Como analisar a cristalização isotérmica do LDPE de acordo com a ASTM 2070
Introdução
A análise sem modelo de acordo com a ASTM E2070 é um método isoconversional apenas para dados isotérmicos. São necessárias pelo menos duas medições em diferentes temperaturas isotérmicas.
A determinação da energia de ativação usa os pontos na mesma conversão (0,01, 0,02, ..., 0,99, 1,00) das medições em diferentes temperaturas isotérmicas. Não há nenhuma suposição sobre o tipo de reação.
No exemplo a seguir, são mostrados os dados de conversão para a cristalização isotérmica de um polímero, em que o processo de cristalização é mais rápido quanto mais baixa for a temperatura (103,5 °C: laranja; 103,0 °C: ciano; 102,5 °C: vermelho).
A energia de ativação e o pré-exponencial são encontrados a partir da inclinação e da interseção dessas linhas.
Vantagem desse método: cada ponto de reação é avaliado.
Desvantagens desse método:
- somente reações em uma etapa; para reações complexas, os pontos não estão na linha reta
- somente para o conjunto de várias medições isotérmicas.
Fonte do método: ASTM 2070, Método A. https://www.astm.org/Standards/E2070.htm
Carregar o projeto Sample Data
1. Inicie o software Kinetics Neo.
Clique na guia azul "File" (Arquivo) para abrir o menu do aplicativo.
2. Abra o projeto Sample Data DSC.
Clique em"Open" (Abrir) no menu do lado esquerdo e, em seguida, selecione"Samples" (Amostras). O diretório de amostras Kinetics Neo será aberto no Windows Explorer. Selecione o diretório "DSC_LDPE_Crystallization".
3. Abra o arquivo de projeto Kinetics Neo "LDPE_Data.kinx2". Esse projeto contém medições isotérmicas de polietileno de baixa densidade (LDPE).
4. Ajuste os parâmetros de visibilidade dos dados.
Na faixa de opções superior principal, selecione"Time" (Tempo) para o eixo X. No painel de propriedades, ative a visibilidade das curvas de temperatura clicando na caixa de seleção"Temperature" (Temperatura).
Aqui são feitas três medições isotérmicas para a cristalização isotérmica do LDPE:
- 102.5 °C
- 103.0 °C
- 103.5 °C.
OBSERVAÇÃO: Se você trabalhar com seus próprios dados e esses dados não começarem a partir do tempo = 0, selecione o intervalo de dados isotérmicos somente quando a borda esquerda do intervalo selecionado corresponder ao início da reação.
Análise de dados isotérmicos de acordo com a norma ASTM E2070
5. Na árvore à esquerda, selecione Analysis → Model-Free → ASTM E2070.
A análise mostra o registro gráfico do tempo até a conversão versus a temperatura inversa para os pontos com a mesma conversão das diferentes medições. O gráfico é mostrado como uma linha reta para cada valor de conversão.
Para reações químicas isotérmicas, a inclinação dessas linhas é positiva, porque a taxa de reação aumenta com a temperatura. Mas aqui, para a cristalização isotérmica, a inclinação das linhas retas é negativa porque a taxa de cristalização diminui com a temperatura.
6.mostre a energia de ativação e o fator pré-exponencial, que são calculados de acordo com a norma ASTM E2070.
Clique no botão"Activation Energy" (Energia de ativação) para exibir o gráfico de energia de ativação.
Clique no botão"Pre-exponential" (Pré-exponencial) para exibir o gráfico pré-exponencial.
Aqui, ambos os valores são negativos porque a taxa de cristalização diminui com a temperatura.
Tempo de meia-cristalização
Para o tempo de meia cristalização, você pode usar o mesmo item na visualização em árvore à esquerda, mas somente para o valor de conversão de 0,5, que corresponde a 50% da cristalização.
Na árvore à esquerda, selecione Analysis → Model-Free → ASTM E2070.
Em seguida, no painel Properties (Propriedades ), selecione Custom (Personalizado ) para Isoconversional Lines (Linhas isoconversionais ) e, na tabela de valores de conversão, marque apenas um valor 0,5, como está marcado na próxima figura:
Os pontos nessa figura correspondem ao tempo de meia-cristalização medido em diferentes medições isotérmicas. A linha reta pode ser usada para a previsão, como será apresentado no próximo capítulo.
O mesmo método de análise pode ser usado para o cálculo do tempo de cristalização para os outros valores de conversão, se eles forem selecionados na tabela de Linhas de Isoconversão. Essa tabela tem valores de 0,01 a 0,99 correspondentes aos valores percentuais de 1% a 99% de conversão.
Previsão isotérmica de tempo de vida
7. Selecione a previsão e defina os parâmetros de previsão.
Na árvore à esquerda, selecione Simulation → Prediction → Isothermal Lifetime.
No painel de propriedades de previsão, selecione o modelo ASTM E2070.
Defina os parâmetros de previsão:
- Temperatura mínima para 100 °C
- Temperatura máxima para 104 °C
- Etapa de temperatura=1min
- O tempo para previsão é de 100 min.
8. Pressione Calculate (Calcular).
Este gráfico mostra o tempo de cristalização para cada grau de cristalização determinado em diferentes temperaturas. Cada linha apresenta um Grau de conversãoO grau de conversão α na cinética química é o parâmetro sem dimensão dependente do tempo do processo cinético, como reação química ou cristalização, que mostra que parte dele já foi concluída.grau de conversão selecionado. Por exemplo, a linha superior aqui significa o tempo para cristalização de 98% em diferentes temperaturas.
As temperaturas são mostradas na legenda.
Vemos que:
- 98% da cristalização a 100 °C ocorre após 9 minutos
- 98% da cristalização a 104 °C é alcançada após 40 minutos.
Para ver os valores de tempo previstos, use Exportar dados na barra de ferramentas superior principal.