Giriş
Yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) borular, mükemmel mekanik özellikleri, kimyasal dirençleri ve uzun süreli dayanıklılıkları nedeniyle su dağıtımı, gaz taşımacılığı ve endüstriyel uygulamalar dahil olmak üzere çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, hizmet ömürleri büyük ölçüde oksidatif bozulmaya karşı dirençlerine bağlıdır; bu da gevrekleşmeye, mekanik mukavemet kaybına ve nihayetinde malzemenin bozulmasına yol açabilir.
Oksidatif stabilitenin değerlendirilmesi, özellikle sıcaklık gibi zorlu çevresel koşullara maruz kalan HDPE boruların uzun vadeli performansını tahmin etmek için çok önemlidir. Polimerlerin OksidasyonOksidasyon, termal analiz bağlamında farklı süreçleri tanımlayabilir.oksidasyon direncini değerlendirmek için en etkili yöntemlerden biri, diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) kullanılarak gerçekleştirilen OksidasyonOksidasyon, termal analiz bağlamında farklı süreçleri tanımlayabilir.Oksidasyon İndüksiyon Süresi (Oksidatif İndüksiyon Süresi (OIT) ve Oksidatif Başlangıç Sıcaklığı (OOT)Oksidatif İndüksiyon Süresi (izotermal OIT), (stabilize edilmiş) bir malzemenin oksidatif ayrışmaya karşı direncinin göreceli bir ölçüsüdür. Oksidatif İndüksiyon Sıcaklığı (dinamik OIT) veya Oksidatif Başlangıç Sıcaklığı (OOT), (stabilize edilmiş) bir malzemenin oksidatif ayrışmaya karşı direncinin göreceli bir ölçüsüdür.OIT) testidir. Bu yöntem ASTM D3895-19 ve ASTM D6186- 19 dahil olmak üzere uluslararası protokoller tarafından standartlaştırılmıştır [1,2].
Bu çalışma, Oksidatif İndüksiyon Süresi (OIT) ve Oksidatif Başlangıç Sıcaklığı (OOT)Oksidatif İndüksiyon Süresi (izotermal OIT), (stabilize edilmiş) bir malzemenin oksidatif ayrışmaya karşı direncinin göreceli bir ölçüsüdür. Oksidatif İndüksiyon Sıcaklığı (dinamik OIT) veya Oksidatif Başlangıç Sıcaklığı (OOT), (stabilize edilmiş) bir malzemenin oksidatif ayrışmaya karşı direncinin göreceli bir ölçüsüdür.OIT testlerinden elde edilen kinetik analiz yoluyla HDPE siyah boruların aktivasyon enerjisini belirlemeyi amaçlamaktadır.
Ölçüm Koşulları
Oksidatif İndüksiyon Süresi (OIT) ve Oksidatif Başlangıç Sıcaklığı (OOT)Oksidatif İndüksiyon Süresi (izotermal OIT), (stabilize edilmiş) bir malzemenin oksidatif ayrışmaya karşı direncinin göreceli bir ölçüsüdür. Oksidatif İndüksiyon Sıcaklığı (dinamik OIT) veya Oksidatif Başlangıç Sıcaklığı (OOT), (stabilize edilmiş) bir malzemenin oksidatif ayrışmaya karşı direncinin göreceli bir ölçüsüdür.OIT testlerinin tekrarlanabilirliğini sağlamak için YYPE numuneleri aynı şekilde hazırlanmış ve üç ölçüm elde edilmiştir [3]. Test birkaç aşamadan oluşmaktadır:
- Numune, dinamik bir nitrojen akışı altında Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır.erime noktasının üzerindeki bir sıcaklığa kadar ısıtılır;
- Azot atmosferi altında 3 dakika boyunca İzotermalKontrollü ve sabit sıcaklıkta yapılan testlere izotermal denir.izotermal bir bölüm tutulur;
- Atmosfer gazı nitrojenden oksijene değiştirilir.
Testin sonlandırılması, bozulmanın başlamasıyla işaretlenir. Bu durum Proteus® ölçüm yazılımı kullanılarak otomatik olarak tespit edilir. Ölçüm koşulları tablo 1'de özetlenmiştir.
| Enstrüman | NETZSCH DSC, düşük sıcaklık versiyonu |
|---|---|
| Pota | Concavus® Al, aç |
| Örnek Kütle | 9.90 ila 10,10 mg |
| İzotermal sıcaklık | 200, 205, 210, 215, 220 ve 225°C |
| Tahliye gazı oranı (N2) | 50 ml/dak |
| Atmosfer | O2/N2 |
Ölçüm Sonuçları
Şekil 1'de test sonuçları gösterilmektedir. Isıtma sırasında tespit edilen endotermal pik, yüksek yoğunluklu polietilen siyah borunun erimesinden kaynaklanmaktadır. OksidasyonOksidasyon, termal analiz bağlamında farklı süreçleri tanımlayabilir.Oksidasyon indüksiyon süresi (Oksidatif İndüksiyon Süresi (OIT) ve Oksidatif Başlangıç Sıcaklığı (OOT)Oksidatif İndüksiyon Süresi (izotermal OIT), (stabilize edilmiş) bir malzemenin oksidatif ayrışmaya karşı direncinin göreceli bir ölçüsüdür. Oksidatif İndüksiyon Sıcaklığı (dinamik OIT) veya Oksidatif Başlangıç Sıcaklığı (OOT), (stabilize edilmiş) bir malzemenin oksidatif ayrışmaya karşı direncinin göreceli bir ölçüsüdür.OIT), farklı İzotermalKontrollü ve sabit sıcaklıkta yapılan testlere izotermal denir.izotermal segmentlerle yapılan ölçümlerde ekstrapole edilen OksidasyonOksidasyon, termal analiz bağlamında farklı süreçleri tanımlayabilir.oksidasyon başlangıcı değerlendirilerek belirlenmiştir. İzotermal segmentin azalan sıcaklıkları ile OIT'de belirgin bir artış gözlenmiştir: 225°C'de 9,1 dk, 220°C'de 13,5 dk, 215°C'de 20,3 dk, 210°C'de 31,7 dk, 205°C'de 48,7 dk ve 200°C'de 74,1 dk. Bu eğilim düşük sıcaklıklarda daha yavaş OksidasyonOksidasyon, termal analiz bağlamında farklı süreçleri tanımlayabilir.oksidasyon göstermektedir.
