Reaction Rate Analysis by Thermal Analysis

Význam tématu

Tepelná analýza spojená s analýzou rychlosti chemických reakcí nabízí rychlou a spolehlivou metodu pro předpověď stability materiálů a doby trvání reakcí při ukládání či výrobních procesech. Díky stanovení aktivační energie lze optimalizovat podmínky skladování, zrání či sušení polymerů, živic i hydrátovaných solí.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo ukázat možnost výpočtu aktivační energie a předpověď průběhu reakcí v reálném čase pro tři příklady: dekompozici PET, vytvrzování epoxidové pryskyřice a dehydrataci pentahydrátu síranu měďnatého. Pro každou vzorku byly provedeny TG-DTA a/nebo DSC měření při různých rychlostech ohřevu, následně reakční kinetika a izotermická analýza.

Použitá metodika a instrumentace

• TGA/DTA (termogravimetrie) pro sledování změny hmotnosti
• DSC (diferenciální skenovací kalorimetrie) pro sledování tepelného toku
• Reakční kinetická analýza a izotermická predikce v prostředí Shimadzu LabSolutions TA

Hlavní výsledky a diskuse

• Termická dekompozice PET: aktivační energie ~197 kJ/mol. Izotermická analýza ukázala 70% ztrátu hmotnosti za 2,7 h při 360 °C a za 138 h při 300 °C.
• Vytvrzování epoxidové pryskyřice: aktivační energie ~62,2 kJ/mol. Pro 90% konverzi vytvrzení je nutno 197 h při 20 °C.
• Dehydratace CuSO₄·5H₂O: tři etapy odstraňování molekul vody s aktivačními energiemi 127,4 kJ/mol (1. stupeň), 178,6 kJ/mol (2. stupeň) a 115,8 kJ/mol (3. stupeň).

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje rychlé a přesné stanovení kinetických parametrů reakcí, optimalizaci podmínek skladování i výrobních procesů (teplota, čas). Je využitelná v polymerním průmyslu, farmaceutické výrobě, potravinářství i dalších oblastech QA/QC.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s automatizovanými systémy pro on-line monitoring stability
• Rozšíření datových knihoven aktivačních energií pro různé materiály
• Vyšší přesnost prediktivních modelů díky strojovému učení a většímu objemu dat

Závěr

Reakční rychlostní analýza spojená s izotermickou predikcí poskytuje komplexní obraz energetické náročnosti a časového průběhu chemických procesů. Umožňuje předpovídat dlouhodobé chování materiálů z krátkodobých měření a optimalizovat technologické i skladovací podmínky.

Reference

V článku nebyly uvedeny explicitní literární reference.