많은 유기 화합물은 낮은 온도에서도 산소가 존재하면 산화 반응을 겪는 경향이 있습니다. 그러나 일부 종류의 물질은 등온 조건에 노출될 때 산소와 반응이 일어나지 않는 유도 기간을 나타냅니다. 이 기간을 산화 유도 시간 또는 산화 유도 시간(OIT)이라고 합니다. 이 기간이 지나면 산소와의 반응이 증가하는 속도로 발생합니다.
이 특성을 나타내는 물질의 종류는 다음과 같습니다.
OIT는 공정 개발 및 품질 관리에서 위 재료의 안정성을 연구하는 데 자주 사용됩니다. 이 테스트는 산화 분해가 시작되는 시간을 결정하여 물질의 안정화 수준을 평가하는 데 사용됩니다. 측정은 합리적인 시간 내에 분해가 시작될 수 있을 만큼 충분히 높은 온도의 산소 분위기에서 수행됩니다. OIT는 실제 타당성을 위해 측정 기간을 단축하기 위해 가속 조건에서 수행됩니다.
산화 개시 온도 또는 OOT는 샘플의 산화 시작이 관찰되는 온도입니다. OIT와 마찬가지로 OOT는 산화에 대한 테스트 재료의 안정성을 상대적으로 측정한 것입니다. OOT가 높을수록 재료가 더 안정적입니다.
OIT는 산소에 처음 노출된 시점부터 테스트의 등온 온도에서 발열 분해가 시작될 때까지의 시간입니다. 이는 산화에 대한 시험 물질의 안정성을 상대적으로 측정합니다. OIT가 길수록 재료가 더 안정적입니다. 다이어그램에 표시된 대로 OIT는 산소에 대한 초기 노출(t 0 )부터 산화 시작(t onset )까지의 시간입니다.
OOT 또는 산화 개시 온도는 산화 환경에서 주어진 가열 속도로 측정된 발열 분해 개시 온도입니다. OOT 테스트는 동적 테스트이며 공기 또는 순수 산소가 있는 상태에서 지정된 가열 속도로 측정됩니다. 발열 산화 반응이 시작될 때까지 샘플을 개방형 샘플팬의 DSC 모듈에서 10K/분의 가열 속도로 가열합니다. 이는 오른쪽 다이어그램에서 열 흐름의 급격한 증가로 표시됩니다. 곡선의 시작을 평가하면 OOT 값이 제공됩니다.
시차 주사 열량계(DSC)는 많은 분석, QC 및 R&D 실험실에서 사용되는 다목적 측정 기술입니다. 샘플을 가열하거나 냉각하거나 일정한 온도에서 등온으로 유지할 때 샘플에서 생성되는 열 흐름을 측정하는 데 사용됩니다.
OIT 측정은 일반적으로 산화성 대기에서 DSC에 의해 등온적으로 수행됩니다. 이 장비는 산화 반응에서 생성된 열을 측정하고 이에 따라 산화 시작을 감지합니다.
샘플을 개방형 샘플팬에 넣고 장비에 넣은 다음 질소를 퍼지 가스로 사용하여 등온 테스트 온도까지 빠르게 가열합니다. 샘플 온도가 안정화되면 퍼지 가스가 산소로 전환됩니다. 시작은 다이어그램에 표시된 것처럼 외삽된 DSC 기준선과 발열 반응 곡선에 대한 접선의 교차점으로 평가됩니다. 이 시작은 산소에 대한 초기 노출과 산화 반응 시작 사이의 시간인 OIT 값일 뿐입니다.
압력 컨트롤러가 포함된 HP DSC 2+는 고압 및 고산소 농도에서 오일 및 석유화학 시료에 대한 OIT 및 OOT 연구에 유용합니다.
HP DSC 2+ 장비는 최대 10MPa의 압력에서 불활성 또는 반응성 가스 하에서 샘플을 분석할 수 있습니다. PC10 압력 컨트롤러는 제어된 가스 유량에서 실험 중에 일정한 높은 압력을 유지하는 데 사용됩니다. 고압은 오일 샘플에서 안정제나 기타 첨가제의 원치 않는 증발을 줄이는 데 도움이 됩니다.
