Cómo: Preparar los datos para el análisis del curado con control de difusión
Curado de resina epoxi con control parcial de la difusión
Introducción
Si la transición vítrea aparece durante la reticulación de un termoestable, entonces la reacción se separa en dos dominios dominados por mecanismos diferentes: La parte que tiene lugar muy por encima de la transición vítrea depende de la reacción química y puede describirse mediante la relación de Arrhenius. En la parte situada por debajo de la transición vítrea, los mecanismos controlados por difusión dominan el comportamiento de la reacción. Por lo tanto, la velocidad de reacción en torno a la transición vítrea está influida por ambos procesos.
Por eso 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 tiene que ser ampliado por los algoritmos especiales de control de difusión para tener en cuenta el cambio del comportamiento del material.
En este "How To": Se crearán los datos para el curado DSC con control parcial de la difusión. Estos datos contienen dos partes:
- Mediciones DSC del proceso de curado con diferentes velocidades de calentamiento
- Dependencia de la temperatura de transición vítrea con el 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.
Empezaremos cargando un dato experimental incluido en Kinetics Neo, luego crearemos una dependencia experimental para la temperatura de transición vítrea vs conversión, y luego crearemos el ajuste teórico para esta última dependencia.
Datos de muestra:
- Tipo de datos: Curado DSC (Calorimetría Diferencial de Barrido con Control de Difusión)
- Datos del proyecto: en el directorio DSC_Diff_Control_Epoxy
Cuántas mediciones son necesarias para el análisis
Para la reacción con control de difusión, el mecanismo de curado depende de la temperatura de transición vítrea. Para analizar estas reacciones necesitamos al menos dos mediciones con velocidades de calentamiento más elevadas, en las que no se produce la transición vítrea. Además, necesitamos al menos tres mediciones con velocidades de calentamiento bajas y muy bajas, en las que la temperatura de la muestra se aproxime a la transición vítrea durante la medición y se observe claramente la ralentización de la reacción debido al control de la difusión.
Así que necesitamos al menos 5 mediciones con diferentes velocidades de calentamiento para analizar los datos con control de difusión.
Además, debe conocerse la dependencia Tg vs alfa. Si no se conoce, debe medirse. Necesitamos Tg para el estado no curado, para el estado totalmente curado y el par de puntos para los estados parcialmente curados. Por lo tanto, se trata de 4 mediciones adicionales para 4 puntos para la dependencia Tg vs alfa.
Crear proyecto y cargar datos
1. Inicie el software Kinetics Neo. Haga clic en la pestaña azul "Archivo" para abrir el menú de la aplicación.
2. Seleccione Nuevo proyecto de tipo Curado DSC.
3. Seleccione Importar Datos-Muestras y seleccione el directorio DSC_Diff_Control_Epoxy
4. Seleccione el archivo de datos TAH13.txt, establezca 1 mg para la Masa obligatoria de la muestra y luego seleccione Importar. Aquí los datos ya están en unidades relativas en mW/mg y por lo tanto la masa de la muestra no es importante.
5. Seleccione la línea de base lineal, lea el valor del área (aquí es 217J/g) y haga clic en OK
6. En el panel de árbol seleccione Datos de origen -> Añadir nuevo y repita la importación de datos (paso 4) para el archivo TAH06.txt.
7. Para el archivo TAH06. txt seleccione de nuevo la línea de base lineal y mueva la línea vertical derecha para obtener la misma área de 217J/g. Haga clic en OK
8. En el panel de árbol seleccione Datos de origen -> Añadir nuevo y repita los pasos 6-7 para los archivos TAH09.txt, TAH25.txt, TAH29.txt, TAH34.txt, TAH01.txt.
Crear tabla con la temperatura de transición vítrea
Si una parte de la reacción se produce por debajo de la temperatura de transición vítrea y otra parte de la reacción se produce por encima , elmecanismo de reacción cambia. Este cambio se produce cuando la temperatura de la muestra cruza la temperatura de transición vítrea. Por eso es muy importante conocer el valor de la temperatura de transición vítrea durante la reacción. Se debe introducir la temperatura de transición vítrea en función de la conversión.
Para obtener un punto experimental, es necesario realizar una medición experimental que contenga tres segmentos:
- Calentamiento hasta el punto de tiempo en el que la reacción de curado ya se ha iniciado, pero aún no ha finalizado.
- Enfriamiento hasta una temperatura muy inferior a la temperatura de transición vítrea del material no curado.
- Calentamiento hasta el estado completamente curado.
El área de la reacción de reposo en el tercer segmento permite hallar la conversión de reposo del material parcialmente curado. Además, la evaluación de la transición vítrea en el tercer segmento da la transición vítrea para el material parcialmente curado.
Los valores de:
- la conversión para el material parcialmente curado y
- la temperatura de transición vítrea correspondiente
forman un punto experimental en la tabla Datos de transición vítrea. Se recomienda utilizar al menos 6 puntos de este tipo. Un mayor número de puntos aumenta la precisión del modelo cinético.
9. En el panel de árbol seleccione Datos de transición vítrea y añada el punto a la tabla de datos.
10. Añade los siguientes puntos a la tabla de datos.
| Conversión | Tg /°C |
|---|---|
| 0.000 | 25.0 |
| 0.250 | 53.0 |
| 0.310 | 58.0 |
| 0.380 | 65.0 |
| 0.460 | 78.0 |
| 0.600 | 98.0 |
| 0.690 | 116.0 |
| 0.760 | 128.0 |
| 0.830 | 140.0 |
| 1.000 | 165.0 |
Crear ajuste para la transición del vidrio frente a la conversión
Existen dos posibilidades para crear el ajuste de la temperatura de transición vítrea:
- Modelo teórico clásico diBenedetto.
- Función spline a través de los puntos experimentales. Se utiliza para los sistemas complejos que contienen una dependencia complicada de la temperatura de transición vítrea frente al grado de conversión.
11. Seleccione el ajuste DiBenedetto para el conjunto de datos experimentales actuales.
Conclusión
Los datos para el análisis cinético contienen varias mediciones DSC y, además, la dependencia de la transición vítrea del grado de conversión. Estos datos pueden utilizarse para la modelización cinética y, a continuación, para la predicción y optimización del proceso.