Study of the reaction kinetic of the thermal degradation of polymer

• Auteur / Autrice : Jaroslav Blaz̆ek
• Direction : Didier Lecomte, Petr Buryan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique et transferts - Systèmes et procédés
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT en cotutelle avec Fakulta technologie ochrany prostředí (Prague, République Tchèque)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cinétique chimique

Thermogravimétrie

Polymères

Pyrolyse

Résumé

L'objet de cette étude porte sur l'évaluation des paramètres cinétiques de la pyrolyse des polymères individuels. Les polymères étudiés ont été les polymères ''naturels'' et les polymères ''industriels''. Comme polymères naturels, la lignine et la cellulose ont été choisies ; les polymères industriels ont été l'EVA, le PVC et le PS. Les spectres IRTF des gaz émis pendant la pyrolyse ont été étudiés, sous la pression atmosphérique, dans le domaine des températures 20-1000°C. L'évolution de différents produits dans les étapes spécifiques des expériences a été comparée avec les schémas théoriques et les observations trouvées dans la littérature. Une concordance satisfaisante a été constatée. Les résultats des essais ont été évalués par la méthode intégrale de Ozawa-Flynn-Wall (variante de Popescu). Les valeurs de sortie de cette méthode sont l'énergie d'activation Ea et le facteur préexponentiel A qui présentent une bonne concordance avec les paramètres cinétiques de référence. Les paramètres cinétiques principaux trouvés, par ex. Pour l'EVA, le polymère le plus largement étudié, sont (pour l'EVA à 25 % du VA, montée en température allant de 1 à 30 K. Min-1) : Ea = 194 kJ. Mol-1 pour la première étape de dégradation, Ea = 317 kJ. Mol-1 pour la seconde étape de dégradation. Une étude détaillée de la pyrolyse des mélanges binaires de l'EVA avec le PVC, le PS et la Cellulose, couplée avec l'analyse IRTF des gaz émis, a contribué à une meilleure maîtrise d'un procédé industriel, mis en oeuvre par le CEA.

The present work on pyrolysis of polymers was developed on laboratory scale. A thermogravimetric apparatus connected to FTIR spectrometer was used, the outputs of analyses were a set of mass loss data correlated with heating rates and a set of spectra corresponding to different moments of the degradation process. Kinetic parameters (Ea and A) were calculated by the means of the Popescu's variant of the Ozawa-Flynn-Wall integral method. A good agreement was found between calculated values and referential kinetic parameters. Another method, 'fitting' experimental curves by the means of a special MatLab programs using differential equations solvers, was applied in the case of several polymers. It was used in the study of pyrolysis of individual polymers and their mixtures, and it did - together with examination of results from FTIR analysis - yield results that were applied on industrial niveau. The polymers used were two “natural polymers”, lignin and cellulose, and industry polymers: PVC, EVA, PS. In comparisons with reference kinetic parameters, a good accordance was observed in most cases. Principal results for the polymer examined most in detail, i. E. EVA (e. G. With 12 % of VA in molecules; 1-30 K. Min-1), are: Ea = 200 kJ. Mol-1 for the 1st degradation step and Ea = 271 kJ. Mol-1 for the 2nd degradation step. .