Cómo analizar una reacción de dos componentes en función de sus concentraciones
Cinética de curado con diferentes relaciones epoxi/amina
Sistema de curado de dos componentes DSC
Esta guía es la primera parte de la serie de guías de usuario sobre los sistemas de curado de dos componentes DSC:
Parte 1. Cómo analizar la reacción bicomponente en función de las concentraciones de los componentes (esta guía)
Contenido
Influencia de la relación epoxi/amina en la velocidad de curado
Cargar el Proyecto de Datos de Muestra
Crear Modelo Cinético para Diferentes Velocidades de Calentamiento y Proporción Fija de Epoxi/Amina
Prepare el Proyecto para el Análisis con Diferentes Concentraciones
Creación del modelo cinético con dependencia de la relación de concentración
Introducción
La velocidad de la reacción de dos componentes A+B→C depende no sólo de la temperatura, sino también de las concentraciones de los compuestos A y B que reaccionan. El cambio de la relación de concentración inicial conduce al cambio de la velocidad de reacción y de la entalpía de reacción.
Para cada relación de concentración fija, el análisis cinético de las mediciones del análisis térmico puede realizarse de acuerdo con la ecuación de Arrhenius:
El resultado es la tripleta cinética con los valores aparentes del factor preexponencial A, el tipo de reacción f(α) y la energía de activación Ea. El tipo de reacción puede contener valores aparentes de parámetros como orden de reacción n, orden de autocatálisis m, factor preexponencial de autocatálisis Kcat, etc.
Para otra relación de concentración fija el análisis cinético proporciona el triplete cinético con otros parámetros cinéticos. Podemos crear el Modelo cinéticoEl modelo cinético es el término general que contiene el esquema (estructura) de los pasos individuales de reacción en la reacción química multipaso, los tipos de reacción y los parámetros cinéticos de estos pasos.modelo cinético donde los parámetros cinéticos aparentes son las funciones de las concentraciones iniciales.
En este "How To": Se creará el modelo cinético común que depende tanto de la temperatura como de las concentraciones.
Influencia de la relación epoxi/amina en la velocidad de curado
Las reacciones de curado son autocatalíticas y contienen parámetros para la autocatálisis.
La reacción de curado del sistema epoxi-amina puede describirse mediante la ecuación de Arrhenius con el tipo de reacción autocatalítica de Kamal-Sourour. Aquí se utilizará la reacción simplificada de Kamal-Sourour(https://kinetics.netzsch.com/en/f-a-q/kamal-sourour-equation-in-kinetics-neo ) Cn se utilizará con la misma energía de activación para la reacción de orden n-ésimo y para la reacción autocatalítica.
Aquí los parámetros A, n, Kcat, Ea son las funciones de las concentraciones iniciales de los reactivos.
Cargar el proyecto de datos de muestra
Inicio Kinetics Neo. Haga clic en Abrir en el menú de la izquierda y seleccione Muestras.
Seleccione el directorio DSC_Epoxy+Amine_Concentrations y el archivo de datos DSC_Epoxy+Amine_Concentrations_Data.kinx2
Abrir archivo con datos DSC_Epoxy+Amine_Concentrations_Data.kinx2. El proceso de curado exotérmico se presenta aquí como picos negativos.
Este proyecto cinético contiene 12 fuentes de datos. Las 4 primeras están marcadas y se muestran en el gráfico. Son las mediciones DSC donde las concentraciones epoxi/amina son 1:1, lo que se indica en los nombres de las fuentes de datos.
Las siguientes 4 mediciones con nombres que empiezan por "1_2" tienen las concentraciones epoxi/amina es 1:2, y las últimas cuatro mediciones que empiezan por "2_1" tienen las concentraciones epoxi/amina 2:1.
Creación de un modelo cinético para diferentes velocidades de calentamiento y una relación epoxi/amina fija
En la sección Model Based del panel Project haga click en Add New para crear el nuevo modelo. Luego en el Panel de Propiedades agregue Descripción "1:1" y seleccione Cn para Tipo de Reacción A→B:
En el panel Propiedades desplácese hasta la sección Operación del modelo y haga clic en Optimizar para tener un modelo cinético para una relación de concentración fija 1:1.
Preparar el proyecto para el análisis con diferentes concentraciones
Para el proyecto actual vaya a Archivo-Proyecto y marque Usar Parámetro Externo.
Seleccione Concentration Ratio, escriba Molar Ratio para Units, y escriba Epoxy y Amine para los nombres de los reactantes:
En Datos de Origen muestre todas las Fuentes de Datos.
Seleccione un archivo de origen de datos que contenga 1_2 en el nombre del archivo y establezca Concentraciones en 1:2.
Repita esta operación para todos los ficheros de origen de datos denominados 1_2.
Para los archivos con 2_1 ajuste las concentraciones a 2:1.
Seleccione Datos de origen para mostrar todas las curvas experimentales. La leyenda debe contener la relación de concentración para cada medición.
Crear un modelo cinético para una velocidad de calentamiento y las diferentes proporciones de epoxi/amina
En Fuente de datos seleccione sólo mediciones con velocidad de calentamiento 10K/min. Deseleccione las mediciones con otras velocidades de calentamiento.
Cree la copia del modelo 1:1 haciendo clic con el botón derecho del ratón.
Establezca el nombre del nuevo modelo 10K/min y haga clic en la casilla Depende de las concentraciones:
Ahora el número de Parámetros se incrementa. Tenemos el orden de reacción del segundo reactante, el parámetro kMassToMol es responsable del recálculo de la relación de masa a Mol, kEnthalpy ayuda a calcular el cambio de Enthalpy con el cambio de concentraciones, y nConcentration es responsable del movimiento de toda la curva (como para la cinética a diferentes presiones):
En el panel Propiedades desplácese hasta la sección Funcionamiento del modelo y haga clic en Optimizar para disponer de un modelo cinético para una velocidad de calentamiento fija de 10K/min y diferentes relaciones de concentración:
Crear un modelo cinético con dependencia de la relación de concentración
En Datos de Origen muestre todas las Fuentes de Datos.
Cree una copia del modelo 10K/min haciendo clic con el botón derecho del ratón.
Establezca el nombre del nuevo modelo: Todas las mediciones.
Para optimizar los parámetros en el Panel de Propiedades vaya a la sección Operación del Modelo y haga clic en Optimizar:
Aquí R² es 0,999.
Este modelo cinético puede describir la dependencia de la velocidad de curado tanto de la temperatura como de las concentraciones iniciales de los reactivos. Este método puede utilizarse tanto para la relación mol como para la relación másica como datos de entrada.
Este modelo puede utilizarse ahora para la predicción de las velocidades de reacción para un perfil de temperatura dado y a diferentes relaciones de concentración de reactivos. Si el modelo se basa en mediciones con diferentes relaciones molares, entonces la predicción puede hacerse para una nueva relación molar. Si el modelo se basa en diferentes relaciones de masa, entonces la predicción se puede hacer para la nueva relación de masa para los reactivos.