Cómo: Analizar la cristalización isotérmica del LDPE según ASTM 2070
Introducción
El análisis sin modelo según ASTM E2070 es un método isoconversional sólo para datos isotérmicos. Se requieren al menos dos mediciones a diferentes temperaturas isotérmicas.
Para determinar la energía de activación se utilizan los puntos de la misma conversión (0,01, 0,02, ..., 0,99, 1,00) de las mediciones a diferentes temperaturas isotérmicas. No hay ninguna suposición sobre el tipo de reacción.
En el siguiente ejemplo, se muestran los datos de conversión para la cristalización isotérmica de un polímero, donde el proceso de cristalización es más rápido cuanto menor es la temperatura (103,5°C: naranja; 103,0°C: cian; 102,5°C: rojo).
La energía de activación y el preexponencial se calculan a partir de la pendiente y la intersección de estas líneas.
Ventaja de este método: se evalúa cada punto de reacción.
Desventajas de este método:
- sólo reacciones de un paso, para reacciones complejas los puntos no están en la línea recta
- sólo para el conjunto de varias medidas isotérmicas.
Fuente del método: ASTM 2070, Método A. https://www.astm.org/Standards/E2070.htm
Cargar el proyecto Datos de muestra
1. Inicie el software Kinetics Neo.
Haga clic en la pestaña azul "Archivo" para abrir el menú de la aplicación.
2. Abra el proyecto DSC de datos de muestra.
Haga clic en"Abrir" en el menú de la izquierda y seleccione"Muestras". El directorio de muestras Kinetics Neo se abrirá en el Explorador de Windows. Seleccione el directorio "DSC_LDPE_Crystallization".
3. Abra el archivo de proyecto Kinetics Neo "LDPE_Data.kinx2" . Este proyecto contiene mediciones isotérmicas de polietileno de baja densidad (LDPE).
4. Ajuste los parámetros de visibilidad de los datos.
En la cinta superior principal seleccione"Tiempo" para el eje X. En el panel de propiedades, active la visibilidad de las curvas de temperatura haciendo clic en la casilla"Temperatura".
Aquí se realizan tres mediciones isotérmicas para la cristalización isotérmica del PEBD:
- 102.5 °C
- 103.0 °C
- 103.5 °C.
NOTA: Si usted trabaja con sus propios datos, y estos datos no comienzan desde tiempo=0, entonces por favor seleccione el rango de datos isotérmicos sólo donde el borde izquierdo del rango seleccionado corresponde al inicio de la reacción.
Análisis de datos isotérmicos según ASTM E2070
5. En el árbol de la izquierda, seleccione Análisis → Sin modelo → ASTM E2070.
El análisis muestra el gráfico Registro del tiempo hasta la conversión frente a la temperatura inversa para los puntos con la misma conversión de las distintas mediciones. El gráfico muestra la línea recta para cada valor de conversión.
Para las reacciones químicas isotérmicas la pendiente de estas rectas es positiva, porque la velocidad de reacción aumenta con la temperatura. Pero aquí para la cristalización isotérmica la pendiente de las rectas es negativa porque la velocidad de cristalización disminuye con la temperatura.
6.muestra la energía de activación y el factor preexponencial, que se calculan según ASTM E2070.
Haga clic en el botón"Energía de activación" para mostrar el gráfico de energía de activación.
Haga clic en el botón"Pre-exponencial" para mostrar el gráfico Pre-exponencial.
Aquí ambos valores son negativos porque la velocidad de cristalización disminuye con la temperatura.
Tiempo de semicristalización
Para el tiempo de semicristalización puede utilizar el mismo elemento en la vista de árbol izquierda, pero solo para el valor de conversión de 0,5, que corresponde al 50% de la cristalización.
En el árbol izquierdo seleccione Análisis → Sin modelo → ASTM E2070.
A continuación, en el Panel de propiedades seleccione Personalizado para Líneas isoconversionales y en la tabla de valores de conversión marque sólo un valor 0,5 como está marcado en la siguiente figura:
Los puntos de esta figura corresponden al tiempo de semicristalización medido en diferentes mediciones isotérmicas. La línea recta puede utilizarse para la predicción como se presenta en el capítulo siguiente.
El mismo método de análisis puede utilizarse para el cálculo del tiempo de cristalización para los demás valores de conversión, si se seleccionan en la tabla de Líneas Isoconversionales. Esta tabla tiene valores de 0,01 a 0,99 que corresponden a los valores porcentuales de 1% a 99% de conversión.
Predicción isotérmica de la vida útil
7. Seleccione predicción y establezca los parámetros de predicción.
En el árbol de la izquierda seleccione Simulación → Predicción → Vida útil isotérmica.
En el panel de propiedades de predicción seleccione el modelo ASTM E2070.
Establezca los parámetros de predicción:
- Temperatura mínima a 100 °C
- Temperatura máxima a 104 °C
- Paso de temperatura=1min
- El tiempo de predicción es de 100 min.
8. Pulse Calcular.
Este gráfico muestra el tiempo de cristalización para cada grado de cristalización dado para diferentes temperaturas. Cada línea presenta un Grado de conversiónEl grado de conversión α en cinética química es el parámetro adimensional dependiente del tiempo de un proceso cinético como la reacción química o la cristalización, que muestra qué parte del mismo ya ha finalizado.grado de conversión seleccionado. Por ejemplo, la línea superior indica el tiempo de cristalización del 98% a distintas temperaturas.
Las temperaturas se indican en la leyenda.
Vemos que
- el98% de la cristalización a 100 °C se produce tras 9 min
- el98% de la cristalización a 104 °C se alcanza después de 40 min.
Para ver los valores de tiempo previstos, utilice Exportar datos en la barra de herramientas superior principal.