Bestämningen av materialens kemiska stabilitet kan utföras utifrån följande aspekter:
I. Teoretisk analys
1. Analys av kemisk sammansättning
– Att förstå materialens kemiska sammansättning är grunden för att bedöma deras kemiska stabilitet. Till exempel är den kemiska stabiliteten hos metalliska material vanligtvis kopplad till deras position i den elektrokemiska spänningsserien. Ädla metaller som guld (Au) och platina (Pt) har relativt stabila kemiska egenskaper eftersom de ligger längst bak i den elektrokemiska spänningsserien och inte lätt reagerar med vanliga syror, baser och salter. Metaller som järn (Fe) och zink (Zn) är relativt reaktiva och har något sämre kemisk stabilitet.
– För polymera material är deras kemiska stabilitet kopplad till strukturen och sammansättningen av de molekylära kedjorna. Polymera material som innehåller fler omättade bindningar (till exempel kol-kol-dubbelbindningar) kan ha sämre kemisk stabilitet, eftersom omättade bindningar lätt undergår additionsreaktioner, oxidation och andra reaktioner. Till exempel innehåller naturlig gummi ett stort antal kol-kol-dubbelbindningar och oxideras lätt av syre, vilket leder till åldring av gumman.
2. Analys av kristallstruktur (för kristallina material)
– Kristallstrukturen hos material kan påverka deras kemiska stabilitet. Till exempel är i metallkristaller tätare packade kristallstrukturer (till exempel kubiskt ytcentrerat gitter och hexagonalt tättest packat gitter) vanligtvis mer stabila än metallkristaller med kubiskt incenterat gitter. Detta beror på att den tätare packningen gör att bindningarna mellan atomerna blir kortare och det blir svårare för yttre ämnen att tränga in och reagera.
– För jonkristaller kan storleken på gitterenergin också avspegla deras kemiska stabilitet. Jonkristaller med hög gitterenergi (till exempel magnesiumoxid, MgO) har relativt hög kemisk stabilitet eftersom de jonbindningar som håller samman kristallen är starka och det krävs en relativt stor mängd energi för att bryta dessa jonbindningar, vilket gör att kristallerna är mindre benägna att genomgå kemiska reaktioner under normala förhållanden.
II. Experimentella tester
1. Korrosionsbeständighetstester
Saltnebelsprov: Detta är en allmänt använd metod för att testa metalliska material och material med skyddande beläggningar. Materialproverna placeras i en saltnebelsprovkammare, och en natriumkloridlösning sprutas (till exempel används vid ett neutralt saltnebelsprov en natriumkloridslams lösning med en koncentration på 50 g/L och ett pH-värde mellan 6,5 och 7,5) för att simulera en saltmiljö, såsom den som förekommer vid havet eller i kustområden. Observera om rostbildning, korrosion, blåsor och andra fenomen uppstår på materialytan inom en viss tidsperiod (till exempel 24 timmar, 48 timmar, 72 timmar osv.). Om materialet visar tydlig korrosion inom en relativt kort tid indikerar detta att dess kemiska stabilitet är dålig.
– Immersionsprov: Välj den motsvarande immersionslösningen enligt materialens användningsmiljö. Till exempel kan material som kan användas i en sur miljö nedsänkas i en lösning med viss koncentration av syrlig lösning (t.ex. svavelsyrlösning, saltsyrlösning osv.); för material som används i en alkalisk miljö nedsänks de i en alkalisk lösning (t.ex. natriumhydroxidlösning). Observera massförändringen och förändringen av ytmorfologin hos materialet under immersionsprocessen. Om materialet upplever en stor massförlust och bildning av korrosionspåsar på ytan under immersionsprocessen indikerar detta att dess kemiska stabilitet är dålig.
2. Prov av termisk stabilitet
Termogravimetrisk analys (TGA): Under programmerad temperaturkontroll mäts sambandet mellan materialets massa och temperaturen. När materialet värms upp kan en tydlig massförlust vid en relativt låg temperatur bero på att materialet genomgått nedbrytning, oxidation eller andra kemiska reaktioner. Till exempel genomgår vissa organiska polymermaterial termisk nedbrytning vid höga temperaturer, och med hjälp av TGA kan den termiska nedbrytningstemperaturen bestämmas för att utvärdera deras kemiska stabilitet i en högtempererad miljö.
– Differentiell skanningkalorimetri (DSC): Den kan mäta värmeändringen i materialet under uppvärmnings- eller avsvalningsprocessen. Om materialet visar endoterma eller exoterma toppar under uppvärmningsprocessen kan det bero på fasövergångar, kemiska reaktioner osv. Genom att analysera läget och storleken på dessa toppar kan materialets kemiska stabilitet bedömas. Till exempel genomgår vissa legeringar fasövergångar vid specifika temperaturer, och denna fasövergång kan påverka materialets kemiska stabilitet.
3. Oxidationsstabilitetstester Accelererad oxidationstest: För material som är benägna att oxideras (t.ex. metaller, fetter m.m.) kan oxidationstabiliteten utvärderas genom ett accelererat oxidationstest. Till exempel kan man i en miljö med hög temperatur och hög sygenhalt observera materialens oxidationshastighet. För metallmaterial kan tjockleken på oxidfilmens tillväxt och massans ökning mätas för att bedöma deras oxidationstabilitet. För fetter kan oxidationens omfattning mätas genom att detektera indikatorer såsom peroxidvärdet. Om materialet har en snabb oxidationshastighet i det accelererade oxidationstestet innebär det att dess kemiska stabilitet är dålig.
4. Reaktivitetstester med andra ämnen – Materialet kan utsättas för en kontakttest med andra ämnen som det kan komma i kontakt med (t.ex. lösningsmedel, andra material m.m.). Till exempel måste reaktiviteten hos förpackningsmaterial testas mot livsmedelskomponenter (t.ex. fettsyror, syror, baser m.m.). Materialet sätts i kontakt med livsmedelsimitatorer, och genom att detektera om ämnesmigration sker och om materialet har förändrats kan dess kemiska stabilitet bedömas. För sammansatta material är det nödvändigt att testa om kemiska reaktioner uppstår mellan olika material, vilket kan påverka materialets totala prestanda.
EN