¿Qué mide el análisis termogravimétrico TGA?

El desarrollo de nuevos materiales y su análisis de calidad conforman los pilares más importantes para dar valor añadido a un producto y diferenciarlo en el mercado. Para ello, es indispensable realizar pruebas de calidad que nos permitan asegurar que asegurar que todo es correcto. Los ensayos de caracterización físico-químicos, que nos aportan información el comportamiento de los materiales cuando se someten a diferentes condiciones ambientales.

En ATRIA, realizamos análisis TGA para estudiar la estabilidad térmica y la composición de materiales. Esta técnica permite conocer cómo se comporta un material frente a la temperatura y detectar pérdidas de masa por descomposición o volatilización. Si necesitas caracterizar tus materiales con precisión, ¡Contacta con nosotros!

En este blog vamos a explicar en detalle uno de los test de caracterización físico-químicas más interesantes que utilizamos en nuestros proyectos: el Análisis termogravimétrico conocido como TGA.

¿Cómo funciona el equipo de análisis termogravimétrico TGA?

En el análisis termogravimétrico TGA, se estudia la variación de masa de un material cuando es sometido a un proceso controlado de aumento de temperatura. Para ello, el equipo de TGA se compone de una balanza de precisión, en la cual se pesa la muestra de forma continua mientras ésta se calienta, en presencia de un gas oxidante o un gas inerte.

Muchos sólidos, cuando se calientan, experimentan reacciones que generan subproductos gaseosos. En el TGA, estos subproductos gaseosos se eliminan y se registran los cambios en la masa restante de la muestra. Se emplean comúnmente tres variaciones:

• TGA dinámico: la temperatura aumenta con el tiempo a medida que se registra la masa. Su principal aplicación es valuar cómo se comporta la materia con el aumento de temperatura y analizar diferentes componentes que tengan diferente resistencia a la temperatura.
• TGA estático: la temperatura se mantiene constante mientras se mide la masa. Su principal uso es para analizar una descomposición que ocurre a una temperatura determinada o para estudiar la resistencia de un material a una temperatura determinada.
• TGA cuasiestático: la muestra se calienta en intervalos de temperatura sucesivos, con etapas isotermas alternas hasta que se da la estabilización de la masa de la muestra. Este test se utiliza para evaluar los posibles productos de descomposición y caracterizar mejor la forma en que se descomponen a diferentes.

¿Cómo se realiza una medida de análisis termogravimétrico TGA?

Para llevar a cabo una medida de análisis termogravimétrico, el primer paso es tomar una muestra del material que queremos analizar. En el caso de que queramos analizar el comportamiento de los compuestos volátiles que componen la muestra, es necesario que la masa de la muestra sea estable a temperatura ambiente. Si el objetivo de nuestro análisis es evaluar el estado de la muestra altas temperaturas, no se tendrán en cuenta los componentes volátiles.

Tras ello, es necesario definir un programa de temperatura que se adapte a nuestras necesidades. Por ejemplo, si nuestro objetivo es evaluar la temperatura de eliminación de compuestos volátiles de una pintura, será importante poner una tasa de aumento de temperatura no muy elevada para observar con mayor precisión las variaciones de masa.

Por otro lado, si nuestro objetivo es evaluar la cantidad de aditivo inorgánico en una muestra polimérica, nuestro foco lo pondremos en alcanzar una temperatura lo suficientemente elevada para eliminar totalmente la componente orgánica de la muestra.

¿Para qué sirve un análisis termogravimétrico TGA?

