气雾剂包装加速腐蚀试验

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通常认为较高的存储温度会增加聚合物和金属的腐蚀速率,从而减少腐蚀测试所需的时间。例如,通常假设在高温下进行3-6个月的测试会产生腐蚀,而在室温下进行数年的测试后才可以观察到这种腐蚀。然而,常规使用高温来缩短储存测试时间常常会导致意外的腐蚀。

当具有由化学反应的活化能控制的一级动力学后,温度每升高10℃,化学反应速率加一倍。然而,喷雾包装材料的腐蚀速率并不遵循这种速率-温度关系,如下图所示。Y轴是覆膜金属的腐蚀速率(毫米/年),X轴是温度。

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注意,随着温度的增加,从大约20°C到30°C,腐蚀速率从每年大约0.016毫米降到0.006毫米(10-1.8 to 10-2.2)。换句话说,温度增加至20°C到30°C反而降低了腐蚀速率而不是加快速度。而当温度高于60°C腐蚀速率突然增加。

聚合物性能在阈值温度即玻璃化转变温度(Tg)下降解。聚合物在Tg以上会失去物理性能,例如作为底层包装金属和配方之间的屏障。换句话说,当温度高于Tg时,聚合物并不是包装金属和配方之间的屏障。

图中腐蚀速率在约60°C时增加,表明该聚合物的Tg约为60°C。本试验中的聚合物是一个环氧树脂,干环氧树脂通常有一个100°C的 Tg。因此,该数据图也说明了湿聚合物的Tg比相应的干聚合物低。

金属和聚合物的腐蚀速率不是一级动力学,它们的动力学通常不能用伪一级反应来建模。此外,金属腐蚀不是纯化学反应。金属腐蚀是指金属价电子被电化学活性离子和/或分子从表面金属原子中移除时,金属化学状态发生的变化。金属的腐蚀速率也不仅仅是由活化能决定的。

因此,每10°C存储测试温度升高,金属腐蚀速率不会增加一倍,较高的存储温度不会加速金属腐蚀速率。观察气雾剂容器常见的:

•在室温下穿孔,但在相应的较高存储温度下不穿孔——实际上,有时,温度较高的容器是无腐蚀的;

•在室温下无腐蚀,但在较高温度下穿孔;

•在30°C~35°C的腐蚀深度和或腐蚀量不是室温下的两倍。

请注意,在更高温度下进行测试是包装和配方合格的必要部分。需要进行更高的温度测试来确定配方的热稳定性,特别是当您的产品在全年或夏季温度较高的地区销售时。

较高的储存温度是用来确定产品是否热稳定和热不稳定是否会导致包装材料的腐蚀。建议如下:

•不使用较高的储存温度来加速包装材料的腐蚀速率,以此减少测试时长;

•使用较高的存储温度来确定是否存在可能导致包装材料腐蚀的热不稳定性问题;

•以反映产品销售地区的实际高温的较高温度来进行试验;

•使用更高的温度测试长度,以反映在室温或高于室温或更高的阈值温度(例如32°C)时每年的实际小时数。

是否有可能减少腐蚀测试时间?

不建议用高温或其他方法加速包装材料的腐蚀测试。使用灵敏的电化学腐蚀仪器测量腐蚀,可以减少喷雾包腐蚀测试所需的时间。

灵敏的仪器测量聚合物和金属腐蚀的时间远远早于肉眼可见的时间。然而,为了获得可靠的电化学腐蚀测试结果,需要适当的测量参数、曝光时间、分析报告、样品大小和解释腐蚀数据的报告。


注:原创:W. Stephen tait, ph.D(首席科学官兼首席顾问,Pair O Docs®)

    翻译:气雾剂委员会秘书处



2018年8月22日 15:09
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