19.05.2020 by Milena Riedl

열무게 분석을 통한 수분 흡수량 파악 및 수분 함량 측정

물은 기후에 영향을 미치는 주요 요소 중 하나입니다. 대기는 물로 가득 차 있습니다. 우리가 항상 볼 수는 없지만 물은 우리와 우리의 재료와 상호작용합니다. 열 분석이 어떻게 수분 흡수를 파악하고 수분 함량을 결정하는 데 도움이 되는지 알아보세요.

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물은 기후에 영향을 미치는 주요 요소 중 하나입니다. 대기는 물로 가득 차 있습니다. 우리가 항상 볼 수는 없지만 물은 우리와 우리의 물질과 상호작용합니다.

일상 생활에서 습도의 가장 잘 알려진 예 중 하나는 더운 여름날 냉장고에서 물병을 꺼낼 때 관찰할 수 있습니다. 거의 즉시 물병 표면에 물방울이 생깁니다. 이 물방울은 대기 중의 수증기가 응축된 결과입니다.

우리는 물로 둘러싸여 있습니다

습도는 일상 생활에서 나타날 뿐만 아니라 물리적, 화학적 상호작용을 일으켜 물질에도 영향을 미칩니다.

물리적 상호 작용은 물의 흡수를 통해 물질의 팽창으로 이어질 수 있습니다. 물질이나 재료가 물과 반응하면 새로운 화합물이 형성됩니다. 이러한 화학 반응의 가장 두드러진 예는 강철의 부식입니다.

결과적으로 물과 재료의 상호작용은 물성 변화(예: 부식으로 인한 안정성 저하) 및/또는 외관 또는 광학적 변화(예: 사출 성형 부품의 습기 줄무늬)를 초래합니다.

그림 2: 부식(왼쪽)과 습기 줄무늬(오른쪽)로 인한 안정성 저하

실습: 습한 대기에서의 TGA 측정

열중량 측정이란 무엇인가요?

열무게 분석은 온도 변화에 따라 시료의 질량을 시간에 따라 측정하는 열 분석 방법입니다. 이 측정은 상 전이, 흡수 및 탈착과 같은 물리적 현상과 열분해, 고체-기체 반응(예: 산화 또는 환원)을 포함한 화학적 현상에 대한 정보를 제공합니다.

폴리머 분야의 예

다음 분석의 목적은 습한 대기에서 물질의 질량 변화를 측정하는 것이었습니다. 따라서 습식 및 건식 가스 흐름을 혼합하여 정해진 습도 수준을 생성하는 습도 발생기 STA 449 F3 Jupiter® 를 장착했습니다.

실험은 무게가 108.28mg인 폴리아미드 6의 250μm 호일 샘플을 대상으로 수행되었습니다. 온도는 40°C로 일정하게 유지하고 온도 프로그램 동안 25%의 습도 단계를 수행했습니다(그림 3의 파란색 곡선).

그림 3: 40°C의 일정한 온도와 25%의 습도 단계에서 STA를 사용한 폴리머 샘플 분석

그림 3에서 녹색 곡선은 질량 변화를 나타냅니다. 각 습도 단계마다 시료의 질량이 증가함에 따라 시료의 반응이 있습니다. 시료는 물을 흡수하고 주변 대기의 습도에 따라 수분 함량이 증가합니다.

또한 흡수 과정은 시간에 따라 달라집니다. 이는 운동학적 영향이 있다는 것을 의미하며, 이를 분석할 수도 있습니다. 재료의 확산 계수는 습도 설정을 통해 결정할 수 있습니다.

이 예는 표준 방법인 TGA가 재료와 습도의 물리적 상호 작용을 식별하는 데 유용하다는 것을 보여줍니다. 또한 수분 흡수 함량의 정량적 값을 결정할 수 있습니다.

무기물 분야의 애플리케이션

이 응용 프로그램에서 제올라이트는 STA 449로 조사되었습니다 F3 주피터로습한 대기에서 조사했습니다. 제올라이트는 가스 흐름을 청소하거나 특정 공간과 구역에서 물을 흡수하는 데 사용할 수 있는 흡수 소재입니다.

제올라이트의 성능을 테스트하기 위해 20°C의 일정한 온도와 10%의 상대 습도에서 두 번의 흡수/탈착 사이클을 수행했습니다.

그림 4: 20°C의 일정한 온도와 10%의 상대 습도에서 STA로 제올라이트 샘플 분석

첫째, 시료에 습한 대기를 가하면 질량이 증가합니다. 물질은 일정량의 물을 흡수하여 질량이 증가합니다. 건조한 가스 흐름에서 재료는 수분을 방출합니다. 첫 번째 사이클은 최대 흡수 용량을 테스트하기 위한 테스트 사이클 역할을 합니다.

이 사이클을 몇 번 반복하여 재료의 사이클 안정성을 테스트할 수 있습니다. 첫 번째 활성화 후에는 물 방출이 약간 줄어들어 소재가 약 26%의 물 흡수율로 비교적 안정적으로 적용된다는 것을 의미합니다.

수분 흡수 확인과 수분 함량 측정의 두 가지 예는 열 중량 분석이 재료 또는 물질에 대한 습도의 영향을 분석하는 데 적합한 방법이라는 것을 보여줍니다.

다음 블로그 기사에서는 물이 기계적 특성에 미치는 영향과 수분 흡수로 인한 재료의 연신율 결정에 대해 특별히 초점을 맞출 것입니다.