Tal y como hemos indicado anteriormente, el análisis termogravimétrico es una potente herramienta de análisis de muestras, desde el punto de vista del desarrollo de un nuevo material, así como desde el punto de análisis de calidad de un producto y analizar sus posibles defectos. Por ello, es importante señalar las diferentes aplicaciones de este tipo de análisis:

• Evaluar la temperatura de descomposición de un material. Este es uno de los usos más comunes ya que nos permite definir la resistencia del material con los aumentos de temperatura que pueda experimentar. Esta información nos ofrece información sobre la calidad de un producto o sobre el perfil termogravimétrico del mismo para test complementarios.
• Evaluar cambios de fase y resistencia térmica de los componentes de nuestra muestra. Otro de los usos ampliamente estudiado de los análisis termogravimétricos someter a la muestra a rampas de temperatura con ratios de aumento de temperatura pequeños para evaluar el estado de la misma a diferentes temperaturas.
• Evaluar la presencia de componentes inorgánicos. Uno de los usos más importantes cuando queremos saber el porcentaje de materia inorgánica de un material es realizar un test termogravimétrico. Para ello, definiremos un programa de temperatura que nos permita descomponer toda la materia orgánica, asegurándonos que la medida de la masa residual que obtenemos sea correspondiente únicamente a los componentes inorgánicos tales como aditivos o pigmentos, entre otros.
• Evaluar la presencia de diferentes componentes orgánicos. En este caso, siempre y cuando tengamos componentes orgánicos con diferentes temperaturas de descomposición térmica, podremos diferenciar y cuantificar las cantidades de diferentes compuestos que conformen nuestra muestra.

Aplicaciones de análisis termogravimétrico TGA

El análisis termogravimétrico es ampliamente utilizado en laboratorios de análisis de materiales. Por ello, sus aplicaciones pueden encontrarse en un gran rango investigaciones industriales y científicas. A continuación, os exponemos alguna de las aplicaciones más interesantes:

• Resistencia térmica de un termoplástico que compone un material que alcanza altas temperaturas. En este caso, el cliente nos presentó el problema de uno de sus productos. Previamente a la aparición del defecto, se cambió de materia prima en la fabricación del producto y mediante el análisis termogravimétrico se encontró que su degradación se daba a temperaturas más bajas que el modelo de producto utilizado anteriormente.
• Desarrollo de nuevos materiales poliméricos. En este caso, el análisis termogravimétrico se presenta como una herramienta de calidad complementaria a otros test, ya que se observó la cantidad de aditivo inorgánico adicionado y su correlación con la resistencia a diferentes test de laboratorio.
• Análisis del comportamiento de una pintura durante su aplicación. En este caso particular, el análisis termogravimétrico se utilizó como una herramienta fundamental en la comprensión del proceso de curado de una pintura. A través del mismo, se pudo evaluar como cambiaba la fase de la pintura y a qué temperatura se evaporaban los compuestos más volátiles. Diferenciando finalmente, los compuestos orgánicos poliméricos que le daban consistencia a la pintura, así como su temperatura de degradación.

Ventajas y limitaciones del análisis termogravimétrico TGA

Las principales ventajas del análisis termogravimétrico son:

• Alta fiabilidad de los resultados, ya que se compone de una balanza con de alta precisión para detectar los cambios de masa.
• Amplia variedad de usos gracias a la fácil definición de programas de temperatura.
• Puede acoplarse con otras técnicas, dando lugar a información combinada como por ejemplo FTIR o GC-MS.

Las principales desventajas del análisis termogravimétrico son:

• Únicamente se analiza cambios de masa en la muestra, no se puede analizar cambios de fase cristalina.
• No permite diferenciar entre materiales que presenten la misma temperatura de descomposición térmica.
• Es necesario tener experiencia en la interpretación de las señales obtenidas.

Nuestro servicio de análisis termogravimétrico TGA

En ATRIA, el análisis termogravimétrico TGA es una de las herramientas de calidad utilizada por excelencia. Como hemos explicado en el post, debido a su amplio abanico de aplicaciones, la integramos en muchos de nuestros proyectos. Por ejemplo, proyectos donde tenemos que evaluar el correcto desarrollo de un material, evaluar la calidad de productos finales o como un eslabón de la cadena de caracterizaciones que nos permiten aplicar la llamada ingeniería forense para definir y solventar fallos de producción.

Por ello, os animamos a que contactéis con nosotros cuando necesitéis conocer más información acerca de vuestro producto, independientemente en la fase de desarrollo que se encuentre.

¿Quieres realizar análisis termogravimétricos en alguno de tus Proyectos? ¡Contacta con nosotros!