Πάντα ῥεῖ (Panta Rhei) "Tout coule" - Analyse thermique des liquides

Calorimétrie différentielle à balayage (DSC) :

En DSC, le contact entre l'échantillon et le fond du creuset est crucial pour l'intensité du signal. Toutefois, de nombreux liquides présentent une ascension capillaire au contact de la paroi du creuset, c'est-à-dire qu'une surface concave se forme et que le liquide est soulevé au niveau de la paroi, en raison des forces d'adhésion entre le liquide et le solide qui sont plus fortes que les forces d'adhésion intermoléculaires dans le liquide lui-même. Par conséquent, il arrive souvent qu'il ne reste qu'une quantité de substance sur le fond du creuset ( small ).

Afin de contourner cet effet, il est conseillé (voir fig. 1) d'introduire une quantité de liquide limitée à small au moyen d'une injection ou d'une pipette, de manière à ce que seul le fond soit recouvert.

À titre d'exemple de test d'échantillons liquides, la figure 2 montre le comportement thermique de l'acétate de butyle, un solvant incolore dont la formule élémentaire est _C6H12O2. Après refroidissement du liquide à -170°C, le solide formé reste d'abord amorphe, puis cristallise à -109°C (température maximale) et fond à nouveau à -77°C (température d'apparition extrapolée).

Un autre facteur à prendre en considération est la pression de vapeur des composants de l'échantillon en fonction de la température. Une pression de vapeur élevée dans des creusets ouverts pendant le chauffage entraîne un début précoce de l'évaporation et de larges pics endothermiques. Cela peut entraîner la superposition d'autres effets intéressants, comme c'est le cas avec certaines résines liquides.

Pour les substances pures, l'enthalpie molaire d'évaporation (ainsi que la chaleur d'évaporation en tenant compte de la masse molaire) peut être déterminée au moyen de mesures de la pression de vapeur, par exemple par DSC à haute pression (conformément à la norme ASTM E 1782).

Dans le cas des creusets en aluminium hermétiquement fermés, l'augmentation de la pression interne peut finalement entraîner une déformation, voire un éclatement du creuset. En fonction de la plage de température souhaitée et de l'objectif de l'étude, il est donc parfois nécessaire d'utiliser des creusets mieux pressurisés. Outre les creusets basse pression en aluminium, des creusets en acier inoxydable medium- pression ou des creusets haute pression en acier inoxydable ou en titane sont disponibles.

Analyse thermogravimétrique (TGA) :

Le début précoce de l'évaporation décrit ci-dessus se manifeste par un changement de masse à une température bien inférieure au point d'ébullition (fig. 3). En revanche, si l'on utilise un couvercle doté d'un trou extrêmement small, l'évaporation sera retardée jusqu'à une température proche du point d'ébullition (voir également la figure 3). La perte de masse elle-même est considérablement plus rapide dans ce cas ; la courbe TGA correspondante présente une forte pente descendante. Pour ce type d'études, des couvercles en aluminium avec un trou de 50-μm peuvent être utilisés.

La figure 3 présente deux mesures sur l'eau : l'une dans un creuset ouvert (bleu), l'autre dans un creuset muni d'un couvercle avec un microtrou (rouge). Les deux profils de courbe diffèrent sensiblement l'un de l'autre.

Analyse de l'éclair laser (LFA) :

Pour la détermination de la Diffusivité thermiqueLa diffusivité thermique (a avec l'unité mm2/s) est une propriété propre au matériau qui permet de caractériser la conduction thermique instable. Cette valeur décrit la rapidité avec laquelle un matériau réagit à un changement de température.diffusivité thermique au moyen de la méthode LFA, on utilise des récipients qui garantissent une couche d'épaisseur uniforme de l'échantillon. Ceci est nécessaire car l'épaisseur de l'échantillon entre dans la formule de calcul sous forme de carré. À cet égard, le porte-échantillon illustré à la figure 4 est tout à fait nouveau. Il se caractérise par une ManipulationL'adhésivité décrit l'interaction entre deux couches de matériaux identiques (auto-adhésion) ou différents (cohésion) en termes d'adhérence de surface.manipulation très facile, une grande précision de mesure et une reproductibilité élevée. De bas en haut, le porte-échantillon se compose d'un anneau de support, de deux disques d'étanchéité en acier inoxydable avec un anneau d'échantillonnage intermédiaire en plastique doté de deux ouvertures d'alimentation pour les échantillons liquides, et d'une plaque de couverture supérieure. L'anneau en plastique et les disques en acier inoxydable peuvent être remplacés à peu de frais.

Le porte-échantillon est particulièrement bien adapté aux liquides à base d'eau, aux huiles ou aux résines, mais aussi aux matières très visqueuses telles que les graisses.

La figure 5 illustre trois mesures sur l'eau, effectuées avec différents porte-échantillons du type illustré à la figure 4, dans une plage de températures allant de la température de référence à environ 80/85°C. L'évaluation a été faite sur chacune d'entre elles en utilisant un modèle à 3 couches. Toutes les valeurs des résultats des tests se situent dans une fourchette de +/- 5 % par rapport aux données de la littérature.

La figure 6 montre le signal correspondant du détecteur ainsi qu'une adaptation du modèle à 60°C. Il est clair que les données expérimentales et les données adaptées sont en bon accord.