Identify Vandabsorption og bestemmelse af fugtindhold med termogravimetrisk analyse

Vand er en af de vigtigste faktorer, der påvirker vores klima. Vores atmosfære er fyldt med vand. Vi kan måske ikke altid se det, men det interagerer med os og vores materialer. Lær, hvordan termisk analyse hjælper Identify med at absorbere vand og bestemme vandindholdet.

sammen med Dr. Michael Schöneich, Application Specialist

Vandflaske i klar plast med kondens på overfladen, der illustrerer fugtighedens effekt på materialer. Ideel til at demonstrere begreber om vandabsorption.

Vand er en af de vigtigste faktorer, der påvirker vores klima. Vores atmosfære er fyldt med vand. Vi kan måske ikke altid se det, men det interagerer med os og vores materialer.

Et af de mest kendte eksempler på fugtighed i vores dagligdag kan ses, når man tager en flaske vand ud af fryseren på en varm sommerdag. Næsten øjeblikkeligt dukker der vanddråber op på overfladen af vandflasken. Disse vanddråber er resultatet af kondenseret vanddamp fra atmosfæren.

Vi er omgivet af vand

Fugt optræder ikke kun i vores dagligdag, men påvirker også materialer ved at forårsage fysiske og kemiske interaktioner.

En fysisk interaktion kan være absorption af vand, som fører til udvidelse af materialer. Hvis et stof eller materiale reagerer med vand, dannes der en ny forbindelse. Det mest fremtrædende eksempel på en sådan kemisk reaktion er korrosion af stål.

Som følge heraf resulterer vandets interaktion med materialer i ændringer i egenskaber (f.eks. reduceret stabilitet på grund af korrosion) og/eller udseende eller optiske ændringer (f.eks. fugtstriber i sprøjtestøbte dele).

Rustskader på en bil på grund af korrosion (til venstre) og synlige fugtstriber på en støbt overflade (til højre). — Figur 2: Nedsat stabilitet på grund af korrosion (venstre) og fugtstriber (højre)

Hands-on: TGA-målinger under fugtige atmosfærer

Hvad er termogravimetri?

Termogravimetrisk analyse er en metode til termisk analyse, hvor massen af en prøve måles over tid, når temperaturen ændres. Denne måling giver oplysninger om fysiske fænomener, såsom FaseovergangeUdtrykket faseovergang (eller faseændring) bruges oftest til at beskrive overgange mellem fast, flydende og gasformig tilstand.faseovergange, absorption og desorption, samt kemiske fænomener, herunder termisk NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning og faststof-gasreaktioner (f.eks. OxidationOxidation kan beskrive forskellige processer i forbindelse med termisk analyse.oxidation eller reduktion).

Et eksempel fra området polymerer

Formålet med den følgende analyse var at bestemme materialets masseændring i en fugtig atmosfære. Derfor blev en STA 449 F3 Jupiter^® udstyret med en fugtighedsgenerator , der producerer et defineret fugtighedsniveau ved at blande en våd og en tør gasstrøm.

Forsøget blev udført på en 250 μm folieprøve af polyamid 6 med en vægt på 108,28 mg. Temperaturen blev holdt konstant på 40 °C, og der blev udført fugtighedstrin på 25 % under temperaturprogrammet (blå kurve i figur 3).

Termogravimetrisk analysegraf, der viser masseændring af en polyamid 6-prøve ved 40 °C med stigende fugtighedstrin på 25 %. — Figur 3: Analyse af en polymerprøve med STA ved en konstant temperatur på 40 °C og fugtighedstrin på 25 %

I figur 3 repræsenterer den grønne kurve masseændringen. Ved hvert fugtighedstrin er der en reaktion fra prøven, når dens masse øges. Prøven absorberer vand, og dens fugtindhold stiger med fugtigheden i den omgivende atmosfære.

Desuden er absorptionsprocessen tidsafhængig. Det betyder, at der er kinetiske påvirkninger, som også kan analyseres. Materialets diffusionskoefficient kan bestemmes ved hjælp af fugtighedsopsætningen.

Eksemplet viser, at TGA som standardmetode er nyttig til at identificere materialers fysiske interaktion med fugtighed. Derudover er det muligt at bestemme den kvantitative værdi af vandabsorptionsindholdet.

En anvendelse fra det uorganiske område

I denne applikation blev zeolit undersøgt med en STA 449 F3 Jupiter^®i en fugtig atmosfære. Zeolit er et absorptionsmateriale, der kan bruges til at rense gasstrømme eller til vandabsorption i visse rum og områder.

For at teste zeolitens ydeevne blev der udført to absorptions-/desorptionscyklusser ved en konstant temperatur på 20 °C og en relativ luftfugtighed på 10 %.

Termogravimetrisk analysediagram, der viser zeolitmasseændringer under våde og tørre gasstrømme ved 20 °C og 10 % luftfugtighed. — Figur 4: Analyse af en zeolitprøve med STA ved en konstant temperatur på 20 °C og en relativ luftfugtighed på 10 %

For det første øges massen, når prøven udsættes for en fugtig atmosfære. Materialet optager en vis mængde vand, som igen øger dets masse. I den tørre gasstrøm frigiver materialet vand. Den første cyklus fungerer som en testcyklus for at teste den maksimale absorptionskapacitet.

Cyklusserne kan gentages et par gange for at teste materialets cyklusstabilitet. Efter den første aktivering er vandafgivelsen lidt mindre, hvilket betyder, at materialet er relativt stabilt i sin anvendelse med en vandoptagelse på omkring 26 %.

De to eksempler på identifikation af vandoptagelse og bestemmelse af vandindholdet viser, at termogravimetrisk analyse er en velegnet metode til at analysere virkningerne af fugtighed på et materiale eller stof.

I de næste blogartikler vil der være særlig fokus på vandets indflydelse på de mekaniske egenskaber og på bestemmelse af materialers forlængelse på grund af vandoptagelse.

Følg os på LinkedIn!
_{Vær den første til at læse nye artikler!}