Introducere
Țevile din polietilenă de înaltă DensitateDensitatea masică este definită ca raportul dintre masă și volum. densitate (HDPE) sunt utilizate pe scară largă în diverse industrii, inclusiv distribuția apei, transportul gazelor și aplicații industriale, datorită proprietăților mecanice excelente, rezistenței chimice și durabilității pe termen lung. Cu toate acestea, durata lor de viață depinde în mare măsură de rezistența lor la degradarea oxidativă, care poate duce la fragilizare, pierderea rezistenței mecanice și, în cele din urmă, la defectarea materialului.
Evaluarea stabilității oxidative este esențială pentru previzionarea performanței pe termen lung a țevilor HDPE, în special a celor expuse la condiții de mediu dificile, cum ar fi temperaturile. Una dintre cele mai eficiente metode de evaluare a rezistenței la OxidareOxidarea poate descrie diferite procese în contextul analizei termice.oxidare a polimerilor este testul Timpul de inducție oxidativă (OIT) și temperatura de inițiere oxidativă (OOT)Timpul de inducție oxidativă (OIT izoterm) este o măsură relativă a rezistenței unui material (stabilizat) la descompunerea oxidativă. Temperatura de inducție oxidativă (OIT dinamic) sau temperatura de inițiere oxidativă (OOT) este o măsură relativă a rezistenței unui material (stabilizat) la descompunerea oxidativă.OIT (Oxidation Induction Time), care se realizează cu ajutorul unui calorimetru cu scanare diferențială (DSC). Această metodă este standardizată prin protocoale internaționale, inclusiv ASTM D3895-19 și ASTM D6186- 19 [1,2].
Acest studiu urmărește să determine energia de activare a țevilor negre HDPE prin analiza cinetică derivată din testele Timpul de inducție oxidativă (OIT) și temperatura de inițiere oxidativă (OOT)Timpul de inducție oxidativă (OIT izoterm) este o măsură relativă a rezistenței unui material (stabilizat) la descompunerea oxidativă. Temperatura de inducție oxidativă (OIT dinamic) sau temperatura de inițiere oxidativă (OOT) este o măsură relativă a rezistenței unui material (stabilizat) la descompunerea oxidativă.OIT.
Condiții de măsurare
Pentru a asigura reproductibilitatea testelor Timpul de inducție oxidativă (OIT) și temperatura de inițiere oxidativă (OOT)Timpul de inducție oxidativă (OIT izoterm) este o măsură relativă a rezistenței unui material (stabilizat) la descompunerea oxidativă. Temperatura de inducție oxidativă (OIT dinamic) sau temperatura de inițiere oxidativă (OOT) este o măsură relativă a rezistenței unui material (stabilizat) la descompunerea oxidativă.OIT, probele HDPE au fost pregătite în același mod și au fost obținute trei măsurători [3]. Testul implică mai multe etape:
- Proba este încălzită la o temperatură superioară punctului său de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire sub un flux dinamic de azot;
- Un segment izoterm este menținut timp de 3 minute sub o atmosferă de azot;
- Atmosfera gazoasă este schimbată de la azot la oxigen.
Încheierea testului este marcată de începutul degradării. Aceasta este identificată automat prin utilizarea software-ului de măsurare Proteus®. Condițiile de măsurare sunt rezumate în tabelul 1.
Tabelul 1: Parametrii de testare ai testului Timpul de inducție oxidativă (OIT) și temperatura de inițiere oxidativă (OOT)Timpul de inducție oxidativă (OIT izoterm) este o măsură relativă a rezistenței unui material (stabilizat) la descompunerea oxidativă. Temperatura de inducție oxidativă (OIT dinamic) sau temperatura de inițiere oxidativă (OOT) este o măsură relativă a rezistenței unui material (stabilizat) la descompunerea oxidativă.OIT
| Instrument | NETZSCH DSC, versiunea la temperatură scăzută |
|---|---|
| Creuzet | Concavus® Al, deschis |
| Masa probei | 9.90 până la 10,10 mg |
| Temperatură izotermă | 200, 205, 210, 215, 220 și 225°C |
| Rata gazului de purjare (N2) | 50 ml/min |
| Atmosferă | O2/N2 |
Rezultatele măsurătorilor
Figura 1 prezintă rezultatele testelor. Vârful EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermic detectat în timpul încălzirii se datorează topirii țevii negre din polietilenă de înaltă DensitateDensitatea masică este definită ca raportul dintre masă și volum. densitate. Timpul de inducție a oxidării (Timpul de inducție oxidativă (OIT) și temperatura de inițiere oxidativă (OOT)Timpul de inducție oxidativă (OIT izoterm) este o măsură relativă a rezistenței unui material (stabilizat) la descompunerea oxidativă. Temperatura de inducție oxidativă (OIT dinamic) sau temperatura de inițiere oxidativă (OOT) este o măsură relativă a rezistenței unui material (stabilizat) la descompunerea oxidativă.OIT) a fost determinat prin evaluarea debutului extrapolat al oxidării în măsurători cu diferite segmente izoterme. S-a observat o creștere clară a Timpul de inducție oxidativă (OIT) și temperatura de inițiere oxidativă (OOT)Timpul de inducție oxidativă (OIT izoterm) este o măsură relativă a rezistenței unui material (stabilizat) la descompunerea oxidativă. Temperatura de inducție oxidativă (OIT dinamic) sau temperatura de inițiere oxidativă (OOT) este o măsură relativă a rezistenței unui material (stabilizat) la descompunerea oxidativă.OIT odată cu scăderea temperaturii segmentului izoterm: 9,1 minute la 225°C, 13,5 minute la 220°C, 20,3 minute la 215°C, 31,7 minute la 210°C, 48,7 minute la 205°C și 74,1 minute la 200°C. Această tendință arată o OxidareOxidarea poate descrie diferite procese în contextul analizei termice.oxidare mai lentă la temperaturi mai scăzute.
