ISO 11358 Tworzywa sztuczne – Termograwimetria (TG) polimerów

Norma „ISO 11358 Tworzywa sztuczne – Termograwimetria (TG) polimerów”, opracowana przez Międzynarodową Organizację Normalizacyjną (ISO), składa się zasadniczo z trzech następujących sekcji opublikowanych pod tym samym tytułem:

• „ISO 11358-1 Część Norma „1: Zasady ogólne” opisuje ogólne warunki analizy polimerów przy użyciu metod termograwimetrycznych. Jest ważna dla cieczy lub ciał stałych. Materiały stałe mogą mieć postać peletek, granulek lub proszków. Wytworzone kształty, które zostały zredukowane do odpowiedniej wielkości próbki, mogą być również analizowane tą metodą. Norma ta określa metody badania efektów fizycznych i reakcji chemicznych związanych ze zmianami masy. Ponadto norma ta jest stosowana do określania temperatury i szybkości rozkładu polimerów oraz do pomiaru ilości zawartych w nich substancji lotnych, dodatków i wypełniaczy. Ponadto norma ta jest ważna dla pomiarów w trybie dynamicznym (temperatura lub czas według zmiany masy w zaprogramowanych warunkach temperaturowych) lub w trybie izotermicznym (czas według zmiany masy przy stałej temperaturze). Norma ta jest ważna dla pomiarów w różnych atmosferach testowych, takich jak oddzielenie rozkładu od degradacji oksydacyjnej w atmosferze obojętnej.

Na potrzeby niniejszego standardu mają zastosowanie następujące terminy i definicje:

• Wyznaczanie dynamicznej zmiany masy to technika polegająca na rejestrowaniu zmian masy badanej próbki w zależności od temperatury i jej zmian z zaprogramowaną szybkością.
• Określanie zmiany masy izotermicznej jest techniką polegającą na rejestrowaniu zmiany masy badanej próbki w czasie przy stałej temperaturze.
• Temperatura Curie odnosi się do temperatury, w której materiał ferromagnetyczny przechodzi ze stanu ferromagnetycznego w stan paramagnetyczny lub odwrotnie.

Próbka testowa jest podgrzewana z określoną szybkością przez kontrolowany program temperaturowy, a zmiana masy jest mierzona jako funkcja temperatury (określanie dynamicznej zmiany masy). Innym sposobem jest utrzymywanie próbki w określonej stałej temperaturze i mierzenie zmiany masy jako funkcji czasu w określonym przedziale czasowym (oznaczanie izotermicznej zmiany masy).

Podczas pomiaru próbka testowa jest przechowywana w kontrolowanej atmosferze obojętnej, utleniającej lub w inny sposób reaktywnej. Ogólnie rzecz biorąc, reakcjami powodującymi zmianę masy próbki testowej są reakcje rozkładu, utleniania lub parowania składnika. W niektórych przypadkach możliwe jest również przeprowadzenie pomiarów przy użyciu specjalnych gazów reakcyjnych.

Zmianę masy w funkcji temperatury lub czasu rejestruje się w postaci krzywej termograwimetrycznej (TG). Zmiana masy materiału w zależności od temperatury i zakres tej zmiany są wskaźnikami stabilności termicznej materiału. Dlatego też dane termograwimetryczne można wykorzystać do oceny względnej stabilności termicznej polimerów z tej samej ogólnej rodziny oraz oddziaływań polimer-polimer lub polimer-dodatek, wykorzystując pomiary wykonane w tych samych warunkach testowych.

• Norma „ISO 11358-2 Część 2: Oznaczanie energii aktywacji” opisuje metodę badawczą stosowaną do określania energii aktywacji we wzorze Arrheniusa przy rozdzielaniu polimerów za pomocą techniki termograwimetrycznej. Metodę tę można stosować wyłącznie w przypadku, gdy reakcja przebiega według jednego mechanizmu. Metodę tę można stosować w przypadku reakcji wieloetapowych, jeżeli reakcja składa się z wyraźnie oddzielonych etapów jednoetapowych.

Na potrzeby niniejszego standardu mają zastosowanie następujące terminy i definicje:

• Wzór Arrheniusa to wzór przedstawiający zależność stałej szybkości reakcji od temperatury.
• Energia aktywacji to energia powyżej stanu podstawowego, która musi zostać dodana do układu atomowego lub cząsteczkowego, aby mógł zajść określony proces.
• Stopień konwersji odnosi się do ilości produktu obecnego w danym momencie i temperaturze podczas reakcji w porównaniu do końcowej ilości produktów.

Próbki testowe podgrzewa się z różną szybkością, a zmianę masy mierzy się jako funkcję temperatury. Dla każdej szybkości nagrzewania wyznaczane są temperatury odpowiadające danym stopniom konwersji. Dla danego stopnia konwersji logarytm szybkości nagrzewania jest kreślony w funkcji odwrotności temperatury bezwzględnej, a energia aktywacji jest obliczana z nachylenia linii otrzymanej w ten sposób.

• W normie „ISO 11358-3 Część 3: Określanie energii aktywacji za pomocą wykresu Ozawy-Friedmana i analiza kinetyki reakcji” wyjaśniono metodę analizy stosowaną do określania energii aktywacji za pomocą wykresu Ozawy-Friedmana. Ponadto norma ta określa sposób przygotowywania wykresów wzorcowych służących do weryfikacji kinetyki reakcji wyznaczonej metodą termograwimetrii. Wykres Ozawy-Friedmana (logarytm szybkości utraty masy przy danej utracie masy pomnożony przez odwrotność temperatury bezwzględnej) jest metodą pochodną w analizie cieplnej, którą można stosować do danych uzyskanych przy dowolnym trybie zmiany temperatury. Na przykład analiza izotermiczna, stała szybkość nagrzewania, analiza termiczna kontrolowana na podstawie próbki, skok temperatury i powtarzalne zmiany temperatury.

Wzory na konwersję, uogólniony czas i uogólniony współczynnik konwersji, wykorzystywane na potrzeby niniejszej normy, podano w normie. Ponadto koncepcja krzywej wzorcowej odnosi się do wykresu, który można wykorzystać do oceny wyników i badania modeli kinetyki reakcji. Przykłady krzywych głównych obejmują uogólniony czas względem konwersji, uogólniony współczynnik konwersji względem konwersji oraz uogólniony czas względem współczynnika konwersji.

Próbki testowe podgrzewa się z zastosowaniem dowolnego profilu temperaturowego, a zmianę masy mierzy się jako funkcję temperatury i czasu. Dla danej transformacji logarytm szybkości transformacji jest porównywany z odwrotnością temperatury bezwzględnej, a energia aktywacji jest obliczana z nachylenia linii prostej dopasowanej do tak uzyskanych danych. Co najmniej dwie krzywe główne pozwalają na walidację analizy kinetyki reakcji.

Nasza organizacja, która od lat stara się wspierać przedsiębiorstwa z każdej branży, realizując szeroką gamę badań testowych, pomiarowych, analitycznych i ewaluacyjnych, dysponuje silną kadrą, która uważnie śledzi rozwój nauki i techniki na świecie oraz nieustannie się doskonali. W tym kontekście świadczone są również usługi badawcze dla przedsiębiorstw zgodnie z normą „ISO 11358 Tworzywa sztuczne - Termograwimetria (TG) polimerów”.