Pendahuluan
Pipa high-density polyethylene (HDPE) banyak digunakan di berbagai industri, termasuk distribusi air, transportasi gas, dan aplikasi industri, karena sifat mekanik yang sangat baik, ketahanan terhadap bahan kimia, dan daya tahan jangka panjang. Namun, masa pakai mereka sangat bergantung pada ketahanannya terhadap degradasi oksidatif, yang dapat menyebabkan penggetasan, hilangnya kekuatan mekanis, dan pada akhirnya, kegagalan material.
Evaluasi stabilitas oksidatif sangat penting untuk memprediksi kinerja jangka panjang pipa HDPE, terutama yang terpapar pada kondisi lingkungan yang menantang, seperti suhu. Salah satu metode yang paling efektif untuk menilai ketahanan OksidasiOksidasi dapat menggambarkan proses yang berbeda dalam konteks analisis termal.oksidasi polimer adalah uji Waktu Induksi OksidasiOksidasi dapat menggambarkan proses yang berbeda dalam konteks analisis termal.Oksidasi (Waktu Induksi Oksidatif (OIT) dan Suhu Awal Oksidatif (OOT)Waktu Induksi Oksidatif (OIT isotermal) adalah ukuran relatif ketahanan suatu bahan (yang distabilkan) terhadap penguraian oksidatif. Suhu Induksi Oksidatif (OIT dinamis) atau Suhu Awal Oksidatif (OOT) adalah ukuran relatif ketahanan suatu bahan (yang distabilkan) terhadap penguraian oksidatif.OIT), yang dilakukan dengan menggunakan kalorimeter pemindaian diferensial (DSC). Metode ini telah distandarisasi oleh protokol internasional, termasuk ASTM D3895-19 dan ASTM D6186-19 [1,2].
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui energi aktivasi pipa hitam HDPE melalui analisis kinetik yang berasal dari uji Waktu Induksi Oksidatif (OIT) dan Suhu Awal Oksidatif (OOT)Waktu Induksi Oksidatif (OIT isotermal) adalah ukuran relatif ketahanan suatu bahan (yang distabilkan) terhadap penguraian oksidatif. Suhu Induksi Oksidatif (OIT dinamis) atau Suhu Awal Oksidatif (OOT) adalah ukuran relatif ketahanan suatu bahan (yang distabilkan) terhadap penguraian oksidatif.OIT.
Kondisi Pengukuran
Untuk memastikan reprodusibilitas tes Waktu Induksi Oksidatif (OIT) dan Suhu Awal Oksidatif (OOT)Waktu Induksi Oksidatif (OIT isotermal) adalah ukuran relatif ketahanan suatu bahan (yang distabilkan) terhadap penguraian oksidatif. Suhu Induksi Oksidatif (OIT dinamis) atau Suhu Awal Oksidatif (OOT) adalah ukuran relatif ketahanan suatu bahan (yang distabilkan) terhadap penguraian oksidatif.OIT, sampel HDPE disiapkan dengan cara yang sama, dan tiga pengukuran diperoleh [3]. Pengujian ini melibatkan beberapa tahap:
- Sampel dipanaskan hingga suhu di atas titik lelehnya di bawah aliran nitrogen dinamis;
- Segmen IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal ditahan selama 3 menit di bawah atmosfer nitrogen;
- Gas atmosfer diubah dari nitrogen menjadi oksigen.
Pengakhiran pengujian ditandai dengan dimulainya degradasi. Hal ini diidentifikasi secara otomatis melalui pemanfaatan perangkat lunak pengukuran Proteus®. Kondisi pengukuran dirangkum dalam tabel 1.
| Instrumen | NETZSCH DSC, versi suhu rendah |
|---|---|
| Wadah | Concavus® Al, buka |
| Massa Sampel | 9.90 hingga 10,10 mg |
| Suhu IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal | 200, 205, 210, 215, 220 dan 225°C |
| Laju gas pembersih (N2) | 50 ml / menit |
| Atmosfer | O2/ N2 |
Hasil Pengukuran
Gambar 1 menggambarkan hasil pengujian. Puncak endotermal yang terdeteksi selama pemanasan disebabkan oleh peleburan pipa hitam polietilena densitas tinggi. Waktu induksi OksidasiOksidasi dapat menggambarkan proses yang berbeda dalam konteks analisis termal.oksidasi (Waktu Induksi Oksidatif (OIT) dan Suhu Awal Oksidatif (OOT)Waktu Induksi Oksidatif (OIT isotermal) adalah ukuran relatif ketahanan suatu bahan (yang distabilkan) terhadap penguraian oksidatif. Suhu Induksi Oksidatif (OIT dinamis) atau Suhu Awal Oksidatif (OOT) adalah ukuran relatif ketahanan suatu bahan (yang distabilkan) terhadap penguraian oksidatif.OIT) ditentukan dengan mengevaluasi awal OksidasiOksidasi dapat menggambarkan proses yang berbeda dalam konteks analisis termal.oksidasi yang diekstrapolasi dalam pengukuran dengan segmen IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal yang berbeda. Peningkatan yang jelas dalam Waktu Induksi Oksidatif (OIT) dan Suhu Awal Oksidatif (OOT)Waktu Induksi Oksidatif (OIT isotermal) adalah ukuran relatif ketahanan suatu bahan (yang distabilkan) terhadap penguraian oksidatif. Suhu Induksi Oksidatif (OIT dinamis) atau Suhu Awal Oksidatif (OOT) adalah ukuran relatif ketahanan suatu bahan (yang distabilkan) terhadap penguraian oksidatif.OIT diamati dengan penurunan suhu segmen IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal: 9,1 menit pada 225 ° C, 13,5 menit pada 220 ° C, 20,3 menit pada 215 ° C, 31,7 menit pada 210 ° C, 48,7 menit pada 205 ° C, dan 74,1 menit pada 200 ° C. Tren ini menunjukkan OksidasiOksidasi dapat menggambarkan proses yang berbeda dalam konteks analisis termal.oksidasi yang lebih lambat pada suhu yang lebih rendah.
