您当前的位置:检测资讯 > 科研开发

高分子材料老化表征之氧化诱导期(OIT)

嘉峪检测网        2022-08-18 13:28

热氧老化或热氧稳定性是人们在高分子材料使用过程中常常关注的一项重要指标,特别是涉及到诸如电线电缆等等一些与热、氧长期接触的材料或制品。高分子材料与空气中的氧发生反应而引起高分子的降解或交联称为氧化老化,当这些材料在温度较高的环境条件下,这种氧化老化会大幅提速。

 

但想要获知高分子材料或制品的热氧老化稳定性,往往是不易的,这是因为高分子材料在热氧老化的前期我们无法通过肉眼察觉,特别是添加了抗氧剂等热氧稳定剂的材料更是如此。而当你察觉到高分子材料的热氧老化现象如粉化、变色等的时候,此时材料的老化已经非常严重了,也可以说为时已晚。

 

事实上,这种热氧老化前期的这种不可察觉性,与一个概念有关,就是氧化诱导期(OIT,Oxidative-Induction Time),如下图所示。

 

高分子材料老化表征之氧化诱导期(OIT)

 

也就是说,热氧老化前期是慢速氧化的一段时间,此过程就是氧化诱导时间。氧化诱导时间一过就转入自动加速氧化阶段。因此,增加高分子材料热氧稳定性,其实就是尽可能延长高分子材料的氧化诱导时间。

 

但实际情况是,高分子材料或制品的使用温度往往较低,使用过程中的氧化诱导时间会很长,实际操作中周期长。此时,就有了氧化诱导期的作用发挥。氧化诱导期(OIT)其实就是通过加速(在远高于材料使用温度下)来预测或评测高分子材料热氧老化稳定性的一种易操作方法。

 

氧化诱导期(OIT)是指在一定温度条件下高分子材料与氧发生链式自动氧化反应所需要的时间,表明一定温度下(如200℃)高分子材料与氧发生反应的难易。氧化诱导期时间越长,表明体系在高温下越有效地阻止自由基的形成。一旦高分子材料中生成自由基,即迅速吸氧,发生链式自动加速氧化反应。氧化诱导期分析的基础是高分子材料降解反应放出的热量,差示扫描量热法(DSC)即是常用检测设备。

 

DSC测定氧化诱导期是以分子键断裂时的放热反应为依据,测试聚烯烃在高温氧气中加速老化程度的方法:将试样与参比物置于DSC仪器中,在一定温度下用氧气迅速置换试样室的惰性气体(如氮气),测试由试样氧化引起DSC曲线变化,得到的氧化诱导期可用于评定试样的热氧稳定性能,如下图所示。

 

高分子材料老化表征之氧化诱导期(OIT)

 

由于测试温度在200℃,此时聚烯烃材料发生熔融,前面的吸热峰是熔融过程的反应,之后进入平台期,直至出现明显放热峰,加速热氧老化开始。蓝色曲线试样在51.5min后开始发生氧化反应,黑色曲线试样在43.4min后发生氧化反应,因此蓝色曲线试样的抗氧化性能更佳。

 

当然,上图所示的测试曲线是相对比较理想的,因为材料成分简单。对于配方成分较多的试样,曲线则是下面这样的,但原理是一样的。

 

高分子材料老化表征之氧化诱导期(OIT)

 

氧化诱导期(OIT)的测试标准依据也是有的,国内外主要根据国际标准(ISO)、国家标准(GB)和美国材料与试验协会标准(ASTM)等,采用DSC法测定。如国家标准为GB/T19466.6-2009《塑料差示扫描量热法(DSC) 第6部分 氧化诱导时间》;ASTM标准为D3895-2003《StandardTest Method for Oxidative-Induction Time of Polyolefins byDifferential Scanning Calorimetry》。

 

氧化诱导期不仅能用于评测高分子材料的热氧老化稳定性,而且也是一种筛选热氧稳定助剂体系的快速有效方法,在实际操作中很有意义。

 

分享到:

来源:高分子材料改性和防老化