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Fusão e cristalização
A mudança do estado de agregação de um sólido para líquido é conhecida como fusão. Neste processo, o calor fornecido é utilizado para dissolver a rede cristalina, a temperatura do material permanece constante durante todo o processo de fusão. Existe, portanto, uma temperatura de fusão definida.
A inversão desta transição de fase de primeira ordem, a mudança do estado amorfo-líquido da fusão para o estado cristalino , é designada por cristalização. É um processo controlado cineticamente e depende principalmente da nucleação. É por isso que a Por isso, a temperatura de cristalização é sempre inferior à temperatura de fusão, controlada termodinamicamente .
Transição vítrea
Os materiais não cristalinos, como os polímeros, por outro lado, apresentam uma transição vítrea. Nesta área, os polímeros total ou parcialmente amorfos passam do estado altamente viscoso ou borrachoso e flexível para o estado vítreo ou duro-elástico e quebradiço.
Para caraterizar a transição vítrea, a temperatura de transição vítrea Tg é especificada, na qual metade da variação da capacidade térmica específica é atingida. Também é conhecida como a temperatura de transição vítrea ou temperatura de amolecimento.
A transição térmica vítrea é observada quando uma massa fundida não cristalizável é sobrearrefecida. Isto “congela” os chamados movimentos moleculares cooperativos, tais como rearranjos de segmentos da cadeia principal, rotações da cadeia lateral e rotações do grupo final. Isto resulta em mudanças abruptas nas propriedades mecânicas e termodinâmicas, tais como módulo de elasticidade capacidade térmica específica e coeficiente de expansão térmica .
A taxa de arrefecimento tem uma influência decisiva na temperatura de transição vítrea. Se a massa fundida for arrefecida rapidamente, obtém-se uma temperatura de transição vítrea mais elevada. Se a taxa de arrefecimento for infinitamente lenta, não há transição vítrea, uma vez que não se formam áreas parciais amorfas.
Muitos plásticos comuns são semi-cristalinos: têm, portanto, uma temperatura de transição vítrea abaixo da qual a fase amorfa congela. Ao mesmo tempo, também têm uma temperatura de fusão na qual a fase cristalina se dissolve.
Os polímeros podem ser caracterizados com base na transição vítrea
Como cada plástico tem uma transição vítrea específica, este é um parâmetro importante para caraterizar o material. Por isso, a determinação da temperatura de transição vítrea é frequentemente utilizada em análise térmica por exemplo, para poder fazer afirmações sobre a estabilidade dimensional de um polímero sob a influência do calor.
Os elastómeros, por exemplo, só são utilizados na gama elástica da borracha, ou seja, acima da temperatura de transição vítrea. Em contrapartida, os termoplásticos amorfos só são utilizados abaixo da Tg.
Como a transição vítrea depende do tipo de plástico e do seu fabrico, a informação sobre as alterações no material pode ser obtida através da determinação da Tg.
- Estrutura química, quanto mais flexível for a cadeia principal, menor será a Tg
- Massa molar, Tg aumenta com o aumento da massa molar
- a orientação molecular, por exemplo, em folhas, aumenta a Tg
- Ligação em rede, com um grau crescente de ligação em rede Tg
- Plastificante, com o aumento do teor de plastificante Tg
Além disso, a temperatura de transição vítrea fornece informações sobre a físico envelhecimento dos plásticosque ocorre como um pico de relaxamento de entalpia em medições DSC.
As misturas de polímeros também podem ser caracterizadas utilizando a Tg. Se os polímeros não forem miscíveis, os componentes individuais são separados por fases, de modo a coexistirem e poderem ser medidas várias transições vítreas. Uma comparação com os componentes puros pode fornecer informações sobre as proporções e a qualidade do processo de mistura.
