19.05.2020 by Milena Riedl
Выявление водопоглощения и определение содержания влаги с помощью термогравиметрического анализа
Вода - одна из основных составляющих, влияющих на наш климат. Наша атмосфера наполнена водой. Мы не всегда можем ее видеть, но она взаимодействует с нами и нашими материалами. Узнайте, как термический анализ помогает выявить водопоглощение и определить содержание воды.
вместе с доктором Михаэлем Шёнайхом, специалистом по применению
Вода - одна из основных составляющих, влияющих на наш климат. Наша атмосфера наполнена водой. Мы не всегда можем ее видеть, но она взаимодействует с нами и нашими материалами.
Один из самых известных примеров влажности в нашей повседневной жизни можно наблюдать, если достать бутылку воды из морозильника в жаркий летний день. Почти сразу же на поверхности бутылки появляются капли воды. Эти капли - результат конденсации водяного пара из атмосферы.
Нас окружает вода
Влажность не только присутствует в нашей повседневной жизни, но и влияет на материалы, вызывая физические и химические взаимодействия.
Физическое взаимодействие может заключаться в поглощении воды, что приводит к расширению материалов. Если вещество или материал вступает в реакцию с водой, образуется новое соединение. Наиболее ярким примером такой химической реакции является коррозия стали.
В результате взаимодействия воды с материалами происходит изменение свойств (например, снижение стабильности из-за коррозии) и/или изменение внешнего вида или оптических свойств (например, разводы от влаги на деталях, полученных литьем под давлением).
Практическое занятие: Измерения ТГА во влажной атмосфере
Что такое термогравиметрия?
Термогравиметрический анализ - это метод термического анализа, при котором масса образца измеряется с течением времени при изменении температуры. Это измерение позволяет получить информацию о физических явлениях, таких как фазовые переходы, абсорбция и десорбция, а также о химических явлениях, включая термическое разложение и реакции твердого тела с газом (например, окисление или восстановление).
Пример из области полимеров
Целью следующего анализа было определение изменения массы материала во влажной атмосфере. Поэтому прибор STA 449 F3 Jupiter® был оснащенгенератором влажности , который создает определенный уровень влажности путем смешивания влажного и сухого газового потока.
Эксперимент проводился на образце полиамида 6 из фольги толщиной 250 мкм и массой 108,28 мг. Температура поддерживалась постоянной на уровне 40 °C, а ступени влажности в 25 % выполнялись в течение температурной программы (синяя кривая на рисунке 3).
На рисунке 3 зеленая кривая представляет собой изменение массы. На каждом шаге влажности образец реагирует на увеличение своей массы. Образец поглощает воду, и его влагосодержание увеличивается с ростом влажности окружающей атмосферы.
Кроме того, процесс поглощения зависит от времени. Это означает, что существуют кинетические эффекты, которые также можно проанализировать. Коэффициент диффузии материала может быть определен с помощью установки влажности.
Пример показывает, что ТГА как стандартный метод полезен для определения физических взаимодействий материалов с влажностью. Кроме того, можно определить количественное значение содержания водопоглощения.
Применение в области неорганики
В данной работе цеолит исследовался с помощью прибора STA 449 F3 Jupiter®в условиях влажной атмосферы. Цеолит - это абсорбирующий материал, который можно использовать для очистки газовых потоков или для поглощения воды в определенных помещениях и зонах.
Чтобы проверить эффективность цеолита, было проведено два цикла абсорбции/десорбции при постоянной температуре 20 °C и относительной влажности 10 %.
Во-первых, при воздействии влажной атмосферы на образец происходит увеличение массы. Материал впитывает определенное количество воды, что, в свою очередь, увеличивает его массу. В потоке сухого газа материал выделяет воду. Первый цикл является тестовым, чтобы проверить максимальную поглощающую способность.
Циклы можно повторять несколько раз, чтобы проверить стабильность материала. После первой активации выделение воды немного уменьшилось, что означает, что материал относительно стабилен в применении с поглощением воды около 26 %.
Эти два примера определения водопоглощения и определения содержания воды показывают, что термогравиметрический анализ является подходящим методом для анализа влияния влажности на материал или вещество.
В следующих статьях блога особое внимание будет уделено влиянию воды на механические свойства и определению расширения материалов за счет водопоглощения.