Aplicación de modelos matemáticos para el estudio de degradación térmica de polímeros

Abstract

[EN] The use of mathematical models in the field of education and training is becoming increasingly common. Specifically, in Materials Engineering area, where thermal analysis techniques widely contributes to study the materials thermal decomposition. The application of kinetic methods allows obtaining some parameters that are useful for predicting the behavior of polymers under certain temperature conditions. Polymeric materials are constantly subjected to degradation processes due to its processing, reuse and/or disposal, so that studies associated with thermal degradation of these materials are of particular interest. In this sense, the application of mathematical models for understanding the phenomena of thermal degradation of polymeric materials is useful for undergraduate and research students, MSc. and PhD respectively. Mathematical models can be based on the conversion degree (Friedman, Horowitz and Metzger, Van Krevelen, Coats and Redfern) or, based on the rate of heating measurement (Flynn y Wall). Thermogravimetric analysis (TGA) is an analytical technique which determines the weight loss as a function of temperature or time, allowing to associate specific changes such degradation processes. In this work, we applied different mathematical models to study the thermal degradation of polymeric materials with the main objective that students be able to understand the differences and similarities founded in the materials behavior depending on the mathematical model used.

[ES] El empleo de modelos matemáticos en el ámbito de la educación y formación resulta cada vez más frecuente. Concretamente en el área de la Ingeniería de Materiales, donde las técnicas de análisis térmico contribuyen ampliamente al estudio de la descomposición térmica de los materiales, la aplicación de métodos cinéticos permite obtener una serie de parámetros que resultan útiles para la predicción del comportamiento de los polímeros sometidos a ciertas condiciones de temperatura. Los materiales poliméricos están sometidos constantemente a procesos de degradación debido a su procesado, reutilización y/o eliminación, por lo que los estudios asociados a la degradación térmica de éstos materiales cobran especial interés. En este sentido, la aplicación de modelos matemáticos para la comprensión de los fenómenos de degradación térmica de materiales poliméricos resulta muy útil para los estudiantes de segundo y tercer ciclo, Máster y Doctorado respectivamente. Los modelos matemáticos pueden ser basados en el grado de avance (Friedman, Horowitz y Metzger, Van Krevelen, Coats y Redfern) o bien, basados en la medida de la velocidad de calentamiento (Flynn y Wall). El análisis termogravimétrico (TGA) es una técnica analítica que determina la pérdida de peso como función de la temperatura o el tiempo, lo que permite asociar dichos cambios a determinados procesos de degradación. En el presente trabajo, se aplicaron diferentes modelos matemáticos para estudiar la degradación térmica de materiales poliméricos con la finalidad de que los alumnos sean capaces de interpretar las diferencias y similitudes encontradas en el comportamiento de los materiales dependiendo del modelo matemático aplicado.