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油脂の酸化安定性の測定

はじめに

紫外線(光)、温度、大気中の酸素、化学的/生物学的媒体などの外的影響は、材料の早期老化を引き起こし、化学的/物理的特性の変化をもたらします。適切な老化防止剤(安定剤)は、老化プロセスを遅らせ、誘導期間、すなわち熱酸化分解(鎖の劣化、技術的欠陥)が始まる前の期間を延長する。

油脂、潤滑油、燃料、プラスチックの酸化安定性の重要な指標は、酸化誘導温度または酸化誘導時間(OIT)である。

実際には、動的OIT試験と等温OIT試験の2つの異なる方法が用いられます。動的試験では、試料を酸化条件下で一定の加熱速度で、反応が始まるまで加熱します。対応する酸化誘導温度(酸化開始温度、OOTとも呼ばれる)は、発熱(発熱性)DSC効果の外挿オンセット温度と同じです。等温OIT試験では、調査対象の材料はまず保護ガス下で加熱され、次に保護ガス下で数分間一定温度に保持されて平衡状態になり、その後酸素または空気の雰囲気にさらされます。酸素との最初の接触から酸化が始まるまでの時間を酸化誘導時間と呼ぶ。これを図1に示す。

特定の窒素および酸素流量下でのポリオレフィンの酸化誘導時間(OIT)を示すDSCグラフ。
1) ISO 11357-6によるポリオレフィンの酸化誘導時間の測定

ASTM D3895(ポリエチレン)、DIN EN728(プラスチックパイプライン)、ISO 11357-6(プラスチック)、ASTM D525(航空機燃料)など、多くの国内・国際規格が、試料の前処理と測定条件の適切な選択について推奨しています。

潤滑油の酸化試験およびグリース

潤滑油とグリースの酸化試験は通常、高圧DSC装置を用いて実施される(図2参照)。試料の蒸発を防ぐため、通常35 barの背圧が発生する。しかし酸化反応では、酸素は圧力発生だけでなく、反応相手としても機能する。このため、圧力とガス流量の両方を正確に調整する必要がある。

NETZSCH 圧力DSC 204;150 barまでの精密な圧力測定が可能な先進の熱分析装置。
2)NETZSCH 圧力 DSC 204 (最大圧力:150 bar)

酸化安定性の測定は「表面に敏感」である。これは、試験結果の高い再現性を確保するために、調査対象の油脂膜が滑らかで均一な表面を示すことが理想的であることを意味する。このような調査に非常に適しているのは、潤滑グリースについてはASTM D5483、潤滑油についてはASTM D6186で推奨されているSFI容器(SFIはSolid Fat Indexの略、図3の図を参照)である。

グリーン試料の設計を示すSFIるつぼの図。材料分析のためのユニークな構造が強調されている。
3)試料(緑)を入れたSFIるつぼの図

これらの例としては、外径6.7mm、容積85μlのパン型アルミニウムるつぼがあり、密封ツール(標準的なるつぼプレスに組み込まれている-図4参照)で成形することができる。

Netzsch 、材料分析および試験における精密試料調製用に設計された容器プレスおよびインサートセット。
4)容器プレスとインサート(拡大図)

底が平らなるつぼでは、高温になると油脂がリムゾーンにクリープすることが多い。そのため、周囲の大気と相互作用できる試料の有効表面が小さくなる。これはOITの結果に影響する(図5参照)。開放型標準るつぼで分析を行った場合(青い曲線)、OIT時間(外挿オンセット)は64.6分です。これに対し、SFIるつぼ(緑色の曲線)で分析した場合、有効表面が大きいため、OITは大幅に短縮される(46.4分)。

35barの酸素圧下で、標準アルミニウム(64.6分)とSFI容器(46.4分)でのグリースのOITを比較したグラフ。
5) 標準アルミニウムるつぼ(青)とSFIるつぼ(緑)で分析したグリースのOIT時間の比較:装置:DSC 204、35 bar酸素

概要

DSC-OIT試験により、熱酸化攻撃に対する材料の安定性に関する比較結論を導き出すことができます。潤滑油とグリースの調査には、SFIるつぼと組み合わせたNETZSCH 高圧DSC 204が理想的です。

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