Stabilité Thermique

Un matériau est thermiquement stable s´il ne se décompose pas sous l´influence de la température. Une manière de déterminer la stabilité thermique d´une substance est d´utiliser un analyseur thermogravimétrique (ATG).

La norme ASTM E2550 décrit la stabilité thermique d´un matériau comme la « température à laquelle le matériau commence à se décomposer ou à réagir, ainsi que le changement de masse, déterminés par thermogravimétrie. » Elle ajoute que « l´absence de réaction ou de décomposition est utilisée comme un indicateur de stabilité thermique ».

Exemple: Détermination de la stabilité thermique de l´Aspirine®

La figure 1 montre la courbe TG de l’acide acétylsalicylique (mieux connu sous le nom d´Aspirine®) pendant une chauffe jusqu´à 600°C sous atmosphère d´azote. Pour plus d´informations sur le mécanisme de décomposition de l´acide acétylsalicylique, cliquez ici.

Deux étapes de perte de masse sont détectées sur la courbe TG (ligne continue). Chacune de ces étapes est évaluées avec la détermination de:

  • La température caractéristique à laquelle la perte de masse a lieu
  • L´étendue du changement de masse pendant l´étape

Théoriquement, trois températures caractéristiques peuvent être affichées pour une étape de perte de masse :

  • La température du pic de la courbe DTG (dérivée 1ère de la courbe TG, ligne pointillée)
  • La température extrapolée Onset selon la norme ISO 11358-1. C’est le point d’intersection entre la tangente de la ligne de base de la courbe TG et la tangente au point de la vitesse maximale de perte de masse (point d’inflexion de la dérivée DTG)
  • La température Onset selon la norme ASTM E2550. C’est le point de la courbe TG où la déflexion à partir de la ligne de base établie avant l’effet thermique est observée

Dans l’exemple présenté, la première perte de masse se produit aux températures caractéristiques suivantes:

  • 161°C (pic de la courbe DTG, figure 1),
  • 143°C (température extrapolée Onset de la courbe TG, figure 1) ou
  • 102°C (température Onset selon la norme ASTM E2550, figure 2). Cette dernière valeur est utilisée pour évaluer la stabilité thermique de l’échantillon testé d’acide acétylsalicylique.
Figure 1. Courbe TG de l’acide acétylsalicylique, masse échantillon: 5.18 mg, creuset: alumine (ouvert), chauffe jusqu’à 600°C à 10°C/min sous atmosphère dynamique d’azoteFigure 1. Courbe TG de l’acide acétylsalicylique, masse échantillon: 5.18 mg, creuset: alumine (ouvert), chauffe jusqu’à 600°C à 10°C/min sous atmosphère dynamique d’azote
Figure 2. Courbe TG de l’acide acétylsalicylique, zoom de la figure 1. Selon la norme ASTM E2550, la courbe TG doit être zoomée sur une échelle de 1 à 2% de perte de masse pour la détermination de la température Onset.Figure 2. Courbe TG de l’acide acétylsalicylique, zoom de la figure 1. Selon la norme ASTM E2550, la courbe TG doit être zoomée sur une échelle de 1 à 2% de perte de masse pour la détermination de la température Onset.

Merci de notre que cette méthode est limitée aux matériaux qui réagissent ou se décomposent dans la gamme de température sélectionnée; elle ne peut pas être utilisée pour la sublimation ou la vaporisation.

 

Remarques concernant les conditions opératoires:

Comme les résultats sont influencés par la masse de l’échantillon, l’atmosphère (gaz et débit), la vitesse de chauffe et le type de creuset, il est crucial de définir les conditions opératoires. Pour les mêmes raisons, les résultats de 2 échantillons ne peuvent être comparés que si les mesures ont été effectuées sous des conditions opératoires identiques.

Les conditions opératoires suivantes sont recommandées:

  1. Masse échantillon: entre 1 et 10 mg, par exemple, 5 mg
  2. Vitesse de chauffe: 10 à 20°C/min (plus faible pour des réactions énergétiques: 1 à 10°C/min)
  3. Débit du gaz de balayage: 20 à 100 ml/min

Dans l’exemple présenté, la stabilité thermique est donnée à 102°C pour une mesure sur un échantillon d’acide acétylsalicylique sous atmosphère dynamique d’azote (débit: 40 ml/min), avec 5 mg d’échantillon dans un creuset en alumine ouvert et à une vitesse de 10°C/min.

 


Méthodes associées

TGA