Medžiagų cheminio stabilumo nustatymas gali būti atliekamas iš šių aspektų:
I. Teorinė analizė
1. Cheminės sudėties analizė
– Medžiagų cheminės sudėties supratimas yra pagrindas jų cheminiam stabilumui įvertinti. Pavyzdžiui, metalinėms medžiagoms grynosios metalų cheminės savybės dažniausiai susijusios su jų padėtimi metalų aktyvumo eilėje. Brangieji metalai, tokie kaip auksas (Au) ir platina (Pt), turi santykinai stabilias chemines savybes, nes jie yra metalų aktyvumo eilės gale ir nesiliečia su įprastomis rūgštimis, šarmais ir druskomis. Tokiems metalams kaip geležis (Fe) ir cinkas (Zn) būdinga didesnė aktyvumas ir šiek tiek prastesnis cheminis stabilumas.
– Polimerinių medžiagų cheminė stabilumas susijęs su molekulinės grandinės struktūra ir sudėtimi. Polimerinės medžiagos, turinčios daugiau nesotytų ryšių (pvz., anglies–anglies dvigubųjų ryšių), gali būti mažiau chemiškai stabilios, nes nesotieji ryšiai linkę į pridėjimo, oksidavimo ir kitas reakcijas. Pavyzdžiui, natūralusis kaučiukas turi daug anglies–anglies dvigubųjų ryšių ir lengvai oksiduojamas deguonies, dėl ko kaučiukas sensta.
2. Kristalinės struktūros analizė (kristalinėms medžiagoms)
– Medžiagų kristalinė struktūra gali paveikti jų cheminę stabilumą. Pavyzdžiui, metalų kristaluose tankiai supakuotos kristalinės struktūros (pvz., centruotojo paviršiaus kubo supakuotė ir šešiakampė tankioji supakuotė) paprastai yra stabilesnės nei metalų kristalai su kubo tūrio centruota supakuote. Tai paaiškinama tuo, kad tankiai supakuota struktūra atomų ryšius daro arčiau vienas kito ir išorinėms medžiagoms sunkiau prasiskverbti bei reaguoti.
– Joniniams kristalams gardelės energijos dydis taip pat gali atspindėti jų cheminę stabilumą. Aukštos gardelės energijos joniniai kristalai (pvz., magnio oksidas MgO) turi santykinai aukštą cheminį stabilumą, nes joninės jungtys yra stiprios ir reikia santykinai daug energijos, kad būtų nutrauktos šios joninės jungtys, todėl kristalai mažiau linkę į chemines reakcijas normaliomis sąlygomis.
II. Eksperimentiniai bandymai
1. Korozijos atsparumo bandymai
Druskos purškimo bandymas: tai plačiai naudojamas bandomasis metodas metalinėms medžiagoms ir medžiagoms su apsauginiais dengiamaisiais sluoksniais. Medžiagos pavyzdžiai dedami į druskos purškimo bandymo kamerą, kur į juos purškiama natrio chlorido tirpalas (pavyzdžiui, neutraliojo druskos purškimo bandymo metu naudojamas 50 g/L koncentracijos natrio chlorido tirpalas su pH nuo 6,5 iki 7,5), kad būtų imituota druskinga aplinka, tokia kaip jūros ar pakrančių teritorijos. Stebima, ar tam tikru laikotarpiu (pvz., 24 valandų, 48 valandų, 72 valandų ir pan.) medžiagos paviršiuje pasireiškia rūdijimas, korozija, burbuliavimas ar kitos reišmės. Jei medžiaga per santykinai trumpą laiką aiškiai koroduoja, tai rodo, kad jos cheminė stabilumas yra prastas.
– Panardinimo bandymas: Pasirinkite atitinkamą panardinimo tirpalą pagal medžiagos naudojimo aplinką. Pavyzdžiui, medžiagoms, kurios gali būti naudojamos rūgštinėje aplinkoje, jas galima panardinti į tam tikros koncentracijos rūgšties tirpalą (pvz., sieros rūgšties, druskos rūgšties ir kt.); medžiagoms, naudojamoms šarminėje aplinkoje, – į šarminį tirpalą (pvz., natrio hidroksido tirpalą). Stebėkite medžiagos masės pokyčius ir paviršiaus morfologijos pokyčius panardinimo metu. Jei panardinimo metu medžiaga praranda daug masės ir jos paviršiuje atsiranda korozijos duobutės, tai rodo, kad jos cheminė stabilumas yra nepakankamas.
2. Šiluminės stabilumo bandymai
Termogravimetrinė analizė (TGA): Programuojamos temperatūros valdymo sąlygomis matuojama medžiagos masės ir temperatūros priklausomybė. Kai medžiaga šyla, jei santykinai žemoje temperatūroje pastebima akivaizdi masės praradimas, tai gali reikšti, kad medžiaga yra patyrusi skilimą, oksidaciją ar kitas chemines reakcijas. Pavyzdžiui, kai kurios organinės polimerinės medžiagos aukštoje temperatūroje patiria terminį skilimą, o naudojant TGA galima nustatyti terminio skilimo temperatūrą, kad būtų įvertinta jų cheminė stabilumas aukštos temperatūros aplinkoje.
– Skirtingojo šiluminio analizavimo metodas (DSC): Jis gali matuoti medžiagos šilumos pokyčius šildymo ar aušinimo metu. Jei medžiaga šildymo metu rodo endoterminius arba egzoterminius peakus, tai gali būti susiję su fazės perėjimais, cheminėmis reakcijomis ir pan. Analizuojant šių peakų padėtį ir dydį, galima įvertinti medžiagos cheminę stabilumą. Pavyzdžiui, tam tikri lydiniai tam tikrose temperatūrose patiria fazės perėjimus, o šie fazės perėjimai gali turėti įtakos medžiagos cheminei stabilumui.
3. Oksidacijos stabilumo tyrimai. Pagreitintas oksidacijos bandymas: medžiagoms, kurios linkusios oksiduotis (pvz., metalams, riebalams ir kt.), oksidacijos stabilumas gali būti įvertintas atlikus pagreitintą oksidacijos bandymą. Pavyzdžiui, aukštos temperatūros ir didelės deguonies koncentracijos aplinkoje stebima medžiagos oksidacijos našta. Metalinėms medžiagoms oksidacinės plėvelės storio padidėjimas ir masės augimas gali būti išmatuoti, kad būtų įvertinta jų oksidacijos stabilumas. Riebalams oksidacijos laipsnis gali būti nustatomas matuojant tokias charakteristikas kaip peroksidų vertė. Jei medžiaga pagreitinto oksidacijos bandymo metu oksiduojasi greitai, tai rodo, kad jos cheminė stabilumas yra prastas.
4. Reaktyvumo tyrimai su kitomis medžiagomis – medžiaga gali būti patikrinta, ar ji reaguoja su kitomis medžiagomis, su kuriomis ji gali susiliesti (pvz., tirpikliais, kitomis medžiagomis ir pan.). Pavyzdžiui, pakuotės medžiagoms reikia išbandyti reaktyvumą su maisto komponentais (pvz., riebalais, rūgštimis, šarmais ir pan.). Medžiaga sujungiama su maisto imitatoriais, o nustatant, ar vyksta medžiagų migracija ir ar medžiaga pasikeitė, galima įvertinti jos cheminę stabilumą. Kompozitinėms medžiagoms būtina išbandyti, ar tarp skirtingų medžiagų įvyks cheminės reakcijos, kurios gali paveikti visos medžiagos bendrą našumą.
EN