Kinetik Analiz OIT Ölçümleri
Kinetics Neo yazılımı, İzotermalKontrollü ve sabit sıcaklıkta yapılan testlere izotermal denir.izotermal yaşam süresinin tahmin edilmesine yönelik kinetik parametrelerin belirlenmesi için kullanılmıştır.
Kinetik analiz ölçümleri, Şekil 1'de gösterildiği gibi çeşitli İzotermalKontrollü ve sabit sıcaklıkta yapılan testlere izotermal denir.izotermal sıcaklıklarda gerçekleştirilmiştir.
Şekil 2, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak siyah bir HDPE borunun Oksidatif İndüksiyon Süresini (OIT) gösteren bir Olaya Kadar Geçen Süre grafiği sunmaktadır. OIT değerleri tipik olarak Diferansiyel Tarama Kalorimetrisi (DSC) testlerinden elde edilir (şekil 1).
Farklı izotermal koşullar altında erimiş polimerler için HDPE siyah boru numuneleri üzerindeki OIT ölçümlerinin kinetik analizi, ASTM E 2070-23 [4] E yöntemine göre modelsiz İzotermal Arrhenius kullanılarak gerçekleştirilmiştir (Şekil 3). Analiz, doğrusal bir uyum eğrisi ile sıcaklığın tersine karşı Log(olaya kadar geçen süre) grafiğini üretmiştir.
Kinetik parametrelerin belirlenmesi için aktivasyon enerjisi ve ön-eksponansiyel faktör, doğrusal uyumun eğiminden ve kesişiminden türetilmiştir. Ön-eksponansiyel faktörün hesaplanmasında birinci dereceden bir reaksiyon olduğu ve olayın %5'lik bir dönüşümde gerçekleştiği varsayılmıştır. Kinetik parametreler, OksidasyonOksidasyon, termal analiz bağlamında farklı süreçleri tanımlayabilir.Oksidasyon İndüksiyon Süresi (OIT) için Kinetics Neo yazılımı tarafından belirlenmiştir.
Kinetik parametreler (Tablo 2) Oksidasyon İndüksiyon Süresi (OIT) için Kinetics Neo yazılımı tarafından belirlenmiştir.
Tablo 2: Kinetik parametreler
| Log (Üstel öncesi faktör) | 13.3 Log (1/s) |
|---|---|
| Ea (Aktivasyon enerjisi) | 165 kJ/mol |
| Belirleme katsayısı (R²) | 0.9999 |
Bu kinetik sonuçların uygulanması, farklı sıcaklıklarda bir sıvı faz için yaşam süresinin tahmin edilmesini kolaylaştırır.
Bu tahmin Arrhenius grafiğinin ekstrapolasyonuna dayanmaktadır (Şekil 3), burada düz çizgi 1/T değerindeki artışa karşılık gelecek şekilde daha düşük sıcaklıklara doğru uzamaktadır.
İzotermal Ömrün Simülasyon Tahmini
Şekil 4 Arrhenius grafiği sonuçlarını göstermektedir. Bu eğri, HDPE siyah boru numuneleri için farklı izotermal sıcaklıklar için ekstrapole edilmiş bir grafiktir. Ölçümler polimer Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime sıcaklığının üzerindeki sıcaklıklarda gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, tahmin erimiş polimerler için hesaplanmıştır. Bununla birlikte, Arrhenius grafiğinin daha düşük sıcaklıklara ekstrapolasyonu, aynı stabilizatör sistemi kullanıldığında termal stabilitenin tahminine dayalı olarak polimerin davranışının karşılaştırılmasını kolaylaştırabilir [5].
Sonuç
OIT testi, polimerlerin oksidatif stabilitesini karakterize etmek ve termo-oksidatif performanslarını karşılaştırmak için hızlı ve etkili bir yöntem sağlar. İzotermal Arrhenius kullanılarak kinetik parametrelerin belirlenmesi için NETZSCH DSC ölçümlerinin NETZSCH Kinetics Neo yazılımı ile birleştirilmesiyle kapsamlı bir kinetik analiz elde edilir.
Ayrıca, aynı stabilizatörü içeren çeşitli polimerlerin Arrhenius grafiklerinin karşılaştırılması, aynı koşullar altında yüksek stabilite sergileyen polimerin belirlenmesini kolaylaştırabilir.