Bevezetés
A nagy SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűségű polietilén (HDPE) csöveket kiváló mechanikai tulajdonságaik, vegyi ellenállásuk és hosszú távú tartósságuk miatt széles körben használják különböző iparágakban, többek között a vízellátásban, a gázszállításban és az ipari alkalmazásokban. Élettartamuk azonban nagymértékben függ az oxidatív degradációval szembeni ellenállásuktól, ami az anyag ridegségéhez, mechanikai szilárdságának csökkenéséhez és végül meghibásodásához vezethet.
Az oxidatív stabilitás értékelése kulcsfontosságú a HDPE csövek hosszú távú teljesítményének előrejelzéséhez, különösen azokéhoz, amelyek kihívást jelentő környezeti körülményeknek, például hőmérsékletnek vannak kitéve. A polimerek OxidációAz oxidáció különböző folyamatokat írhat le a termikus analízissel összefüggésben.oxidációs ellenállásának értékelésére szolgáló egyik leghatékonyabb módszer 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) vizsgálat, amelyet differenciál pásztázó kaloriméterrel (DSC) végeznek. Ezt a módszert nemzetközi protokollok szabványosítják, többek között az ASTM D3895-19 és az ASTM D6186-19 szabványok [1,2].
E tanulmány célja a HDPE fekete csövek aktiválási energiájának meghatározása 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-vizsgálatokból származó kinetikai elemzés segítségével.
Mérési feltételek
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 reprodukálhatóságának biztosítása érdekében a HDPE-mintákat azonos módon készítették el, és három mérést végeztek [3]. A vizsgálat több szakaszból áll:
- A mintát dinamikus nitrogénáramlás mellett az olvadáspontja feletti hőmérsékletre melegítik;
- Az IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus szakaszt 3 percig nitrogén atmoszféra alatt tartják;
- A légköri gáz nitrogénről oxigénre változik.
A vizsgálat befejezését a Bomlási reakcióA bomlási reakció egy kémiai vegyület szilárd és/vagy gáznemű termékeket képező, hő hatására lejátszódó reakciója. bomlás kezdete jelzi. Ezt a Proteus® mérőszoftver segítségével automatikusan azonosítják. A mérési feltételeket az 1. táblázat foglalja össze.
Táblázat: 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-vizsgálat vizsgálati paraméterei
| Műszer | NETZSCH DSC, alacsony hőmérsékletű változat |
|---|---|
| Tégely | Concavus® Al, nyitott |
| Minta Tömeg | 9.90-10,10 mg |
| IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.Izotermikus hőmérséklet | 200, 205, 210, 215, 220 és 225°C |
| Tisztítógáz (N2) | 50 ml/perc |
| Atmoszféra | O2/N2 |
Mérési eredmények
Az 1. ábra a vizsgálati eredményeket mutatja be. A fűtés során észlelt EndotermikusEgy mintaátalakulás vagy reakció endoterm, ha az átalakuláshoz hőre van szükség.endotermikus csúcs a nagy SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűségű polietilén fekete cső 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.olvadásának köszönhető. Az OxidációAz oxidáció különböző folyamatokat írhat le a termikus analízissel összefüggésben.oxidációs indukciós 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) az oxidáció extrapolált kezdetének értékelésével határoztuk meg a különböző IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus szakaszokkal végzett mérések során. 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 egyértelmű növekedése volt megfigyelhető az IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus szegmens hőmérsékletének csökkenésével: 9,1 perc 225°C-on, 13,5 perc 220°C-on, 20,3 perc 215°C-on, 31,7 perc 210°C-on, 48,7 perc 205°C-on és 74,1 perc 200°C-on. Ez a tendencia alacsonyabb hőmérsékleten lassabb OxidációAz oxidáció különböző folyamatokat írhat le a termikus analízissel összefüggésben.oxidációt mutat.
