ISO 11358 Plastiques - Thermogravimétrie (TG) des polymères

La norme « ISO 11358 Plastiques - Thermogravimétrie (TG) des polymères », élaborée par l’Organisation internationale de normalisation (ISO), se compose essentiellement des trois sections suivantes, publiées sous le même titre :

• « ISO 11358-1 Partie 1 : La norme « Principes généraux » décrit les conditions générales d'analyse des polymères par des méthodes thermogravimétriques. Elle est valable pour les liquides comme pour les solides. Les matériaux solides peuvent se présenter sous forme de granulés, de pastilles ou de poudres. Les formes manufacturées réduites à une taille d'échantillon appropriée peuvent également être analysées par cette méthode. Cette norme spécifie les méthodes d'étude des effets physiques et des réactions chimiques associés aux variations de masse. De plus, elle permet de déterminer la température et la vitesse de décomposition des polymères, ainsi que de mesurer la quantité de matières volatiles, d'additifs et de charges qu'ils contiennent. Elle est également valable pour les mesures en mode dynamique (température ou temps en fonction de la variation de masse dans des conditions de température programmées) ou en mode isotherme (temps en fonction de la variation de masse à température constante). Elle est également valable pour les mesures dans différentes atmosphères d'essai, telles que la séparation de la décomposition et de la dégradation oxydative en atmosphère inerte.

Aux fins de la présente norme, les termes et définitions suivants s'appliquent :

• La détermination du changement de masse dynamique est la technique d'enregistrement du changement de masse d'un échantillon d'essai avec la température lorsqu'elle change à un rythme programmé.
• La détermination du changement de masse isotherme est une technique d'enregistrement du changement de masse d'un échantillon d'essai en fonction du temps à température constante.
• La température de Curie fait référence à la température à laquelle un matériau ferromagnétique passe d'un état ferromagnétique à un état paramagnétique ou vice versa.

Un échantillon d'essai est chauffé à des vitesses spécifiées par un programme de température contrôlé et le changement de masse est mesuré en fonction de la température (détermination du changement de masse dynamique). Alternativement, l'échantillon est maintenu à une certaine température constante et le changement de masse est mesuré en fonction du temps sur une période spécifiée (détermination du changement de masse isotherme).

Pendant la mesure, l'échantillon d'essai est maintenu dans une atmosphère contrôlée inerte, oxydante ou autrement réactive. En général, les réactions qui provoquent une modification de la masse d’un échantillon d’essai sont des réactions de décomposition ou d’oxydation ou d’évaporation d’un composant. Dans certains cas, des mesures avec des gaz de réaction spéciaux peuvent également être effectuées.

Le changement de masse en fonction de la température ou du temps est enregistré sous forme de courbe thermogravimétrique (TG). Le changement de masse d’un matériau avec la température et l’ampleur de ce changement sont des indicateurs de la stabilité thermique du matériau. Par conséquent, les données thermogravimétriques peuvent être utilisées pour évaluer la stabilité thermique relative des polymères d'une même famille générale et les interactions polymère-polymère ou polymère-additif à l'aide de mesures effectuées dans les mêmes conditions d'essai.

• La norme « ISO 11358-2 Partie 2 : Détermination de l'énergie d'activation » décrit une méthode d'essai utilisée pour déterminer l'énergie d'activation dans la formule d'Arrhenius pour la séparation des polymères à l'aide d'une technique thermogravimétrique. Cette méthode n’est applicable que si la réaction se déroule selon un mécanisme unique. Cette méthode peut être appliquée aux réactions à plusieurs étapes si la réaction est constituée d'étapes à une seule étape clairement séparées.

Aux fins de la présente norme, les termes et définitions suivants s'appliquent :

• La formule d'Arrhenius est une formule qui représente la dépendance de la température de la constante de vitesse d'une réaction.
• L'énergie d'activation est l'énergie au-dessus de l'état fondamental qui doit être ajoutée à un système atomique ou moléculaire pour permettre à un processus particulier de se produire.
• Le degré de conversion fait référence à la quantité de produit présente à un moment et à une température donnés au cours d'une réaction par rapport à la quantité finale de produits.

Les échantillons d’essai sont chauffés à plusieurs vitesses de chauffage différentes et le changement de masse est mesuré en fonction de la température. Pour chaque taux de chauffage, les températures correspondant aux degrés de conversion donnés sont déterminées. Pour un degré de conversion donné, le logarithme de la vitesse de chauffage est tracé en fonction de l'inverse de la température absolue et l'énergie d'activation est calculée à partir de la pente de la ligne ainsi obtenue.

• Dans la norme « ISO 11358-3 Partie 3 : Détermination de l'énergie d'activation à l'aide du diagramme d'Ozawa-Friedman et analyse de la cinétique de réaction », une méthode d'analyse utilisée pour déterminer l'énergie d'activation à l'aide du diagramme d'Ozawa-Friedman est expliquée. En outre, cette norme spécifie la préparation de graphiques maîtres pour la vérification de la cinétique de réaction déterminée par thermogravimétrie. Le diagramme d'Ozawa-Friedman (logarithme du taux de perte de masse à une perte de masse donnée multiplié par l'inverse de la température absolue) est une méthode dérivée en analyse thermique qui peut être appliquée aux données obtenues avec n'importe quel mode de changement de température. Par exemple, isotherme, taux de chauffage constant, analyse thermique contrôlée par échantillon, saut de température et balayage de température répété.

Les formules de conversion, de temps généralisé et de rapport de conversion généralisé utilisées aux fins de la présente norme sont données dans la norme. De plus, le concept de courbe maîtresse fait référence au graphique qui peut être utilisé pour évaluer les résultats et étudier les modèles cinétiques de réaction. Les exemples de courbes maîtresses incluent le temps généralisé par rapport à la transformation, le taux de conversion généralisé par rapport à la transformation et le taux de conversion généralisé par rapport au temps.

Les échantillons d’essai sont chauffés en utilisant n’importe quel profil de température et le changement de masse est mesuré en fonction de la température et du temps. Pour une transformation donnée, le logarithme du taux de transformation est comparé à l'inverse de la température absolue et l'énergie d'activation est calculée à partir de la pente de la droite ajustée aux données ainsi obtenues. Au moins deux des courbes principales fournissent une validation de l’analyse de la cinétique de réaction.

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