19.05.2020 by Milena Riedl
Identificarea absorbției de apă și determinarea conținutului de umiditate cu ajutorul analizei termogravimetrice
Apa este unul dintre elementele majore care ne influențează clima. Atmosfera noastră este plină de apă. Poate că nu o putem vedea întotdeauna, dar ea interacționează cu noi și cu materialele noastre. Aflați cum analiza termică ajută la identificarea absorbției de apă și la determinarea conținutului de apă.
împreună cu Dr. Michael Schöneich, specialist în aplicații
Apa este unul dintre elementele majore care ne influențează clima. Atmosfera noastră este plină de apă. Poate că nu o putem vedea întotdeauna, dar interacționează cu noi și cu materialele noastre.
Unul dintre cele mai cunoscute exemple de umiditate din viața noastră de zi cu zi poate fi observat atunci când scoatem o sticlă de apă din congelator într-o zi toridă de vară. Aproape imediat, pe suprafața sticlei de apă apar picături de apă. Aceste picături de apă sunt rezultatul condensării vaporilor de apă din atmosferă.
Suntem înconjurați de apă
Umiditatea nu apare doar în viața noastră de zi cu zi, ci influențează și materialele prin interacțiuni fizice și chimice.
O interacțiune fizică poate fi absorbția de apă, care duce la dilatarea materialelor. Dacă o substanță sau un material reacționează cu apa, se formează un compus nou. Cel mai proeminent exemplu al unei astfel de reacții chimice este coroziunea oțelului.
Ca urmare, interacțiunea apei cu materialele are ca rezultat modificări ale proprietăților (de exemplu, reducerea stabilității din cauza coroziunii) și/sau modificări de aspect sau optice (de exemplu, dungi de umiditate în piesele turnate prin injecție).
Practic: Măsurători TGA în atmosfere umede
Ce este termogravimetria?
Analiza termogravimetrică este o metodă de analiză termică în care masa unei probe este măsurată în timp în funcție de modificarea temperaturii. Această măsurare furnizează informații despre fenomene fizice, cum ar fi tranzițiile de fază, absorbția și desorbția, precum și despre fenomene chimice, inclusiv descompunerea termică și reacțiile solid-gaz (de exemplu, oxidarea sau reducerea).
Un exemplu din domeniul polimerilor
Scopul următoarei analize a fost determinarea schimbării masei materialului într-o atmosferă umedă. Prin urmare, un STA 449 F3 Jupiter® a fost echipat cu ungenerator de umiditate care produce un nivel de umiditate definit prin amestecarea fluxului de gaz umed și uscat.
Experimentul a fost efectuat pe o probă de poliamidă 6 din folie de 250 μm cu o greutate de 108,28 mg. Temperatura a fost menținută constantă la 40°C și s-au efectuat pași de umiditate de 25 % în timpul programului de temperatură (curba albastră din figura 3).
În figura 3, curba verde reprezintă schimbarea masei. La fiecare nivel de umiditate, există un răspuns din partea probei pe măsură ce masa acesteia crește. Proba absoarbe apă, iar conținutul său de umiditate crește odată cu conținutul de umiditate al atmosferei înconjurătoare.
În plus, procesul de absorbție este dependent de timp. Aceasta înseamnă că există influențe cinetice, care pot fi, de asemenea, analizate. Coeficientul de difuzie al materialului poate fi determinat cu ajutorul configurației de umiditate.
Exemplul arată că TGA ca metodă standard este utilă pentru a identifica interacțiunile fizice ale materialelor cu umiditatea. În plus, este posibil să se determine valoarea cantitativă a conținutului de absorbție a apei.
O aplicație din domeniul anorganic
În această aplicație, zeolitul a fost investigat cu un STA 449 F3 Jupiter®într-o atmosferă umedă. Zeolitul este un material de absorbție care poate fi utilizat pentru curățarea fluxurilor de gaze sau pentru absorbția apei în anumite încăperi și zone.
Pentru a testa performanța zeolitului, au fost efectuate două cicluri de absorbție/desorbție la o temperatură constantă de 20 °C și o umiditate relativă de 10 %.
În primul rând, există o creștere a masei pe măsură ce se aplică o atmosferă umedă probei. Materialul preia o anumită cantitate de apă care, la rândul său, îi crește masa. În fluxul de gaz uscat, materialul eliberează apă. Primul ciclu acționează ca un ciclu de testare pentru a testa capacitatea maximă de absorbție.
Ciclurile pot fi repetate de câteva ori pentru a testa stabilitatea ciclului materialului. După prima activare, eliberarea de apă este ușor mai redusă, ceea ce înseamnă că materialul este relativ stabil în aplicarea sa, cu o absorbție de apă de aproximativ 26%.
Cele două exemple de identificare a absorbției de apă și de determinare a conținutului de apă arată că analiza termogravimetrică este o metodă adecvată pentru a analiza efectele umidității asupra unui material sau a unei substanțe.
În următoarele articole de pe blog, un accent deosebit va fi pus pe influența apei asupra proprietăților mecanice și pe determinarea extinderii materialelor ca urmare a absorbției de apă.