Kinetikai elemzés OIT mérések
Az IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus élettartam előrejelzéséhez szükséges kinetikai paraméterek meghatározására a Kinetics Neo szoftvert használják.
A kinetikai elemző méréseket különböző IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus hőmérsékleteken végezzük, amint azt az 1. ábra szemlélteti.
A 2. ábra egy Time-to-Event diagramot mutat be, amely egy fekete HDPE-cső oxidatív indukciós idejét (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) szemlélteti a hőmérséklet függvényében. 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-értékek jellemzően differenciál pásztázó kalorimetriás (DSC) vizsgálatokból származnak (1. ábra).
A HDPE fekete csőmintákon különböző IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus körülmények között olvadt polimerek OIT-méréseinek kinetikai elemzését az ASTM E 2070-23 [4] E-módszer szerinti modellmentes IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus Arrhenius-módszerrel végeztük (3. ábra). Az elemzés a Log(time-to-event) és a hőmérséklet inverzének függvényében lineárisan illeszkedő görbét eredményezett.
A kinetikai paraméterek meghatározásához az aktiválási energiát és a preexponenciális tényezőt a lineáris illesztés meredekségéből és metszéspontjából vezettük le. A preexponenciális tényező kiszámítása elsőrendű reakciót feltételez, és azt, hogy az esemény 5%-os konverzió mellett következik be. A kinetikai paramétereket a Kinetics Neo szoftverrel határoztuk meg az OxidációAz oxidáció különböző folyamatokat írhat le a termikus analízissel összefüggésben.oxidációs indukciós időre (OIT).
A kinetikai paramétereket (2. táblázat) a Kinetics Neo szoftverrel határoztuk meg az OxidációAz oxidáció különböző folyamatokat írhat le a termikus analízissel összefüggésben.oxidációs indukciós időre (OIT).
2. táblázat: Kinetikai paraméterek
| Log (preexponenciális tényező) | 13.3 Log (1/s) |
|---|---|
| Ea (Aktiválási energia) | 165 kJ/mol |
| Meghatározási együttható (R²) | 0.9999 |
Ezen kinetikai eredmények alkalmazása megkönnyíti a folyékony fázis élettartamának előrejelzését különböző hőmérsékleteken.
Ez az előrejelzés az Arrhenius-diagram extrapolációján alapul (3. ábra), ahol az egyenes meghosszabbodik alacsonyabb hőmérsékletekre, ami az 1/T érték növekedésének felel meg.
Az izotermikus élettartam szimulációs előrejelzése
A 4. ábra az Arrhenius-diagram eredményeit mutatja. Ez a görbe egy extrapolált diagram különböző IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus hőmérsékletekre a HDPE fekete cső mintákra. A méréseket a polimer olvadási hőmérséklete feletti hőmérsékleten végeztük. Következésképpen az előrejelzést olvadt polimerekre számítottuk. Az Arrhenius-diagram alacsonyabb hőmérsékletekre történő extrapolációja azonban megkönnyítheti a polimer viselkedésének összehasonlítását a HőstabilitásEgy anyag hőstabil, ha a hőmérséklet hatására nem bomlik el. Egy anyag hőstabilitásának meghatározására a TGA (termogravimetriás analizátor) egyik módja. hőstabilitás becslése alapján, ha ugyanazt a stabilizátorrendszert használják [5].
Következtetés
Az OIT-vizsgálat gyors és hatékony módszer a polimerek oxidatív stabilitásának jellemzésére és termo-oxidatív teljesítményük összehasonlítására. Átfogó kinetikai elemzés érhető el a NETZSCH DSC mérések és a NETZSCH Kinetics Neo szoftver kombinálásával a kinetikai paraméterek IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus Arrhenius segítségével történő meghatározásához.
Továbbá az azonos stabilizátort tartalmazó különböző polimerek Arrhenius-diagramjainak összehasonlítása megkönnyítheti annak a polimernek a meghatározását, amely azonos körülmények között nagy stabilitást mutat.