Como analisar a reação de dois componentes dependendo das concentrações dos componentes
Cinética de cura com diferentes proporções de epóxi/amina
Sistema de cura de dois componentes DSC
Este guia é a primeira parte de uma série de guias do usuário sobre os sistemas de cura de dois componentes DSC:
Parte 1. Como analisar a reação de dois componentes dependendo das concentrações dos componentes (este guia)
Conteúdo
Influência da relação epóxi/amina na taxa de cura
Carregar o projeto de dados de amostra
Criar modelo cinético para diferentes taxas de aquecimento e proporção fixa de epóxi/amina
Preparar o projeto para análise com diferentes concentrações
Criar modelo cinético para uma taxa de aquecimento e diferentes proporções de epóxi/amina
Criar modelo cinético com dependência da taxa de concentração
Introdução
A taxa da reação de dois componentes A+B→C depende não apenas da temperatura, mas também das concentrações dos compostos reagentes A e B. A alteração da proporção da concentração inicial leva à alteração da taxa de reação e da entalpia da reação.
Para cada proporção de concentração fixa, a análise cinética das medições de análise térmica pode ser feita de acordo com a equação de Arrhenius:
O resultado é o tripleto cinético com os valores aparentes do fator pré-exponencial A, tipo de reação f(α) e energia de ativação Ea. O tipo de reação pode conter valores aparentes de parâmetros como ordem de reação n, ordem de autocatálise m, fator pré-exponencial de autocatálise Kcat etc.
Para outras proporções de concentração fixa, a análise cinética fornece o tripleto cinético com outros parâmetros cinéticos. Podemos criar o Modelo cinéticoModelo cinético é o termo geral que contém o esquema (estrutura) das etapas individuais de reação em uma reação química de várias etapas, tipos de reação e parâmetros cinéticos dessas etapas.modelo cinético em que os parâmetros cinéticos aparentes são as funções das concentrações iniciais.
Neste "Como fazer": Será criado o modelo cinético comum que depende tanto da temperatura quanto das concentrações.
Influência da relação epóxi/amina na taxa de cura
As reações de cura são autocatalíticas e contêm parâmetros para autocatálise.
A reação de cura do sistema epóxi-amina pode ser descrita pela equação de Arrhenius com o tipo de reação autocatalítica de Kamal-Sourour. Aqui, a reação de Kamal-Sourour simplificada(https://kinetics.netzsch.com/en/f-a-q/kamal-sourour-equation-in-kinetics-neo ) Cn será usada com a mesma energia de ativação para a reação de n-ésima ordem e para a reação autocatalítica.
Aqui, os parâmetros A, n, Kcat, Ea são as funções das concentrações iniciais dos reagentes.
Carregar o projeto de dados de amostra
Início Kinetics Neo. Clique em Open (Abrir ) no menu do lado esquerdo e, em seguida, selecione Samples (Amostras).
Selecione o diretório DSC_Epoxy+Amine_Concentrations e o arquivo de dados DSC_Epoxy+Amine_Concentrations_Data.kinx2
Abrir arquivo com dados DSC_Epoxy+Amine_Concentrations_Data.kinx2. O processo de cura exotérmica é apresentado aqui como picos negativos.
Esse projeto cinético contém 12 fontes de dados. As primeiras 4 delas estão marcadas e são mostradas no gráfico. Elas são as medições de DSC em que as concentrações de epóxi/amina são 1:1, o que é observado nos nomes das fontes de dados.
As próximas quatro medições com nomes que começam com "1_2" têm concentrações de epóxi/amina de 1:2, e as últimas quatro medições que começam com "2_1" têm concentrações de epóxi/amina de 2:1.
Criar modelo cinético para diferentes taxas de aquecimento e proporção fixa de epóxi/amina
Na seção Model Based (Baseado em modelo ) do painel Project (Projeto), clique em Add New (Adicionar novo ) para criar o novo modelo. Em seguida, no painel Propriedades, adicione Descrição "1:1" e selecione Cn para Tipo de reação A→B:
No painel Properties (Propriedades ), role para baixo até a seção Model Operation (Operação do modelo ) e clique em Optimize (Otimizar ) para ter um modelo cinético para a proporção de concentração fixa 1:1.
Preparar o projeto para análise com diferentes concentrações
Para o projeto atual, vá para File-Project (Arquivo-Projeto ) e marque Use External Parameter (Usar parâmetro externo).
Selecione Concentration Ratio (Razão de concentração), digite Molar Ratio (Razão molar) para Units (Unidades) e digite Epoxy (Epóxi) e Amine (Amina) para os nomes dos reagentes:
Em Source Data (Dados de origem ), mostre todas as fontes de dados.
Selecione um arquivo de fonte de dados que contenha 1_2 no nome do arquivo e defina Concentrações como 1:2.
Repita isso para todos os arquivos de fonte de dados denominados 1_2.
Para os arquivos com 2_1, defina as concentrações como 2:1.
Selecione Source Data para mostrar todas as curvas experimentais. A legenda deve conter a proporção de concentração para cada medição.
Criar modelo cinético para uma taxa de aquecimento e diferentes proporções de epóxi/amina
Em Data Source, selecione apenas as medições com taxa de aquecimento de 10K/min. Desmarque as medições com outras taxas de aquecimento.
Crie a cópia do modelo 1:1 clicando com o botão direito do mouse.
Defina o nome do novo modelo 10K/min e clique na caixa de seleção Depends on Concentrations (Depende das concentrações):
Agora o número de parâmetros aumentou. Temos a ordem de reação do segundo reagente, o parâmetro kMassToMol é responsável pelo recálculo da proporção de massa para a proporção de mol, kEnthalpy ajuda a calcular a alteração da Enthalpy com a alteração das concentrações e nConcentration é responsável pela movimentação de toda a curva (como na cinética em diferentes pressões):
No painel Properties (Propriedades ), role para baixo até a seção Model Operation (Operação do modelo ) e clique em Optimize (Otimizar ) para ter um modelo cinético para uma taxa de aquecimento fixa de 10K/min e diferentes proporções de concentração:
Criar modelo cinético com dependência da taxa de concentração
Em Dados de origem, mostre todas as fontes de dados.
Crie a cópia do modelo 10K/min clicando com o botão direito do mouse, como foi feito anteriormente.
Defina o nome do novo modelo: All measurements (Todas as medições).
Para otimizar os parâmetros no Painel de propriedades, vá para a seção Model Operation (Operação do modelo ) e clique em Optimize (Otimizar):
Aqui, o R² é 0,999.
Esse modelo cinético pode descrever a dependência da taxa de cura em relação à temperatura e às concentrações iniciais dos reagentes. Esse método pode ser usado tanto para a razão mol quanto para a razão de massa como dados de entrada.
Esse modelo pode ser usado agora para a previsão das taxas de reação para um determinado perfil de temperatura e em diferentes proporções de concentração de reagentes. Se o modelo for baseado em medições com diferentes proporções de mol, a previsão poderá ser feita para a nova proporção de mol. Se o modelo for baseado em diferentes proporções de massa, a previsão poderá ser feita para a nova proporção de massa dos reagentes.