이 글의 목적은 OIT(산화유도시간) 측정을 현장에서 재현성 있게 수행하고, 결과를 제품 품질과 수명평가에 연결할 수 있도록 시험원리·조건설정·데이터 해석·불량 원인과 대책을 체계적으로 정리하는 것이다.
1. OIT(산화유도시간) 개념과 현장 의미
1) OIT가 의미하는 물성이다.
OIT는 고분자 재료가 일정 온도에서 산소 분위기에 노출될 때 산화가 본격적으로 시작되기까지 걸리는 시간이다.
일반적으로 항산화제 패키지의 유효성, 열이력에 따른 안정화제 소모, 배합·가공 편차를 빠르게 비교하는 지표로 활용하는 시험이다.
2) OIT는 절대 수명값이 아니라 비교지표이다.
OIT는 시험온도, 가스 전환 방식, 유량, 시료 형상, 촉매 불순물, 충전재, 잔류과산화물 등에 민감한 지표이다.
따라서 동일 규격·동일 조건에서 로트 간 상대 비교, 공정 변경 전후 비교, 규격 적합성 확인에 강점을 가지는 시험이다.
주의 : OIT 값을 제품의 실제 사용수명으로 바로 환산하면 오류가 커지기 쉽다. 수명예측을 목적으로 할 때는 다점 온도 OIT, 장기 열노화, 산소압력·확산 조건을 포함한 별도 설계가 필요하다.
2. 적용 분야와 대표 규격 체계
1) 주 적용 소재이다.
폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀의 산화 안정성 평가에 가장 널리 쓰이는 시험이다.
배관·피팅, 케이블 피복, 필름, 시트, 자동차 내장재, 컴파운드 펠릿 등에서 품질관리 항목으로 채택되는 경우가 많다.
2) 등온 OIT와 동적 OIT가 함께 쓰이다.
등온 OIT는 특정 온도에서 질소 분위기로 안정화한 뒤 산소로 전환하여 산화 발열 개시까지의 시간을 측정하는 방식이다.
동적 OIT는 산화 분위기에서 일정 승온 속도로 가열하면서 산화 발열이 시작되는 온도를 측정하는 방식이다.
동적 OIT는 산화 개시 온도 기반의 스크리닝에 유리하고, 등온 OIT는 항산화제 잔존능 비교에 유리한 편이다.
| 구분 | 측정값 | 강점 | 주의점 |
|---|---|---|---|
| 등온 OIT이다. | 시간(min)이다. | 항산화제 유효성 비교에 강하다. | 가스 전환·유량·팬 씰링 영향이 크다. |
| 동적 OIT이다. | 온도(°C)이다. | 빠른 스크리닝에 유리하다. | 승온속도·산화분위기·열이력 영향이 크다. |
3. 장비 구성과 시험 준비 항목
1) 기본 장비 구성이다.
DSC 본체, 퍼지 가스 라인(질소 및 산소 또는 공기), 유량 제어부, 가스 전환 밸브, 표준 시료 및 캘리브레이션 기능이 필요하다.
산화 반응은 미량 촉매·오염에 민감하므로, 가스 라인의 누설과 역류를 억제하는 구성이 중요하다.
2) 팬과 시료 접촉 조건이 핵심이다.
일반적으로 알루미늄 오픈 팬을 사용하여 산소 공급을 원활히 하는 방식이 많이 쓰이다.
다만 분말 비산, 저분자 휘발, 오염 우려가 있으면 팬 선택과 전처리 전략을 바꾸어야 하다.
3) 시료 준비 원칙이다.
시료는 열이력과 표면적의 영향을 줄이기 위해 동일한 형상과 질량 범위로 준비하는 것이 기본이다.
펠릿은 절단 또는 압착으로 표면 조건을 맞추고, 필름·시트는 동일 면적·두께로 컷팅하는 방식이 일반적이다.
