Identyfikacja absorpcji wody i określenie zawartości wilgoci za pomocą analizy termograwimetrycznej

Jesteśmy otoczeni przez wodę

Wilgotność nie tylko pojawia się w naszym codziennym życiu, ale także wpływa na materiały, powodując interakcje fizyczne i chemiczne.

Fizyczną interakcją może być absorpcja wody, która prowadzi do rozszerzania się materiałów. Jeśli substancja lub materiał reaguje z wodą, powstaje nowy związek. Najbardziej znanym przykładem takiej reakcji chemicznej jest korozja stali.

W rezultacie interakcja wody z materiałami powoduje zmiany właściwości (np. zmniejszoną stabilność z powodu korozji) i/lub zmiany wyglądu lub zmiany optyczne (np. smugi wilgoci w częściach formowanych wtryskowo).

Praktyczne wskazówki: Pomiary TGA w wilgotnej atmosferze

Czym jest termograwimetria?

Analiza termograwimetryczna to metoda analizy termicznej, w której masa próbki jest mierzona w czasie wraz ze zmianami temperatury. Pomiar ten dostarcza informacji na temat zjawisk fizycznych, takich jak Przejścia fazoweTermin przejście fazowe (lub zmiana fazy) jest najczęściej używany do opisania przejść między stanem stałym, ciekłym i gazowym.przejścia fazowe, absorpcja i desorpcja, a także zjawisk chemicznych, w tym rozkładu termicznego i reakcji ciało stałe-gaz (np. UtlenianieUtlenianie może opisywać różne procesy w kontekście analizy termicznej.utlenianie lub redukcja).

Przykład z dziedziny polimerów

Celem poniższej analizy było określenie zmiany masy materiału w wilgotnej atmosferze. W związku z tym urządzenie STA 449 F3 Jupiter^® zostało wyposażone wgenerator wilgotności , który wytwarza określony poziom wilgotności poprzez mieszanie przepływu gazu mokrego i suchego.

Eksperyment przeprowadzono na próbce folii 250 μm z poliamidu 6 o masie 108,28 mg. Temperatura była utrzymywana na stałym poziomie 40°C, a podczas programu temperaturowego wykonywano kroki wilgotności wynoszące 25% (niebieska krzywa na rysunku 3).

Na rysunku 3 zielona krzywa przedstawia zmianę masy. Na każdym etapie wilgotności następuje reakcja próbki wraz ze wzrostem jej masy. Próbka absorbuje wodę, a jej zawartość wilgoci wzrasta wraz z zawartością wilgoci w otaczającej atmosferze.

Co więcej, proces absorpcji jest zależny od czasu. Oznacza to, że istnieją wpływy kinetyczne, które również można analizować. Współczynnik dyfuzji materiału można określić za pomocą konfiguracji wilgotności.

Przykład pokazuje, że TGA jako standardowa metoda jest przydatna do identyfikacji fizycznych interakcji materiałów z wilgocią. Dodatkowo możliwe jest określenie ilościowej wartości zawartości absorpcji wody.

Aplikacja z dziedziny nieorganiki

W tym zastosowaniu zeolit był badany za pomocą STA 449 F3 Jupiter^®w wilgotnej atmosferze. Zeolit jest materiałem absorpcyjnym, który może być stosowany do oczyszczania przepływów gazu lub do absorpcji wody w niektórych pomieszczeniach i obszarach.

Aby przetestować wydajność zeolitu, przeprowadzono dwa cykle absorpcji/desorpcji w stałej temperaturze 20°C i wilgotności względnej 10%.

Po pierwsze, następuje wzrost masy, gdy na próbkę oddziałuje wilgotna atmosfera. Materiał pochłania pewną ilość wody, co z kolei zwiększa jego masę. W przepływie suchego gazu materiał uwalnia wodę. Pierwszy cykl działa jako cykl testowy w celu sprawdzenia maksymalnej zdolności absorpcji.

Cykle można powtórzyć kilka razy, aby sprawdzić stabilność cyklu materiału. Po pierwszej aktywacji uwalnianie wody jest nieco mniejsze, co oznacza, że materiał jest stosunkowo stabilny w swoim zastosowaniu z absorpcją wody na poziomie około 26%.

Te dwa przykłady identyfikacji absorpcji wody i określenia zawartości wody pokazują, że analiza termograwimetryczna jest odpowiednią metodą analizy wpływu wilgotności na materiał lub substancję.

W kolejnych artykułach na blogu szczególny nacisk zostanie położony na wpływ wody na właściwości mechaniczne oraz na określenie wydłużenia materiałów w wyniku absorpcji wody.