Comparative study of the calculation techniques used for the determination of kinetic parameters of wood and cellulose degradation from T.G.A.

C.N.R.S. — Centre de Recherches sur la Chimie de la Combustion et des Hautes Températures, France.

Abstract

In a previous study, we had shown that the thermal degradation of wood could be described by a two-steps mechanism, the second step corresponding to the degradation of cellulose. This result had been obtained by using a simulation model taking into account several reactions to interpret the mass loss rates measured by thermogravimetric analysis (T.G.A.).

When the classical techniques of calculation of the kinetic parameters from T.G.A. experiments are employed, it is generally assumed that only one overall reaction is needed to calculate the mass loss rate, at least for one part of the thermogram. In this work, we have checked whether these techniques are able to give for the second step of the thermal degradation of wood the values obtained with pure cellulose.

Five techniques have been considered. It has been shown that the Freeman and Carroll's and the ratio methods lead to kinetic parameters common to wood and cellulose while three other techniques (maximum point, Coats and Redfern's, Broido's) give different results.

Résumé

Au cours de ce travail, nous avons comparé les méthodes utilisées couramment pour calculer les paramètres cinétiques de dégradation thermique de matériaux solides à partir de courbes d'analyse thermogravimétrique (T.G.A.).

La dégradation thermique du bois a servi de référence pour cette comparaison. En effet, une étude antérieure effectuée au moyen d'un modèle de simulation nous avait permis de montrer que la vitesse de perte de masse d'un type quelconque de bois peut être représentée au moyen d’un schéma en deux étapes, la seconde correspondant à la dégradation thermique de la cellulose. Sur cinq méthodes étudiées dans le présent travail, deux (méthodes de Freeman et Carroll, méthode du rapport) conduisent à des paramètres cinétiques communs pour la cellulose et la seconde étape de la dégradation thermique du bois. Les trois autres (méthode du maximum, de Coats et Redfern, et méthode de Broido) conduisent aux mêmes valeurs pour la cellulose mais à des valeurs différentes pour la seconde étape de la dégradation thermique du bois.