19.05.2020 by Milena Riedl
Identify 熱重量分析による吸水率と含水率の測定
水は気候を左右する主要な要素のひとつである。私たちの大気は水で満たされている。常に目に見えるわけではありませんが、水は私たちや私たちの素材と相互作用しています。熱分析がどのようにIdentify 吸水率や含水率の測定に役立っているかをご覧ください。
アプリケーションスペシャリストのミヒャエル・シェーニッヒ博士とともに。
水は気候を左右する主要な要素のひとつである。私たちの大気は水で満たされている。常に目に見えるわけではないかもしれないが、水は私たちや私たちの物質と相互作用している。
日常生活における湿度の最もよく知られた例は、夏の暑い日に冷凍庫から水のボトルを取り出したときに観察することができる。ほとんどすぐに、水筒の表面に水滴がつく。この水滴は大気中の水蒸気が凝縮したものである。
私たちは水に囲まれている
湿度は私たちの日常生活に現れるだけでなく、物理的・化学的相互作用を引き起こすことで材料にも影響を与える。
物理的な相互作用とは、水を吸収することで物質が膨張することである。物質や材料が水と反応すると、新しい化合物が生成される。このような化学反応の最も顕著な例は、鋼鉄の腐食である。
その結果、水と材料との相互作用は、特性の変化（例えば、腐食による安定性の低下）および／または外観や光学的変化（例えば、射出成形部品の湿気による筋）をもたらす。
ハンズオン湿潤雰囲気下でのTGA測定
熱重量測定とは？
熱重量分析とは、熱分析の一手法で、温度変化に伴う試料の質量の経時変化を測定する。この測定により、相転移、吸収・脱離などの物理現象や、熱分解反応、固体-気体反応（酸化・還元など）などの化学現象に関する情報が得られます。
ポリマー分野の例
以下の分析の目的は、高湿度雰囲気における材料の質量変化を測定することである。そのため、STA 449F3 Jupiter® 、湿式ガス流と乾式ガス流を混合することにより定義された湿度レベルを生成する湿度ジェネレーターを 装備した。
実験は、重量108.28mgのポリアミド6の250μm箔試料で行った。温度は40℃で一定に保たれ、温度プログラム中に25%の湿度ステップが実行された（図3の青色曲線）。
図3では、緑色の曲線が質量変化を表しています。各湿度ステップで、質量が増加するにつれて試料からの応答があります。試料は水を吸収し、その含水率は周囲の大気の含水率とともに増加します。
さらに、吸収のプロセスは時間に依存します。これは運動学的な影響があることを意味し、分析も可能である。材料の拡散係数は、湿度設定の助けを借りて決定することができる。
この例は、標準的な方法としてのTGAが、Identify 、湿度と材料の物理的相互作用に有用であることを示している。さらに、吸水率の定量的な値を決定することも可能です。
無機物分野からの応用
この用途では、ゼオライトをSTA 449 F3 ジュピターで調査した。ゼオライトは、ガス流の洗浄や特定の部屋や場所での水分吸収に使用できる吸収材料です。
ゼオライトの性能を試験するため、温度20℃、相対湿度10％の一定条件下で2回の吸収・脱着サイクルを実施した。
まず、試料に湿度の高い雰囲気が加わると質量が増加する。材料は一定量の水分を取り込み、その結果、質量が増加する。乾燥ガス流では、材料は水分を放出する。最初のサイクルは、最大吸収能力をテストするためのテストサイクルとして機能する。
このサイクルは、材料のサイクル安定性をテストするために数回繰り返すことができる。最初の活性化の後、水の放出はわずかに減少し、この材料は約26％の吸水率でその用途において比較的安定していることを意味する。
吸水率の同定と含水率の測定の2つの例は、熱重量分析が材料や物質に対する湿度の影響を分析するのに適した方法であることを示しています。
次回のブログ記事では、機械的特性に対する水の影響と、吸水による材料の伸びの測定に特に焦点を当てます。