Analiză cinetică Măsurători OIT
Software-ul Kinetics Neo este utilizat pentru determinarea parametrilor cinetici pentru prezicerea duratei de viață izotermă.
Măsurătorile de analiză cinetică sunt efectuate la diferite temperaturi izoterme, după cum se ilustrează în figura 1.
Figura 2 prezintă un grafic Time-to-Event care ilustrează timpul de inducție oxidativă (Timpul de inducție oxidativă (OIT) și temperatura de inițiere oxidativă (OOT)Timpul de inducție oxidativă (OIT izoterm) este o măsură relativă a rezistenței unui material (stabilizat) la descompunerea oxidativă. Temperatura de inducție oxidativă (OIT dinamic) sau temperatura de inițiere oxidativă (OOT) este o măsură relativă a rezistenței unui material (stabilizat) la descompunerea oxidativă.OIT) al unei țevi HDPE negre în funcție de temperatură. Valorile Timpul de inducție oxidativă (OIT) și temperatura de inițiere oxidativă (OOT)Timpul de inducție oxidativă (OIT izoterm) este o măsură relativă a rezistenței unui material (stabilizat) la descompunerea oxidativă. Temperatura de inducție oxidativă (OIT dinamic) sau temperatura de inițiere oxidativă (OOT) este o măsură relativă a rezistenței unui material (stabilizat) la descompunerea oxidativă.OIT sunt derivate în mod obișnuit din testele de calorimetrie diferențială cu baleiaj (DSC) (figura 1).
S-a efectuat o analiză cinetică a măsurătorilor OIT pe probe de țevi negre HDPE pentru polimeri topiți în diferite condiții izoterme, utilizând modelul izoterm Arrhenius fără model în conformitate cu metoda E din ASTM E 2070-23 [4] (figura 3). Analiza a produs un grafic al Log(time-to-event) versus inversul temperaturii cu o curbă de ajustare liniară.
Pentru determinarea parametrilor cinetici, energia de activare și factorul preexponențial au fost derivate din panta și interceptul ajustării liniare. Calculul factorului preexponențial presupune o reacție de ordinul întâi și faptul că evenimentul are loc la o conversie de 5 %. Parametrii cinetici au fost determinați de software-ul Kinetics Neo pentru timpul de inducție a oxidării (OIT).
Parametrii cinetici (tabelul 2) au fost determinați de software-ul Kinetics Neo pentru timpul de inducție a oxidării (OIT).
Tabelul 2: Parametrii cinetici
| Log (factor preexponențial) | 13.3 Log (1/s) |
|---|---|
| Ea (energia de activare) | 165 kJ/mol |
| Coeficient de determinare (R²) | 0.9999 |
Aplicarea acestor rezultate cinetice facilitează predicția duratei de viață a unei faze lichide la diferite temperaturi.
Această predicție se bazează pe extrapolarea graficului Arrhenius (figura 3), în care linia dreaptă este extinsă la temperaturi mai scăzute, ceea ce corespunde unei creșteri a valorii 1/T.
Predicția prin simulare a duratei de viață izotermă
Figura 4 prezintă rezultatele diagramei Arrhenius. Această curbă este un grafic extrapolat pentru diferite temperaturi izoterme pentru probele de țevi negre HDPE. Măsurătorile au fost efectuate la temperaturi mai mari decât temperatura de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire a polimerului. În consecință, predicția a fost calculată pentru polimeri topiți. Cu toate acestea, o extrapolare a diagramei Arrhenius la temperaturi mai scăzute poate facilita o comparație a comportamentului polimerului, bazată pe estimarea stabilității termice, atunci când se utilizează același sistem de stabilizatori [5].
Concluzie
Testul OIT oferă o metodă rapidă și eficientă de caracterizare a stabilității oxidative a polimerilor și de comparare a performanțelor termo-oxidative ale acestora. Se realizează o analiză cinetică cuprinzătoare prin combinarea măsurătorilor NETZSCH DSC cu software-ul NETZSCH Kinetics Neo pentru determinarea parametrilor cinetici utilizând Arrhenius izoterm.
În plus, o comparație a diagramelor Arrhenius ale diferiților polimeri care conțin același stabilizator poate facilita determinarea polimerului care prezintă o stabilitate ridicată în aceleași condiții.