Pengukuran OIT Analisis Kinetik
Perangkat lunak Kinetics Neo digunakan untuk menentukan parameter kinetik untuk memprediksi masa pakai IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal.
Pengukuran analisis kinetik dilakukan pada berbagai suhu IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal, seperti yang diilustrasikan pada gambar 1.
Gambar 2 menyajikan grafik Waktu-ke-Kejadian yang mengilustrasikan Waktu Induksi Oksidatif (Waktu Induksi Oksidatif (OIT) dan Suhu Awal Oksidatif (OOT)Waktu Induksi Oksidatif (OIT isotermal) adalah ukuran relatif ketahanan suatu bahan (yang distabilkan) terhadap penguraian oksidatif. Suhu Induksi Oksidatif (OIT dinamis) atau Suhu Awal Oksidatif (OOT) adalah ukuran relatif ketahanan suatu bahan (yang distabilkan) terhadap penguraian oksidatif.OIT) dari pipa HDPE hitam sebagai fungsi suhu. Nilai Waktu Induksi Oksidatif (OIT) dan Suhu Awal Oksidatif (OOT)Waktu Induksi Oksidatif (OIT isotermal) adalah ukuran relatif ketahanan suatu bahan (yang distabilkan) terhadap penguraian oksidatif. Suhu Induksi Oksidatif (OIT dinamis) atau Suhu Awal Oksidatif (OOT) adalah ukuran relatif ketahanan suatu bahan (yang distabilkan) terhadap penguraian oksidatif.OIT biasanya diperoleh dari uji Differential Scanning Calorimetry (DSC) (gambar 1).
Analisis kinetik pengukuran OIT pada sampel pipa hitam HDPE untuk polimer cair dalam kondisi IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal yang berbeda dilakukan dengan menggunakan Arrhenius IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.Isotermal bebas model menurut metode E dari ASTM E 2070-23 [4] (gambar 3). Analisis menghasilkan plot Log (waktu-ke-kejadian) versus kebalikan dari suhu dengan kurva kecocokan linier.
Untuk penentuan parameter kinetik, energi aktivasi dan faktor pra-eksponensial diperoleh dari kemiringan dan intersep kecocokan linier. Perhitungan faktor pra-eksponensial mengasumsikan reaksi orde satu dan peristiwa tersebut terjadi pada konversi 5%. Parameter kinetik ditentukan oleh perangkat lunak Kinetics Neo untuk Waktu Induksi OksidasiOksidasi dapat menggambarkan proses yang berbeda dalam konteks analisis termal.Oksidasi (OIT).
Parameter kinetik (tabel 2) ditentukan oleh perangkat lunak Kinetics Neo untuk Waktu Induksi OksidasiOksidasi dapat menggambarkan proses yang berbeda dalam konteks analisis termal.Oksidasi (OIT).
Tabel 2: Parameter kinetik
| Log (Faktor pra-eksponensial) | 13.3 Log (1/s) |
|---|---|
| Ea (Energi aktivasi) | 165 kJ/mol |
| Koefisien determinasi (R²) | 0.9999 |
Penerapan hasil kinetik ini memfasilitasi prediksi masa pakai untuk fase cair pada suhu yang berbeda.
Prediksi ini didasarkan pada ekstrapolasi plot Arrhenius (gambar 3), di mana garis lurus diperpanjang ke suhu yang lebih rendah, sesuai dengan peningkatan nilai 1/T.
Prediksi Simulasi Masa Pakai Isotermal
Gambar 4 menggambarkan hasil plot Arrhenius. Kurva ini adalah plot ekstrapolasi untuk suhu IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal yang berbeda untuk sampel pipa hitam HDPE. Pengukuran dilakukan pada suhu di atas Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik). suhu leleh polimer. Akibatnya, prediksi dihitung untuk polimer cair. Namun, ekstrapolasi plot Arrhenius ke suhu yang lebih rendah dapat memfasilitasi perbandingan perilaku polimer, berdasarkan perkiraan Stabilitas TermalSuatu bahan dikatakan stabil secara termal jika tidak terurai di bawah pengaruh suhu. Salah satu cara untuk menentukan stabilitas termal suatu zat adalah dengan menggunakan TGA (penganalisis termogravimetri). stabilitas termal, ketika sistem penstabil yang sama digunakan [5].
Kesimpulan
Uji OIT memberikan metode yang cepat dan efektif untuk mengkarakterisasi stabilitas oksidatif polimer dan membandingkan kinerja termo-oksidatifnya. Analisis kinetik yang komprehensif dicapai melalui kombinasi pengukuran DSC NETZSCH dengan perangkat lunak NETZSCH Kinetics Neo untuk penentuan parameter kinetik menggunakan Arrhenius IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal.
Selain itu, perbandingan plot Arrhenius dari berbagai polimer yang mengandung penstabil yang sama dapat memfasilitasi penentuan polimer yang menunjukkan stabilitas tinggi dalam kondisi yang sama.