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Journal of thermal analysis

, Volume 3, Issue 4, pp 379–395 | Cite as

Kinetic constants of polymeric materials from thermogravimetric data

  • S. R. Urzendowski
  • A. H. Guenther
Article

Abstract

The thermal decomposition of polytetrafluoroethylene (TFE, Teflon), high and low density polyethylene (HDP and LDP), Delrin Acetal (DA), AVCO Phenolic Fiberglass (APFG), and carbon phenolic (CP), were studied by a thermogravimetric technique which utilized a constant heating rate. Loss in sample weight was recorded as a function of time or temperature from room temperature to approximately 700°. Reaction orders were established from logarithmic rate versus temperature plots. Arrhenius frequency factors and overall activation energies were determined from computerized integrations of the appropriate rate equations in which the results were treated on the basis of first-order reaction mechanisms for specific temperature regions. Zero-order mechanisms were estimated by the usual graphical methods.

Keywords

Polytetrafluoroethylene Arrhenius Frequency Factor Fiberglass Carbone Delrin 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.

Résumé

Etude de la décomposition thermique du polytétrafluoroéthylène (Teflon), du polyethylene haute et basse densité, de l'acétal Delrin, de la fibre de verre phénolique AVCO et du carbone phénolique par TG à vitesse d'échauffement constante. Enregistrement de la perte de poids en fonction du temps ou de la température, depuis la température ambiante jusqu'à 700°C environ. Détermination de l'ordre des réactions en portant le logarithme de la vitesse en fonction de la température. Détermination des facteurs de fréquence et des énergies d'activation moyennes par intégration numérique des équations de vitesse appropriées en traitant les résultats sur la base de mécanismes réactionnels du 1er ordre dans les domaines de température correspondants. Emploi des méthodes graphiques habituelles dans le cas des réactions d'ordre zéro.

Zusammenfassung

Die thermische Zersetzung von Polytetrafluoräthylen (TFE, Teflon), von Polyäthylen niedriger und hoher Dichte (HDP und LDP), von Delrin Acetal (DA), von AVCO Phenolglaswolle (APFG) und von Phenolkohle (CP) wurde thermogravimetrisch mit konstanter Aufheizgeschwindigkeit untersucht. Der Gewichtsverlust wurde als Funktion der Zeit und der Temperatur von Zimmertemperatur bis zu 700° registriert. Aus der Darstellung der Logarithmen der Reaktionsgeschwindigkeit gegen die Temperatur wurde die Reaktionsordnung ermittelt. Die Arrheniusschen Frequenzfaktoren und die Werte der durchschnittlichen Aktivierungsenergien wurden durch komputerierte Integrierung der geeigneten Geschwindigkeitsgleichungen bestimmt. In den entsprechenden Geschwindigkeitsgleichungen wurden für spezielle Temperaturgebiete die Ergebnisse aufgrund des Reaktionsmechanismus von erster Ordnung behandelt. Reaktionen nullter Ordnung wurden nach den üblichen graphischen Methoden ausgewertet.

Резюме

Термораспад политет рафторзтилена (ТФЗ, ТЗФЛОН), полизтилена c в ьсокой и низкой плотностью (Х ДП, ЛДП), Делрин Ацеталя (ДА), АВЦО фенольного фиберглаза (АПФГ) и кар бон фенолика (ЦП) изуче н методом термогравиметрии c ис пользованием постоянной скорости нагрева. Потеря веса о бразца фиксирована как функ ция времени или температ урь (от комнатной до, приблизительно, 700°). По рядок реакции определен по зависим ости логарифма скоро сти от температурн. Фактор ч астоть Аррениуса й общая знергия актив ации расчитань интег рированием на вьмислительной ма шине уравнений подходяще й скорости. Результат ь обработанн на оснований механиз ма реакции первого поря дка для определенной области температурь. Механиз м нулевого порядка оценен извес тньм графическим мет одом.

