Comment tester la teneur en cendres des plastiques par analyse TGA?

Lorsqu’un plastique est brûlé, il produit de la cendre : un résidu inorganique qui contient les parties du matériau n’ayant pas été affectées par la chaleur. Ces résidus peuvent inclure des pigments, des charges et des agents de renforcement. Ces cendres peuvent influencer les caractéristiques du plastique selon leur contenu. Par exemple, si un plastique contient une charge comme du talc ou du carbonate de calcium, sa stabilité thermique et sa rigidité sont généralement augmentées. Cependant, une trop grosse quantité de charge peut diminuer la résistance du matériau. En analysant la teneur en cendres d’un plastique, il est possible de déterminer sa composition, et ainsi de comprendre comment elle peut influencer l’ensemble des propriétés du matériau. Ces connaissances peuvent ensuite être appliquées dans le cadre du contrôle qualité pour optimiser les plastiques au cours de leur développement. Cela permet de garantir que le produit final se comportera comme prévu, mais également de mieux prévoir les coûts de production du plastique en question. L’analyse thermogravimétrique (ou TGA, de l’anglais “Thermogravimetric Analysis”) peut être utilisée pour tester la teneur en cendres des plastiques. Cette technique consiste à analyser les variations de masse d’un matériau lorsque sa température change, et ainsi de fournir des informations sur les transformations qu’il peut subir. La TGA peut être appliquée aux plastiques afin de mesurer leur perte de masse à haute température, ce qui permet ensuite de déterminer la quantité de matériaux inorganiques présents. Lisez la suite de l’article pour découvrir comment l’analyse TGA permet de déterminer la teneur en cendres dans les plastiques.

Procédure étape par étape

1.      Préparation de l’échantillon

Tout d’abord, pesez un petit échantillon du matériau plastique dans un creuset de TGA taré. L’échantillon doit peser entre 10 et 50 mg. Il est suffisant d’utiliser une si petite quantité, car les instruments de TGA sont extrêmement sensibles. Il est critique de peser précisement pour garantir la fiabilité des résultats.

2.      Chauffage initial sous atmosphère inerte

Placez le creuset dans l’instrument de TGA. Une fois l’appareil chargé, programmez une montée en température sous atmosphère inerte, par exemple à l’azote. La température doit augmenter progressivement jusqu’à environ 600 à 800 °C. Cette étape permet de pyrolyser l’échantillon, et d’éliminer tous les composants organiques par décomposition thermique sans oxydation. L’atmosphère inerte empêche la combustion, ce qui garantit que seules les parties organiques se décomposent, laissant les résidus inorganiques.

3.      Atmosphère oxydante et chauffage final

Après la phase de pyrolyse, remplacez l’atmosphère inerte par une atmosphère oxydante (air ou oxygène). Augmentez ensuite la température, généralement jusqu’à environ 800 à 1000 °C. Cette étape permet d’oxyder complètement le reste des résidus, et de les transformer en cendres. L’environnement oxydant permet de s’assurer que tous les composants combustibles soient éliminés, ne laissant que la teneur en cendres inorganiques.

4.      Mesure continue du poids

Durant le processus, l’analyse TGA mesure et enregistre en permanence le poids de l’échantillon. Le thermogramme ainsi obtenu trace les variations de masse en fonction de la température ou du temps. Le poids final stabilisé, qui est atteint après le chauffage oxydant, correspond à la teneur en cendres inorganiques de l’échantillon plastique initial.

5.      Calculer la teneur en cendres

Afin de calculer la teneur en cendres, il vous faut comparer le poids du résidu final au poids initial de l’échantillon. La teneur en cendres s’exprime en pourcentage grace a la formule suivante:

\[ \text{Teneur en cendres (\%)} = \left( \frac{\text{Poids du résidu final}}{\text{Poids initial de l’échantillon}} \right) \times 100 \]

Ce pourcentage représente la quantité totale de charge inorganique ou de cendres contenue dans le plastique.

Considérations clés pour la TGA

Précision et reproducibilité

La TGA permet de mesurer rapidement et précisement la teneur totale en charges inorganiques ou en cendres dans les plastiques. Toutefois, pour améliorer sa précision, il est recommandé d’effectuer plusieurs répliques de l’échantillon. Cette approche permet de réduire la variabilité et garantit que les résultats restent cohérents et fiables.

Impossibilité de différencier les charges inorganiques

Une des limites de la TGA est son incapacité à distinguer les différents types de charges inorganiques. Même si l’analyse fournit la teneur totale en matières inorganiques, elle ne permet pas d’identifier précisément les types de charges présents. Cependant, un examen visuel du résidu de cendre après analyse peut éclairer la situation, car des charges différentes, comme les fibres de verre ou les charges minérales, ne se ressembleront pas.

Normes et protocoles

Le respect de protocoles standardisés est crucial pour obtenir des résultats fiables et reproductibles. Les tests de cendres par TGA suivent des normes comme ASTM E1131 et ISO 11358. Ces normes fournissent des directives pour la TGA sur les plastiques et les polymères. Leur application garantit que l’analyse est menée dans des conditions contrôlées, assurant ainsi la cohérence des résultats entre différents laboratoires et études.

Appliquez la TGA à vos plastiques avec les équipements de XRF Scientific

L’analyse thermogravimétrique est une technique robuste qui permet d’obtenir des informations sur les matériaux inorganiques entrant dans la composition des plastiques. Elle permet d’identifier ces composants en examinant leur stabilité thermique et les pertes de masse dans les plastiques soumis à des températures élevées. Pour en savoir plus, consultez notre guide dédié à la TGA. Si vous souhaitez vous lancer dans la TGA pour l’étude des plastiques, nous vous invitons à visiter notre site pour découvrir nos instruments. Vous y trouverez notamment le xrTGA 1100, un analyseur thermogravimétrique à haut débit, pourvu d’un carrousel pouvant accueillir jusqu’à 30 échantillons. Il peut atteindre des températures allant jusqu’à 1100 °C et bénéficie de cycles de chauffage et de refroidissement ultra-rapides. Utiliser le bon équipement facilite grandement la TGA : intégrez le xrTGA 1100 à vos recherches et explorez en profondeur les propriétés de vos plastiques!