19.05.2020 by Milena Riedl
Identify Vízfelvétel és a nedvességtartalom meghatározása termogravimetriás elemzéssel
A víz az éghajlatunkat befolyásoló egyik legfontosabb tényező. A légkörünk tele van vízzel. Lehet, hogy nem mindig látjuk, de kölcsönhatásba lép velünk és az anyagainkkal. Ismerje meg, hogyan segít a hőelemzés a Identify vízfelvételben és a víztartalom meghatározásában.
Dr. Michael Schöneich alkalmazásspecialistával együtt
A víz az éghajlatunkat befolyásoló egyik legfontosabb tényező. A légkörünk tele van vízzel. Lehet, hogy nem mindig látjuk, de kölcsönhatásba lép velünk és az anyagainkkal.
A nedvesség egyik legismertebb példáját a mindennapi életünkben akkor figyelhetjük meg, amikor egy forró nyári napon kiveszünk egy üveg vizet a fagyasztóból. Szinte azonnal vízcseppek jelennek meg a vizes palack felületén. Ezek a vízcseppek a légkörből lecsapódott vízgőzből származnak.
Körülvesz minket a víz
A nedvesség nem csak a mindennapi életünkben jelenik meg, hanem fizikai és kémiai kölcsönhatásokat okozva az anyagokra is hatással van.
Fizikai kölcsönhatás lehet a víz felszívódása, ami az anyagok tágulásához vezet. Ha egy anyag vagy anyag reakcióba lép a vízzel, új vegyület keletkezik. Az ilyen kémiai reakcióra a legismertebb példa az acél korróziója.
Ennek eredményeképpen a víz és az anyagok kölcsönhatása tulajdonságváltozásokat (pl. a korrózió miatt csökkent stabilitás) és/vagy megjelenési vagy optikai változásokat (pl. nedvességcsíkok a fröccsöntött alkatrészeken) eredményez.
Kézzelfogható: TGA mérések nedves légkörben
Mi az a termogravimetria?
A termogravimetriás analízis a hőelemzés olyan módszere, amely során a minta tömegét a hőmérséklet változásával együtt idővel mérik. Ez a mérés információt szolgáltat olyan fizikai jelenségekről, mint a FázisátmenetekA fázisátalakulás (vagy fázisváltás) kifejezést leggyakrabban a szilárd, folyékony és gáz halmazállapotok közötti átmenetek leírására használják.fázisátmenetek, az abszorpció és a deszorpció; valamint kémiai jelenségekről, beleértve a termikus bomlást és a szilárdgáz-reakciókat (pl. oxidáció vagy redukció).
Egy példa a polimerek területéről
A következő elemzés célja az anyag tömegváltozásának meghatározása volt nedves légkörben. Ezért egy STA 449 F3 Jupiter® készüléketpáragenerátorral szereltünk fel, amely nedves és száraz gázáram keverésével meghatározott páratartalmat állít elő.
A kísérletet egy 108,28 mg tömegű, 250 μm-es poliamid 6 fóliamintán végeztük. A hőmérsékletet állandóan 40 °C-on tartottuk, és a hőmérsékletprogram során 25 %-os páratartalom-lépéseket hajtottunk végre (kék görbe a 3. ábrán).
A 3. ábrán a zöld görbe a tömegváltozást mutatja. Minden egyes páratartalom-lépésnél a minta válaszreakciót ad, ahogy a tömege növekszik. A minta vizet vesz fel, és nedvességtartalma a környező légkör nedvességtartalmával együtt nő.
Továbbá az abszorpciós folyamat időfüggő. Ez azt jelenti, hogy vannak kinetikai hatások, amelyek szintén elemezhetőek. Az anyag diffúziós együtthatója a páratartalom beállítása segítségével meghatározható.
A példa azt mutatja, hogy a TGA mint szabványos módszer alkalmas az anyagok nedvességgel való fizikai kölcsönhatásainak azonosítására. Emellett lehetőség van a vízfelvételi tartalom mennyiségi értékének meghatározására is.
Egy alkalmazás a szervetlen anyagokkal foglalkozó területről
Ebben az alkalmazásban zeolitot vizsgáltak STA 449 F3 Jupiterrelnedves légkörben. A zeolit egy abszorpciós anyag, amely gázáramlatok tisztítására vagy bizonyos helyiségek és területek vízfelvételére használható.
A zeolit teljesítményének vizsgálatához két abszorpciós/ deszorpciós ciklust végeztünk állandó 20 °C-os hőmérsékleten és 10 %-os relatív páratartalom mellett.
Először is, a tömeg növekedése következik be, ahogy a mintára nedves légkör kerül. Az anyag felvesz bizonyos mennyiségű vizet, ami viszont növeli a tömegét. A száraz gázáramban az anyag vizet bocsát ki. Az első ciklus tesztciklusként működik a maximális abszorpciós kapacitás tesztelésére.
A ciklusok néhányszor megismételhetők az anyag ciklusstabilitásának tesztelésére. Az első aktiválás után a vízkibocsátás valamivel kisebb, ami azt jelenti, hogy az anyag viszonylag stabil az alkalmazásban, körülbelül 26%-os vízfelvétel mellett.
A vízfelvétel azonosításának és a víztartalom meghatározásának két példája azt mutatja, hogy a termogravimetriás elemzés alkalmas módszer a nedvességnek egy anyagra vagy anyagra gyakorolt hatásának elemzésére.
A következő blogcikkekben külön figyelmet szentelünk a víz mechanikai tulajdonságokra gyakorolt hatásának, valamint az anyagok vízfelvétel miatti nyúlásának meghatározására.