Identify Waterabsorptie en vochtgehalte bepalen met thermogravimetrische analyse

Water is een van de belangrijkste factoren die ons klimaat beïnvloeden. Onze atmosfeer is gevuld met water. We kunnen het misschien niet altijd zien, maar het interageert met ons en onze materialen. Leer hoe thermische analyse helpt bij Identify waterabsorptie en het bepalen van het watergehalte.

samen met Dr. Michael Schöneich, Application Specialist

Doorzichtige plastic waterfles met condens op het oppervlak, ter illustratie van het effect van vocht op materialen. Ideaal voor het demonstreren van concepten over waterabsorptie.

Water is een van de belangrijkste factoren die ons klimaat beïnvloeden. Onze atmosfeer is gevuld met water. We kunnen het misschien niet altijd zien, maar het interageert met ons en onze materialen.

Een van de bekendste voorbeelden van vocht in ons dagelijks leven zien we als we op een warme zomerdag een fles water uit de vriezer halen. Vrijwel onmiddellijk verschijnen er waterdruppels op het oppervlak van de fles water. Deze waterdruppels zijn het resultaat van gecondenseerde waterdamp uit de atmosfeer.

We zijn omringd door water

Vocht komt niet alleen voor in ons dagelijks leven, maar beïnvloedt ook materialen door fysische en chemische interacties te veroorzaken.

Een fysische interactie kan de absorptie van water zijn, waardoor materialen uitzetten. Als een stof of materiaal reageert met water, wordt er een nieuwe verbinding gevormd. Het meest prominente voorbeeld van zo'n chemische reactie is de corrosie van staal.

Als gevolg hiervan resulteert de interactie van water met materialen in veranderingen van eigenschappen (bijv. verminderde stabiliteit door corrosie) en/of uiterlijke of optische veranderingen (bijv. vochtstrepen in spuitgietonderdelen).

Roestschade op een auto door corrosie (links) en zichtbare vochtstrepen op een gegoten oppervlak (rechts). — Afbeelding 2: Verminderde stabiliteit door corrosie (links) en vochtstrepen (rechts)

Hands-on: TGA-metingen onder vochtige atmosferen

Wat is thermogravimetrie?

Thermogravimetrische analyse is een thermische analysemethode waarbij de massa van een monster in de loop van de tijd wordt gemeten terwijl de temperatuur verandert. Deze meting geeft informatie over fysische verschijnselen, zoals FaseovergangenDe term faseovergang (of faseverandering) wordt meestal gebruikt om overgangen tussen de vaste, vloeibare en gasvormige toestand te beschrijven.faseovergangen, absorptie en desorptie; maar ook chemische verschijnselen, waaronder thermische ontleding en reacties tussen vaste stoffen en gassen (bijvoorbeeld OxidatieOxidatie kan verschillende processen beschrijven in de context van thermische analyse.oxidatie of reductie).

Een voorbeeld van polymeren

Het doel van de volgende analyse was het bepalen van de massaverandering van het materiaal in een vochtige atmosfeer. Daarom werd een STA 449 F3 Jupiter^® uitgerust met een vochtgenerator die een gedefinieerde vochtigheidsgraad produceert door een natte en droge gasstroom te mengen.

Het experiment werd uitgevoerd op een 250 μm foliemonster van polyamide 6 met een gewicht van 108,28 mg. De temperatuur werd constant gehouden op 40°C en vochtigheidsstappen van 25% werden uitgevoerd tijdens het temperatuurprogramma (blauwe curve in figuur 3).

Thermogravimetrische analysegrafiek die de massaverandering toont van een polyamide 6 monster bij 40°C met toenemende vochtigheidsstappen van 25%. — Figuur 3: Analyse van een polymeermonster door STA bij een constante temperatuur van 40 °C en een luchtvochtigheid van 25

In figuur 3 stelt de groene curve de massaverandering voor. Bij elke stap in de vochtigheid is er een reactie van het monster als zijn massa toeneemt. Het monster absorbeert water en het vochtgehalte neemt toe met het vochtgehalte van de omringende atmosfeer.

Bovendien is het absorptieproces afhankelijk van de tijd. Dit betekent dat er kinetische invloeden zijn die ook geanalyseerd kunnen worden. De diffusiecoëfficiënt van het materiaal kan bepaald worden met behulp van de vochtigheidsopstelling.

Het voorbeeld toont aan dat TGA als standaardmethode nuttig is om Identify fysieke interacties van materialen met vochtigheid te bepalen. Bovendien is het mogelijk om de kwantitatieve waarde van het waterabsorptiegehalte te bepalen.

Een toepassing uit de anorganische industrie

In deze toepassing werd zeoliet onderzocht met een STA 449 F3 Jupiter^®onder een vochtige atmosfeer. Zeoliet is een absorptiemateriaal dat gebruikt kan worden voor het reinigen van gasstromen of voor waterabsorptie in bepaalde kamers en ruimtes.

Om de prestaties van zeoliet te testen, werden twee absorptie-/desorptiecycli uitgevoerd bij een constante temperatuur van 20°C en een relatieve vochtigheid van 10%.

Thermogravimetrische analysegrafiek die zeolietmassaveranderingen toont onder natte en droge gasstromen bij 20°C en 10% vochtigheid. — Figuur 4: Analyse van een zeolietmonster door STA bij een constante temperatuur van 20°C en een relatieve vochtigheid van 10%

Ten eerste is er een toename in massa wanneer een vochtige atmosfeer op het monster wordt aangebracht. Het materiaal neemt een bepaalde hoeveelheid water op, waardoor de massa toeneemt. In de droge gasstroom laat het materiaal water los. De eerste cyclus dient als testcyclus om de maximale absorptiecapaciteit te testen.

De cycli kunnen een paar keer herhaald worden om de cyclusstabiliteit van het materiaal te testen. Na de eerste activering is de waterafgifte iets minder, wat betekent dat het materiaal relatief stabiel is in zijn toepassing met een wateropname van ongeveer 26%.

De twee voorbeelden van de identificatie van wateropname en de bepaling van het watergehalte laten zien dat thermogravimetrische analyse een geschikte methode is om de effecten van vocht op een materiaal of stof te analyseren.

In de volgende blogartikelen zal speciale aandacht worden besteed aan de invloed van water op de mechanische eigenschappen en aan de bepaling van de verlenging van materialen als gevolg van wateropname.

Volg ons op LinkedIn!
_{Lees als eerste nieuwe artikelen!}