták olvadáspontját és hőáramlását mutatja. — 4a) PE-HD, Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadás

A PE-HD oxidációs viselkedését 210°C-on bemutató DSC-elemzési grafikon a granulátum és az új/öregedett csövek adataiból. — 4b) PE-HD, OxidációAz oxidáció különböző folyamatokat írhat le a termikus analízissel összefüggésben.oxidációs viselkedés 210°C-on

A DSC-elemzés grafikonja, amely a PE-RT 1. típusú granulátum és a csövek olvadási viselkedését mutatja különböző hőmérsékleteken. — 5a) PE-RT 1. típus, Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadás

DSC analízis grafikonja, amely a PE-RT Type 1 oxidációs viselkedését mutatja 190°C-on, összehasonlítva az új és az öregített csöveket az idő múlásával. — 5b) PE-RT 1. típus, OxidációAz oxidáció különböző folyamatokat írhat le a termikus analízissel összefüggésben.oxidációs viselkedés 190°C-on

Az 5b. ábra továbbá azt mutatja, hogy esetenként az OIT nem értékelhető a nagyon alacsony oxidatív stabilitás miatt. Amikor a légkört nitrogénről oxigénre váltják, az öregített anyag (kék görbe) jelentéktelen időbeli késleltetéssel elkezd degradálódni. Az ilyen esetekben egy dinamikus hőmérséklet-program hasznos a látszólag azonos anyagok közötti különbségek bemutatására.

Dinamikus hőmérsékleti program aPE granulátum, extrudált cső és öregített csőoxidatív stabilitásának meghatározására

Ha az összehasonlítandó minták nagyon eltérőek az oxigénnel szembeni ellenállásuk tekintetében, akkor nem lehet azonos IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus hőmérsékleten összehasonlítást végezni. A 6. ábra egy alternatív hőmérsékleti programot mutat be, amely biztosítja, hogy a minták teljesen olvadtak legyenek, és lehetővé teszi a légkörváltást olyan hőmérsékleten, amelyen a legreaktívabb minta nem reagál közvetlenül a gázcsere után (lásd a 6. ábrát).

Dinamikus hőmérsékleti program grafikon, amely mutatja a gázáram és a hőmérséklet időbeli változását, ami elengedhetetlen az OIT összehasonlításhoz. — 6) Dinamikus hőmérsékleti program az OIT jobb összehasonlítása érdekében

A PE-RT 2. típusú mintasorozat olvadási és OxidációAz oxidáció különböző folyamatokat írhat le a termikus analízissel összefüggésben.oxidációs viselkedését a 7a. és 7b. ábra mutatja be. Az izoterm hőmérsékletet nem lehet 180 °C-nál alacsonyabbra választani, mivel az egyik komponens körülbelül 180 °C-on olvad meg. Az erősen eltérő OxidációAz oxidáció különböző folyamatokat írhat le a termikus analízissel összefüggésben.oxidációs viselkedést most már jelentősen meg lehet különböztetni egy dinamikus hőmérsékleti programmal

DSC analízis grafikonja, amely a PE-RT 2. típus olvadási fázisait mutatja, a 126,1°C-os (új cső) és 127,0°C-os (öregített cső) csúcsokkal. — 7a) PE-RT 2. típus, Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadás; második fázis 180°C-on, az új és az öregített csőben kimutatva

A 2. típusú PE-RT dinamikus OIT-meghatározását bemutató grafikon, amely az új és az öregített csőmintákat hasonlítja össze a kezdeti hőmérsékletekkel. — 7b) PE-RT 2. típus, OxidációAz oxidáció különböző folyamatokat írhat le a termikus analízissel összefüggésben.oxidációs viselkedés, dinamikus OIT-meghatározás

TPE alkatrészek hibaelemzése dinamikus OIT, a úgynevezett OOT (Oxidative Onset Temperature) segítségével

Az ASTM E2009-08 szabványban az OxidációAz oxidáció különböző folyamatokat írhat le a termikus analízissel összefüggésben.oxidációs kezdeti hőmérsékletet az anyag oxidatív stabilitásának relatív mértékeként írják le, amelyet adott fűtési sebesség és oxidatív környezet, például oxigén mellett értékelnek; minél magasabb az Oxidatív indukciós idő (OIT) és oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT)Az oxidatív indukciós idő (izotermikus OIT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma. Az oxidatív indukciós hőmérséklet (dinamikus OIT) vagy oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma.OOT-érték, annál stabilabb az anyag.

