Измервания на TGA във вакуум върху SEBS

Въведение

При нагряване на течности в термобаланс налягането на парите на течността също се повишава с увеличаване на скоростта на нагряване. Скоростта на изпарение - скоростта, с която течността преминава в газова фаза - се увеличава с увеличаване на температурата. Скоростта на загуба на маса, която позволява проследяване на изпарението в термобаланс, се увеличава в същата степен. Термобалансът може да работи при нормално налягане в поток от прочистващи газове, които промиват образуващите се газове от камерата за проби.

Една течност кипи, когато налягането на парите на течността съответства на налягането на околната среда. При нормално налягане (1013 mbar) водата кипи при 100 °C, тъй като налягането на парите също е 1013 mbar. Ако налягането на околната среда се промени, температурата на кипене също ще се промени. На фигура 1 е представена тази зависимост за водата за температурния диапазон между стайна температура и 110°C [1].

Както ясно се вижда от фигура 1, водата кипи още при 50°C, ако налягането на околната среда от 1013 mbar се намали до 123 mbar. Това съотношение се използва в приложения като вакуумното сушене, при което материалът, който трябва да се изсуши, се излага на субслънчево налягане, а течностите (обикновено вода) могат да се изпаряват леко при ниски температури. Тази техника се използва особено често в хранително-вкусовия сектор.

Подобна на описаното понижаване на температурата на кипене на течностите зависимост, макар и в малко по-слаба форма, съществува и при сублимацията и разлагането на твърди вещества.

Условия за измерване

Термогравиметрични изследвания при понижено налягане

Както и при процеса на кипене, други реакции, при които се отделят газообразни вещества, също зависят по подобен начин от налягането на околната среда. Температурните диапазони на реакциите на разлагане също се изместват към по-ниски стойности с намаляване на околното налягане. Това температурно изместване варира в зависимост от процеса или веществото. На свой ред това означава, че прилагането на атмосфера с отрицателно налягане може да повлияе в различна степен на отделянето на газообразни продукти на разлагане при различните реакции. Тази процедура може да бъде особено полезна, ако процесите на термично разграждане се припокриват, т.е. ако протичат в много голяма времева близост един до друг. Намаляването на налягането на околната среда може да доведе до по-добро разделяне на припокриващите се събития.

Фигура 2 показва сравнението на две измервания на термопластичен еластомер. Плътните линии представят изменението на относителната маса като функция на температурата. Зелената крива изобразява резултатите от измерването при нормално налягане със скорост на продухване с газ от 40 ml/min в азот. Виждат се две стъпки на загуба на маса, които се припокриват дори при ниска скорост на нагряване от 5 K/min. Количественото определяне на стъпките е трудно в този случай. Ако това изследване се извърши във вакуум - при същата скорост на нагряване от 5 К/min (синята крива) - всички температури на освобождаване се изместват към по-ниски стойности, отколкото при измерването при нормално налягане. Краят на реакцията се достига при 480 °C при нормално налягане, но във вакуум реакцията е завършена още при 440 °C. Пунктираните криви (DTG) показват първата производна за всяко от относителните изменения на масата (TG). Резултатите от DTG показват скоростта на загуба на маса и следователно са мярка за скоростта на реакцията. Температурите на максималните скорости на загуба на маса (DTG максимуми) потвърждават, че и двете частични реакции се изместват към по-ниски температури, когато протичат във вакуум. Въпреки това, тъй като първата частична реакция (348 °C до 212 °C) е изместена към значително по-ниски температури от втората (427 °C до 407 °C), двете частични реакции са по-добре разделени. По този начин се улеснява значително количественото определяне на двата етапа на загуба на маса.