Die pVT-Apparatur misst Änderungen des spezifischen Volumens (Vsp) von Flüssigkeiten oder Feststoffen in Abhängigkeit von Druck (p) und Temperatur (T) und ist damit zur Bestimmung von Phasenzustandsgleichungen geeignet. Weiterhin ermöglicht die Apparatur die Analyse von Phasenübergängen (Schmelzen und Kristallisieren, Glasübergänge, Isotropisierung) und chemischen Veränderungen. Damit ist sie auch für die Verfolgung der Polymerisationskinetik, von Abbaureaktionen, Vernetzung, Umesterung und anderen Phänomenen, die mit einer Änderung des spezifischen Volumens verbunden sind, nutzbar.

Das spezifische Volumen des Ausgangsmaterials muss für definierte PT-Bedingungen bekannt sein, um die PVT-Parameter in absoluten Werten bestimmen zu können. Die Apparatur erfasst nur die Änderungen des spezifischen Volumens (Vsp), nicht das absolute spezifische Volumen (Vsp), der Materialien.

Alternativ zur Bestimmung der Änderungen des spezifischen Volumens von Materialien in Abhängigkeit Druck, Temperatur und Zeit kann auch die Druckänderung bei Veränderung des spezifischen Volumens und der Temperatur zeitabhängig bestimmt werden.

Das Messprinzip der Methode beruht auf der „Confining Fluid“ Technik. Bei dieser Technik ist das untersuchte Material (ca. 1,5 -2 ml) von einer einschließenden Flüssigkeit (in der Regel Quecksilber) umgeben, wodurch an der Probe hydrodynamische Druck allseitig anliegt. Um die hydrostatischen Bedingungen zu gewährleisten kann die Probe in einen kleinen Becher, geformt aus dünner Nickelfolie, eingeschlossen werden, was ein Anhaften der Probe an der Wand der Messzelle verhindert. Das Gesamtvolumen der Messzelle ist etwa 7 ml.

Die Apparatur kann Daten im Druckbereich von 10 bis 200 MPa (in Schritten von 10 MPa) und Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 400 °C bestimmen. Bei isothermen Standardläufen (ITS) wird bei definierter Temperatur der Druck von 10 MPa auf 200 MPa erhöht und Vsp wird in 10 MPa-Schritten aufgezeichnet. Der Volumenwert bei Umgebungsdruck (0,1 MPa) wird automatisch aus den Volumenwerten von 30 bis 10 MPa (in 1 MPa-Schritten) extrapoliert, wobei die empirische Tait-Gleichung von der GNOMIX-Software genutzt wird. Nach jedem Lauf wird die nächste Temperatur angesteuert und eine neue Isotherme gemessen.

Isobare (IBA) Heiz- und Kühlläufe können bei jedem Druck zwischen 10 und 200 MPa mit Heizraten bis zu 15 K/min durchgeführt werden. Die Abkühlrate ist durch den Wärmeaustausch begrenzt und liegt unter 100 °C bei weniger als 2 K/min und verringert sich weiter mit sinkender Temperatur. In einem speziellen Datenerfassungsmodus (DAQ) ist es möglich, Änderungen des spezifischen Volumens bei konstantem Druck und konstanter Temperatur zu verfolgen, die durch chemische Veränderungen oder Phasenübergänge verursacht sein können. Während die Genauigkeitsgrenze für die absoluten Werte des spezifischen Volumens innerhalb von 0,002 cm3/g liegt (über 200°C bei < 0,004 cm3/g), können Volumenänderungen bis zu 0,0002 cm3/g sicher aufgelöst werden.

Die Form und der Phasenzustand (fest, viskos oder flüssig) der zu untersuchenden Proben sind variabel. Feste Proben mit nichtzugänglichen Poren sind nicht geeignet ebenso wie Materiealien, die mit Edelstahl oder der umgebenden Flüssigkeit reagieren können. Feine Pulver und leicht verdampfende Proben können ebenfalls nicht gemessen werden, da während des Füllprozesses die Zelle auf 0.0002 Tor evakuiert werden muss.

Details zur Apparatur finden sich in:

• P. Zoller, D. Walsh, Standard Pressure –Volume –Temperature Data for Polymers, Technomic, Lancaster, PA 1995
• Y.A. Fakhreddin, P. Zoller, Society of Plastic Engineers ANTEC’91, 1991, 36, 1642.
• J. He, P. Zoller, J. Polym. Sci.: Part B: Phys. Ed. 1994, 32, 1049.
• J. He, Y.A. Fakhreddin, P. Zoller, J. Appl. Polym. Sci. 1992, 45, 745

Relevante Publikationen