Az Oxidatív indukciós idő (OIT) és oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT)Az oxidatív indukciós idő (izotermikus OIT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma. Az oxidatív indukciós hőmérséklet (dinamikus OIT) vagy oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma.OOT összehasonlító célokra használható; nem abszolút mérési technika, mint az oxidatív indukciós idő (OIT) állandó hőmérsékleten (ASTM E1858). Az antioxidánsok jelenlétét vagy hatékonyságát ezzel a vizsgálati módszerrel lehet meghatározni.

A DSC-méréseket két (rossz és jó) TPE-alkatrészen végeztük el, kb. 14 mg mintatömeggel. A mérésekhez lyukacsos fedelű, zárt alumíniumtégelyeket választottunk _N2 atmoszférával. A fűtési sebesség 10 K/perc volt (8. ábra). 210 °C-on a légkört oxigénre váltottuk, és a fűtési sebességet 5 K/perc értékre csökkentettük (9. ábra).

^{Az 1.} fűtés során a jó (kék görbe) és a rossz minta (zöld görbe) azonos termikus viselkedést mutat. Az üvegesedési átmeneti és csúcshőmérsékletek, de az olvadási entalpia is közel azonos (8. ábra). A légkör megváltoztatása után azonban, de a hőmérsékletet továbbra is növelve a DSC-görbék eltéréseket mutatnak, ami a két minta eltérő OxidációAz oxidáció különböző folyamatokat írhat le a termikus analízissel összefüggésben.oxidációs viselkedésében mutatkozik meg (9. ábra). A rossz minta OxidációAz oxidáció különböző folyamatokat írhat le a termikus analízissel összefüggésben.oxidációs kezdeti hőmérsékletét (Oxidatív indukciós idő (OIT) és oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT)Az oxidatív indukciós idő (izotermikus OIT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma. Az oxidatív indukciós hőmérséklet (dinamikus OIT) vagy oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma.OOT) (zöld görbe) 229°C-ban határoztuk meg, míg a jó rész OxidációAz oxidáció különböző folyamatokat írhat le a termikus analízissel összefüggésben.oxidációs kezdeti hőmérséklete csak 241°C felett következik be.

A PTFE hővezető képességét különböző hőmérsékleteken ábrázoló grafikon, kiemelve a jelentős csökkenést körülbelül 0°C-on. — 8) Két TPE alkatrész első fűtési görbéi

DSC-görbeelemzés, amely a repedés, a kezdeti és a csúcshőmérsékleteket mutatja a jó és a rossz alkatrészek esetében, kiemelve a termikus teljesítménybeli különbségeket. — 9) A jó és a rossz rész Oxidatív indukciós idő (OIT) és oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT)Az oxidatív indukciós idő (izotermikus OIT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma. Az oxidatív indukciós hőmérséklet (dinamikus OIT) vagy oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma.OOT meghatározása

A tégelyek hatása az oxidatív indukciós időre

Az oxidatív indukciós idő (OIT) meghatározható szabványos alumínium vagy nyitott réz tégelyekben az ASTM D3895 szabvány szerint.

Ez a grafikon egy nyitott réz (piros) és egy alumínium (fekete) tégelyben végzett OIT-mérést ábrázol HDPE-n (10. ábra). Jól látható, hogy IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus körülmények között a HDPE OxidációAz oxidáció különböző folyamatokat írhat le a termikus analízissel összefüggésben.oxidációja körülbelül 23 perccel korábban kezdődik a réztégelyben, mint az alumíniumtégelyben.

A réztégelyek mellett rendelkezésre állnak olyan alumíniumtégelyek is, amelyek alja a tömítőprés stancoló szerszámkészletével alakítható (11. ábra). Ezeket a tégelyeket kifejezetten a kenőanyagok és zsírok OIT-értékének meghatározására tervezték az ASTM D5483-5 szabvány szerint.

Az oxidatív indukciós idő összehasonlítása HDPE-ben réz és alumínium tégelyek használatával, kiemelve a hőmérséklet és a gázáramlás változásait. — 10) Az oxidatív indukciós idő összehasonlítása nyitott réz- és alumíniumtégelyekben

Réz és alumínium tégelyek az OIT meghatározásához, bemutatva a különböző formákat és anyagokat. — 11) Réz (balra) és alumínium tégelyek (jobbra), különösen az OIT meghatározásához