用IGAsorp测定水在薄膜中的渗透性

水分子通过固体的输送对各种工业都很重要。关键在于防止水蒸气进入和保护相关产品。也有依赖于水蒸气输送的应用，即以受控的方式释放水蒸气。所有这些应用都需要深入了解在各种气候条件下控制传输速率的物理特性。

渗透或传输定义为分子通过固体的运输过程。这可能是由于吸附的结果，分子扩散通过固体的多孔结构，或由于吸收，分子扩散在固体。图1显示了水蒸气通过薄膜的渗透情况。渗透或透射率，F，是以下三个参数的函数:

• 温度,T固体中的分子扩散是一个被激活的过程，它以足够的能量克服势垒。温度的升高将有助于扩散。
• 固体尺寸(即面积的比率，一个厚度,t，为了电影)
• 浓度梯度(ΔC):净传输需要固体中分子浓度的差异。从高浓度区域会有相应的净转移率。

图1所示。水蒸汽通过薄膜的示意图

如果固体不处于平衡状态，就会存在浓度梯度。在实践中，这可以通过两种控制方法来实现，这与本文所述的实验方法相对应。

直接传输速率的确定

当包装内外的湿度不相同时，有传递速率的包装应用也采用这种方法。该方法使用薄膜密封一个不透水的腔室。

在恒定温度下，% RH₁和%猕_2，一个稳定的状态将通过一个净传输速率来实现，称为传输速率。在大多数这种配置的实验中，测量是通过放置干燥剂(% RH)进行的₂~0)在容器中，用薄膜密封，然后将其置于湿度控制的外壳内。在高湿度条件下，可通过定期称量容器来确定传递速率。

这个过程通常用a表示水汽透过率(MVTR)计算:

（1)

MVTR值根据前面讨论的操作条件而变化。MVTR的现场测量可以使用IGAsorp水分吸附分析仪通过对一个特殊容器进行连续称重，如图2所示。特殊膜架的温度和外部湿度可以使用仪器的气候控制来设定。

被测薄膜的圆形部分被安置在支架中，并被压缩在两个铝法兰之间。基础法兰作为饱和盐溶液的井，设定湿度，而上法兰用薄铝箔密封，以便在不同的操作条件下独立评估密封完整性。在穿孔铝箔后，记录实际实验数据。

图2。带校准盐溶液的渗透池

连续原位称重直接记录了趋于稳定状态的方法，由于水蒸气的透射，在没有操作员干预的情况下，线性趋势紧随其后。线性趋势表明，测量处于稳态，并显示了IGAsorp进行的气候控制测量的质量。MVTR测量可以从非常小的重量变化确定，它可以在各种操作条件下重复。图3显示了从这种度量中收集的数据示例。

图3。结果的MVTR研究在35°C的膜使用渗透容器

同时吸附-扩散系数的测定

通过改变薄膜周围的气候，整个样品暴露在相同湿度的水蒸气中。利用随湿度变化的吸收量随时间的变化来计算输运特性。没有达到稳态速率，传输方式有两种不同，如图4所示:

• 表面是暴露的，浓度梯度是从中心平面到厚度为l/2的表面。
• 浓度梯度不是恒定的-它从一个最大值变化时，湿度改变为零在平衡。

图4。吸附过程中水分子的分布(i)在平衡t = 0时，(ii)在RH 0 < t <∞时的吸收阶段和(iii)在新的平衡浓度t =∞时。

最简单的运输处理是基于菲克定律，如下所示。根据定义，稳态时的转移速率F为:

(2）

它定义了基本的速率常数，D，(宏观或化学扩散系数)的浓度梯度δC/δx。这个定义仅仅用两种物理性质来表示，扩散系数和浓度。

因此，仅对透射率或渗透率的测量并不能区分这两种贡献。

这两个量都可以通过如下所示的等温吸收直接测定来确定。浓度由平衡吸收和吸附时间测定，吸附时间曲线是扩散系数的函数。薄膜中的菲式扩散是扩散系数不是浓度函数的最简单的例子。吸收作为时间的函数，m (t)，由:

（3）

在哪里l为试样的厚度，D是化学扩散系数和米_∞为渐近摄取。Fickian特性并不总是在实验确定的吸附时间曲线中观察到，这可以通过绘制分数吸收与t的关系来评估^1／2，如图5所示。的IGAsorp水分吸附分析仪提供了直接确定平衡浓度和吸附时间曲线的方法。在这样的实验中，已知尺寸的薄膜直接悬挂在IGAsorp天平上，在一系列固定的湿度设定值下测量一个或多个等温线。

图5。吸附时间曲线的分类

该方法与用该方法表征水-固相互作用相同IGAsorp,唯一不同的是，吸收是用质量或每单位固体体积的水来表示的，测量后可以使用额外的动力学分析。图6显示了一个示例，其中占用时间与时间t的关系^1/2,和Fickian模型通过曲线拟合确定扩散系数。

对不同的吸附时间曲线进行重复分析，最终的结果是两种趋势的叠加，计算出的扩散系数是相对湿度的函数，平衡浓度如图6所示。

图6。吸附等温线和扩散系数作为相对湿度的函数的聚合物薄膜

由于实际材料不是理想的菲ia欧洲杯足球竞彩n系统，用这种方法进行扩散系数的实验测定很少用于MVTR的预测。扩散系数的浓度依赖性保证了在测量范围内单个计算系数的适当平均值。IGAsorp促进了浓度依赖性的新研究。用IGAsorp计算的平衡时间代替扩散系数，对具有非菲克特性的系统进行建模。

结论

本文演示了利用IGAsorp仪器通过两种不同的方法对水汽输送进行的原位测量和表征。这两种方法都是用来确定物理性质作为气候条件的函数。

这些信息来源于Hiden Isochema提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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