Tips och tricks
Bestämning av oxidationsstabiliteten hos fetter och oljor
Yttre påverkan som UV-strålning (ljus), temperatur, atmosfäriskt syre, mekanisk belastning eller kemiska/biologiska medier leder till för tidigt åldrande av material, vilket resulterar i en förändring av deras kemiska och fysiska egenskaper.
Korrekta åldringsinhibitorer (stabilisatorer) saktar ner åldringsprocessen och förlänger induktionsperioden, dvs. den tidsperiod som föregår starten av termooxidativ nedbrytning (kedjenedbrytning, tekniskt fel). En viktig indikator på oxidationsstabiliteten hos oljor, fetter, smörjmedel, bränslen eller plaster är oxidationsinduktionstemperaturen eller oxidationsinduktionstiden (O.I.T.), som kan bestämmas med DSC i standardiserade procedurer.
I praktiken används två olika metoder: dynamiska och isotermiska O.I.T.-tester. I den dynamiska tekniken upphettas provet med en bestämd konstant uppvärmningshastighet under oxiderande förhållanden tills reaktionen börjar. Den motsvarande oxidationsinduktionstemperaturen är densamma som den extrapolerade starttemperaturen för den exotermiska DSC-effekt som uppstår.
I isotermiska O.I.T.-tester värms de material som ska undersökas först upp under en skyddsgas, hålls sedan vid en konstant temperatur i flera minuter under skyddsgas för att skapa jämvikt och utsätts därefter för en atmosfär av syre eller luft. Tiden från den första kontakten med syre till dess att oxidationen börjar kallas för oxidationsinduktionstid. Detta visas i figur 1.
Många nationella och internationella standarder - t.ex. ASTM D 3895 (polyeten), DIN EN 728 (plaströrledningar), ISO 11357-6 (plast) och ASTM D 525 (flygbränsle) - ger rekommendationer för provberedning och korrekt val av mätförhållanden.
Oxidationstester på smörjoljor och smörjfetter utförs vanligen med ett högtrycks-DSC-instrument (se figur 2). Ett mottryck genereras - i allmänhet 35 bar - för att förhindra att provet avdunstar. I oxidationsreaktioner fungerar syret emellertid inte bara som tryckgenerator utan även som reaktionspartner. Av denna anledning måste både trycket och gasflödet regleras med största precision.
Bestämning av oxidationsstabiliteten är "ytkänslig". Detta innebär att den olje- eller fettfilm som ska undersökas helst ska ha en slät och enhetlig yta för att säkerställa hög reproducerbarhet av testresultaten. SFI-deglar (SFI står för Solid Fat Index; se diagram i figur 3), som rekommenderas i ASTM D 5483 för smörjfetter och ASTM D 6186 för smörjoljor, lämpar sig mycket väl för sådana undersökningar.
Ett exempel på detta är panformade aluminiumdeglar med en ytterdiameter på 6,7 mm och en volym på 85 µl som kan formas med ett tätningsverktyg (inbyggt i en standarddegelpress - bild 4).
I deglar med plan botten kryper oljor och fetter ofta till kantzonerna vid högre temperaturer. Den effektiva ytan på provet som kan interagera med den omgivande atmosfären minskar därmed i storlek. Detta påverkar O.I.T.-resultatet (se figur 5). När analysen utförs i en öppen standarddegel av aluminium (blå kurva) uppgår O.I.T.-tiden (extrapolerad början) till 64,6 min. Vid analys i en SFI-degel (grön kurva) förkortas O.I.T.-tiden avsevärt (till 46,4 min) på grund av den större effektiva ytan.
