Določanje kemijske stabilnosti materialov je mogoče izvesti iz naslednjih vidikov:
I. Teoretična analiza
1. Analiza kemijske sestave
– Razumevanje kemijske sestave materialov je osnova za oceno njihove kemijske stabilnosti. Na primer pri kovinskih materialih je kemijska stabilnost čistih kovin običajno povezana z njihovim položajem v vrsti kovinske aktivnosti. Dragocenih kovin, kot sta zlato (Au) in platina (Pt), imajo relativno stabilne kemijske lastnosti, ker se nahajajo na koncu vrste kovinske aktivnosti in se ne razlagajo z običajnimi kislinami, bazami in solmi. Kovine, kot sta železo (Fe) in cink (Zn), so relativno aktivne in imajo nekoliko slabšo kemijsko stabilnost.
– Pri polimernih materialih je njihova kemijska stabilnost povezana s strukturo in sestavo molekularnih verig. Polimerni materiali, ki vsebujejo več nenasičenih vezi (npr. ogljik-ogljik dvojne vezi), imajo lahko slabšo kemijsko stabilnost, saj so nenasičene vezi nagnjene k adicijskim, oksidacijskim in drugim reakcijam. Na primer naravna guma vsebuje veliko število ogljik-ogljik dvojnih vezi in se zlahka oksidira z kisikom, kar povzroča staranje gum.
2. Analiza kristalne strukture (za kristalne materiale)
– Kristalna struktura materialov lahko vpliva na njihovo kemijsko stabilnost. Na primer pri kovinskih kristalih so tesno pakirane kristalne strukture (npr. ploskovno centrirana kubična pakiranja in heksagonalna tesno pakirana pakiranja) običajno bolj stabilne od kovinskih kristalov z telesno centrirano kubično pakiranjem. To je posledica tega, da tesno pakirana struktura omogoča bližje medatomske vezi in s tem težje prodor ter reakcijo zunanjih snovi.
– Pri ionskih kristalih lahko velikost rešetkaste energije odraža tudi njihovo kemično stabilnost. Ionski kristali z visoko rešetkasto energijo (npr. magnezijev oksid MgO) imajo relativno visoko kemično stabilnost, saj so ionske vezi močne in za razbijanje teh ionskih vez je potrebna relativno velika količina energije, kar naredi kristale manj podvržene kemičnim reakcijam pri običajnih pogojih.
II. Eksperimentalni preskusi
1. Preskusi odpornosti proti koroziji
Preskus z razpršenim raztopinom soli: To je pogosto uporabljena preskusna metoda za kovinske materiale in materiale s zaščitnimi premazi. Vzorci materiala se postavijo v komoro za preskus z razpršenim raztopinom soli, kjer se nanje razprši raztopina natrijevega klorida (na primer pri nevtralnem preskusu z razpršenim raztopinom soli se uporabi raztopina natrijevega klorida z koncentracijo 50 g/L in pH med 6,5 in 7,5), da se simulira sladkovodno okolje, kot ga najdemo na morju ali ob obali. Opazuje se, ali se na površini materiala v določenem časovnem obdobju (npr. 24 ur, 48 ur, 72 ur itd.) pojavijo rjavenje, korozija, mehurčenje in druge podobne pojave. Če se na materialu v relativno kratkem času pojavijo očitni znaki korozije, to kaže na njegovo slabo kemično stabilnost.
– Preskus potopitve: Izberite ustrezno raztopino za potopitev glede na okolje uporabe materiala. Na primer, za materiale, ki se lahko uporabljajo v kislem okolju, jih potopite v raztopino določene koncentracije kisline (npr. žveplove kisline, solne kisline itd.); za materiale, ki se uporabljajo v alkalnem okolju, jih potopite v alkalno raztopino (npr. raztopino natrijevega hidroksida). Opazujte spremembo mase in spremembo površinske morfologije materiala med potopitvijo. Če material med potopitvijo izgubi veliko mase in na površini nastanejo korozivne jame, to kaže na slabo kemijsko stabilnost.
2. Preskusi termične stabilnosti
Termogravimetrična analiza (TGA): Pri programirani temperaturni kontroli se meri odnos med maso materiala in temperaturo. Ko se material segreva, lahko opazna izguba mase pri relativno nizki temperaturi nakazuje, da je material podlegel razgradnji, oksidaciji ali drugim kemičnim reakcijam. Na primer, nekateri organski polimerni materiali se pri visokih temperaturah termično razgradijo; s pomočjo TGA je mogoče določiti temperaturo termične razgradnje in s tem oceniti njihovo kemično stabilnost v visokotemperaturnem okolju.
– Diferencialna skenirna kalorimetrija (DSC): Omogoča merjenje spremembe toplote materiala med segrevanjem ali hlajenjem. Če material pri segrevanju kaže endotermne ali egzotermne vrhove, je to lahko posledica faznih prehodov, kemijskih reakcij itd. Z analizo položaja in velikosti teh vrhov se lahko presodi kemijska stabilnost materiala. Na primer določeni litine pri določenih temperaturah izkazujejo fazne prehode, ki lahko vplivajo na kemijsko stabilnost materiala.
3. Preskus stabilnosti proti oksidaciji Pospešeni preskus oksidacije: Za materiale, ki so nagnjeni k oksidaciji (npr. kovine, maščobe itd.), se stabilnost proti oksidaciji lahko oceni s pospešenim preskusom oksidacije. Na primer v okolju z visoko temperaturo in visoko vsebnostjo kisika opazujemo hitrost oksidacije materiala. Pri kovinskih materialih se lahko izmeri debelina rastočega oksidnega filma in povečanje mase, da se presodi njihova stabilnost proti oksidaciji. Pri maščobah se stopnjo oksidacije lahko izmeri z določanjem kazalcev, kot je vrednost peroksidov. Če ima material v pospešenem preskusu oksidacije hitro hitrost oksidacije, to kaže na njegovo slabo kemično stabilnost.
4. Testi reaktivnosti z drugimi snovmi – Materialu se lahko izvede kontakt test z drugimi snovmi, s katerimi se lahko stika (npr. topila, drugi materiali itd.). Na primer pri embalažnih materialih je treba preizkusiti reaktivnost z sestavinami hrane (npr. maščobe, kisline, baze itd.). Material se stopi z uvozniki hrane in na podlagi ugotavljanja, ali pride do migracije snovi ter ali se je material spremenil, se oceni njegova kemijska stabilnost. Pri sestavljenih materialih je potrebno preizkusiti, ali med različnimi materiali pride do kemijskih reakcij, kar bi lahko vplivalo na skupno delovanje materiala.
EN