HP DSC는 HP DSC 화학발광 시스템으로 쉽게 확장할 수 있습니다.
화학발광은 일부 물질이 산화될 때 생성되는 빛의 복사입니다. 이 기기는 특정 온도에서 정밀하게 제어되는 가스 압력을 받는 샘플의 빛 방출과 열 흐름을 동시에 감지합니다.
모터 오일의 OIT 측정에 대한 이 예에서 DSC 측정 곡선은 오일 산화 시작에 해당하는 약 66분 후에 강한 발열 효과를 나타냅니다.
산화의 시작은 화학발광 측정 곡선에서도 분명하게 나타납니다. 화학발광의 강도는 처음에는 안정제의 산화 분해로 인해 점차 감소하다가 오일이 산화되면 갑자기 증가합니다.
DSC는 확실히 OOT 및 OIT 결정에 가장 광범위하게 사용되는 기술입니다. 그러나 경우에 따라 TGA 및 TGA/DSC 장비도 OOT 연구에 고려될 수 있습니다. TGA에서 샘플의 산화는 TGA 곡선의 질량 증가로 표시됩니다. 이 시점에서 단계 높이와 시작 온도를 평가할 수 있으며 이 시작은 샘플의 OOT에 해당합니다. 예를 들어, 다양한 샘플팬 조건에서 TGA/DSC를 사용하여 수행된 올리브 오일의 OOT 측정은 DSC 신호에서 관찰된 것과 비슷한 OOT 값을 제공합니다.
OIT 실험에 사용된 등온 온도는 OIT 결과에 영향을 미칩니다. 온도가 높을수록 산화가 가속화되므로 샘플 질량, 퍼지 가스 유량 및 압력과 같은 다른 파라미터가 일정할 때 온도가 증가함에 따라 OIT가 감소합니다. PE-HD의 OIT에 대해 얻은 값은 온도가 210°C에서 240°C로 증가함에 따라 55.44분에서 3.03분으로 극적으로 감소했습니다. 이는 특히 실험실 간 결과를 비교해야 하는 경우 등온 온도의 정확한 교정이 OIT 실험에 필수적이라는 것을 보여줍니다.
반응에 가해지는 산소 압력은 산화 반응 속도에 영향을 미칩니다. 압력이 높을수록 분석 시간이 단축되고 휘발성 성분의 증발이 억제됩니다. 또한 실제 최종 사용 조건에 더 가까운 더 낮은 테스트 온도를 사용할 수 있습니다. 미네랄 오일의 OIT는 다양한 산소압을 사용하여 195°C에서 등온적으로 측정됩니다. 오일의 OIT는 압력이 0.5mPa에서 6.8mPa로 변화함에 따라 급격하게 감소합니다.
산화는 종종 반응 속도를 가속화하는 촉매의 존재에 의해 영향을 받습니다. 이 효과는 구리에서 나타납니다. 구리 샘플팬에서 PE-HD를 사용하여 수행한 OIT 실험은 알루미늄 샘플팬을 사용하여 수행한 동일한 실험에 비해 구리가 산화 반응 속도를 증가시키기 때문에 OIT가 더 낮습니다.
표준 또는 규범은 전 세계적으로 인정되는 과학적으로 설계된 테스트 방법을 제공합니다. 이러한 방법을 사용하면 테스트 절차의 균일성과 실험실 간 결과 비교를 위한 기반이 보장됩니다. 표준 방법을 채택하면 품질 보증 승인의 전제 조건인 방법 검증 작업이 최소화됩니다. 주변 조건 및 고압 조건에서의 OIT 분석에는 ASTM, EN, ISO 및 CEC와 같은 전용 국제 표준 방법이 있습니다. 그러나 OOT의 경우 현재까지 ASTM의 단일 표준 방법을 사용할 수 있습니다. 열 분석과 관련된 표준 표준 목록은 아래 링크에 나와 있습니다.