주의 : 손으로 만진 표면의 유분, 절단 공구의 금속 마모분, 세척 용제 잔류가 산화를 촉진하거나 지연시키는 원인이 될 수 있다. 시료 취급 절차를 표준작업으로 고정하는 것이 중요하다.
4. 등온 OIT(DSC) 표준 절차 설계
1) 시험 개요이다.
질소 분위기에서 시료를 목표 온도까지 가열한 뒤 일정 시간 안정화하고, 동일 온도에서 산소로 분위기를 전환하여 산화 발열이 나타나는 시점까지의 시간을 측정하는 방식이다.
2) 대표 조건 설정 로직이다.
폴리올레핀의 품질관리에서는 200°C 근방의 등온 조건이 자주 사용되는 편이다.
다만 소재 등급, 기대 내열, 규격 요구사항에 따라 목표 온도와 안정화 시간이 달라질 수 있다.
| 항목 | 권장 설정 방향이다. | 설정 근거와 영향이다. |
|---|---|---|
| 시료 질량이다. | 장비가 권장하는 범위에서 일정하게 고정하다. | 질량이 커지면 열지연과 산소 확산 제한이 커지다. |
| 팬 형태이다. | 산소 공급이 충분한 오픈 팬을 우선 검토하다. | 밀폐도가 높으면 산소 전달이 제한되어 OIT가 길어질 수 있다. |
| 질소 퍼지 유량이다. | 라인 치환이 충분한 수준으로 고정하다. | 잔류 산소가 남으면 조기 산화로 OIT가 짧아지다. |
| 산소 퍼지 유량이다. | 질소와 동일 유량으로 맞추는 쪽이 재현성이 좋다. | 유량 차이가 크면 베이스라인이 흔들리고 전환 시점이 불명확해지다. |
| 목표 온도이다. | 규격 또는 사내 규격으로 고정하다. | 온도가 높을수록 OIT가 급격히 짧아지는 경향이 강하다. |
| 안정화 시간이다. | 온도 도달 후 수분 단위로 일정하게 고정하다. | 안정화가 부족하면 베이스라인 드리프트가 커지다. |
3) 등온 OIT 측정 순서 예시이다.
아래는 현장에서 이해하기 쉬운 형태로 재정리한 절차 예시이다.
1) DSC 셀을 질소로 퍼지하고 안정화하다. 2) 빈 팬(또는 기준 팬)과 시료 팬을 장착하다. 3) 질소 분위기에서 목표 온도까지 승온하다. 4) 목표 온도에서 일정 시간 안정화하다. 5) 같은 유량 조건에서 분위기를 산소로 전환하다. 6) 전환 시점을 시간 0으로 설정하고 등온 유지하다. 7) 발열(산화) 이벤트의 개시 시점을 결정하다. 8) 산소 전환 시점부터 개시 시점까지의 시간을 OIT로 보고하다.주의 : “산소 전환 시점”을 장비 로그상 밸브 신호로 잡는지, DSC 신호가 안정화되는 시점을 잡는지에 따라 결과가 달라질 수 있다. 동일 조직 내에서는 정의를 하나로 고정해야 하다.
5. 동적 OIT(산화유도온도) 측정 설계
1) 동적 OIT의 목적이다.
동적 OIT는 일정 산화 분위기에서 승온하면서 산화 발열이 시작되는 온도를 얻어 소재 간 내산화성의 상대 순위를 빠르게 잡는 데 유리하다.
2) 동적 OIT에서 중요한 변수이다.
승온속도는 산화 발열 개시 온도를 좌우하는 핵심 변수이다.
승온속도가 빠를수록 개시 온도가 높게 나타나는 경향이 있어, 비교 시험에서는 승온속도를 반드시 고정해야 하다.
| 변수 | 관리 포인트이다. | 결과 영향이다. |
|---|---|---|
| 승온속도이다. | 사내 규격으로 고정하다. | 빠를수록 개시 온도가 높아지는 경향이 강하다. |
| 산화 분위기이다. | 산소 또는 공기로 고정하다. | 산소 분압 차이로 개시 온도가 달라지다. |
| 시료 열이력이다. | 예열·냉각 이력을 통제하다. | 결정화도와 항산화제 분포가 바뀌어 신호가 달라지다. |
6. OIT 곡선 해석과 개시점 판정 방법
1) 전형적인 DSC 신호 형태이다.