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References

  1. 1.
    S. L. Madorsky andS. Straus, J. Res. Nat. Bur. Std., 63A (1959) 261.Google Scholar
  2. 2.
    S. L. Madorsky, J. Polymer Sci., 9 (1952) 133.CrossRefGoogle Scholar
  3. 3.
    H. H. G. Jellinek, ibid., 4 (1949) 13.CrossRefGoogle Scholar
  4. 4.
    DuPont 950 Thermogravimetric Instrument Manual, Instrument Products Division. E. I. DuPont de Nemours & Co., Inc., Wilmington, Delaware.Google Scholar
  5. 5.
    J. M. Schempf, F. E. Freeberg, D. J. Royer andF. M. Angeloni, Anal. Chem., 38 (1966) 520.CrossRefGoogle Scholar
  6. 6.
    E. I. DuPont de Nemours & Co., Inc., Wilmington, Delaware.Google Scholar
  7. 7.
    AVCO Corporation.Google Scholar
  8. 8.
    General Electric Corporation.Google Scholar
  9. 9.
    D. A. Vassalo, Anal. Chem., 33 (1961) 1823.CrossRefGoogle Scholar
  10. 10.
    J. M. Assay, S. R. Urzendovsky andA. H. Guenther, “Ultrasonic and Thermal Studies of Selected Plastics, Laminated Materials and Metals”, AFWL-TR-67-91, Air Force Weapons Laboratory, Kirtland, New Mexico, 1967.Google Scholar
  11. 11.
    J. C.Siegle and L. T.Muus, Paper presented at the 130th meeting of the American Chemical Society, Atlantic City, New Jersey, 17 September 1956.Google Scholar
  12. 12.
    S. L. Madorsky, V. E. Hart, S. Straus andV. A. Sedlak, J. Res. Nat. Bur. Std., 51 (1951) 327.Google Scholar
  13. 13.
    H. C. Anderson, NAVORD Report 6774, U. S. Naval Ordinance Laboratory, White Oak, Maryland, 3 June 1960.Google Scholar
  14. 14.
    J. D. Michaelsen andL. A. Wall, J. Res. Nat. Bur. Std., 58 (1957) 327.Google Scholar
  15. 15.
    H. L.Friedman, G. E. Technical Information Series Report 59 SD 384, 19 June 1959.Google Scholar
  16. 16.
    C. R. Patrick, Tetrahedron, 4 (1958) 26.CrossRefGoogle Scholar
  17. 17.
    L. A. Wall andJ. D. Michaelsen, J. Res. Nat. Bur. Std., 56 (1956) 27.Google Scholar
  18. 18.
    W. G.Oakes and R. B.Richards, J. Chem. Soc., (1949) 2929.Google Scholar
  19. 19.
    H. H. G. Jellinek, J. Polymer Sci., 4 (1949) 13.CrossRefGoogle Scholar
  20. 20.
    S. L. Madorsky, ibid., 9 (1949) 133.Google Scholar
  21. 21.
    L. A. Wall, S. L. Madorsky, D. W. Brown, S. Straus andR. Simha, J. Am. Chem. Soc., 76 (1954) 3430.CrossRefGoogle Scholar
  22. 22.
    H. H. G. Jellinek, “Degradation of Vinyl Polymers”, Academic Press, Inc., New York, N. Y., 1955, p. 177.Google Scholar
  23. 23.
    V. D.Moiseev, Soviet Plastics (English Transl. Dec. 1963).Google Scholar
  24. 24.
    W. J. Bailey andL. Liotta, Am. Chem. Soc. Div. Polymer Chem., 5 (1964) 333.Google Scholar
  25. 25.
    N. Grassie, “The Chemistry of High Polymer Degradation Processes”, Butterworths, London, 1965, p. 5.Google Scholar
  26. 26.
    S. L. Madorsky, S. Straus, D. Thompson andL. Williamson, J. Res. Nat. Bur. Std., 42 (1949) 499.Google Scholar
  27. 27.
    R. Simha, J. Appl. Phys., 12 (1941) 569.CrossRefGoogle Scholar
  28. 28.
    C. F. Hammer, T. A. Koch andJ. F. Whitney, J. Appl. Polymer Sci., 1 (1959) 169.CrossRefGoogle Scholar
  29. 29.
    S. R. Urzendowski andA. H. Guenther, “A Thermogravimetric Study of the Kinetics of Polymer Pyrolysis”, AFWL TR 69-46, Air Force Weapons Laboratory, Kirtland AFB, New Mexico, 1969.Google Scholar
  30. 30.
    S. R. Urzendowski, A. H. Guenther andJ. R. Assay, Analytical Calorimetry, Volume I, edited by R. S. Porter and J. F. Johnson, Plenum Press, New York, N. Y., 1968, p. 119.Google Scholar
  31. 31.
    S. R. Urzendowski andA. H. Guenther, Analytical Calorimetry, Volume II, edited by R. S. Porter and J. R. Johnson, Plenum Press, New York, N. Y., 1970, p. 77.Google Scholar
  32. 32.
    S. R. Urzendowski andA. H. Guenther, Thermal Analysis, Volume I, edited by R. F. Schwenker, Jr. and P. D. Garn, Academic Press, New York, N. Y., 1969, p. 493.Google Scholar

Copyright information

© Wiley Heyden Ltd., Chichester and Akadémiai Kiadó, Budapest 1971

Authors and Affiliations

  • S. R. Urzendowski
    • 1
  • A. H. Guenther
    • 1
  1. 1.Air Force Weapons LaboratoryKirtland Air Force BaseAlbuquerqueUSA

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