Plásticos ISO 11358 - Termogravimetría (TG) de polímeros

La norma “ISO 11358 Plásticos - Termogravimetría (TG) de polímeros”, desarrollada por la Organización Internacional de Normalización (ISO), consta esencialmente de las siguientes tres secciones publicadas bajo el mismo título:

• “ISO 11358-1 Parte 1: La norma "Principios generales" describe las condiciones generales para el análisis de polímeros mediante métodos termogravimétricos. Es válida para líquidos y sólidos. Los materiales sólidos pueden presentarse en forma de pellets, gránulos o polvos. Las formas manufacturadas que se han reducido a un tamaño de muestra adecuado también pueden analizarse mediante este método. Esta norma especifica métodos para investigar los efectos físicos y las reacciones químicas asociadas con los cambios de masa. Además, se utiliza para determinar la temperatura y la velocidad de descomposición de los polímeros, así como para medir la cantidad de materia volátil, aditivos y cargas que contienen. Asimismo, es válida para mediciones en modo dinámico (temperatura o tiempo según el cambio de masa en condiciones de temperatura programadas) o en modo isotérmico (tiempo según el cambio de masa a temperatura constante). Esta norma es válida para mediciones en diferentes atmósferas de prueba, como la separación de la descomposición de la degradación oxidativa en una atmósfera inerte.

Para los efectos de esta norma, se aplican los siguientes términos y definiciones:

• La determinación del cambio de masa dinámico es la técnica de registrar el cambio en la masa de una muestra de prueba con la temperatura a medida que cambia a un ritmo programado.
• La determinación del cambio de masa isotérmica es una técnica para registrar el cambio en la masa de una muestra de prueba con el tiempo a temperatura constante.
• La temperatura de Curie se refiere a la temperatura a la que un material ferromagnético pasa de un estado ferromagnético a un estado paramagnético o viceversa.

Se calienta una muestra de prueba a velocidades específicas mediante un programa de temperatura controlado y se mide el cambio de masa en función de la temperatura (determinación del cambio de masa dinámico). Alternativamente, la muestra se mantiene a una determinada temperatura constante y se mide el cambio de masa en función del tiempo durante un período específico (determinación del cambio de masa isotérmica).

Durante la medición, la muestra de prueba se mantiene en una atmósfera controlada inerte, oxidante o reactiva. En general, las reacciones que hacen que cambie la masa de una muestra de prueba son reacciones de descomposición u oxidación o evaporación de un componente. En algunos casos también se pueden realizar mediciones con gases de reacción especiales.

El cambio de masa en función de la temperatura o el tiempo se registra como una curva termogravimétrica (TG). El cambio de masa de un material con la temperatura y la magnitud de este cambio son indicadores de la estabilidad térmica del material. Por lo tanto, los datos termogravimétricos se pueden utilizar para evaluar la estabilidad térmica relativa de los polímeros de la misma familia general y las interacciones polímero-polímero o polímero-aditivo utilizando mediciones realizadas en las mismas condiciones de prueba.

• La norma “ISO 11358-2 Parte 2: Determinación de la energía de activación” describe un método de prueba utilizado para determinar la energía de activación en la fórmula de Arrhenius para la separación de polímeros utilizando una técnica termogravimétrica. Este método sólo es aplicable si la reacción se desarrolla mediante un único mecanismo. Este método se puede aplicar a reacciones multietapa si la reacción consta de pasos de una sola etapa claramente separados.

Para los efectos de esta norma, se aplican los siguientes términos y definiciones:

• La fórmula de Arrhenius es una fórmula que representa la dependencia de la temperatura de la constante de velocidad de una reacción.
• La energía de activación es la energía por encima del estado fundamental que debe agregarse a un sistema atómico o molecular para permitir que ocurra un proceso particular.
• El grado de conversión se refiere a la cantidad de producto presente en un momento y temperatura determinados durante una reacción en comparación con la cantidad final de productos.

Las muestras de prueba se calientan a diferentes velocidades de calentamiento y el cambio de masa se mide en función de la temperatura. Para cada velocidad de calentamiento se determinan las temperaturas correspondientes a los grados de conversión dados. Para un grado de conversión dado, se grafica el logaritmo de la velocidad de calentamiento frente a la inversa de la temperatura absoluta y se calcula la energía de activación a partir de la pendiente de la línea así obtenida.

• En la norma “ISO 11358-3 Parte 3: Determinación de la energía de activación utilizando el diagrama de Ozawa-Friedman y análisis de la cinética de reacción”, se explica un método de análisis utilizado para determinar la energía de activación utilizando el diagrama de Ozawa-Friedman. Además, esta norma especifica la preparación de gráficos maestros para la verificación de la cinética de reacción determinada por termogravimetría. El diagrama de Ozawa-Friedman (logaritmo de la tasa de pérdida de masa en una pérdida de masa dada multiplicado por el inverso de la temperatura absoluta) es un método derivado en el análisis térmico que se puede aplicar a datos obtenidos con cualquier modo de cambio de temperatura. Por ejemplo, análisis térmico isotérmico, velocidad de calentamiento constante, controlado por muestra, salto de temperatura y barrido de temperatura repetido.

Las fórmulas de conversión, tiempo generalizado y relación de conversión generalizada utilizadas para los fines de esta norma se dan en la norma. Además, el concepto de curva maestra se refiere al gráfico que se puede utilizar para evaluar resultados e investigar modelos cinéticos de reacción. Algunos ejemplos de curvas maestras incluyen tiempo generalizado vs. transformación, tasa de conversión generalizada vs. transformación y tasa de conversión generalizada vs. tiempo.

Las muestras de prueba se calientan utilizando cualquier perfil de temperatura y el cambio de masa se mide en función de la temperatura y el tiempo. Para una transformación dada, se compara el logaritmo de la tasa de transformación con la inversa de la temperatura absoluta y se calcula la energía de activación a partir de la pendiente de la línea recta ajustada a los datos así obtenidos. Al menos dos de las curvas maestras proporcionan validación del análisis de la cinética de reacción.

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