OIT 측정 | ||
ASTM | ASTM D3895 | DSC에 의한 폴리올레핀의 OIT |
| ASTM E1858 | DSC에 의한 탄화수소의 OIT |
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KO | EN 728 | 폴리올레핀 파이프 및 피팅의 OIT |
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ISO | ISO 11357 | DSC에 의한 플라스틱 OIT |
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더 높은 압력에서의 OIT 측정 | ||
ASTM | ASTM D5483 | 압력 DSC에 의한 윤활 그리스의 OIT |
| ASTM D5885 | HPDSC에 의한 폴리올레핀 토목합성물의 OIT |
| ASTM D6186 | 압력 DSC에 의한 윤활유 OIT |
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CEC | CEC L-85-T-99 | 압력 DSC에 의한 윤활유의 뜨거운 표면 산화 |
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더 높은 압력에서 OOT 측정 | ||
ASTM | ASTM E2009 | DSC에 의한 탄화수소의 산화 개시 온도(OOT) |
OIT 결과는 장비의 교정 요인에 의해 영향을 받습니다. 따라서 기기를 적절하게 교정하는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면 온도 조정이 필요합니다. 일상적인 교정 및 조정 절차에는 LGC 및 NIST에서 제공하는 인증된 기준 물질이 사용됩니다.
OIT 분석은 선택한 온도의 등온 조건에서 수행됩니다. 따라서 이러한 등온 조건에 대한 온도 조정이 중요합니다. 이를 위해 온도 범위 대신 하나의 특정 온도에 대한 기준 물질이 사용됩니다.
STARe 소프트웨어에는 기기 상태를 빠르게 확인할 수 있는 즉시 사용 가능한 방법과 단일 또는 여러 기준 물질의 조합에 대한 전용 교정 및 조정 방법이 함께 제공됩니다. 기준 선택은 사용자의 작업 온도 범위에 따라 달라집니다.
OIT(산화 유도 시간)는 산소에 처음 노출된 시점부터 테스트의 등온 온도에서 발열 분해가 시작될 때까지의 시간입니다. OOT(산화 개시 온도)는 발열 분해가 시작되는 온도 값으로, 산화 환경에서 주어진 가열 속도로 측정됩니다.
OIT는 산화 조건에 대한 샘플의 안정성을 나타냅니다. OIT가 길수록 샘플이 더 안정적입니다. OIT는 재료의 보관 기간도 결정합니다.
일반적으로 OOT 측정을 먼저 수행하는 것이 좋습니다. 산화 반응의 시작 온도가 얻어지면 OIT 분석을 위한 등온 온도는 OOT – 30°C로 선택됩니다. 표준 테스트 방법을 사용하는 경우 이러한 방법에는 사용할 테스트 온도가 언급되어 있습니다.
재현 가능한 결과를 얻으려면 OIT가 최소 5분 이상이어야 합니다. 그보다 낮으면 온도를 10K 낮춰야 합니다. OIT가 1시간을 초과하면 측정 온도를 10K 높여야 합니다.
알루미늄 또는 구리? OIT 실험에는 알루미늄과 구리 샘플팬을 모두 사용할 수 있습니다. 그러나 구리는 산화 반응의 촉매 역할을 하며 더 낮은 OIT 값을 제공합니다. 따라서 촉매 작용을 연구할 때 구리 샘플팬이 사용됩니다.
재현 가능한 결과를 얻으려면 여러 측정을 수행할 때 샘플 질량을 비교할 수 있어야 합니다. OIT 결과는 온도에 따라 달라지므로 정확한 온도 교정이 중요합니다.
OIT 값이 너무 높고 실질적인 제한이 있는 경우 더 높은 산소 압력을 사용하면 반응 속도가 높아질 수 있습니다. 그렇지 않고 국제 표준에 따라 방법에 고압 조건 사용이 언급된 경우 HP DSC를 사용할 수 있습니다.
