成分濃度による2成分反応の分析方法
エポキシ／アミン比を変えた場合の硬化速度
DSC 2液硬化システム
このガイドは、DSC 2液硬化型システムに関するユーザーガイドの第一部です：
パート1.成分濃度に依存する2成分反応の分析方法（本ガイド）
はじめに
二成分反応A+B→Cの反応速度は温度だけでなく、反応化合物AとBの濃度にも依存し、初期濃度比の変化は反応速度と反応エンタルピーの変化につながる。
各固定濃度比について、熱分析測定の速度論的解析はアレニウスの式に従って行うことができる：
結果は、前指数 A、反応タイプ f(α)、活性化エネルギー Ea の見かけの値を持つ動力学トリプレットとなる。反応タイプは反応次数n、自己触媒の次数m、自己触媒の前指数Kcatなどのパラメータの見かけの値を含むことができる。
その他の固定濃度比の反応では、動力学解析は他の動力学パラメータを含む動力学トリプレットを提供します。我々は、見かけの速度論パラメータが初期濃度の関数である速度論モデルを作成することができます。
このハウツーでは温度と濃度の両方に依存する一般的な速度論モデルを作成します。
硬化速度に及ぼすエポキシ／アミン比の影響
硬化反応は自己触媒反応であり、自己触媒反応のパラメータを含んでいる。
エポキシ-アミン系の硬化反応は、Kamal-Sourourの自己触媒反応型を用いたアレニウス方程式で記述することができる。ここでは簡略化したKamal-Sourour反応(https://kinetics.netzsch.com/en/f-a-q/kamal-sourour-equation-in-kinetics-neo)Cnはn次反応の活性化エネルギーと自己触媒反応の活性化エネルギーを同じにして使用する。
ここで、パラメータA、n、Kcat、Eaは反応物の初期濃度の関数である。
サンプル・データ・プロジェクトをロードする
スタート Kinetics Neo.左側のメニューから「開く」をクリックし、「サンプル」を選択します。
ディレクトリDSC_Epoxy+Amine_ConcentrationsとデータファイルDSC_Epoxy+Amine_Concentrations_Data.kinx2を選択します。
DSC_Epoxy+Amine_Concentrations_Data.kinx2 データを含むファイルを開く。発熱硬化プロセスは負のピークとして示されている。
このキネティック・プロジェクトには12のデータソースが含まれている。そのうちの最初の4つがマークされ、チャート上に示されている。これらはエポキシ/アミン濃度が1:1のDSC測定で、データソースの名前に記されています。
次の "1_2 "で始まる4つの測定は、エポキシ/アミンの濃度が1:2であり、"2_1 "で始まる最後の4つの測定は、エポキシ/アミンの濃度が2:1である。
異なる加熱速度と固定のエポキシ／アミン比に対する速度論モデルの作成
プロジェクトパネルのモデルベースセクションで、新規追加をクリックして新しいモデルを作成します。次にプロパティパネルで、Descriptionに "1:1"を追加し、Reaction TypeA→BにCnを選択します：
Properties "パネルで"Model Operation "セクションまでスクロールダウンし、"Optimize "をクリックして濃度比1:1固定の速度論モデルを作成する。
異なる濃度の分析用プロジェクトの準備
現在のプロジェクトについてFile-Projectに進み、Use External Parameter をチェックする。
濃度比を選択し、単位にモル比と入力し、反応物名にエポキシとアミンと入力します：
ソースデータ]ですべてのデータソースを表示する。
ファイル名に1_2 を含むデータ・ソース・ファイルを選択し、濃度を1:2 に設定する。
これを1_2 という名前のすべてのデータ・ソース・ファイルについて繰り返す。
2_1のファイルについては、濃度を2:1 に設定する。
すべての実験曲線を表示するには、データソースを選択する。凡例には、各測定の濃度比を記載する。
一つの加熱速度と異なるエポキシ／アミン比に対する速度論モデルの作成
Data Sourceで、加熱速度10K/minの測定値のみを選択する。他の加熱速度の測定は選択解除してください。
マウスの右クリックでモデル1:1のコピーを作成します。
新しいモデルの名前を10K/minに設定し、チェックボックスのDepends on Concentrationsをクリックする：
パラメーターの数が増えました。パラメータkMassToMolはモル比に対する質量比の再計算に、kEnthalpy は濃度の変化に伴うエンタルピーの変化の計算に、nConcentrationは曲線全体の移動（異なる圧力での反応速度論のような）に使用します：
Properties "パネルで"Model Operation "セクションまでスクロールダウンし、"Optimize "をクリックすると、加熱速度10K/min固定で濃度比を変えた場合の速度論モデルが表示されます：
濃度比に依存する速度論モデルの作成
ソースデータ]ですべてのデータソースを表示する。
先ほどと同じように、マウスを右クリックしてモデル10K/minのコピーを作成します。
新しいモデルの名前を設定します：すべての測定。
PropertiesPanel のModel Operationセクションで、Optimize をクリックします：
ここでR²は0.999である。
この速度論モデルは、反応物の温度と初期濃度の両方に対する硬化速度の依存性を記述することができます。この方法は、入力データとしてmol比または質量比の両方に使用できます。
このモデルは、与えられた温度プロファイルと反応物の異なる濃度比における反応速度の予測に使用することができます。もしモデルが異なるmol比の測定値に基づいているならば、予測は新しいmol比に対して行うことができる。もしモデルが異なる質量比に基づいているなら、予測は反応物の新しい質量比に対して行うことができる。