Introdução
Os tubos de polietileno de alta DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade (PEAD) são amplamente utilizados em vários setores, inclusive na distribuição de água, no transporte de gás e em aplicações industriais, devido às suas excelentes propriedades mecânicas, resistência química e durabilidade de longo prazo. No entanto, sua vida útil é altamente dependente da resistência à degradação oxidativa, que pode levar à fragilização, à perda de resistência mecânica e, por fim, à falha do material.
A avaliação da estabilidade oxidativa é fundamental para prever o desempenho de longo prazo dos tubos de HDPE, especialmente aqueles expostos a condições ambientais desafiadoras, como temperaturas. Um dos métodos mais eficazes para avaliar a resistência à OxidaçãoA oxidação pode descrever diferentes processos no contexto da análise térmica.oxidação de polímeros é o teste de Tempo de Indução de OxidaçãoA oxidação pode descrever diferentes processos no contexto da análise térmica.Oxidação (Tempo de indução oxidativa (OIT) e temperatura de início oxidativa (OOT)O tempo de indução oxidativa (OIT isotérmico) é uma medida relativa da resistência de um material (estabilizado) à decomposição oxidativa. A temperatura de indução oxidativa (OIT dinâmica) ou temperatura de início da oxidação (OOT) é uma medida relativa da resistência de um material (estabilizado) à decomposição oxidativa.OIT), realizado com um calorímetro de varredura diferencial (DSC). Esse método é padronizado por protocolos internacionais, incluindo ASTM D3895-19 e ASTM D6186-19 [1,2].
Este estudo tem como objetivo determinar a energia de ativação de tubos pretos de HDPE por meio de análise cinética derivada de testes Tempo de indução oxidativa (OIT) e temperatura de início oxidativa (OOT)O tempo de indução oxidativa (OIT isotérmico) é uma medida relativa da resistência de um material (estabilizado) à decomposição oxidativa. A temperatura de indução oxidativa (OIT dinâmica) ou temperatura de início da oxidação (OOT) é uma medida relativa da resistência de um material (estabilizado) à decomposição oxidativa.OIT.
Condições de medição
Para garantir a reprodutibilidade dos testes Tempo de indução oxidativa (OIT) e temperatura de início oxidativa (OOT)O tempo de indução oxidativa (OIT isotérmico) é uma medida relativa da resistência de um material (estabilizado) à decomposição oxidativa. A temperatura de indução oxidativa (OIT dinâmica) ou temperatura de início da oxidação (OOT) é uma medida relativa da resistência de um material (estabilizado) à decomposição oxidativa.OIT, as amostras de HDPE foram preparadas da mesma maneira, e três medições foram obtidas [3]. O teste envolve vários estágios:
- A amostra é aquecida a uma temperatura acima do seu Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica).ponto de fusão sob um fluxo dinâmico de nitrogênio;
- Um segmento IsotérmicoOs testes com temperatura controlada e constante são chamados de isotérmicos.isotérmico é mantido por 3 minutos sob uma atmosfera de nitrogênio;
- O gás da atmosfera é trocado de nitrogênio para oxigênio.
O término do teste é marcado pelo início da degradação. Isso é identificado automaticamente por meio da utilização do software de medição Proteus®. As condições de medição estão resumidas na tabela 1.
| Instrumento | NETZSCH DSC, versão para baixa temperatura |
|---|---|
| Cadinho | Concavus® Al, aberto |
| Massa da amostra | 9.90 a 10,10 mg |
| Temperatura isotérmica | 200, 205, 210, 215, 220 e 225°C |
| Taxa de gás de purga (N2) | 50 ml/min |
| Atmosfera | O2/N2 |
Resultados da medição
A Figura 1 mostra os resultados do teste. O pico EndotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é endotérmica se for necessário calor para a conversão.endotérmico detectado durante o aquecimento é devido à Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão do tubo preto de polietileno de alta DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade. O tempo de indução de OxidaçãoA oxidação pode descrever diferentes processos no contexto da análise térmica.oxidação (Tempo de indução oxidativa (OIT) e temperatura de início oxidativa (OOT)O tempo de indução oxidativa (OIT isotérmico) é uma medida relativa da resistência de um material (estabilizado) à decomposição oxidativa. A temperatura de indução oxidativa (OIT dinâmica) ou temperatura de início da oxidação (OOT) é uma medida relativa da resistência de um material (estabilizado) à decomposição oxidativa.OIT) foi determinado pela avaliação do início extrapolado da OxidaçãoA oxidação pode descrever diferentes processos no contexto da análise térmica.oxidação em medições com diferentes segmentos isotérmicos. Um claro aumento no Tempo de indução oxidativa (OIT) e temperatura de início oxidativa (OOT)O tempo de indução oxidativa (OIT isotérmico) é uma medida relativa da resistência de um material (estabilizado) à decomposição oxidativa. A temperatura de indução oxidativa (OIT dinâmica) ou temperatura de início da oxidação (OOT) é uma medida relativa da resistência de um material (estabilizado) à decomposição oxidativa.OIT foi observado com a diminuição das temperaturas do segmento IsotérmicoOs testes com temperatura controlada e constante são chamados de isotérmicos.isotérmico: 9,1 min a 225°C, 13,5 min a 220°C, 20,3 min a 215°C, 31,7 min a 210°C, 48,7 min a 205°C e 74,1 min a 200°C. Essa tendência mostra uma OxidaçãoA oxidação pode descrever diferentes processos no contexto da análise térmica.oxidação mais lenta em temperaturas mais baixas.
