19.05.2020 by Milena Riedl
Identify Veden imeytyminen ja kosteuspitoisuuden määrittäminen termogravimetrisen analyysin avulla
Vesi on yksi tärkeimmistä ilmastoon vaikuttavista tekijöistä. Ilmakehämme on täynnä vettä. Emme ehkä aina näe sitä, mutta se on vuorovaikutuksessa meidän ja materiaaliemme kanssa. Lue, miten lämpöanalyysi auttaa Identify veden imeytymistä ja vesipitoisuuden määrittämistä.
yhdessä sovellusasiantuntija Michael Schöneichin kanssa
Vesi on yksi tärkeimmistä ilmastoon vaikuttavista tekijöistä. Ilmakehämme on täynnä vettä. Emme ehkä aina näe sitä, mutta se on vuorovaikutuksessa meidän ja materiaaliemme kanssa.
Yhden tunnetuimmista esimerkeistä kosteudesta jokapäiväisessä elämässämme voi havaita, kun ottaa vesipullon pakastimesta kuumana kesäpäivänä. Vesipullon pinnalle ilmestyy lähes välittömästi vesipisaroita. Nämä vesipisarat ovat seurausta ilmakehästä tiivistyvästä vesihöyrystä.
Meitä ympäröi vesi
Kosteus ei ole vain arkipäivän ilmiö, vaan se vaikuttaa myös materiaaleihin aiheuttamalla fysikaalisia ja kemiallisia vuorovaikutuksia.
Fysikaalinen vuorovaikutus voi olla veden imeytyminen, joka johtaa materiaalien laajenemiseen. Jos aine tai materiaali reagoi veden kanssa, syntyy uusi yhdiste. Tunnetuin esimerkki tällaisesta kemiallisesta reaktiosta on teräksen korroosio.
Veden ja materiaalien vuorovaikutus johtaa ominaisuuksien muutoksiin (esim. korroosion aiheuttama heikentynyt stabiilisuus) ja/tai ulkonäköön tai optisiin muutoksiin (esim. kosteusraidat ruiskuvaletuissa osissa).
Käytännössä: TGA-mittaukset kosteassa ilmakehässä
Mikä on termogravimetria?
Termogravimetrinen analyysi on lämpöanalyysimenetelmä, jossa näytteen massa mitataan ajan kuluessa lämpötilan muuttuessa. Tämä mittaus antaa tietoa fysikaalisista ilmiöistä, kuten faasimuutoksista, absorptiosta ja desorptiosta, sekä kemiallisista ilmiöistä, kuten lämpöhajoamisesta ja kiinteän aineen ja kaasun välisistä reaktioista (esim. hapettumisesta tai pelkistymisestä).
Esimerkki polymeerien alalta
Seuraavan analyysin tavoitteena oli määrittää materiaalin massanmuutos kosteassa ilmakehässä. Sen vuoksi STA 449 F3 Jupiter® -laite varustettiinkosteusgeneraattorilla , joka tuottaa määritellyn kosteustason sekoittamalla märkää ja kuivaa kaasuvirtaa.
Koe suoritettiin 250μm:n kokoiselle polyamidi 6:n folionäytteelle, jonka paino oli 108,28 mg. Lämpötila pidettiin vakiona 40 °C:ssa, ja lämpötilaohjelman aikana suoritettiin 25 prosentin kosteusvaiheita (sininen käyrä kuvassa 3).
Kuvassa 3 vihreä käyrä kuvaa massan muutosta. Jokaisella kosteusasteella näyte reagoi, kun sen massa kasvaa. Näyte imee itseensä vettä, ja sen kosteuspitoisuus kasvaa ympäröivän ilmakehän kosteuspitoisuuden myötä.
Lisäksi imeytymisprosessi on ajasta riippuvainen. Tämä tarkoittaa, että on olemassa kineettisiä vaikutuksia, joita voidaan myös analysoida. Materiaalin diffuusiokerroin voidaan määrittää kosteusasetelman avulla.
Esimerkki osoittaa, että TGA on standardimenetelmänä hyödyllinen Identify materiaalien fysikaalisten vuorovaikutusten ja kosteuden välillä. Lisäksi on mahdollista määrittää veden absorptiopitoisuuden kvantitatiivinen arvo.
Sovellus epäorgaanisten aineiden alalta
Tässä sovelluksessa zeoliittia tutkittiin STA 449:n kanssa F3 Jupiteriakosteassa ilmakehässä. Zeoliitti on absorptiomateriaali, jota voidaan käyttää kaasuvirtojen puhdistamiseen tai veden imeyttämiseen tietyissä tiloissa ja alueilla.
Zeoliitin suorituskyvyn testaamiseksi suoritettiin kaksi absorptio-/desorptiosykliä 20 °C:n vakiolämpötilassa ja 10 %:n suhteellisessa kosteudessa.
Ensinnäkin massa kasvaa, kun näytteeseen kohdistuu kostea ilmakehä. Materiaaliin sitoutuu tietty määrä vettä, mikä puolestaan lisää sen massaa. Kuivassa kaasuvirtauksessa materiaali luovuttaa vettä. Ensimmäinen sykli toimii testisyklinä, jolla testataan maksimaalista absorptiokapasiteettia.
Syklit voidaan toistaa muutaman kerran materiaalin syklin vakauden testaamiseksi. Ensimmäisen aktivoinnin jälkeen veden vapautuminen on hieman vähäisempää, mikä tarkoittaa, että materiaali on suhteellisen stabiili sovelluksessaan, jonka vedenottokyky on noin 26 %.
Nämä kaksi esimerkkiä veden imeytymisen tunnistamisesta ja vesipitoisuuden määrittämisestä osoittavat, että termogravimetrinen analyysi on sopiva menetelmä analysoida kosteuden vaikutuksia materiaaliin tai aineeseen.
Seuraavissa blogiartikkeleissa keskitytään erityisesti veden vaikutukseen mekaanisiin ominaisuuksiin ja veden imeytymisestä johtuvan materiaalien laajenemisen määrittämiseen.