Comment analyser la cristallisation isotherme du LDPE selon la norme ASTM 2070 ?
Introduction
L'analyse sans modèle selon l'ASTM E2070 est une méthode isoconversionnelle uniquement pour les données isothermes. Au moins deux mesures à des températures isothermes différentes sont nécessaires.
La détermination de l'énergie d'activation utilise les points à la même conversion (0,01, 0,02, ..., 0,99, 1,00) des mesures à différentes températures isothermes. Il n'y a pas d'hypothèse sur le type de réaction.
Dans l'exemple suivant, les données de conversion pour la cristallisation isotherme d'un polymère sont montrées, où le processus de cristallisation est d'autant plus rapide que la température est basse (103,5°C : orange ; 103,0°C : cyan ; 102,5°C : rouge).
L'énergie d'activation et la pré-exponentielle sont calculées à partir de la pente et de l'intersection de ces lignes.
Avantage de cette méthode : chaque point de réaction est évalué.
Inconvénients de cette méthode :
- seulement pour les réactions à une étape, pour les réactions complexes les points ne sont pas sur la ligne droite
- seulement pour l'ensemble de plusieurs mesures isothermes.
Source de la méthode : ASTM 2070, méthode A. https://www.astm.org/Standards/E2070.htm
Charger le projet Sample Data
1. Démarrez le logiciel Kinetics Neo.
Cliquez sur l'onglet bleu "Fichier" pour ouvrir le menu de l'application.
2. Ouvrez le projet Sample Data DSC.
Cliquez sur"Open" dans le menu de gauche, puis sélectionnez"Samples". Le répertoire d'échantillons Kinetics Neo s'ouvre dans l'explorateur Windows. Sélectionnez le répertoire "DSC_LDPE_Crystallization".
3. Ouvrez le fichier de projet Kinetics Neo "LDPE_Data.kinx2" . Ce projet contient des mesures isothermes du polyéthylène basse densité (LDPE).
4. Ajustez les paramètres de visibilité des données.
Sur le ruban principal, sélectionnez"Time" pour l'axe X. Dans le panneau des propriétés, activez la visibilité des courbes de température en cliquant sur la case à cocher"Temperature".
Trois mesures isothermes sont effectuées pour la cristallisation isotherme du LDPE :
- 102.5 °C
- 103.0 °C
- 103.5 °C.
REMARQUE : si vous travaillez avec vos propres données et que celles-ci ne commencent pas à temps=0, veuillez sélectionner la plage de données isothermes uniquement là où le bord gauche de la plage sélectionnée correspond au début de la réaction.
Analyse des données isothermes selon la norme ASTM E2070
5. Dans l'arborescence de gauche, sélectionnez Analyse → Model-Free → ASTM E2070.
L'analyse montre le log graphique du temps de conversion en fonction de la température inverse pour les points ayant la même conversion à partir des différentes mesures. Le graphique représente la ligne droite pour chaque valeur de conversion.
Pour les réactions chimiques isothermes, la pente de ces lignes est positive, car la vitesse de réaction augmente avec la température. Mais ici, pour la cristallisation isotherme, la pente des droites est négative car la vitesse de cristallisation diminue avec la température.
6.afficher l'énergie d'activation et le facteur pré-exponentiel, qui sont calculés conformément à la norme ASTM E2070.
Cliquez sur le bouton"Énergie d'activation" pour afficher le graphique de l'énergie d'activation.
Cliquez sur le bouton"Pré-exponentiel" pour afficher le graphique pré-exponentiel.
Ici, ces deux valeurs sont négatives car le taux de cristallisation diminue avec la température.
Temps de demi-cristallisation
Pour le temps de demi-cristallisation, vous pouvez utiliser le même élément dans l'arborescence de gauche, mais uniquement pour la valeur de conversion de 0,5, qui correspond à 50 % de la cristallisation.
Dans l'arborescence de gauche, sélectionnez Analysis → Model-Free → ASTM E2070.
Ensuite, dans le panneau des propriétés, sélectionnez Custom pour Isoconversional Lines et, dans le tableau des valeurs de conversion, cochez une seule valeur, 0,5, comme indiqué sur la figure suivante :
Les points sur cette figure correspondent au temps de demi-cristallisation mesuré à différentes mesures isothermes. La ligne droite peut être utilisée pour la prédiction telle qu'elle est présentée dans le chapitre suivant.
La même méthode d'analyse peut être utilisée pour le calcul du temps de cristallisation pour les autres valeurs de conversion, si elles sont sélectionnées dans le tableau des lignes isoconversives. Ce tableau a des valeurs de 0,01 à 0,99 correspondant aux pourcentages de 1% à 99% de conversion.
Prédiction de la durée de vie isotherme
7. Sélectionnez la prédiction et définissez les paramètres de prédiction.
Dans l'arbre de gauche, sélectionnez Simulation → Prédiction → Durée de vie isotherme.
Dans le panneau des propriétés de la prédiction, sélectionnez le modèle ASTM E2070.
Définissez les paramètres de prédiction :
- Température minimale à 100 °C
- Température maximale : 104 °C
- Pas de température = 1min
- La durée de la prédiction est de 100 min.
8. Appuyez sur Calculer.
Ce graphique montre le temps de cristallisation pour chaque degré de cristallisation donné à différentes températures. Chaque ligne représente un Degré de conversionLe degré de conversion α en cinétique chimique est le paramètre sans dimension dépendant du temps d'un processus cinétique tel qu'une réaction chimique ou une cristallisation, indiquant quelle partie du processus est déjà terminée.degré de conversion sélectionné. Par exemple, la ligne supérieure représente le temps de cristallisation de 98 % à différentes températures.
Les températures sont indiquées dans la légende.
Nous voyons que :
- 98% de cristallisation à 100 °C se produit après 9 min
- 98 % de la cristallisation à 104 °C est atteinte après 40 minutes.
Pour voir les valeurs temporelles prédites, utilisez la fonction Exporter les données dans la barre d'outils principale.