Inleiding
Als vloeistoffen in een thermobalans worden verwarmd, neemt de dampdruk van de vloeistof ook toe naarmate de verwarmingssnelheid toeneemt. De verdampingssnelheid - de snelheid waarmee de vloeistof overgaat in de gasfase - stijgt met toenemende temperaturen. De snelheid van het massaverlies, waarmee de VerdampingDe verdamping van een element of verbinding is een faseovergang van de vloeibare fase naar damp. Er bestaan twee soorten verdamping: verdamping en koken.verdamping in een thermobalans kan worden gevolgd, neemt in dezelfde mate toe. De thermobalans kan onder normale druk werken met een spoelgasstroom die de vormgassen uit de monsterkamer spoelt.
Een vloeistof kookt wanneer de dampdruk van de vloeistof overeenkomt met de omgevingsdruk. Onder normale druk (1013 mbar) kookt water bij 100°C omdat de dampdruk ook 1013 mbar bedraagt. Als de omgevingsdruk verandert, verandert ook de kooktemperatuur. Figuur 1 toont deze correlatie voor water voor het temperatuurbereik tussen kamertemperatuur en 110°C [1].
Zoals duidelijk te zien is in figuur 1, kookt water al bij 50°C als de omgevingsdruk van 1013 mbar wordt verlaagd tot 123 mbar. Deze correlatie wordt gebruikt in toepassingen zoals vacuümdrogen, waarbij het te drogen materiaal wordt blootgesteld aan een lagere druk dan de omgevingstemperatuur en de vloeistoffen (meestal water) dan rustig kunnen verdampen bij lage temperaturen. Deze techniek wordt vooral veel gebruikt in de voedingssector.
Er bestaat ook een correlatie die vergelijkbaar is met de beschreven verlaging van het kookpunt voor vloeistoffen - zij het in iets zwakkere vorm - voor de sublimatie en ontbinding van vaste stoffen.
Meetomstandigheden
| Monster | SEBS | SEBS |
|---|---|---|
| Gewicht | 8.635 mg | 10.130 mg |
| Smeltkroes | Al2O3 | Al2O3 |
| Atmosfeer | Stikstof | Vacuüm |
| Gasstroom | 40 ml/min | 0 ml/min |
| Verwarmingssnelheid | 5 K/min | 5 K/min |
Thermogravimetrisch onderzoek onder verlaagde druk
Net als bij het kookproces zijn ook andere reacties waarbij gasvormige stoffen vrijkomen afhankelijk van de omgevingsdruk. Het temperatuurbereik van ontledingsreacties verschuift ook naar lagere waarden bij afnemende omgevingsdruk. Deze temperatuurverschuiving varieert afhankelijk van het proces of de stof. Dit betekent weer dat de toepassing van een onderdrukatmosfeer het vrijkomen van gasvormige ontledingsproducten voor verschillende reacties in verschillende mate kan beïnvloeden. Deze procedure kan vooral nuttig zijn als thermische afbraakprocessen elkaar overlappen, d.w.z. als ze in een zeer korte tijdspanne na elkaar plaatsvinden. Verlaging van de omgevingsdruk kan dan zorgen voor een betere scheiding van de overlappende gebeurtenissen.
Figuur 2 toont de vergelijking van twee metingen op een thermoplastisch elastomeer. De getrokken lijnen geven de relatieve massaverandering als functie van de temperatuur weer. De groene curve toont de meetresultaten onder normale druk bij een spoelgassnelheid van 40 ml/min in stikstof. Er zijn twee massaverliesstappen te zien; deze overlappen elkaar zelfs bij de lage verhittingssnelheid van 5 K/min. Kwantificering van de stappen is in dit geval moeilijk. Als dit onderzoek wordt uitgevoerd in vacuüm - bij dezelfde verwarmingssnelheid van 5 K/min (blauwe curve) - worden alle afgifte temperaturen verschoven naar lagere waarden dan bij de meting onder normale druk. Het einde van de reactie wordt bereikt bij 480°C onder normale druk, maar in vacuüm is de reactie al bij 440°C beëindigd. De gestippelde curven (DTG) tonen de eerste afgeleide voor elk van de relatieve massaveranderingen (TG). De DTG-resultaten geven het massaverlies aan en zijn daarom een maat voor de reactiesnelheid. De temperaturen van de maximale massaverliezen (DTG-maxima) bevestigen dat beide deelreacties naar lagere temperaturen verschuiven als ze in vacuüm plaatsvinden. Maar omdat de eerste deelreactie (348°C tot 212°C) naar aanzienlijk lagere temperaturen verschuift dan de tweede (427°C tot 407°C), worden de twee deelreacties beter gescheiden. De kwantificering van de twee massaverliesstappen wordt daardoor aanzienlijk vergemakkelijkt.
