Temperatura de transición vítrea de los polímeros: guía completa

La transición vítrea es un comportamiento habitual de los polímeros que resulta útil para muchas aplicaciones. Sin embargo, esta transición se produce con múltiples consideraciones y comprender la temperatura de transición vítrea de los polímeros es fundamental.

Si desea saber más sobre este tema, la guía a continuación puede ayudarle.

¿Qué es la temperatura de transición vítrea de los polímeros?

La temperatura de transición vítrea (Tg) es aquella a la que los polímeros pasan de un estado vítreo y frágil a un estado gomoso. Si se pregunta qué es la Tg, sepa que la Tg es una característica muy crítica del comportamiento del polímero.

Define la región en la que se producen los cambios en el vidrio en cuanto a sus propiedades físicas y mecánicas.

¿Qué tipos de polímeros experimentan la transición vítrea?

Los tres tipos diferentes de polímeros que experimentan una transición vítrea se analizan en la sección siguiente.

1. Polímeros amorfos

Los polímeros amorfos están compuestos por un estado molecular aleatorio. Cuando están a la Tg, los polímeros amorfos adoptan el estado de vidrio, lo que los hace rígidos, duros y frágiles.

Cuando tienen una Tg más baja, presentan espacio entre las moléculas, lo que permite el movimiento a bajas temperaturas.

Cuando la temperatura aumenta, los materiales tienden a ablandarse en los polímeros amorfos. Algunos de los polímeros amorfos son PMMA, ABS, PVC, etc.

2. Polímeros cristalinos

Los polímeros cristalinos tienen una estructura molecular altamente ordenada. No se ablandan cuando aumenta la temperatura y tienen un estrecho punto de fusión.

Dicho punto de fusión suele estar por encima del rango superior de los polímeros amorfos. Algunos de los polímeros cristalinos son POM, PEEK y 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 y desventajas de los polímeros

Las ventajas y desventajas de los polímeros se indican a continuación:

• Los polímeros son ligeros y, por tanto, son adecuados para aplicaciones sensibles al peso.
• Los polímeros ofrecen flexibilidad de diseño y, por tanto, pueden conformarse con versatilidad incluso en geometrías complejas.
• Son resistentes a la corrosión y ni siquiera se deterioran por la humedad ni por la exposición química.
• Los polímeros tienen excelentes propiedades de aislamiento eléctrico y, por tanto, son adecuados para aplicaciones de cableado y electrónicas.

• Los polímeros tienen baja resistencia, lo que limita su uso en aplicaciones de alta exigencia.
• Los polímeros son sensibles al calor, ya que suelen tener puntos de fusión bajos y pueden no ser adecuados para entornos con temperaturas elevadas.
• El uso de polímeros en condiciones severas o bajo rayos UV, a largo plazo, puede provocar su degradación.
• Ciertos polímeros son sensibles a algunos productos químicos, lo que provoca que se disuelvan o agrieten.

¿Cuáles son ejemplos de polímeros con Tg alta o baja?

Polímeros con Tg alta

Polímeros como el polimetilmetacrilato y el poliestireno tienen una Tg alta, y son frágiles y duros.

Polímeros con Tg baja

Polímeros como el poliisobutileno y el poliisopreno tienen su Tg por debajo de la temperatura ambiente; por tanto, son blandos y flexibles.

¿Cuál es la diferencia entre Tg y Tm?

La Tg es la temperatura de transición vítrea, mientras que el punto de fusión se representa mediante 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.
• La Tm es la temperatura a la que las regiones cristalinas del plástico semicristalino pasan del estado sólido al estado líquido.

¿Qué factores 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 lineal, el aumento del peso molecular disminuye la concentración en el extremo de la cadena y, por tanto, la Tg aumenta.
• Si la estructura molecular es voluminosa, se observa una disminución de la movilidad, lo que aumenta la Tg del material.
• Cuando se produce un aumento del entrecruzamiento, la movilidad del polímero disminuye, lo que incrementa la Tg.
• Si hay grupos polares presentes, las fuerzas intermoleculares son elevadas, lo que reduce el volumen libre y da como resultado una Tg alta.

Adición de plastificantes

La adición de plastificantes aumenta el espacio entre las cadenas de polímeros, lo que genera espacio. Dicho aumento permite que las cadenas se deslicen entre sí y, por tanto, se produce una disminución de la Tg.

Contenido de agua o humedad

Cuando existe un alto contenido de humedad en las cadenas poliméricas, aparece una disminución del rendimiento, lo que reduce 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; si el valor de entropía es 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 alta.

Otros factores que rigen la Tg

Otros factores que influyen en la transición vítrea de los polímeros son los siguientes:

• La longitud de la cadena alquílica
• El espesor de la película
• La interacción del enlace
• La flexibilidad de la cadena polimérica
• La 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)

La DSC es un método termoanalítico que utiliza un calorímetro con barrido diferencial. Monitoriza el cambio en el flujo de calor entre la referencia y la muestra en función de la temperatura o del tiempo.

También determina las propiedades térmicas del polímero y se emplea para las regiones amorfas de polímeros estables.

2. Análisis térmico diferencial (DTA)

La DTA también es un método de análisis térmico. Mide la Tg del material. El material se somete a múltiples 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 condiciones constantes.

3. Análisis mecánico dinámico (DMA)

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 comprenderla es fundamental para elegir los polímeros en 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 la 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 de 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 cauchoso.