Materjalide keemilise stabiilsuse määramine saab toimuda järgmistest aspektidest:
I. Teoreetiline analüüs
1. Keemilise koostise analüüs
– Materjalide keemilise koostise mõistmine on nende keemilise stabiilsuse hindamise alus. Näiteks metallmaterjalide puhul on puhtmetallide keemiline stabiilsus tavaliselt seotud nende asukohaga metallide aktiivsusserias. Hargmetallid, nagu kuld (Au) ja plaatina (Pt), omavad suhteliselt stabiilseid keemilisi omadusi, sest nad asuvad metallide aktiivsusserias tagumises osas ja ei reageeri lihtsalt tavaliste hapetega, alusete ja sooladega. Metallid, nagu raud (Fe) ja tsink (Zn), on suhteliselt aktiivsed ja nende keemiline stabiilsus on veidi halvem.
– Polümeersete materjalide keemiline stabiilsus on seotud molekulaarsete ahelate struktuuri ja koostisega. Polümeerseid materjale, mis sisaldavad rohkem mitteküllastunud sidemeid (nt süsiniku-süsiniku topeltsidemeid), võib iseloomustada halvem keemiline stabiilsus, kuna mitteküllastunud sidemed on kalduvad läbi viima liitumis-, oksüdatsiooni- ja muid reaktsioone. Näiteks sisaldab looduslik kumm suurt hulka süsiniku-süsiniku topeltsidemeid ja oksüdeerub kergesti hapnikuga, mis põhjustab kummi vananemist.
2. Kristallstruktuuri analüüs (kristallsete materjalide puhul)
– Materjalide kristallstruktuur võib mõjutada nende keemilist stabiilsust. Näiteks on metallide kristallstruktuurides tihedalt pakitud kristallstruktuurid (nt tahkis-kujuline tsentraalne pakend ja kuusnurkne tihedalt pakitud pakend) tavaliselt stabiilsemad kui metallide kristallstruktuurid, mille puhul on keha keskel asuv kuuppakend. See on tingitud sellest, et tihedalt pakitud struktuur teeb aatomite vahelised sidemed lähemaks ning välistele ainetele raskemaks tungida ja reageerida.
– Ioonkristallide puhul võib reštiikenergia suurus peegeldada ka nende keemilist stabiilsust. Kõrge reštiikenergiaga ioonkristallid (näiteks magneesiumoksiid MgO) on suhteliselt keemiliselt stabiilsed, kuna ioonsed sidemed on tugevad ja nende murdmiseks on vaja suhteliselt palju energiat, mistõttu ei ole kristallidel tavatingimustes keemiliste reaktsioonide läbimise tõenäosus suur.
II. Eksperimentaalsed testid
1. Korrosioonikindluse testid
Soolasõna test: See on laialt levinud testimismeetod metallmaterjalide ja kaitsekihiga materjalide jaoks. Materjali näidised paigutatakse soolasõna testikambrisse ja neile pihustatakse naatriumkloriidi lahust (näiteks neutraalses soolasõna testis kasutatakse 50 g/L kontsentratsiooniga ja pH-väärtusega 6,5–7,5 naatriumkloriidi soolalahust), et simuleerida ookeani või rannikualade soolast keskkonda. Vaadeldakse, kas materjali pinnale tekkivad kindlaksmääratud ajavahemiku jooksul (näiteks 24 tundi, 48 tundi, 72 tundi jne) roostetumine, korrosioon, puhkumine või muud nähtused. Kui materjalil tekib suhteliselt lühikese aja jooksul ilmne korrosioon, viitab see selle keemilisele ebastabiilsusele.
– Immersioonitest: valige materjali kasutuskeskkonna järgi vastav immersioonilahus. Näiteks kui materjali kasutatakse happelises keskkonnas, võib seda immereerida teatud kontsentratsioonis hapelahuses (nt väävelhappes, soolahappes jne); kui materjali kasutatakse aluselises keskkonnas, immereeritakse seda aluselisse lahusesse (nt naatriumhüdroksiidilahuses). Jälgige materjali massimuutust ja pinnakujutise muutumist immersiooni ajal. Kui materjal kaotab immersiooni ajal olulise osa oma massist ja pinnale tekivad korrosioonipaigad, näitab see, et selle keemiline stabiilsus ei ole hea.
2. Soojusstabiilsuse testid
Termograafiline analüüs (TGA): Programmeeritud temperatuurirežiimi all mõõdetakse materjali massi ja temperatuuri vahelist seost. Kui materjali soojendatakse ja sel juhtub suhteliselt madalal temperatuuril oluline massikaotus, võib see olla tingitud materjali lagunemisest, oksüdeerumisest ja muudest keemilistest reaktsioonidest. Näiteks lähevad mõned orgaanilised polümeerid kõrgemal temperatuuril termiliselt lagunema ning TGA abil saab määrata termilise lagunemise temperatuuri, et hinnata nende keemilist stabiilsust kõrgtemperatuurilises keskkonnas.
– Diferentsiaalne skaneeriv kalorimeetria (DSC): See võimaldab mõõta materjali soojusmuutust kuumutamise või jahutamise protsessis. Kui materjal näitab kuumutamise ajal endotermilisi või eksotermilisi tippusid, võib see olla tingitud faasimuutustest, keemilistest reaktsioonidest jne. Analüüsides nende tippude asukohta ja suurust, saab hinnata materjali keemilist stabiilsust. Näiteks läbivad teatud sulamid faasimuutusi kindlatel temperatuuridel ja see faasimuutus võib mõjutada materjali keemilist stabiilsust.
3. Oksüdatsioonistabiilsuse testid Kiirendatud oksüdatsioonitest: Materjalide, mis on kalduvad oksüdeeruma (nt metallid, rasvad jne), oksüdatsioonistabiilsust saab hinnata kiirendatud oksüdatsioonitesti abil. Näiteks kõrgel temperatuuril ja kõrgel hapnikusisaldusel märgatakse materjali oksüdatsioonikiirust. Metallmaterjalide puhul mõõdetakse oksiidkihi kasvutäiskust ja massi suurenemist, et hinnata nende oksüdatsioonistabiilsust. Rasvade puhul mõõdetakse oksüdatsiooni astet näitajate, nagu peroksiidväärtus, abil. Kui materjalil on kiirendatud oksüdatsioonitesti käigus kiire oksüdatsioonikiirus, viitab see sellele, et selle keemiline stabiilsus on halb.
4. Reaktiivsustestid teiste ainetega – materjalile võib teha kokkupuute testi teiste ainetega, millega see võib kokku puutuda (nt lahustid, teised materjalid jne). Näiteks pakendmaterjalide puhul tuleb testida reaktiivsust toidukomponentidega (nt rasvad, happed, aluselised ained jne). Materjal pannakse kokku toidusimulaatoritega ja selle keemilist stabiilsust hinnatakse selle järgi, kas toimub aine migreerumine ja kas materjal on muutunud. Komposiitmaterjalide puhul tuleb testida, kas erinevate materjalide vahel toimuvad keemilised reaktsioonid, mis võivad mõjutada materjali üldist omadusi.
EN