ヒントとコツ

油脂の酸化安定性の測定

紫外線(光)、温度、大気中の酸素、機械的負荷、化学的・生物学的媒体などの外部からの影響は、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)が始まるまでの期間を延長する。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(O.I.T.)である。

実際には、動的O.I.T.試験と等温O.I.T.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する。対応する酸化誘導温度は、発熱(発熱性)DSC効果の外挿開始温度と同じです。

制御されたガスフロー下での動的走査熱量測定(DSC)を用いた材料の酸化誘導時間(OIT)の測定を示すグラフ。
図1.ISO 11357-6に従ったポリオレフィンの酸化誘導時間の測定。

等温O.I.T.試験では、調査対象の材料をまず保護ガス下で加熱し、次に保護ガスがない状態で数分間一定温度に保持して平衡を保ち、その後酸素または空気の雰囲気に曝す。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。

ASTM D 3895 (ポリエチレン)、DIN EN 728 (プラスチックパイプライン)、ISO 11357-6 (プラスチック)、ASTM D 525 (航空機燃料)など、多くの国内および国際規格が、試料の前処理と測定条件の適切な選択に関する推奨事項を示しています。

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、酸素は圧力を発生させるだけでなく、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極めて正確に調整する必要がある。

NETZSCH 酸化安定性試験用High-Pessure DSC 204 HPは、最大圧力150 barで作動し、複数の試料ホルダーを備えています。
図 2.NETZSCH 高耐圧 DSC 204 HP(最大圧力:150 bar)
図3.試料(緑)を入れたSFIるつぼの図。

酸化安定性の測定は "表面敏感 "である。これは、試験結果の高い再現性を確保するために、調査対象のオイルまたはグリース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 D 5483、潤滑油についてはASTM D 6186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。

科学分析における油脂の安定性試験に不可欠なSFIるつぼ用シーリングプレスとインサート。
図4.シーリング・プレスとインサート(拡大図)

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

底が平らなるつぼでは、高温になるとオイルやグリース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O.I.T.の結果に影響する(図5参照)。開放型標準アルミニウムるつぼで分析を行った場合(青い曲線)、O.I.T.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、O.I.T.は大幅に短縮される(46.4分)。

35barの酸素圧力下におけるSFI容器と標準アルミニウム容器でのグリースの誘導時間の比較。
図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O.I.T.時間の比較:装置:DSC 204 HP、35 bar 酸素
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