SEBS에서 진공 상태에서 TGA 측정

소개

열평형 상태에서 액체를 가열하면 가열 속도가 증가함에 따라 액체의 증기압도 상승합니다. 증발률(액체가 기체 상태로 변하는 속도)은 온도가 증가함에 따라 상승합니다. 열 천칭에서 증발을 추적할 수 있는 질량 손실률도 같은 정도로 증가합니다. 열 천칭은 시료 챔버에서 성형 가스를 플러시하는 퍼지 가스 흐름에서 정상 압력으로 작동할 수 있습니다.

액체의 증기압이 주변 압력과 일치하면 액체가 끓습니다. 상압(1013mbar)에서 물은 증기압도 1013mbar에 달하기 때문에 100°C에서 끓습니다. 주변 압력이 변하면 끓는 온도도 변합니다. 그림 1은 실온과 110°C 사이의 온도 범위에서 물에 대한 이러한 상관관계를 보여줍니다[1].

그림 1에서 명확하게 볼 수 있듯이, 1013mbar의 주변 압력이 123mbar로 감소하면 물은 이미 50°C에서 끓습니다. 이러한 상관관계는 진공 건조와 같은 응용 분야에서 사용되는데, 건조할 물질이 대기압 이하에 노출되면 액체(일반적으로 물)가 저온에서 부드럽게 증발할 수 있기 때문입니다. 이 기술은 특히 식품 분야에서 자주 사용됩니다.

약간 약한 형태이긴 하지만 액체의 끓는점 감소와 유사한 상관관계가 고체의 승화 및 분해에도 있습니다.

1) 25°C~110°C 온도 범위에서 물의 수증기압 곡선

측정 조건

샘플SEBSSEBS
무게8.635 mg10.130 mg
CrucibleAl2O3Al2O3
대기질소진공
가스 유량40 ml/min0 ml/min
가열 속도5 K/min5 K/min

감소된 압력 하에서의 열중량 조사

끓는 과정과 마찬가지로 기체 물질이 방출되는 다른 반응도 마찬가지로 주변 압력에 따라 달라집니다. 분해 반응의 온도 범위도 주변 압력이 감소함에 따라 낮은 값으로 이동합니다. 이러한 온도 변화는 공정이나 물질에 따라 달라집니다. 즉, 음압 분위기를 적용하면 다양한 반응에 대한 기체 분해 생성물의 방출에 다양한 정도로 영향을 미칠 수 있습니다. 이 절차는 열 분해 공정이 겹치는 경우, 즉 서로 시간적으로 매우 가까운 거리에서 발생하는 경우 특히 유용할 수 있습니다. 주변 압력을 낮추면 겹치는 이벤트의 분리를 개선하는 효과를 얻을 수 있습니다.

그림 2는 열가소성 엘라스토머에 대한 두 측정값의 비교를 보여줍니다. 실선은 온도에 따른 상대적 질량 변화를 나타냅니다. 녹색 곡선은 질소 40ml/min의 퍼지 가스 속도에서 정상 압력 하의 측정 결과를 나타냅니다. 두 개의 질량 손실 단계를 볼 수 있으며, 이는 5K/min의 낮은 가열 속도에서도 중첩됩니다. 이 경우 단계의 정량화는 어렵습니다. 이 조사를 진공 상태에서 동일한 가열 속도인 5 K/min(파란색 곡선)으로 수행하면 모든 방출 온도가 정상 압력 하에서의 측정보다 낮은 값으로 이동합니다. 상압에서는 반응이 480°C에 도달하지만 진공 상태에서는 이미 440°C에서 반응이 끝납니다. 점선 곡선(DTG)은 각 상대 질량 변화(TG)에 대한 첫 번째 도함수를 보여줍니다. DTG 결과는 질량 손실률을 나타내므로 반응 속도를 측정하는 척도가 됩니다. 최대 질량 손실률(DTG 최대값)의 온도는 진공 상태에서 발생할 때 두 부분 반응이 모두 낮은 온도로 이동한다는 것을 확인시켜 줍니다. 그러나 첫 번째 부분 반응(348°C~212°C)은 두 번째 부분 반응(427°C~407°C)보다 훨씬 낮은 온도로 이동하기 때문에 두 부분 반응이 더 잘 분리됩니다. 따라서 두 가지 질량 손실 단계의 정량화가 상당히 용이해집니다.

3) 정상 압력(녹색 곡선)과 진공 상태(파란색 곡선)에서 스티렌 에틸렌 부타디엔 스티렌(SEBS)에 대한 두 가지 측정값 비교

Literature

  1. [1]
    단스 락스, 화학자 및 물리학자를 위한 화학책, 밴드 1,Springer Verlag, Berlin-Heidelberg-New York, 1967 및 www.wissenschaft-technik-ethik.de/wasser_dampfdruck.html