Introduction
Les méthodes de thermogravimétrie (TGA) sont particulièrement bien adaptées à l'étude des processus de combustion. Elles permettent de tirer rapidement des conclusions sur la stabilité thermique du combustible principalement solide, ainsi que sur la température de réaction et la cinétique de combustion. En outre, il est possible de quantifier la perte de masse au cours d'une réaction de combustion et la teneur en cendres minérales non combustibles. Contrairement à d'autres réactions telles que la décomposition ou le dégagement d'humidité ou de solvants, la combustion est une réaction solide-gaz. Par conséquent, non seulement tous les paramètres habituels tels que la masse de l'échantillon, la vitesse de chauffage et le débit du gaz de purge doivent être maintenus constants, mais les résultats de la mesure sont également influencés par la surface de l'échantillon, la concentration d'oxygène et la géométrie du creuset, qui peuvent tous limiter l'accès du gaz de réaction à l'échantillon solide.
Pour approfondir cette question, une série de mesures a été réalisée avec un STA NETZSCH en utilisant différentes géométries de creuset dans des conditions par ailleurs identiques. Les différents creusets sont illustrés dans les figures 1 et 3 ; parmi eux se trouve également un creuset DTA percé qui est illustré sur une échelle agrandie dans la figure 2 [1].
Les échantillons de noir de carbone étudiés sont différents échantillons standards tels que le NIST 2975, le Printex 90, le charbon actif et les billes de carbone. Ceux-ci ont un diamètre d'environ 1 mm à 2 mm et une structure inorganique. La taille moyenne des particules des échantillons de poudre est comprise entre 20 et 50 nm.
Résultats
Pour l'étude du noir de carbone NIST 2975, les types de creusets présentés dans la figure 1 ont été utilisés. La relation entre le diamètre du creuset et le niveau de remplissage des échantillons (pour la même masse d'échantillon) est illustrée à la figure 3 et au tableau 1.
Tableau 1 : Dimensions des creusets présentés dans la figure 1
Dimensions (mm) | Plaque à emboîter | Creuset DTA creuset | CREUSET creuset | DTA creuset, percé | Mini DTA* |
|---|---|---|---|---|---|
| Ø extérieur | 10 | 8 | 8 | 8 | 5 |
| Ø intérieur | 10 | 6 | 6 | 6 | 4 |
*à titre de comparaison uniquement ; ce creuset ne fait pas partie de l'assortiment de creusets NETZSCH
En utilisant de l'oxygène comme gaz de purge, small différences entre les différentes géométries de creuset peuvent déjà être constatées en ce qui concerne la température de combustion et la vitesse de combustion (DTG) (figure 4).
Toutefois, si la concentration d'oxygène dans le gaz de purge est réduite à 20 % (figure 5) ou à 5 % (figure 6), la géométrie du creuset semble jouer un rôle de plus en plus important. Le creuset DTA percé et la plaque glissante permettent évidemment un meilleur accès de l'oxygène du gaz de réaction à l'échantillon. Cependant, plus l'accès du gaz de réaction à l'échantillon solide est difficile, plus la réaction a tendance à se déplacer vers des températures élevées et plus la vitesse de réaction (DTG) est faible. Avec un rapport de gaz de purge azote-oxygène de 95:5, le creuset DTA percé est presque aussi "rapide" que la plaque à emboîter. En ce qui concerne le comportement réactionnel, le creuset DTA percé (figure 2) et le creuset DTA court se rapprochent le plus de la plaque à emboîter, la ManipulationL'adhésivité décrit l'interaction entre deux couches de matériaux identiques (auto-adhésion) ou différents (cohésion) en termes d'adhérence de surface.manipulation des échantillons pour ces deux types de creusets étant nettement plus facile que pour la plaque à emboîter.
La dépendance des résultats par rapport à la teneur en oxygène du gaz de purge est illustrée dans la figure 7.
La comparaison des différents types de noir de carbone montre des différences significatives entre toutes les valeurs caractéristiques à déterminer telles que la stabilité thermique, la température de combustion, la vitesse de combustion et la masse résiduelle (figures 8 et 9).
Conclusion
Les mesures présentées montrent que la géométrie du creuset peut avoir une influence significative sur l'interaction entre l'échantillon et le gaz de purge. La réaction de combustion du noir de carbone a été utilisée comme exemple. Dans des conditions de mesure par ailleurs identiques, une évaluation comparative des échantillons a été possible tant que le même type de creuset était utilisé dans une série d'essais. L'effet des conditions de mesure de base, y compris le type de creuset, sur la vitesse de réaction doit toujours être pris en compte lors de la réalisation d'études cinétiques. Dans ce cas, la plaque de glissement et le creuset percé se sont avérés appropriés.