소개
온도 변조 열 중량 분석은 직접적인 방식으로 활성화 에너지를 결정하기 위해 변조된 온도 조건에서 열 중량 측정을 하는 것을 말합니다. 온도 변조 TGA 실험의 경우 온도는 기본 선형 가열 속도와 온도 진동의 합입니다. 온도 진동의 진폭은 일반적으로 5K에서 10K까지 다양합니다. 이 변화는 일반적인 온도 진폭이 약 0.5K인 변조 DSC보다 훨씬 높습니다. 기간은 일반적으로 60초에서 300초, 기본 가열 속도는 1K/min에서 20K/min입니다. 주요 운동 방정식은 다음과 같습니다
여기서 α는 변환 정도, t는 시간, Z는 지수, Ea는 활성화 에너지, R은 기체 상수, T는 (절대) 온도입니다.
폴리스티렌(PS) 측정 - 매개변수 및결과
화학 반응은 온도가 높을수록 빠르게 진행되고 온도가 낮을수록 느리게 진행됩니다. 따라서 고온 진폭으로 온도를 변조하면 반응 속도의 진동이 발생합니다. 이러한 진동은 폴리스티렌, PS의 분해에 대한 DTG 곡선에서 잘 볼 수 있습니다(그림 1).
이 측정은 TG 209 F1 Libra® 를 사용하여 200초 동안 2K/min의 가열 속도와 5K의 진폭으로 수행되었습니다. 빨간색 곡선은 변조 및 기본 온도, 녹색 곡선은 변조 및 기본 TGA, 검은색 곡선은 변조 및 기본 DTG입니다. 기본 곡선은 한 기간의 평균으로 계산됩니다.
활성화 에너지 계산
DTG 곡선의 진폭은 푸리에 분석으로 찾을 수 있으며, 이는 기본 DTG 곡선에 비례합니다(그림 3 참조). 이 DTG 진폭은 화학 반응의 활성화 에너지에 따라 달라집니다. 따라서 활성화 에너지 Ea는 다음 방정식의 기본 DTG의 절대값인 DTG 진폭 ADTG와 온도 진폭 AT로부터 직접 계산할 수 있습니다:
Ea =ADTG/(AT * |DTGunderlying|) * R*T2 (2)
활성화 에너지의 값은 각 개별 반응 단계마다 거의 일정합니다. 폴리스티렌의 경우, 방정식 (2)에 의해 계산된 이 값은 5%에서 95%까지의 전환에 대해 거의 일정하며(그림 4 참조), 여기서 활성화 에너지는 184.8kJ/몰, 사전 지수 계수는 12.17 log(1/s)입니다.
Proteus® 소프트웨어를 사용하면 세 가지 방법에 따라 활성화 에너지를 계산할 수 있습니다: ASTM E2958과 선형 및 비선형[1]의 두 가지 더 정확한 방법.