등온 구간에서 베이스라인이 비교적 평탄하게 유지되다가, 산화가 시작되면 발열 방향으로 신호가 상승하는 형태가 나타나는 것이 일반적이다.
2) 개시점 판정 원칙이다.
개시점은 “베이스라인”과 “산화 발열 상승부의 접선”의 교점으로 정의하는 방식이 널리 쓰이다.
또는 사내 합의에 따라 베이스라인 대비 일정 임계값을 초과하는 시점을 개시점으로 정의하기도 하다.
주의 : 개시점 판정 규칙을 바꾸면 과거 데이터와의 연속성이 깨지다. 임계값 방식과 접선 교점 방식은 서로 다른 숫자를 만들 수 있으므로, 변경이 필요하면 전환기간 병행측정이 필요하다.
3) 보고서에 반드시 포함할 해석 요소이다.
OIT 숫자만 단독으로 기록하면 원인 분석이 불가능해지다.
따라서 시험온도, 퍼지 가스 종류, 유량, 안정화 시간, 팬 형태, 시료 질량, 개시점 판정 규칙을 같이 기록해야 하다.
| 보고 항목 | 필수 이유이다. | 누락 시 리스크이다. |
|---|---|---|
| 시험온도 또는 승온속도이다. | OIT의 지수적 변화를 좌우하다. | 로트 비교가 무의미해지다. |
| 가스 종류와 유량이다. | 산소 전달과 베이스라인 안정에 영향이 크다. | 재현성이 급격히 떨어지다. |
| 팬 종류와 시료 질량이다. | 열지연과 확산 제한을 결정하다. | 기관 간 비교가 불가능해지다. |
| 개시점 판정 규칙이다. | 숫자의 정의 자체를 규정하다. | 규격 판정 분쟁이 발생하다. |
7. 재현성을 무너뜨리는 주요 원인과 대책
1) 가스 전환 불량이다.
밸브 응답 지연, 라인 체적 과대, 누설로 인해 산소 전환이 느리면 OIT 정의가 흔들리다.
가스 라인을 짧게 설계하고, 전환 신호와 실제 분위기 치환의 상관을 정기 점검해야 하다.
2) 베이스라인 드리프트이다.
온도 안정화가 부족하거나 셀 오염이 있으면 등온 구간에서 신호가 기울어져 개시점 판정이 어려워지다.
안정화 시간을 고정하고, 정기적으로 빈 팬 블랭크 런을 수행하는 것이 유효하다.
3) 시료 오염 및 촉매 불순물이다.
금속 분진, 산성 잔류물, 과산화물, 가공 중 잔류 촉매는 산화 개시를 앞당기는 요인이 되다.
절단 도구 관리, 시료 보관 용기 표준화, 배합 원료의 오염 관리가 필요하다.
| 증상 | 가능 원인이다. | 현장 대책이다. |
|---|---|---|
| OIT가 갑자기 짧아지다. | 잔류 산소, 시료 오염, 항산화제 소모, 과열 이력이다. | 질소 퍼지 강화, 취급 절차 점검, 공정 온도 로그 확인을 하다. |
| 곡선이 불안정하고 노이즈가 크다. | 유량 불안정, 팬 접촉 불량, 센서 오염이다. | 레귤레이터 점검, 팬 장착 재현성 확보, 셀 청소를 하다. |
| 개시점이 애매하게 나타나다. | 드리프트, 산소 전환 완만, 시료 질량 편차이다. | 안정화 시간 고정, 전환 밸브 성능 점검, 질량 관리 강화하다. |
주의 : OIT 이상을 “배합 문제”로만 결론내리면 원인을 놓치기 쉽다. 같은 시료로 팬·유량·안정화 시간만 바꾸어 교차 확인하면 장비 요인과 시료 요인을 분리하는 데 도움이 되다.
