diffusiebaarheid

Diffusiebaarheid is een materiaalkenmerk dat aangeeft in hoeverre moleculen door een materiaal kunnen diffunderen. Het geldt voor gassen, vloeistoffen en dampen zoals zuurstof, water, oplosmiddelen en geuren. In de materiaalkunde wordt diffusie vaak gekarakteriseerd met de diffusiecoëfficiënt D; bij problemen met permeatie geldt vaak de permeabiliteit P, die P = D × S volgt, waarbij S de oplosbaarheidscoëfficiënt is. De combinatie van D en S bepaalt de algehele doorlaatbaarheid van het materiaal voor een penetrant.

Diffusie komt voort uit Fick’s wetten: de moleculaire flux is evenredig met de negatieve concentratiegradiënt en wordt bepaald door D, de diffusiecoëfficiënt. De snelheid waarmee een penetrant door een dun materiaal diffundeert, hangt af van de dikte, de micro- of nanostructuur, de grootte en interacties van de penetrant, en de temperatuur. In polymeren kan D sterk toenemen bij veranderingen in de structuur rond de glasovergang; de effectieve diffusiecoëfficiënt wordt daarnaast beïnvloed door porositeit, tortuositeit en vrije ruimte in poreuze materialen.

Factoren die diffusiebaarheid beïnvloeden, omvatten temperatuur (hogere temperatuur verhoogt D en vaak S), molecuulgrootte en polariteit, interacties tussen penetrant en matrix, en structurele kenmerken zoals crosslinking, kristalliniteit en vrije ruimte. Vocht kan polymeren plasticiseren en daarmee de diffusie bevorderen of remmen.

Meetmethoden omvatten tijdvertraging in permeatiemetingen, gravimetrische sorptie-experimenten en gas- of dampdiffusietesten; sommige toepassingen gebruiken NMR voor zelfdiffusie. Toepassingen bevinden zich in verpakkings- en barrièrefilms, membranen voor gas- en waterdampdiffusie, bouwmaterialen en coatings, en in de beoordeling van lange termijn prestaties van onderdelen en additieven.