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¿Qué ocurre durante la cristalización (Tc)?


La cristalización describe la transición de una sustancia a un estado cristalino. Puede producirse desde la fase gaseosa, la fase sólida o la fase líquida. Los átomos o moléculas se organizan en una red cristalina claramente definida con estados de energía mínimos.

Tabla de contenido:

  1. Definición científica
  2. Recristalización
  3. Aplicación práctica
  4. Determinación del grado de cristalinidad

Definición científica

La cristalización, tanto en metalurgia, cerámica y vidrio como en polímeros, es el proceso durante el enfriamiento donde se forman cristalitos, ya sea por sí mismos o mediante la adición de agentes de nucleación e impurezas.

Aquí, debido a la principal aplicación de DSC, la cristalización en polímeros que forman una estructura cristalina a través de regiones de orden a largo plazo. Anteriormente, estas cadenas moleculares existían en un estado amorfo desordenado.

Además de los núcleos de cristalización, el prerrequisito para la cristalización es un fundido y, en consecuencia, una temperatura lo suficientemente alta. Cuanto más lento sea el enfriamiento, mejor se puede detectar la cristalización. Esto les da a las cadenas moleculares correspondientes más tiempo para orientarse.

Recristalización

Sin embargo, la cristalización también puede ser causada por el estiramiento debido a influencias mecánicas en estado frío. Al volver a calentar, puede ocurrir una recristalización. Esta recristalización, también llamada cristalización en frío, ocurre entre la temperatura de transición vítrea y la fusión del polímero.

La causa de esta reacción exotérmica es la mayor orientación de las cadenas como resultado del ablandamiento del material después del punto de transición vítrea. El ablandamiento permite que las cadenas moleculares vibren mejor y posteriormente se orienten para formar cristales. En el proceso, pueden formarse nuevos núcleos de cristalización y los granos de cristal existentes pueden crecer.

Aplicación práctica

En la práctica diaria de la medición DSC, la cristalización se manifiesta como un pico exotérmico. Cristalinidad, grado de cristalización y grado de cristalinidad se utilizan indistintamente en la literatura técnica e indican el porcentaje del polímero que es cristalino. En la práctica, los polímeros completamente cristalinos son de poca importancia, ya que solo pueden ser producidos mediante un recocido elaborado justo por debajo de la temperatura de fusión.

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Determinación de la cristalinidad

K = grado de cristalinidad

∆H = entalpía

∆HC = entalpía de cristalización

∆Hlit = valor de entalpía en la literatura

∆HM = entalpía de fusión

Un requisito previo para determinar el grado de cristalinidad es el conocimiento de la entalpía teórica de fusión ∆Hlit para material completamente cristalino, según:

K=∆HM/∆Hlit ∙100

El grado de cristalinidad se puede calcular en porcentaje. Al calentar la muestra por segunda vez, se puede determinar en qué medida la cristalinidad de esta muestra fue influenciada por la historia térmica y mecánica. Si ocurre un pico de recristalización durante el proceso de calentamiento, se resta de la entalpía de fusión y el resultado se divide por el valor de la literatura asociado. Esto se puede resumir como:

K=(∆HM-∆HC)/∆Hlit ∙100

Figure 1: Cold crystallization with relevant temperatures

Figura 1: Cristalización en frío con temperaturas relevantes