Análise cinética Medições de OIT
O software Kinetics Neo é usado para determinar os parâmetros cinéticos para prever a vida útil isotérmica.
As medições da análise cinética são realizadas em várias temperaturas isotérmicas, conforme ilustrado na figura 1.
A Figura 2 apresenta um gráfico Time-to-Event que ilustra o Tempo de indução oxidativa (OIT) e temperatura de início oxidativa (OOT)O tempo de indução oxidativa (OIT isotérmico) é uma medida relativa da resistência de um material (estabilizado) à decomposição oxidativa. A temperatura de indução oxidativa (OIT dinâmica) ou temperatura de início da oxidação (OOT) é uma medida relativa da resistência de um material (estabilizado) à decomposição oxidativa. tempo de indução oxidativa (Tempo de indução oxidativa (OIT) e temperatura de início oxidativa (OOT)O tempo de indução oxidativa (OIT isotérmico) é uma medida relativa da resistência de um material (estabilizado) à decomposição oxidativa. A temperatura de indução oxidativa (OIT dinâmica) ou temperatura de início da oxidação (OOT) é uma medida relativa da resistência de um material (estabilizado) à decomposição oxidativa.OIT) de um tubo de HDPE preto em função da temperatura. Os valores de Tempo de indução oxidativa (OIT) e temperatura de início oxidativa (OOT)O tempo de indução oxidativa (OIT isotérmico) é uma medida relativa da resistência de um material (estabilizado) à decomposição oxidativa. A temperatura de indução oxidativa (OIT dinâmica) ou temperatura de início da oxidação (OOT) é uma medida relativa da resistência de um material (estabilizado) à decomposição oxidativa.OIT são normalmente derivados de testes de Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) (figura 1).
Uma análise cinética das medições de OIT em amostras de tubos pretos de HDPE para polímeros fundidos sob diferentes condições isotérmicas foi realizada usando o modelo Isothermal Arrhenius sem modelo de acordo com o método E da ASTM E 2070-23 [4] (figura 3). A análise produziu um gráfico de Log(time-to-event) versus o inverso da temperatura com uma curva de ajuste linear.
Para a determinação dos parâmetros cinéticos, a energia de ativação e o fator pré-exponencial foram derivados da inclinação e da interceptação do ajuste linear. O cálculo do fator pré-exponencial pressupõe uma reação de primeira ordem e que o evento ocorre em uma conversão de 5%. Os parâmetros cinéticos foram determinados pelo software Kinetics Neo para o Tempo de Indução de OxidaçãoA oxidação pode descrever diferentes processos no contexto da análise térmica.Oxidação (OIT).
Os parâmetros cinéticos (tabela 2) foram determinados pelo software Kinetics Neo para o Tempo de Indução de OxidaçãoA oxidação pode descrever diferentes processos no contexto da análise térmica.Oxidação (OIT).
Tabela 2: Parâmetros cinéticos
| Log (fator pré-exponencial) | 13.3 Log (1/s) |
|---|---|
| Ea (energia de ativação) | 165 kJ/mol |
| Coeficiente de determinação (R²) | 0.9999 |
A aplicação desses resultados cinéticos facilita a previsão da vida útil de uma fase líquida em diferentes temperaturas.
Essa previsão baseia-se na extrapolação do gráfico de Arrhenius (Figura 3), em que a linha reta é estendida para temperaturas mais baixas, correspondendo a um aumento no valor de 1/T.
Previsão de simulação do tempo de vida isotérmico
A Figura 4 mostra os resultados do gráfico de Arrhenius. Essa curva é um gráfico extrapolado para diferentes temperaturas isotérmicas para amostras de tubos pretos de HDPE. As medições foram realizadas em temperaturas acima da Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). temperatura de fusão do polímero. Consequentemente, a previsão foi calculada para polímeros fundidos. No entanto, uma extrapolação do gráfico de Arrhenius para temperaturas mais baixas pode facilitar uma comparação do comportamento do polímero, com base na estimativa da Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se não se decompõe sob a influência da temperatura. Uma maneira de determinar a estabilidade térmica de uma substância é usar um TGA (analisador termogravimétrico). estabilidade térmica, quando o mesmo sistema estabilizador é utilizado [5].
Conclusão
O teste OIT oferece um método rápido e eficaz para caracterizar a estabilidade oxidativa dos polímeros e comparar seu desempenho termo-oxidativo. Uma análise cinética abrangente é obtida por meio da combinação de medições NETZSCH DSC com o software NETZSCH Kinetics Neo para a determinação de parâmetros cinéticos usando o Arrhenius IsotérmicoOs testes com temperatura controlada e constante são chamados de isotérmicos.isotérmico.
Além disso, uma comparação dos gráficos de Arrhenius de vários polímeros que contêm o mesmo estabilizador pode facilitar a determinação do polímero que apresenta alta estabilidade sob as mesmas condições.