Temperatura de transición vítrea de los polímeros: Guía completa
La transición vítrea es un comportamiento comúnmente observado en los polímeros que resulta útil para muchas aplicaciones. Sin embargo, esta transición tiene lugar teniendo en cuenta muchas consideraciones, por lo que es importante conocer la temperatura de transición vítrea de los polímeros.
Si desea saber más sobre este tema, la guía que figura a continuación puede ayudarle.
¿Qué es la temperatura de transición vítrea de los polímeros?
La temperatura de transición vítrea (Tg) es aquella en la que los polímeros se transforman de un estado vítreo y quebradizo a un estado de caucho. Si te estás preguntando qué es la Tg, la Tg es una característica muy crítica del comportamiento del polímero.
Proporciona la región en la que se producen los cambios en el vidrio en cuanto a sus propiedades tanto físicas como mecánicas.
¿Qué tipo de polímeros experimentan la transición vítrea?
En la sección siguiente se analizan los tres tipos diferentes de polímeros que experimentan una transición vítrea.
1. Polímeros amorfos
Los polímeros amorfos se componen de un estado molecular aleatorio. Cuando alcanzan la Tg, los polímeros amorfos adoptan el estado vítreo, lo que los hace rígidos y quebradizos.
Cuando tienen una tg más baja, tienen espacio entre las moléculas, lo que permite el movimiento a bajas temperaturas.
Cuando aumenta la temperatura, los materiales tienden a volverse más blandos en los polímeros amorfos. Algunos de los polímeros amorfos son el PMMA, el ABS, el PVC, etc.
2. Polímeros cristalinos
Los polímeros cristalinos tienen una estructura molecular muy ordenada. No se ablandan cuando se produce un aumento de temperatura y tienen un estrecho punto de fusión.
Dicho punto de fusión suele estar por encima del rango superior del polímero amorfo. Algunos de los polímeros cristalinos son el POM, el PEEK y el PET.
3. Polímeros semicristalinos
Los polímeros semicristalinos tienen una mezcla de estructuras ordenadas y aleatorias. Las estructuras ordenadas limitan el movimiento de las cadenas poliméricas, lo que aumenta la Tg.
Ventajas e inconvenientes de los polímeros
A continuación se exponen los pros y los contras de los polímeros:
Pros
- Los polímeros son ligeros y, por tanto, adecuados para aplicaciones sensibles al peso.
- Los polímeros ofrecen flexibilidad de diseño y, por tanto, pueden moldearse con versatilidad incluso en geometrías complejas.
- Son resistentes a la corrosión y ni siquiera se deterioran por la humedad o la exposición a productos químicos.
- Los polímeros tienen excelentes propiedades de aislamiento eléctrico y, por tanto, son adecuados para el cableado y las aplicaciones electrónicas.
Contras
- Los polímeros son poco resistentes, lo que limita su uso en aplicaciones sometidas a grandes esfuerzos.
- Los polímeros son sensibles al calor, ya que suelen tener puntos de fusión bajos y pueden no ser adecuados para entornos con altas temperaturas.
- El uso de polímeros en condiciones duras o con rayos UV, a largo plazo, puede provocar su degradación.
- Ciertos polímeros son sensibles a algunas sustancias químicas, que provocan su disolución o agrietamiento.
¿Cuáles son los ejemplos de polímeros con Tg alta o baja?
Polímeros con Tg elevada
Los polímeros como el polimetacrilato de metilo y el poliestireno tienen una Tg elevada y son quebradizos y duros.
Polímeros con baja Tg
Polímeros como el poliisobutileno y el poliisopreno tienen una Tg inferior a la temperatura ambiente, por lo que son blandos y flexibles.
¿Cuál es la diferencia entre Tg y Tm?
Tg es la temperatura de transición vítrea, mientras que el punto de fusión se representa por Tm.
