Bestemmelsen av materialers kjemiske stabilitet kan utføres ut fra følgende aspekter:
I. Teoretisk analyse
1. Analyse av kjemisk sammensetning
– Å forstå materialers kjemiske sammensetning er grunnlaget for å vurdere deres kjemiske stabilitet. For eksempel er kjemisk stabilitet til metallmaterialer vanligvis knyttet til deres plassering i den metalliske aktivitetsserien. Edelmetaller som gull (Au) og platina (Pt) har relativt stabile kjemiske egenskaper, fordi de ligger langt bak i den metalliske aktivitetsserien og ikke lett reagerer med vanlige syrer, baser og salter. Metaller som jern (Fe) og sink (Zn) er relativt aktive og har noe dårligere kjemisk stabilitet.
– For polymere materialer er deres kjemiske stabilitet relatert til strukturen og sammensetningen av molekylkjedene. Polymere materialer som inneholder flere uparrede bindinger (som karbon-karbon-dobbeltbindinger) kan ha dårligere kjemisk stabilitet, fordi uparrede bindinger er utsatt for addisjonsreaksjoner, oksidasjon og andre reaksjoner. For eksempel inneholder naturlig gummivæske et stort antall karbon-karbon-dobbeltbindinger og oksideres lett av oksygen, noe som fører til gummialdring.
2. Analyse av krystallstruktur (for krystallinske materialer)
– Krystallstrukturen til materialer kan påvirke deres kjemiske stabilitet. For eksempel er tett pakket krystallstruktur i metaller (som flate-sentrert kubisk pakking og heksagonal tett pakking) vanligvis mer stabil enn metallkrystaller med kroppssentrert kubisk pakking. Dette skyldes at den tett pakkede strukturen gjør bindingene mellom atomene kortere og gjør det vanskeligere for eksterne stoffer å trenge inn og reagere.
– For ionkrystaller kan størrelsen på gitterenergien også avspeile deres kjemiske stabilitet. Ionkrystaller med høy gitterenergi (som magnesiumoksid, MgO) har relativt høy kjemisk stabilitet fordi ionbindingene er sterke, og det kreves en relativt stor mengde energi for å bryte disse ionbindingene, noe som gjør at krystallene mindre sannsynlig vil gå inn i kjemiske reaksjoner under normale forhold.
II. Eksperimentelle tester
1. Korrosjonsbestandighetstester
Salt-sprøyte-test: Dette er en mye brukt testmetode for metalliske materialer og materialer med beskyttende belegg. Materialeprøvene plasseres i en salt-sprøyte-testkammer, og en natriumkloridløsning sprøytes (for eksempel i en nøytral salt-sprøyte-test brukes en natriumklorid-løsning med en konsentrasjon på 50 g/L og en pH-verdi mellom 6,5 og 7,5) for å simulere et saltmiljø som det i havet eller kystområder. Observer om rustdannelse, korrosjon, bobling og andre fenomener oppstår på overflaten av materialet innen en viss tidsperiode (for eksempel 24 timer, 48 timer, 72 timer osv.). Hvis materialet viser tydelig korrosjon i relativt kort tid, indikerer dette at dets kjemiske stabilitet er dårlig.
– Dyppetest: Velg den tilsvarende dyppeløsningen i henhold til bruksmiljøet for materialet. For eksempel kan materialer som kan brukes i et surt miljø dyppes i en løsning med bestemt konsentrasjon av syrlig væske (f.eks. svovelsyre, saltsyre osv.); materialer som brukes i et alkalisk miljø dyppes i en alkalisk løsning (f.eks. natriumhydroksidløsning). Observer masseendringen og endringen i overflateformen til materialet under dyppingen. Hvis materialet opplever en betydelig masseforlustr og dannelsen av korrosjonsgroper på overflaten under dyppingen, indikerer dette at dets kjemiske stabilitet er dårlig.
2. Termisk stabilitetstester
Termogravimetrisk analyse (TGA): Under programmert temperaturkontroll måles sammenhengen mellom materialets masse og temperaturen. Når materialet varmes opp, kan en tydelig masseforandring ved en relativt lav temperatur skyldes at materialet har gjennomgått nedbrytning, oksidasjon eller andre kjemiske reaksjoner. For eksempel vil noen organiske polymermaterialer gjennomgå termisk nedbrytning ved høye temperaturer, og ved hjelp av TGA kan den termiske nedbrytningstemperaturen bestemmes for å vurdere deres kjemiske stabilitet i en høytemperaturmiljø.
– Differensiell skanningskalorimetri (DSC): Den kan måle varmeendringen i materialet under oppvarmings- eller avkjølingsprosessen. Hvis materialet viser endoterme eller eksoterme toppunkter under oppvarmingsprosessen, kan det skyldes faseoverganger, kjemiske reaksjoner osv. Ved å analysere posisjonen og størrelsen på disse toppunktene kan materialets kjemiske stabilitet vurderes. For eksempel vil visse legeringer gjennomgå faseoverganger ved bestemte temperaturer, og denne faseovergangen kan påvirke materialets kjemiske stabilitet.
3. Oksidasjonsstabilitetstester Akselerert oksidasjonstest: For materialer som er utsatt for oksidasjon (for eksempel metaller, fett osv.) kan oksidasjonsstabiliteten vurderes ved hjelp av en akselerert oksidasjonstest. For eksempel kan oksidasjonshastigheten til materialet observeres i et miljø med høy temperatur og høyt oksygeninnhold. For metallmaterialer kan tykkelsen på oksidfilmens vekst og massetilveksten måles for å vurdere deres oksidasjonsstabilitet. For fett kan graden av oksidasjon måles ved å analysere indikatorer som peroksidverdien. Hvis materialet har en rask oksidasjonshastighet i den akselererte oksidasjonstesten, indikerer det at dets kjemiske stabilitet er dårlig.
4. Reaktivitetstester med andre stoffer – Materialet kan underkastas en kontakttest med andre stoffer som det kan komme i kontakt med (for eksempel løsningsmidler, andre materialer osv.). For eksempel må reaktiviteten til emballasjematerialer med matkomponenter (som fett, syrer, baser osv.) testes. Materialet bringes i kontakt med matforsøksmidler, og ved å undersøke om det skjer stoffutvandring og om materialet har endret seg, kan dets kjemiske stabilitet vurderes. For sammensatte materialer må det testes om kjemiske reaksjoner vil oppstå mellom de ulike materialene, noe som kan påvirke materialets totale egenskaper.
EN