19.05.2020 by Milena Riedl
Идентифициране на абсорбцията на вода и определяне на съдържанието на влага с термогравиметричен анализ
Водата е един от основните фактори, които влияят на климата. Атмосферата ни е изпълнена с вода. Може би не винаги можем да я видим, но тя взаимодейства с нас и нашите материали. Научете как термичният анализ помага да се идентифицира абсорбцията на вода и да се определи водното съдържание.
заедно с д-р Михаел Шьоних, специалист по приложения
Водата е един от основните фактори, които влияят на климата. Атмосферата ни е изпълнена с вода. Може би не винаги можем да я видим, но тя взаимодейства с нас и нашите материали.
Един от най-известните примери за влажността в ежедневието ни може да се наблюдава, когато извадим бутилка вода от фризера в горещ летен ден. Почти веднага по повърхността на бутилката се появяват капки вода. Тези водни капки са резултат от кондензирани водни пари от атмосферата.
Заобиколени сме от вода
Влажността не само се появява в ежедневието ни, но и влияе на материалите, като предизвиква физични и химични взаимодействия.
Физическо взаимодействие може да бъде абсорбирането на вода, което води до разширяване на материалите. Ако дадено вещество или материал реагира с вода, се образува ново съединение. Най-яркият пример за такава химична реакция е корозията на стоманата.
В резултат на това взаимодействието на водата с материалите води до промени в свойствата (напр. намалена стабилност поради корозия) и/или до промени във външния вид или оптични промени (напр. ивици от влага в части за шприцване).
Практическо приложение: Измервания на TGA във влажна атмосфера
Какво представлява термогравиметрията?
Термогравиметричният анализ е метод на термичен анализ, при който масата на пробата се измерва с течение на времето при промяна на температурата. Това измерване дава информация за физични явления, като например фазови преходи, абсорбция и десорбция, както и за химични явления, включително термично разлагане и реакции между твърдо вещество и газ (например окисление или редукция).
Пример от областта на полимерите
Целта на следващия анализ е да се определи изменението на масата на материала във влажна атмосфера. Поради това уредът STA 449 F3 Jupiter® беше оборудван сгенератор на влажност , който създава определено ниво на влажност чрез смесване на влажен и сух газов поток.
Експериментът е проведен върху проба от фолио с дебелина 250 μm от полиамид 6 с тегло 108,28 mg. Температурата е поддържана постоянна на 40 °C, а по време на температурната програма са извършвани стъпки на влажност от 25 % (синята крива на фигура 3).
На фигура 3 зелената крива представлява изменението на масата. При всяка стъпка на влажност пробата реагира, тъй като масата ѝ се увеличава. Пробата абсорбира вода и съдържанието на влага в нея се увеличава със съдържанието на влага в околната атмосфера.
Освен това процесът на поглъщане зависи от времето. Това означава, че има кинетични влияния, които също могат да бъдат анализирани. Коефициентът на дифузия на материала може да се определи с помощта на настройката за влажност.
Примерът показва, че TGA като стандартен метод е полезен за определяне на физичните взаимодействия на материалите с влажността. Освен това е възможно да се определи количествената стойност на съдържанието на абсорбция на вода.
Приложение от областта на неорганиката
В това приложение зеолитът е изследван с STA 449 F3 Jupiter®във влажна атмосфера. Зеолитът е абсорбиращ материал, който може да се използва за почистване на газови потоци или за абсорбиране на вода в определени помещения и зони.
За да се провери работата на зеолита, бяха извършени два цикъла на абсорбция/десорбция при постоянна температура от 20 °C и относителна влажност от 10 %.
Първо, масата на пробата се увеличава, когато върху нея се прилага влажна атмосфера. Материалът поема определено количество вода, което от своя страна увеличава масата му. В потока от сух газ материалът освобождава вода. Първият цикъл действа като тестов цикъл за изпитване на максималния капацитет на поглъщане.
Циклите могат да се повторят няколко пъти, за да се провери стабилността на материала по време на цикъл. След първото активиране отделянето на вода е малко по-малко, което означава, че материалът е относително стабилен при приложението си с абсорбция на вода от около 26 %.
Двата примера за идентифициране на водопоглъщането и определяне на водното съдържание показват, че термогравиметричният анализ е подходящ метод за анализ на въздействието на влажността върху даден материал или вещество.
В следващите статии в блога ще бъде обърнато специално внимание на влиянието на водата върху механичните свойства и на определянето на удължаването на материалите вследствие на поглъщането на вода.