- La Tg define la forma en que la región amorfa del plástico semicristalino pasa de un estado similar al vidrio a un estado similar al caucho.
- Tm es la temperatura a la que las regiones cristalinas del plástico semicristalino pasan del estado sólido al líquido.
¿Cuáles son los factores que afectan a la Tg?
Algunos de los factores que afectan a la Tg son los siguientes:
Estructura química
- En un polímero formado por una cadena recta, el aumento del peso molecular disminuye la concentración en el extremo de la cadena y, por tanto, aumenta la Tg.
- Si la estructura molecular es voluminosa, se observa una disminución de la movilidad, lo que aumenta la Tg del material.
- En los casos en los que se produce un aumento de la reticulación, la movilidad del polímero disminuye, lo que aumenta la Tg.
- En caso de presencia de grupos polares, las fuerzas intermoleculares son elevadas, lo que disminuye el volumen libre y da lugar a una Tg elevada.
Adición de plastificantes
La adición de plastificantes aumenta el espacio entre las cadenas de polímeros, lo que crea espacio. Estos aumentos permiten que las cadenas se deslicen y, por tanto, se produce una disminución de la Tg.
Contenido de agua o humedad
Cuando hay un alto contenido de humedad en las cadenas poliméricas, aparece una disminución del rendimiento, lo que disminuye la Tg.
Efecto de la entropía y la entalpía
En los polímeros amorfos, el valor de entropía es alto, y en los polímeros cristalinos, es bajo; en caso de que el valor de entropía sea alto, la Tg es aún mayor.
Presión y volumen libre
Debido al aumento de la presión, el volumen libre disminuye y, por tanto, la Tg es elevada.
Otros factores que influyen en la Tg
Otros factores que influyen en la transición vítrea de los polímeros son los siguientes:
- La longitud de la cadena alquílica
- Espesor de la película
- Interacción de enlace
- Flexibilidad de la cadena polimérica
- Ramificación de las cadenas
¿Cuáles son los métodos para determinar la Tg?
Los tres métodos para determinar la Tg son los siguientes:
1. Calorimetría diferencial de barrido (DSC)
El DSC es un método termoanalítico que utiliza un calorímetro con barrido diferencial. Controla el cambio en el flujo de calor entre la referencia y la muestra en comparación con la temperatura o el tiempo.
También determina las propiedades térmicas del polímero y se utiliza para las regiones amorfas de los polímeros estables.
2. Análisis térmico diferencial (ATD)
El DTA también es un método de análisis térmico. Mide la Tg del material. El material pasa por varios ciclos de calentamiento y enfriamiento, y se determina una diferencia entre la temperatura de la muestra y la de referencia.
La temperatura se mantiene a lo largo de los distintos ciclos térmicos, lo que garantiza que el entorno de ensayo tenga unas condiciones constantes.
3. Análisis Mecánico Dinámico (AMD)
La DMA analiza la rigidez del material mediante un analizador mecánico. Se aplica una tensión mecánica a la muestra y el instrumento mide la deformación. Ayuda a evaluar la transición vítrea, el comportamiento de la rigidez y también el grado de cristalinidad.
Conclusión
La temperatura de transición vítrea es un mecanismo técnico y su comprensión es muy importante para elegir los polímeros para las distintas aplicaciones.
Puede ponerse en contacto con nosotros en DEK si tiene previsto fabricar componentes con distintos polímeros y necesita alta calidad.
Preguntas frecuentes
¿Cuáles son las unidades de la temperatura de transición vítrea?
Las unidades de temperatura de transición vítrea son Fahrenheit, Celsius y Kelvin.
¿Por qué es importante identificar la Tg de los polímeros?
La Tg determina la región en la que se produce el cambio en las propiedades físicas y mecánicas de un polímero.
¿Qué le ocurre a un polímero a la temperatura de transición vítrea?
A la temperatura de transición vítrea, el polímero cambia su estado de frágil a gomoso.
