ISO 11358 Пластмассы. Термогравиметрия (ТГ) полимеров

Стандарт «ISO 11358 Пластмассы — Термогравиметрический анализ (ТГ) полимеров», разработанный Международной организацией по стандартизации (ISO), по существу состоит из следующих трех разделов, опубликованных под одним и тем же названием:

• «ИСО 11358-1 Часть 1: Общие принципы» стандарт описывает общие условия для анализа полимеров с использованием термогравиметрических методов. Он действителен для жидкостей или твердых веществ. Твердые материалы могут быть в форме гранул, пеллет или порошков. Изготовленные формы, которые были уменьшены до подходящего размера образца, также могут быть проанализированы этим методом. Этот стандарт определяет методы исследования физических эффектов и химических реакций, связанных с изменением массы. Кроме того, этот стандарт используется для определения температуры и скорости разложения полимеров и для измерения количества содержащихся в них летучих веществ, добавок и наполнителей. Также этот стандарт действителен для измерений в динамическом режиме (температура или время в соответствии с изменением массы в запрограммированных температурных условиях) или изотермическом режиме (время в соответствии с изменением массы при постоянной температуре). Этот стандарт действителен для измерений в различных испытательных атмосферах, таких как отделение разложения от окислительной деградации в инертной атмосфере.

Для целей настоящего стандарта применяются следующие термины и определения:

• Динамическое определение изменения массы — это метод регистрации изменения массы испытуемого образца при изменении температуры с запрограммированной скоростью.
• Изотермическое определение изменения массы — это метод регистрации изменения массы испытуемого образца во времени при постоянной температуре.
• Температура Кюри — это температура, при которой ферромагнитный материал переходит из ферромагнитного состояния в парамагнитное состояние или наоборот.

Испытуемый образец нагревается с заданной скоростью с помощью контролируемой температурной программы, и изменение массы измеряется как функция температуры (динамическое определение изменения массы). В качестве альтернативы образец выдерживается при определенной постоянной температуре и изменение массы измеряется как функция времени в течение определенного периода (изотермическое определение изменения массы).

Во время измерения исследуемый образец находится в контролируемой инертной, окислительной или иной реакционной атмосфере. В целом, реакции, приводящие к изменению массы исследуемого образца, представляют собой реакции разложения, окисления или испарения компонента. В некоторых случаях можно также проводить измерения с использованием специальных реакционных газов.

Изменение массы в зависимости от температуры или времени регистрируется в виде термогравиметрической (ТГ) кривой. Изменение массы материала в зависимости от температуры и степень этого изменения являются показателями термической стабильности материала. Таким образом, термогравиметрические данные можно использовать для оценки относительной термической стабильности полимеров одного и того же общего семейства, а также взаимодействий полимер-полимер или полимер-добавка с использованием измерений, проведенных в одних и тех же условиях испытаний.

• Стандарт «ISO 11358-2 Часть 2: Определение энергии активации» описывает метод испытаний, используемый для определения энергии активации в формуле Аррениуса для разделения полимеров с использованием термогравиметрического метода. Данный метод применим только в том случае, если реакция протекает по единому механизму. Этот метод можно применять к многостадийным реакциям, если реакция состоит из четко разделенных одностадийных стадий.

Для целей настоящего стандарта применяются следующие термины и определения:

• Формула Аррениуса — это формула, которая представляет собой температурную зависимость константы скорости реакции.
• Энергия активации — это энергия, превышающая основное состояние, которую необходимо добавить к атомной или молекулярной системе, чтобы позволить произойти определенному процессу.
• Степень превращения — это количество продукта, присутствующего в данный момент времени и при данной температуре во время реакции, по сравнению с конечным количеством продуктов.

Испытуемые образцы нагреваются при нескольких различных скоростях нагрева, и изменение массы измеряется как функция температуры. Для каждой скорости нагрева определяются температуры, соответствующие заданным степеням превращения. Для заданной степени превращения логарифм скорости нагрева строится в зависимости от обратной величины абсолютной температуры, а энергия активации рассчитывается по наклону полученной таким образом линии.

• В стандарте «ISO 11358-3 Часть 3: Определение энергии активации с использованием диаграммы Одзавы-Фридмана и анализ кинетики реакции» поясняется метод анализа, используемый для определения энергии активации с использованием диаграммы Одзавы-Фридмана. Кроме того, этот стандарт регламентирует подготовку основных графиков для проверки кинетики реакции, определенной методом термогравиметрии. График Одзавы-Фридмана (логарифм скорости потери массы при заданной потере массы, умноженный на величину, обратную абсолютной температуре) представляет собой производный метод в термическом анализе, который можно применять к данным, полученным при любом режиме изменения температуры. Например, изотермический, с постоянной скоростью нагрева, термический анализ с контролируемым образцом, скачок температуры и многократное изменение температуры.

Формулы преобразования, обобщенного времени и обобщенного коэффициента преобразования, используемые для целей настоящего стандарта, приведены в стандарте. Кроме того, понятие мастер-кривой относится к графику, который можно использовать для оценки результатов и исследования моделей кинетики реакции. Примерами основных кривых являются обобщенное время против преобразования, обобщенный коэффициент конверсии против преобразования и обобщенный коэффициент конверсии против времени.

Испытуемые образцы нагреваются с использованием любого температурного профиля, и изменение массы измеряется как функция температуры и времени. Для заданного превращения логарифм скорости превращения сравнивается с обратной величиной абсолютной температуры, а энергия активации рассчитывается по наклону прямой, подобранной к полученным таким образом данным. По крайней мере две из основных кривых подтверждают правильность анализа кинетики реакции.

Наша организация, которая на протяжении многих лет стремится оказывать поддержку предприятиям всех секторов посредством широкого спектра испытаний, измерений, анализа и оценочных исследований, имеет сильный штат сотрудников, которые внимательно следят за мировыми достижениями в области науки и технологий и постоянно совершенствуются. В этом контексте предприятиям также предоставляются услуги по проведению испытаний в соответствии со стандартом «ISO 11358 Пластмассы. Термогравиметрия (ТГ) полимеров».