Термогравіметричні методи визначення кінетичних констант в процесі розкладання

Одним з істотних етапів дослідження теплозахисних матеріалів є вивчення їх термічної деструкції в процесі інтенсивного нагріву, що дозволяє виявити ступінь міцності міжмолекулярних зв'язків, вплив часу, температури, тиску та інших параметрів на швидкість виділення газу, склад продуктів термодеструкції і т. д. Знання кінетики реакцій, якісних і кількісних характеристик процесу розкладання допомагає пояснити поведінку матеріалів в умовах впливу високих температур і інтенсивних теплових потоків.

Одним з основних методів досліджень процесу термічного розкладання полімерних матеріалів є термогравіметричний аналіз, який почав використовуватися ще на початку XX ст. Суть аналізу полягає в реєстрації зміни маси певної порції матеріалу, що піддається нагріванню в заданих умовах. Отримана в термогравіметричний експерименті крива зміни маси зразка в залежності від температури і (або) часу дає можливість не тільки оцінити термостійкість матеріалу і встановити температуру закінчення процесу термічного розкладання, але й визначити інтенсивність розкладання в різних температурних інтервалах, а також шляхом відповідної математичної обробки обчислити ефективні значення кінетичних параметрів процесу розкладання матеріалу теплозахисного покриття.

Існують два види термогравіметричного аналізу: динамічний і ізотермічний. При проведенні динамічного термогравіметричного аналізу реєструється зміна маси досліджуваного зразка як функції температури та часу при безперервному нагріванні його з певною швидкістю. Ізотермічний термогравіметричний аналіз передбачає реєстрацію зміни маси зразка як функцію часу при постійній температурі, що перевищує температуру термічної міцності матеріалу.

Як вже зазначалося раніше, процес термодеструкції часто складається з декількох реакцій. При цьому термогравіметричні криві можуть мати складний вид, в результаті кінетичний аналіз таких кривих буде утруднений або навіть неможливий. В цьому випадку приходять на допомогу дані, отримані за допомогою інших методів аналізу, таких як диференційно-термічний, хроматографічний, мас-спектрометричний, інфрачервоний, рентгеноскопічний і т. д.

При проведенні термогравіметричного аналізу слід мати на увазі, що рівняння можна використовувати лише за умови, що теплопровідність і дифузія не лімітують процес термодеструкції. Цього можна досягти, застосовуючи дуже маленькі навішування у вигляді тонких шарів подрібненого матеріалу, які швидко і рівномірно прогріваються. Дифузія утворюються всередині зразка летких продуктів має велике значення ще тому, що при їх уповільненому видаленні із зони піролізу можуть мати місце вторинні реакції летких продуктів з вихідною речовиною і твердим залишком, а також реакції в газовій фазі, що може сильно ускладнити розшифровку отриманих термограм. У зв'язку з цим зазвичай рекомендується проводити експерименти по термічній деструкції полімерів у вакуумі або в атмосфері інертного газу.

11 липня 2012

Джерело: www.stroysovet.ru