8. 품질관리에서의 합격판정과 샘플링 전략
1) 합격기준 설정 방식이다.
합격기준은 고객 규격 또는 사내 규격으로 명확히 정의되어야 하다.
동일 등급 내 로트 변동과 시험 반복정밀도를 고려하여, 최소 허용 OIT 또는 최소 허용 산화유도온도를 설정하는 방식이 일반적이다.
2) 반복 측정과 통계 처리이다.
OIT는 변동이 존재하므로 단일 측정보다 복수 반복 측정의 평균과 표준편차를 함께 관리하는 것이 바람직하다.
공정 이상 감지를 목표로 할 때는 관리도 운영이 효과적이다.
권장 데이터 기록 예시이다. - 동일 로트에서 n회 반복 측정하다. - 평균 OIT와 표준편차를 계산하다. - 과거 기준 로트 대비 편차를 관리도에 표시하다. - 급격한 하락이 발생하면 장비 점검과 시료 재채취를 수행하다.9. 시험 전후 체크리스트로 실무 표준화하다
| 구간 | 체크 항목 | 판정 기준이다. |
|---|---|---|
| 시험 전이다. | 가스 종류·순도 확인을 하다. | 사내 기준 가스를 사용하다. |
| 시험 전이다. | 유량 안정과 누설 점검을 하다. | 설정 유량이 안정적으로 유지되다. |
| 시험 전이다. | 블랭크 런으로 베이스라인 확인을 하다. | 드리프트가 허용 범위 이내이다. |
| 시험 중이다. | 전환 시점 로그 기록을 하다. | 전환 정의가 일관되게 적용되다. |
| 시험 후이다. | 개시점 판정 규칙을 동일하게 적용하다. | 분석자 간 편차가 통제되다. |
| 시험 후이다. | 결과와 조건을 함께 보관하다. | 재현 시험이 가능한 수준으로 기록되다. |
FAQ
OIT가 높은데 실제 열노화가 빨리 진행되는 경우가 있다?
가능한 상황이다.
OIT는 특정 온도와 산소 공급 조건에서의 상대 비교 지표이다.
실사용 환경에서는 산소 확산, UV, 습열, 응력, 금속 접촉, 첨가제 용출 등이 함께 작용하므로 장기 열노화나 환경 노화 시험과 병행 평가가 필요하다.
등온 OIT에서 목표 온도는 어떻게 정하는 것이 합리적인가?
규격이 있으면 규격을 우선 적용하는 것이 원칙이다.
규격이 없으면 소재가 실제로 겪는 열 스트레스 수준과 공정 내 과열 가능성을 고려하여, 산화가 너무 빨라도 너무 느려도 않게 판별력이 확보되는 온도를 사내 검증으로 설정하는 방식이 합리적이다.
가스는 산소 대신 공기를 사용해도 되는가?
가능하나 동일 시험 내에서는 분위기를 고정해야 하다.
공기는 산소 분압이 낮아 동일 온도에서 OIT가 길어질 수 있고, 기관 간 비교가 어려워질 수 있다.
시료 질량을 바꾸면 OIT가 왜 달라지는가?
질량이 커질수록 열전달 지연과 산소 확산 제한이 커지기 때문이다.
그 결과 산화 발열의 관측 시점이 늦어져 OIT가 길어 보일 수 있다.
따라서 질량은 일정 범위로 고정해야 하다.
개시점 판정은 자동 소프트웨어 값을 그대로 써도 되는가?
가능하나 알고리즘 설정을 고정해야 하다.
베이스라인 설정, 필터, 접선 방식, 임계값 방식에 따라 값이 달라질 수 있으므로, 소프트웨어 버전과 설정값을 포함해 표준작업으로 관리하는 것이 필요하다.