Czy można przewidzieć, jak długo tworzywo sztuczne zachowa swoje właściwości? Czy da się sprawdzić, jak skutecznie materiał będzie opierał się procesom starzenia jeszcze zanim trafi do wieloletniej eksploatacji? Odpowiedź brzmi: tak. Jednym z najskuteczniejszych narzędzi wykorzystywanych do tego celu, które stosujemy w Naszej firmie, jest badanie OIT (Oxidation Induction Time), czyli pomiar czasu indukcji utleniania. Pozwala ono ocenić trwałość materiału już na etapie laboratoryjnym – zanim produkt zostanie poddany próbie czasu.
Choć nazwa może brzmieć skomplikowanie, idea badania jest stosunkowo prosta. Tworzywa sztuczne, podobnie jak wiele innych materiałów, z czasem ulegają procesowi utleniania. W praktyce oznacza to stopniową degradację struktury materiału, która może prowadzić do pogorszenia jego właściwości mechanicznych, zmiany wyglądu czy skrócenia żywotności produktu. Dotyczy to materiałów, które spotykamy na co dzień: rur wodociągowych i gazowych układanych w ziemi na dziesiątki lat, folii opakowaniowych, elementów konstrukcyjnych czy części samochodowych. Aby temu zapobiegać, do materiałów dodawane są specjalne substancje stabilizujące – przeciwutleniacze, inaczej antyoksydanty. Badanie OIT pozwala ocenić, jak skutecznie chronią one materiał przed starzeniem. Zasada jest prosta: im dłuższy czas OIT, tym większa odporność materiału na degradację.
Pomiar wykonuje się przy użyciu kalorymetru skaningowego DSC (Differential Scanning Calorimetry). Niewielką próbkę materiału umieszcza się w tyglu – aluminiowym, ceramicznym lub miedzianym, dobranym do rodzaju analizowanego materiału – i podgrzewa do określonej temperatury w atmosferze gazu obojętnego, najczęściej azotu. Następnie gaz zostaje zastąpiony tlenem i rozpoczyna się pomiar czasu do momentu, w którym materiał zaczyna reagować – czyli utleniać się.
Metoda OIT znajduje zastosowanie przede wszystkim w badaniach tworzyw sztucznych, takich jak:
- polietylen (PE),
- polipropylen (PP)
- różnego rodzaju kompozyty polimerowe.
Analizie można poddawać zarówno granulaty, proszki i surowce, jak również gotowe wyroby, półprodukty czy próbki pobrane z elementów eksploatowanych przez wiele lat. Dzięki temu badanie jest wykorzystywane zarówno podczas prac rozwojowych, kontroli jakości, jak i analiz przyczyn ewentualnych awarii materiałowych.
Dla producentów i użytkowników wyniki OIT stanowią cenne źródło informacji o jakości materiału oraz skuteczności zastosowanego pakietu stabilizatorów. Pozwalają porównywać różne receptury, monitorować zmiany zachodzące podczas przetwórstwa oraz oceniać wpływ starzenia na właściwości wyrobów. Innymi słowy – OIT pozwala przewidzieć przyszłość materiału. Dzięki temu producenci mogą podejmować świadome decyzje dotyczące składu, jakości i trwałości swoich wyrobów, zanim zostaną one poddane wieloletniej eksploatacji.
W firmie Almara tego typu badania stanowią jeden z fundamentów działalności badawczo-rozwojowej. Nie ograniczamy się wyłącznie do kontroli jakości gotowych produktów – aktywnie poszukujemy nowych rozwiązań, analizujemy mechanizmy zachodzące w materiałach i weryfikujemy skuteczność różnych koncepcji już na etapie prac laboratoryjnych. Połączenie specjalistycznej wiedzy, doświadczenia zespołu R&D oraz nowoczesnej aparatury badawczej pozwala nam nie tylko kontrolować jakość produktów, ale również tworzyć i udoskonalać rozwiązania odpowiadające na rosnące wymagania rynku. To właśnie dzięki takim badaniom możemy podejmować decyzje w oparciu o dane, a nie przypuszczenia.
1+1 nie zawsze daje 2- siła współdziałania antyoksydantów
Jednym z projektów realizowanych w ostatnim czasie przez zespół R&D Almara była ocena skuteczności różnych układów przeciwutleniających z wykorzystaniem badań OIT. Celem było nie tylko porównanie działania poszczególnych składników, ale również sprawdzenie, czy odpowiednio dobrane połączenia mogą zapewnić skuteczniejszą ochronę przed procesami utleniania.
W pierwszym etapie analizowano działanie poszczególnych przeciwutleniaczy stosowanych oddzielnie. Wyniki pokazały, że jeden z nich (AOX 1) skutecznie wydłużał czas indukcji utleniania wraz ze wzrostem jego stężenia w próbce, co świadczyło o jego wysokiej efektywności w ochronie materiału przed degradacją.
Drugi antyoksydant (AOX 2), oceniany samodzielnie, nie powodował równie wyraźnego wzrostu wartości OIT- mogłoby się więc wydawać, że jego rola w stabilizacji materiału jest ograniczona. Dopiero analiza układów wieloskładnikowych ujawniła jego rzeczywistą rolę i pokazała, że pozornie niewielki wpływ pojedynczego składnika nie musi oznaczać niewielkiego znaczenia dla całego systemu stabilizacji.
Najciekawsze rezultaty uzyskano dla układu zawierającego oba przeciwutleniacze jednocześnie, przy zachowaniu stałego stężenia antyoksydantu AOX 1 wynoszącym 0,5%. W tym przypadku czas indukcji utleniania był znacząco wyższy niż dla każdego ze składników stosowanych oddzielnie. Oznacza to, że dodatki nie działały niezależnie od siebie. Wręcz przeciwnie – wzajemnie wspierały swoje mechanizmy ochronne, tworząc układ skuteczniejszy niż wynikałoby to z działania każdego składnika osobno.
To zjawisko określa się mianem efektu synergicznego. Dobrą analogią jest tu działanie witaminy C i żelaza w organizmie – witamina C sama w sobie nie dostarcza żelaza, ale znacząco zwiększa jego wchłanianie. Podobnie drugi antyoksydant, choć samodzielnie mało spektakularny, potrafił zwielokrotnić skuteczność pierwszego. W praktyce oznacza ono, że odpowiednio dobrane połączenie składników może zapewnić znacznie skuteczniejszą ochronę materiału niż stosowanie nawet kilku dodatków oddzielnie – szczególnie gdy jeden z nich samodzielnie nie wykazuje spektakularnych rezultatów.
Wyniki tych badań po raz kolejny potwierdziły, że w nauce i inżynierii materiałowej najciekawsze odpowiedzi często kryją się nie w pojedynczych składnikach, lecz w relacjach zachodzących pomiędzy nimi. To właśnie odkrywanie takich zależności stanowi istotę prac badawczo-rozwojowych prowadzonych w Naszej firmie. Dzięki wykorzystaniu zaawansowanych metod analitycznych możemy nie tylko oceniać trwałość materiałów, ale również projektować rozwiązania, które będą skuteczniej odpowiadały na wyzwania stawiane przez nowoczesny przemysł.
To nie koniec naszych poszukiwań. Badania OIT w Almarze trwają nieprzerwanie – analizujemy kolejne układy stabilizatorów, testujemy nowe kombinacje i sprawdzamy, jak różne warunki procesowe wpływają na trwałość materiałów. O wynikach będziemy informować na bieżąco.